基于S7300锅炉内胆水温的前馈反馈控制系设计(组态)
基于Siemens S7-300 PLC的锅炉DCS系统设计
基于Siemens S7-300 PLC的锅炉DCS系统设计摘要工业锅炉是工业生产过程中十分常见的一种工业设备，锅炉控制系统自动化水平的高低对锅炉的安全生产和效率起到关键作用。
DCS控制是大中型工业锅炉控制系统的主流控制方式，因此，本课题以工业锅炉模拟系统SMPT-1000为研究对象，研究锅炉DCS的构成原理、DCS系统设计的方法步骤，具有较好的工程实践意义。
本文在首先对集散控制系统的发展过程进行了综述，介绍了集散控制系统的系统结构和特点的基础上，并分析了SMPT-1000工业锅炉模拟系统的工艺流程，列出了工艺流程的设备、检测点、执行机构等列表，并提出了一套基于Siemens S7-300 PLC的锅炉DCS系统设计方案。
然后，采用Step 7 编程软件完成了系统的硬件组态、通信组态和控制算法组态及硬件模块测试。
接着，利用Siemens公司的WinCC软件开发了系统的人机界面，主要包括锅炉工艺模拟图、实时趋势曲线，PID参数调节器等。
最后，实现了对汽包水位、炉膛负压、蒸汽压力等子系统的实时监控。
实验结果表明：本文所设计的锅炉DCS系统的各项功能正确，控制性能指标达到了设计的要求。
关键词：工业锅炉 Profibus 可编程序控制器集散控制系统Design of Boiler’s DCS System Based onSiemens S7-300 PLCAbstractIndustrial boilers are very common in industrial processes of industrial equipment, automation level of the boiler control system play a key role in the boiler’s safety and efficiency. DCS control is the main control mode in the large and medium industrial boiler control system. Therefore, the subject based on the industrial boiler simulation system SMPT-1000 as the research object, research constitution principle with the boiler DCS, the methods and steps of DCS system design, with good engineering practice significance.In this paper, the development of distributed control system was reviewed firstly, then introducing the DCS system of the structure and characteristics and analyzing the technological process of SMPT-1000 industrial boiler simulation system. A list of process equipment, test points, executive institutions and so on, and a DCS system design scheme for a boiler based on Siemens S7-300 PLC was put forwarded. Then, the test for system hardware configuration, communication configuration and control algorithms and hardware modules were completed by step7 programming software. Then, using Siemens WinCC software to develop a system of man-machine interface, including the boiler process simulation graph, real-time trend curve, PID parameter adjustment, etc. Finally, the drum level, furnace pressure, vapor pressure and other subsystems are achieved real-time monitoring.The results show that: this boiler is designed correctly the features of DCS system, control performance achieved the design requirements.Keywords: industrial boiler Profibus Programmable Logic Controller Distributed Control System目录第一章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 课题目的 (1)1.3 课题研究内容 (4)第二章 DCS与锅炉控制系统原理 (5)2.1 DCS的发展历程 (5)2.2 DCS的系统结构 (6)2.3 锅炉控制系统简介 (9)第三章锅炉控制系统控制方案 (14)3.1 控制方案 (14)3.2 简单控制系统的设计方案 (15)第四章硬件及控制算法组态 (19)4.1 STEP 7编程软件简介 (19)4.2 控制器硬件设置 (19)4.3 Profibus-DP 设置 (21)4.4 符号表编辑器 (22)4.5 通信设置 (23)4.6 程序编写 (23)4.7 程序运行与分析 (26)第五章人机界面组态 (29)5.1 创建单用户项目 (29)5.2 创建外部变量 (29)5.3 创建变量记录 (31)5.4 图形编辑及画面连接 (33)5.5 运行与分析 (35)总结 (40)参考文献 (41)附录 (42)附录一：OB块的功能表 (42)附录二：FB41功能逻辑图 (44)附录三：PID控制输出参数 (44)附录四：PID控制输入参数 (45)致谢 (47)第一章绪论1.1 课题背景随着现代化工业的飞速发展，对能源利用率的要求越来越高，工业锅炉市场技术的竞争日趋激烈, 锅炉自动控制系统的好坏己成为决定锅炉性能的重要砝码, 其控制质量的优劣不仅关系到锅炉自身运行的效果, 而且还将直接影响到相关装置生产过程的稳定性。
锅炉温度定值S7--300控制系统设计 - 副本
锅炉温度定值S7-300控制系统设计摘要：锅炉温度定值S7--300 控制系统采用PLC作为控制系统的核心，使用西门子公司的S7--300 系列PLC编程软件中的PID功能块来实现控制算法，通过和计算机的通信实现数据的自动处理和操作的远程控制。
监控画面采用西门子公司的Wincc组态软件来制作，从而实现对Kp、Ti、Td三个参数的在线修改，以及实时监视被控对象的运行状态。
关键词：PID 可编程控制器组态软件1 引言锅炉的水温控制在一些场合仍然采用传统的继电器、接触器控制方式，没有控制算法，自动化程度不高，运行稳定性较差，操作维护部方便。
针对这些问题，本文采用S7--300 PLC 作为主控制单元，配合外围检测电路、执行单元、人机界面等技术，引入PID算法控制程序，设计出一种新的锅炉定值水温控制系统，以获得良好的控制效果。
