锅炉内胆水温PID控制实验学习资料
锅炉内胆温度过控实训报告 2
湖南工程学院系统综合训练报告课题名称过程控制系统专业班级姓名学号指导教师2007年 4 月9 日一、概述过程控制一般是指连续生产过程的自动控制。
他是通过各种检测仪表、控制仪表（包括电动仪表和气动仪表，模拟仪表和智能仪表）和电子计算机（看作一台仪表）等自动化工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。
一个过程空话子系统是由被控制过程和过程检测控制仪表两部分组成的。
过程检测控制仪表包括检测元件、变送器、调节器（包括计算机）、调节阀。
过程控制系统的设计是根据工业过成的特性和工艺要求，通过选用过程检测控制仪表构成系统，再通过PID参数的整定，实现对生产过程的最佳控制。
在现代工业生产过程中，工业过程很复杂。
由于生产规模大小不同，工艺要求各异，产品品种多样，因此过程控制中的被控过程是多种多样的。
诸如石油化工过程中的精馏塔、化学反应器、流体传输设备；热工过程中的锅炉、热交换器；冶金过程中的转炉、平炉；机械工业中的热处理炉等。
他们的动态特性多数具有大惯性、大滞后、非线性特性。
有些机理复杂（如发酵、生化过程等）的过程至今尚未被人们认识，所以很难用目前过程辩识方法建立其精确的数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并非易事。
由于被控过程具有大惯性、大滞后（大延时）等特性，因此决定了过程控制多属慢过程。
另外，在石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、制药等工业生产过程中。
往往采用一些物理量和化学量（如温度、压力、流量、液位、成分、PH 等）来表征其生产过程是否正常，因此需要对上述参数进行自动检测和自动控制，故过程控制多半为参数控制。
随着现在工业生产的迅速发展，工艺条件越来越复杂，对过程控制的要求越来越高。
过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。
由于工业过程的复杂、多变，因此其特性多半属多变量、分布参数、大惯性、大滞后和非线性等等。
为了满足上述特点与工艺要求，过程控制中的控制方案是十分丰富的。
通常有单变量控制系统，也有多变量控制系统；有仪表过程控制系统，也有计算机集散过程控制系统；有复杂控制系统，也有满足特定要求的控制系统。
锅炉自动控制实验系列指导书.docx
锅炉自动控制实验系列实验一锅炉内胆动态水温定值控制系统一、实验目的1、 进一步熟悉单回路温度控制系统的组成与工作原理。
2、 研究P 、PI 、PD 和PID 四种调节器分別对温度系统的控制作用。
3、 掌握好PID 参数自整定的方法。
二、实验设备1、 THJ-2型高级过程控制系统实验装置2、 计算机、上位机MCGS 组态软件、RS232-485转换器1只、申口线1根3、 力用表1只三、实验原理图2为一个单回路锅炉内胆动态水温定值控制系统结构示意图。
贮水箱图2锅炉内胆动态水温控制系统的结构示意图其中锅炉内胆•为动态循环水，变频器、磁力泵与锅炉内胆•组成循环水系统。
而被控的参数为锅炉内胆•水温，即要求锅炉内胆水温等于给定值。
实验前先通过变频器、磁力泵支路给 F1-5F1-13— F1-2 电动调节阀 F1-1内胆益........... Q模拟锯炉央F2-12锅炉内胆打满水，然肩关闭锅炉内胆的进水阀门Fl・13。
待系统投入运行以厉，变频器■磁力泵再以凶定的小流量使锅炉内胆的水处于循环状态。
在内胆水为静态时，由于没冇循环水加以快速热交换，而三相电加热管功率为4.5KW,使内弭水温上升相对快速，散热过程乂相对比较缓慢，而且调节的效來受对象特性和环境的限制，导致系统的动态性能较差，即超调大，调节时间长。
但当改变为循环水系统后，便于热交换及加速了散热能力，相比于静态温度控制实验，在控制的动态精度，快速性方而有了很人地提高。
系统采用的调节器为工业上常用AI智能调节仪。
图3锅炉内胆动态水温控制系统的方框图四、实验内容与步龙1、按图2要求，完成实验系统的接线。
2、接通总电源利相关仪表的电源。
3、打开阀Fl-1> Fl・2、Fl・5和F1-13,关闭其它与本实验无关的阀。
用变频器•磁力泵支路给锅炉内胆打满水。
待实验投入运行以后，变频器■磁力泵再以固泄的小流量使锅炉内胆的水处于循环状态。
4、手动操作调节器输出，用计算机记录锅炉内胆屮水温的响应Illi线，并由该Illi线求得K、T和T值，据此查表确定PI调节器的参数8和Ti，并整定5、设置好温度的给定值，先