在工业控制领域，基于运行稳定性考虑，大多采用PLC控制器作为控制核心。
特别是对生产过程中的各种物理量的检测和控制，PID控制仍然占据着非常重要的地位，在冶金、机械、化工等行业中获得了广泛应用。
PID算法简单、实用，容易为现场工程技术人员所掌握，它不需要求出被控系统的数学模型，通过调节比列（P）、积分（I）、微分（D）三个参数的大小就可以获得较好的控制效果。
对于比较复杂的控制系统，例如具有大惯性、纯滞后系统，可以在传统PID调节器的基础上，融入相应的智能控制算法衍生出各种实用可行的改进PID算法，因此，它具有较强的灵活性和应用性。
西门子中可编程控制器自带有两路模拟量输入和一路模拟量输出，具有较好的数值运算能力和处理模拟信号量的功能，可以设计出各种PID调节器，运用于具有连续量控制的闭环系统；还可根据被控对象的具体特点和要求来调整必要的控制参数，利用组态软件Wincc还具有监控功能，并可以在运行中调整参数。
2 锅炉温度定值控制系统结构2.1 PLC控制柜的组成（1）电源部分（2）CPU模块西门子S7--300PLC，型号为CPU315--2 DP，它集成了MPI 接口，可以很方便的在PLC站点、操作站OS、编程器PG、操作员面板建立较小规模的通讯。
s7300的PID控制原理范文
PID基本原理目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。
同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。
智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。
自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。
一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。
控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。
不同的控制系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。
比如压力控制系统要采用压力传感器。
电加热控制系统的传感器是温度传感器。
目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligent regulator)，其中PID 控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。
有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC系统等等。
可编程控制器(PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。
还有可以实现PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。
1、开环控制系统开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响。
在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。
2、闭环控制系统闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。
第3章S7300的配置与组态-文档资料
第三章 S7—300 PLC的配置及组态
4.功能（FM）模板 单通道高速智能计数器模板FM350-1 8通道高速智能计数器模板FM350-2
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第三章 S7—300 PLC的配置及组态
4.功能（FM）模板（续） 快速进给／慢速驱动定位模板FM351
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第三章 S7—300 PLC的配置及组态
4.功能（FM）模板（续） 电子凸轮控制器FM352
⑥CP343-1 TCP通信处理器模板 使用标准的TCP／IP通信协议，实现S7-300（只限服
务器）、S7-400（服务器和客户机）到工业以太网的连接。 ⑦CP343-5通信处理器模板 用于实现S7-300到PROFIBUS-FMS现场总线的连接。
8.Ex输入／输出模板 Ex输入／输出模板主要用于有爆炸危险的场合，将自动 化系统中非本质-安全回路与过程中的本质-安全回路分开。
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第三章 S7—300 PLC的配置及组态
3、辅助继电器M（或称为位存储器） 辅助继电器与传统的继电器控制线路中的中间继电器相同，但 不能直接驱动外部负载。它与位存储区的一个基本单元相对应， 它可由所有的编程元件触点进行驱动。在S7-300中，辅助继电 器一般以位为单位使用，采用“字节.位”的编址方式，每1位相 当1个中间继电器，可按位、字节、字、双字存储，S7-300的辅 助继电器的数量为2048个。 4、外部输入寄存器PI 用户程序可以通过外部输入寄存器直接访问输入模板。外部输 入寄存器可按字节、字、双字读取。 5、外部输出寄存器PQ 用户程序可以通过外部输出寄存器直接访问输出模板。外部输 出寄存器可按字节、字、双字读取。 6、定时器T 定时器是由位和字组成的复合存储单元，定时器的触点状态用 位存储单元表示，字存储单元用于存储定时器的定时时间值。它 的作用与继电器控制线路中的时间继电器基本相似。
s7300模拟量控制基础
PID控制介绍和PID液位控制系统设计
本节讲两个内容
讲第一个内容
假设要控制水管管道压力。
Sp是设定值，送到控制器中，控制结果通过传感器给测量元件，然后AD转换，这个检测值与设定值进行运算，再给控制器、结果给执行结果，如此往复。
2，闭环控制反馈极性的确定
3，PLD控制器的优点
M是初值。
测量值与设定值的偏差，可以给它一个死去特性。
如果偏差很小，在一定范围内，我们可以把它看做是误差为零。
他的作用是不让调节器在小范围内晃动调节，减少调节器的磨损。
SFB41和FB41的作用和用法是完全一样的。
液位控制系统控制要求：
控制思路：
硬件选型：
使用这种CPU不需要再用A/D,,和D/A模块。
主电路接线图：
PLC输入输出信号接线图：
程序中用到的FC与FB：
FC105系统功能配置的功能。
量程转换功能。
例如AD转化的精度是12位的话，IN端接受的整型值范围是0到27648，通过转换为实际工程量。
从OUT输出。
HILIM和LOLIM是给定转化工程量的最大值和最小值。
此例子中是0到15.经过转化转化之后，0到27648与0到15对应。
结果从OUT输出。
成线性关系。
BIPOLAR是单双极性控制端。
OFF为单极性，ON为双极性。
此例中，始终都是单极性。
与FC105的作用是相反的。
FB41，调用它的背景数据块DB1。
基于S7-300PLC流量前馈反馈闭环过程控制系统
目录1引言 (1)2 基于S7-300PLC流量前馈/反馈闭环过程控制系统硬件方案计 (2)2.1流量前馈/反馈闭环系统硬件系成 (2)2.2流量前馈/反馈闭环系统硬件系统电气接线图设计 (3)3 S7-300PLC流量前馈/反馈闭环过程控制系统设计 (3)3.1流量前馈/反馈闭环系统控制原理 (3)3.2流量前馈/反馈闭环系统PLC硬件组态论述 (3)3.3流量前馈/反馈闭环系统控制程序流程图论述 (5)3.4流量前馈/反馈闭环系统控制程序功能设计 (6)4流量前馈/反馈闭环系统上位监控系统设计 (8)4.1 S7-300与WINCC建立通讯连接 (8)4.2流量前馈/反馈闭环系统数据词典论述 (8)4.3流量前馈/反馈闭环系统工艺图形组态 (9)4.4流量前馈/反馈闭环系统历史趋势组态 (10)4.5流量前馈/反馈闭环系统实时趋势组态 (11)4.6流量前馈/反馈闭环系统数据报表组态 (12)5 流量前馈/反馈闭环系统调试及结果分析 (12)5.1系统调试及结果分析 (12)5.2结果分析与总结 (13)结束语 (14)附录：带功能注释的源程序 (15)1引言设计S7-300PLC流量前馈/反馈闭环过程控制系统,实现S7-300作为主站控制器，主从站通过PROFIBUS-DP 实现通讯连接，实现主-从站的数接收与发送。
主程序OB1功能：系统启动、停止和复位：定时中断子程序OB35，每100ms 进入中断程序一次，通过功能块FC105，FC106 处理模拟量数字量间转换，采用FB41作为PID模块。
设计一个手动输出量LMN的控制器，控制电动执行器阀门开度为70%，提供流量2前馈信号。
反馈控制器设计：反馈控制器为流量内给定量700升，整定PID参数、量程上/下限、过程量采集、控制量输出等功能。
死区设定为5%。
采用FC105块实现实时读取模拟量SM331模块的流量反馈量，并进行流量物理量刻度转换，送入PID木块FB41的过程量输入端通过循环中断，定时用FB41的PID算法功能块，实时计算控制量LMN输出采用FC106块把PID模块输出的控制量转换为标准的数字量，送入模拟量输出模块SM332，作为电动机执行器输入信号，来控制阀门开度数据块DB定义参数，并作为背景数据存储系统有总启动、停止按钮操作功能同时，系统要求无超调量，稳态误差3%，加前馈扰动能克服采用WICC上位监控软件，设计出流量前馈/反馈的上位机监控系统，包括建立通信、数据变量组态、工艺图形组态、数据组态与显示、趋势组态与显示、报表组态与显示等功能。
锅炉内胆水温控制系统设计20页word
湖南工程学院课程设计课程名称过程控制课题名称锅炉内胆水温控制系统设计专业自动化班级 1003班学号 201901020322 姓名邓涛指导教师沈细群20 13 年9 月13 日湖南工程学院课程设计任务书课程名称过程控制课题锅炉内胆水温控制系统设计专业班级自动化1003班学生姓名邓涛学号201901020322指导老师沈细群审批沈细群任务书下达日期2019 年9 月 2 日任务完成日期2019 年9 月13日第 3 页第 5 页目录第1章系统总体方案设计与选择 (1)第2章系统工作原理与框图 (2)2.1 工作原理 (2)2.2 系统结构框图 (3)第3章控制系统工作流程 (3)第4章系统调试 (6)第5章系统监控 (8)附录 (10)参考文献 (10)程序清单 (11)评分表 (18)第1章系统总体方案设计与选择过程控制就是操纵变量影响工艺条件、过程、状况，目的是为了达到所需的目标。
在石油生产加工、化学、热力、材料以及轻工业等行业领域中，我们把以温度、液位、流量、压力等等这些被作为主要的控制对象的系统都称作是“过程控制”。
过程控制除了在传统产业改造的过程控制方面有很重要的作用以外，在提高产品质量、节约原材料及能源、保护生态环境、减少环境污染方面以及提高经济效益和劳动效率方面的影响也非常大。
现在过程控制已经在我国新建的大规模、结构复杂的工农业生产过程中占据非常重要的地位。
随着工业技术的更新，特别是半导体技术、微电子技术、计算机技术和网络技术的发展，自动化仪表已经进入了计算机控制装置时代。
在石油、化工、制药、热工、材料和轻工等行业领域中，以温度、流量、物位、压力和成分为主要被控变量的控制系统都称为“过程控制”系统。
过程控制不仅在传统工业改造中，起到了提高质量，节约原材料和能源，减少环境污染等十分重要的作用，而且已成为新建的规模大、结构复杂的工业生产过程中不可缺少的组成部分。
随着计算机控制装置在控制仪表基础上的发展，自动化控制手段也越来越丰富。
基于s7300课程设计
基于s7 300 课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解S7-300 PLC的基本结构和工作原理。
2. 学生能够掌握S7-300 PLC的编程方法和步骤。
3. 学生能够了解S7-300 PLC在工业自动化中的应用。
技能目标：1. 学生能够操作S7-300 PLC进行基本编程和调试。
2. 学生能够运用S7-300 PLC解决简单的工业控制问题。
3. 学生能够通过组态软件对S7-300 PLC进行监控与故障诊断。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对工业自动化技术的兴趣，增强学习动力。
2. 学生树立正确的工程观念，注重实践与创新。
3. 学生养成合作与交流的良好习惯，提高团队协作能力。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，结合理论教学和实际操作，使学生在掌握S7-300 PLC基础知识的同时，提高实际应用能力。
学生特点：学生已具备一定的电工电子基础和PLC基本知识，对工业自动化有初步了解，具有较强的动手能力和学习兴趣。
教学要求：1. 采用案例教学，以实际工业控制项目为例，让学生在实际操作中掌握知识。
2. 注重培养学生的编程思维和解决问题的能力。
3. 鼓励学生积极参与讨论和交流，提高团队协作能力。
二、教学内容1. S7-300 PLC的硬件结构：介绍CPU、输入/输出模块、通信模块等组成部分及其功能。
2. S7-300 PLC的工作原理：讲解PLC的工作循环、扫描周期、程序执行过程等。
3. 编程软件使用：教授STEP 7编程软件的安装、配置及基本操作。
4. 编程语言：讲解LAD、FBD、IL等编程语言，并以实例演示编程方法。
5. S7-300 PLC编程实例：分析并实践简单的逻辑控制、定时器、计数器等功能的应用。
6. PLC在工业自动化中的应用：介绍S7-300 PLC在生产线、机床控制等领域的实际应用案例。
7. 故障诊断与维护：教授通过TIA Portal和编程软件进行故障诊断及日常维护的方法。
锅炉内胆水温控制系统设计
摘要本文以锅炉内胆水温作为被控变量，着重讨论关于锅炉内胆水温的控制方案，使得系统在安全稳定运行的前提下能够更高效率的工作。
系统在工作过程中，由于受到的扰动不同，所需采取的控制方案也不同，需根据扰动的的大小程度和类型来选择控制方案。
锅炉水温具有非线性、时变性、大滞后和不对称性等特点,常规的方法难以达到理想的控制效果。
因此，针对锅炉内胆水温的控制，常用的控制方案有串级控制系统，前馈-反馈控制系统等。
前者有迅速克服进入副回路扰动的能力，而后者能够克服原料流量的波动，各有其特色。
通过选择对比，来达到一定的设计精度和要求。
关键词：锅炉；水温；控制；精度目录第5章总结....................................................................14参考文献.. (15)第1章绪论锅炉是将燃料中的可燃元素碳、氢等成分在高温条件下与氧结合发生化学反应，放出热量，进而又将此热量传递给水，使水升温变成热水或蒸汽，供用户使用的一种设备，因此，我们可以把锅炉称之为将燃料的化学能转化为热能的一种设备。
锅炉的发展可追溯到18世纪上半叶，蒸汽机的发明使得对蒸汽的需求量大大增加，这就要求锅炉有一定的的产生蒸汽的能力。
此时，所用的蒸汽压力等于大气压力。
19世纪，常用的蒸汽压力提高到0.8兆帕左右。
与此相适应，最早的蒸汽锅炉是一个盛水的大直径圆筒形立式锅壳，后来改用卧式锅壳，在锅壳下方砖砌炉体中烧火。
随着锅炉越做越大，为了增加受热面积，在锅壳中加装火筒，在火筒前端烧火，烟气从火筒后面出来，通过砖砌的烟道排向烟囱并对锅壳的外部加热，称为火筒锅炉。
1830年左右，在掌握了优质钢管的生产技术之后出现了火管锅炉。
一些火管装在锅壳中，构成锅炉的主要受热面，火(烟气)在管内流过。
在锅壳的存水线以下装上尽量多的火管，称为卧式外燃回火管锅炉。
它的金属耗量较低，但需要很大的砌体。
19世纪中叶，出现了水管锅炉。
基于PLC系统的锅炉内胆水温控制系统设计
基于PLC系统的锅炉内胆水温控制系统设计————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：1 PLC构成及WinCC的组态采用WinCC组态技术设计多机联网运行的实时监控系统，核心思想是通过计算机超强的处理能力,以软件实现实际生产过程变化，把传统控制中进行人工操作或数据分析与处理、数据输出与表达的硬件，利用方便的PC机软硬件代替.建立WinCC组态监控系统.首先启动WinCC，建立一个单用户项目——添加通讯驱动程序--选择通道单元-—输入逻辑连接名，确定与S7—300端口的通讯连接。
然后在驱动程序连接下建立结构类型和元素，给过程变量分配一个在PLC中的对应地址（地址类型与通讯对象相关），给除二进制变量外的过程变量和内部变量设定上限值和下限值（当过程值超出上限值和下限值的范围时，数值将变为灰色,并且不可以再对其进行任何处理).接着创建和编辑主导航画面、单台空压机组态画面、远程监控画面、分析诊断画面、数据归档画面、报警显示画面、报警在线限制值画面、报表打印画面、用户登录方式画面等.对画面中添加的按钮、窗口和静态文本等，进行组态变量连接、状态显示设置等等.再对远程控制画面中的启动/停止按钮进行变量连接,设置手动控制和自动控制两种方式，并且手动控制为高级控制方式。
通过设置随变量值的变化范围而改变颜色的比功率棒图进行故障诊断分析；通过对过程值的归档，建立历史和当前的表格与曲线两种状态的监控界面；利用报警和报表打印等，实现信息上报、及时反馈的功能,实现最佳的生产状态监测控制。
还可通过用户管理权限的设置,为不同级别的用户设置权限和等待空闲时间，以更好地安全防护。
1。
1 PLC控制柜的组成（1）电源部分(2） CPU模块西门子S7-300PLC，型号为CPU315-2 DP，它集成了MPI接口,可以很方便的在PLC站点、操作站OS、编程器PG、操作员面板建立较小规模的通讯。
基于S7-300的锅炉能效测控系统设计
统。 通过 Ｐ ＲＯＦ Ｉ Ｂ ＵＳ扩 展 Ｅ Ｔ ２ ０ ０的 方 式 实现 现 场 移 动 数 据 的采 集 和 控 制 。温度 控 制 在 ± １ ℃ 范围内， 压 力控 制 在 ５ ％范 围 内 ，
０ 前 言
锅炉是发电 、 炼油 、 化工 、 造纸 、 制 糖 等工 业 部 门必 不可 少 的动力 设 备 。由 于需求 量 较大 。 且 传统 的锅 炉 生 产 不需 要 太 多 的技 术 含 量 ． 因此 生产 厂 家 也较 多 。但 随着 现 代社 会 的发展 ， 传 统 的锅 炉生 产 技术 远 远跟 不上 现 代工 业 的发 展 。因此 ， 很 多生 产 厂 家在 锅炉 运 行上 引进 了现 代 控 制 技术 ，比如 把 单 片机 技术 、 Ｐ Ｌ Ｃ技术 、工控 机技 术 和嵌 入式 技 术 引 进 到锅 炉 运 行上 ．使 锅 炉 达 到一 个 良好 的运 行 状 态 。但 是 ， 假 如 锅 炉 生产 出来 效 率 就 不 高 ， 即 使 控 制技 术 再 先 进 ，使 燃 料 的燃 烧 效 率达 到百 分 百 ，也会 由 于先 天工 艺 不 良， 同样 会 增加 燃 料 消 耗， 降低 锅 炉 的热 效率 ， 增 加环 境污 染 。 因此 ， 国家 对 于 锅炉 生 产 企业 做 出新 的规 定 ，需 要 对 锅 炉 能 效进 行 ｉ 贝 ０ 量， 达 不 到标 准 的不予 出厂 。 在 现 有 的 文献 报 道 中 ，锅 炉 运行 控 制 方 面 技 术 文献 较 多 ，但 对 于 锅 炉 能 效测 试 方 面 的文 献 却 不 多见 。在 锅炉 能效 测 控 系统 中 ， 不 仅 要控 制锅 炉 的运行 状 态 ， 还 要 控 制 锅炉 的运 行 状 态平 稳 ， 计 算 其 正平 衡 和 反 平衡 效 率 。 由于不 同 的锅 炉 种 类 和 锅 炉型 号 有 不 同 的控 制 特 点 和控 制 要 求 ，其 运 行 过程 中 ， 需要 进 行 大 量 的模 拟 量 数 据交 换 和运 算 。 同 时还 需 要进 行 大 量 的数据 存 储 和不 同算 法 的运 算， 因此其 控 制相 对 较难 。 因 此 ，考 虑 到 测 控 系 统 的需 求 和特 点 ．采 用 Ｓ ７ — ３ １ ３作 为 运 算 控 制 核 心 ， ３个 Ｓ Ｍ３ ３ １ 扩 展 模 块 和 １ 个Ｓ Ｍ３ ３ ２扩 展 模块 作 为模 拟 信 号 的输 入 输 出 通道 ， 本体 ３ １ ３模 块 作 为 开关 量输 入 输 出通 道 。 配 合 其 它 传 感器 和 执 行 机构 开 发 了一 套 锅 炉 能 效测
锅炉内胆水温前馈——反馈控制系统设计与实验仿真
学生姓名： 学 班 号： 级：
许秀忠 200752050229 测控 07-2 汽车与机械工程学院 刘晖 2011.6
所在院(系): 指导教师： 完成日期:
锅炉内胆水温前馈——反馈控制系统与实验仿真
锅炉内胆水温前馈——反馈控制系统设计与实验仿真
摘要
随着控制理论的不断发展，过程控制在工业生产中得到了广泛应用[11]。在本设计中以 锅炉内胆水温前馈——反馈控制系统为研究目标， 在 MCGS 组态软件的环境下， 以 PID 控 制算法进行过程控制，并在本设计中对锅炉内胆水温前馈——反馈控制系统进行设计与实 验仿真。该设计分析了锅炉内胆水温动态特性的测试方法，利用 MCGS 组态软件完成了系 统所需要的主控操作界面、运行状态界面、数据浏览界面、实时运行曲线界面的设计，在 THJ-2 型设备试验平台上进行了相关调试及理论验证，最终达到了前馈——反馈控制系统 的设计目的。
Key words: feedforward - feedback integrated control; experiment simulation; MCGS configuration
锅炉内胆水温前馈——反馈控制系统与实验仿真
目 录
1 绪论 ...................................................................................................................... 1 1.1 简介 ............................................................................................................... 1 1.2 前馈——反馈综合控制 ............................................................................... 1 1.3 本文所做的工作 ........................................................................................... 2 2 前馈——反馈控制系统概述 .............................................................................. 3 2.1 实验装置简述 ............................................................................................... 3 2.1.1 系统简介 ............................................................................................ 3 2.1.2 系统组成 ............................................................................................ 3 2.1.3 仪表综合控制台 ................................................................................ 7 2.1.4 系统特点 ............................................................................................ 7 2.1.5 系统软件 ............................................................................................ 8 2.1.6 装置的安全保护体系 ........................................................................ 9 2.2 锅炉内胆水温的前馈——反馈控制系统设计 ......................................... 12 2.3 MCGS软件组态设计................................................................................... 15 2.4 MCGS实时数据库的概念........................................................................... 17 2.4.1 数据对象的类型 .............................................................................. 18 2.4.2 数据后处理 ...................................................................................... 20 3 前馈——反馈控制系统在试验平台上的运行测试........................................ 24 3.1 实验设备 ..................................................................................................... 24 3.2 实验内容与操作 ......................................................................................... 24 3.3 系统实验仿真结果分析 ............................................................................. 25 4 结论 .................................................................................................................... 30 参考文献 ................................................................................................................ 31 致谢 ........................................................................................................................ 32
基于S7300的锅炉蓄热器自控系统
的储水 （ 饱 和水） ， 蒸汽本 身也凝结于其 中， 蓄 热器 中的压力 随之上 ３结 语 升。 当用汽量大于锅炉的蒸发量 时， 蓄热器 中的储水（ 饱和水） 因降压 实践表 明 ， 使用 蒸汽蓄 热器 ， 一般可节 约燃料 ５ ％， 有时超 过 而沸腾 ， 提供蒸 汽 以保持锅 炉 负荷不变 。 整个工 作过程 由调节 阀 １ ０ ％， 按１ 年耗煤７ ０ ０ ０ 吨， 节约燃料最少５ ％， 吨煤 １ ０ ５ ０ 元计算 ， 一年可 Ｄ Ｖ１ 、 Ｄ Ｖ２ 自行控制 。 蓄 热器 进 口阀用 以保 持锅 炉压 力不变 ， 蓄热器 节约费用 ３ ６ ７ ５ ０ ０ 元。 出 口阀用以保 持用 户用 汽压力不变 ， 而蓄 热器压力则在二者之间变 停运锅炉一 台。 按配 电室抄表数据 ， 日可节 电１ Ｏ Ｏ ０ 度左右 ， 考虑 化。 锅 炉 压 力 与 用 汽 压 力 之 间 的压 差 越 大 ， 蓄 热器 可储 蓄 的 热 量 也 到单台锅 炉负荷相应增加 ， 两者相抵 ， 按节 电５ Ｏ ０ 度计算。 １ 年两 台锅 越大 。 炉运行 １ ８ ０ 个工 作 日， 电费０ ． ８ 元／ 度， 年 可节 约 电费约７ ２ ０ ０ ０ 元。 蓄热器 的 自动 化的改造 ， 大大 的提 高了锅炉 的燃烧效率 ； 减少 ２实现 途 径 锅炉峰值负荷 ； 保证 了汽压稳定 ， 生产 正常 ， 提高产品产量和质量 ， ２ ． １系统 主要 控 制对 象 使锅炉稳定运行 ， 消除锅炉 因经常赶火、 压火 、 拨火等不正常运行而 蓄 热器进 口压力检 测和控 制 ， 蓄热器 出 口压力 检测和控制 ， 蓄 可能 引起 的损坏 、 延长其使用寿命 ， 降低故 障率 ， 减少检修费用 。 减 热器压力检测 ， 蓄热器液位检 测， 蓄热器 温度检测 。 轻司炉人 员的劳动强度 ， 提高锅炉安全运行率 。 锅炉工 况稳定后 ， 可 ２ ． ２现 场 控 制 以方便的控制风煤 比， 鼓引风 比稳定 ， 改善燃烧过程、 减少 因不完全 系统分现场控制和远程Ｐ Ｌ Ｃ 控制两种控制方式 。 现场控制主要 燃烧造成 的环境污染 。 蓄热器 是一 个远不过时的产品 ， 在现代工业 由仪表来实现 。 我们在现 场设 置一个控制箱 ， 在控 制箱 门板上安装 中应 用 广 泛 。 进 口压 力现场／ 远程控制选择 按钮 和出 口压 力现场／ 远程控制选择 参 考 文 献 按钮各一只 ， 安 装进 出 口压力Ｐ Ｉ Ｄ ｉ Ｎ节仪 表各 一块 ， 蓄热器液位 、 蓄 ［ １ ］ 催坚， 李佳 等著 ． 机械工业 出版社． 《 西 门子 工业网络通讯 指南 热器 压力数字显示仪 表各 一块 ， 声光报警器一 只。 ［ ２ ］ 苏昆哲著． 北京航 空航天大学 出版社． 《 深入浅 出西 门子 Ｗ ｉ ｎ Ｃ Ｃ Ｖ ６ ５ ． ２ ． ３现 场操 作 将选择按钮选择为“ 现场” 控制 ， 手动 操／ ｒ ￣ Ｐ Ｉ Ｄ 控制仪表， 调节 阀
锅炉内胆温度前馈—反馈控制
摘要随着现代工业生产的迅速发展，对工艺操作条件的要求更加严格，对安全运行及对控制质量的要求也更高。
而单回路控制系统往往不能满足生产工艺的要求，在这样的情况下，串级控制系统就应运而十。
介绍了锅炉温度串级控制系统的结构与控制特点，描述了应用MCGS组态软件、可编程控制器及485工控网络对锅炉夹套和锅炉内胆温度的串级控制。
给出了部分PLC程序，介绍了组态软件功能窗日的设置。
论述了模拟锅炉内胆水温与循环水流量构成的串级控制系统的研究过程本次设计以刑过程综合自动化控制系统实验台及其实验装置为平台，采用A 18081'智能仪表对温度一流量串级控制系统进行控制，井通过M CGS组态软件进行上位机监扑，说明了主副调节器参数改变对系统性能的影响跃扰动作用几副对象和主对象时对系统的影响关键词：锅炉；内胆温度；前馈反馈控制；AbstractWith the rapid development of modern industrial production, the requirements on the operating conditions more stringent controls on the safe operation and the quality also higher. The single-loop control systems are often unable to meet the process requirements, in this case, the cascade control system will be shipped and 10. Describes the boiler temperature cascade control system structure and control characteristics, and describe the application of MCGS configuration software, programmable controllers and industrial networks boiler 485 and boiler jacket liner temperature cascade control. Given part of the PLC program, configuration software features introduced on the settings window. Discusses the simulation of the boiler water temperature and the circulating water flow liner composition cascade control system design process in this criminal Integrated Automation Control System for Taiwan and its experimental device for the platform, A 18081 'smart meter a flow of temperature series level control system to control, well conducted by M CGS PC configuration software monitoring flutter, shows main and regulator parameters to change the impact on system performance jump disturbance of several deputy objects and the main object of the systemKeywords: boiler; liner temperature; feedforward and feedback control;目录摘要 ........................................................................................................................................... - 1 - Abstract ........................................................................................................................................ - 2 - 目录 ........................................................................................................................................... - 4 - 第1章绪论.............................................................................................................................. - 5 -1.1选题背景....................................................................................................................... - 5 -1.2国内外研究现状........................................................................................................... - 6 - 第二章前馈与反馈概述............................................................................................................ - 9 -2.1前馈控制....................................................................................................................... - 9 -2.1.1前馈控制简介................................................................................................... - 9 -2.1.2实施................................................................................................................. - 10 -2.1.3风险................................................................................................................. - 11 -2.2反馈控制..................................................................................................................... - 13 -2.3不变性原理与前馈控制............................................................................................. - 14 -2.4前馈一反馈理论......................................................................................................... - 15 - 第三章系统硬件设计.......................................................................................................... - 18 -3.1锅炉温度串级控制系统的生产工艺要求................................................................. - 18 -3.2串级控制系统硬件设计............................................................................................. - 18 -3.2.1温度串级控制系统主、副回路的设计......................................................... - 19 -3.2.2 PLC与上位机............................................................................................... - 20 -3.3组态软件设计............................................................................................................. - 25 -3.3.1工程框架......................................................................................................... - 25 -3.3.2数据对象......................................................................................................... - 25 -3.3.4曲线显示的设置............................................................................................. - 26 - 第四章 PVC软件的设计........................................................................................................... - 27 -4.1A/D模块....................................................................................................................... - 27 -4.2 D/ A模块................................................................................................................... - 29 -4.3锅炉内胆水温定值控制系统实验............................................................................. - 31 - 结论 ....................................................................................................................................... - 35 - 致谢 ....................................................................................................................................... - 37 - 参考文献.................................................................................................................................... - 38 -第1章绪论1.1选题背景在一些工业过程控制如冶炼、钢铁、化工等工业生产中，水温与水流量是非常重要的控制因素，而温度因滞后性比较强，所以控制起来比较困难本文是以实验室的，流量构成的串级控制系统为研究对象建立一个基本的计算机控制软硬件平台，采用智能仪表对锅炉水温与循环水流量构成的串级系统进行控制，井用M CGS组态软件建立组态界ICI在计算机上运行实现组态监控。
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基于S7300锅炉内胆水温的前馈反馈控制系设计（组态）毕业设计（论文）题目：基于S7-300锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系设计（组态）（英文）：Design of Feedforward andFeedback Control SystemsBased on S7-300 BoilerWater Temperature(Configuration)院别：自动化学院专业：自动化姓名：肖奎学号：2010104843020指导教师：李虎山日期：2014年4月基于S7-300锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系统设计（组态）摘要温度是常见的过程参数之一，许多的生产过程都离不开对温度的控制，温度的控制往往是对加热和冷却的平衡，锅炉正是这样的系统，当加热大于冷却时整个系统升温；反之则降温；二者若是趋于相等就可以使温度趋于稳定。
若是采用单纯的反馈控制对锅炉内胆水温进行控制，由于流量变化快而温度控制滞后大就会导致系统的稳定性、快速性较差，不能取得理想的控制效果。
解决这个问题的办法就是加入对主要扰动流量的前馈补偿环节构成锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系统，使得流量的变化能够迅速得到补偿，提高系统的响应速度。
近年来，可编程控制器（PLC）依托着可靠性高，抗干扰，功能强大等特点得到了广泛的运用，随着生产和编程的技术不断进步，越来越多的控制方式得以在PLC上实现。
本设计将围绕西门子S7-300 PLC从前馈-反馈控制系统的介绍、PLC及测量变送仪表设备的选择、软件的展示及组态编程这三个方面来阐述锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系统的设计，力求展示出前馈-反馈控制系统的特点。
通过本设计可以观测到前馈-反馈控制系统在以流量变化为主要扰动的情况下对锅炉内胆的水温可以取得较好的控制效果。
关键词：前馈-反馈控制； PLC；温度Design of Feedforward and Feedback Control Systems Based on S7-300 Boiler WaterTemperature (Configuration)ABSTRACTTemperature is one of the common process parameters , many production processes are inseparable from the temperature control , temperature control is often the balance of heating and cooling , the boiler system is such that when the heating temperature is greater than the cooling of the entire system ; otherwise cool ; both tend to be equal if you can make the temperature to stabilize. If using a simple feedback control to control the temperature of the boiler tank ,due to rapid changes in flow and temperature control will lead to a large hysteresis stability, rapid poor system can not achieve the desired control effect. To solve this problem is to add a feedforward flow of former major disturbance feedforward compensation constitutes a part of the interior temperature of the boiler - a feedback control system, making changes in flow can be compensated quickly , improve the response speed of the system.In recent years , programmable logic controller (PLC) relying on high reliability , interference, and powerful features have been widely used , with production and programming technology advances , more and more control to the PLC achieved. This design will focus on Siemens S7-300 PLC feedforward - feedback control system introduction, select PLC transmission instruments and measuring equipment , software, display and programming of these three aspects to elaborate boiler water tank feedforward - feedback control system design , and strive to demonstrate feedforward - feedback control system characteristics. This design can be seen through the feedforward - feedback control system to flow in the case of major disturbances in the water tank of the boiler can achieve better control effect.Keywords:Feedforward and feedback control; PLC;Temperature目录1绪论 (1)2基本背景知识 (2)2.1前馈-反馈控制 (2)2.1.1前馈控制系统 (2)2.1.2前馈-反馈控制系统 (3)2.2设计任务分析 (4)3控制系统硬件 (6)3.1控制设备 (6)3.1.1 PLC基本介绍 (6)3.1.2 S7-300 PLC CPU模块说明 (7)3.1.3 S7-300 PLC信号模块（SM）说明 (8)3.2 测量变送设备 (9)3.2.1温度传感器、变送器 (9)3.2.2流量计 (9)4系统的设计过程 (10)4.1系统装置接线 (10)4.2模拟量信号采集 (11)4.3西门子Step 7编程软件的简介 (11)4.4 PLC程序的编写 (15)5 组态的建立过程 (19)5.1组态软件介绍 (19)5.2组态的建立过程 (24)5.3控制参数的整定 (28)结语 (31)参考文献 (32)致谢 (33)1 绪论自动化是工业、农业、国防和科学技术现代化的显著标志和重要条件之一，自动化技术不仅可以把人们从繁琐重复的体力劳动或者不安全的工作环境中解放出来，而且能够扩展人类各种器官功能，极大地提高劳动生产率，对促进人类进步大有裨益。
因此，越来越多场合的自动化改造被提上了日程。
过程控制是生产过程自动化的简称，是自动化技术的重要组成部分。
过程控制是指针对生产过程中的温度、压力、流量、液位、成分和物性等工艺参数进行控制其中，温度是最常见的控制对象之一，具有特别的意义，例如在发酵过程中温度决定了酵母菌的繁殖速度及酿造物的质量；在水族馆中，水温会影响溶氧量和水生物的生长情况；在冶金行业里，温度更是决定制品纯度成色的重要因素。
但温度作为被控量的话不仅滞后大而且往往还存在着流量、液位等多种扰动，因此如何克服扰动实现稳定的温度控制是自动化工程师们努力研究的方向之一。
PLC即可编程控制器是一种专用工控机，它的存储器是可以进行编程的，在它的内部储存和执行各种指令如：逻辑运算、顺序运算、计时计数等。
它支持数字量或者模拟量的输入或输出，可以控制多种生产过程。
本设计综合运用计算机、西门子S7-300PLC、水泵、温度检测、流量变送器、温度变送器、锅炉等设备综合使用了计算机及PLC编程、控制算法设计、过程控制技术、工控现场总线技术、电气线路设计等知识点在求是教仪上实现基于S7-300锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系统。
抛砖引玉，力求展示出前馈-反馈控制系统的特点，为成为一名合格的自动化专业毕业生打下基础。
2 基本背景知识2.1 前馈-反馈控制2.1.1 前馈控制系统前馈控制，简称FFC （Feed Forward Control ）是一种开环的控制方式，它能根据干扰量的变化补偿干扰量对被控量的影响，其特点是当扰动产生后，被控变量还未发生变化以前，就能根据扰动的大小进行控制，以补偿扰动产生的影响,在理想状态的前馈控制甚至可以实现无差补偿。
前馈控制的系统框图如图2.1所示：图2.1 前馈控制系统框图图2.1上面那条支路为干扰通道支路，下面的支路是控制通道支路，因此，前馈控制系统的传递函数为：)()()(s Gpc s Gff s Gpd R Y •+= (公式1.1)当满足以下两式时系统对R 干扰可以实现完全补偿：0≠R ,0=Y所以可以求得前馈控制器的传递函数为：)()s (-)(s Gpc Gpd s Gff = （公式1.2）根据公式1.2中的负号可以看出控制器的作用跟扰动的作用方向是相反的，起到了补偿扰动的作用。
按照对干扰进行补偿的特点不同，单纯的前馈控制系统又可以分为静态前馈控制和动态前馈控制两种。
静态前馈控制是指在足够稳定的工况下对扰动进行补偿，此时前馈控制器的输出和输入是一比例关系，而跟时间t没有关系；也就是说此时的前馈控制器传递函数Gff(s)是一个静态的系数Kf，故称为静态前馈控制。
与静态不同，动态前馈控制是指在任意的时刻乃至不同的状况下前馈控制器都能对扰动进行补偿，因此它的传递函数完全符合公式1.2；干扰经前馈控制器通道产生的输出与其经干扰通道产生的输出，二者大小特性一致但方向相反，相互抵消；这样的就是动态前馈控制方式。
下面是一些前馈控制区别于其他控制方式的特点：1、克服干扰的响应速度快；前馈控制器在扰动产生的时刻马上就可以运算出补偿值，它的响应速度比通常比反馈控制要快。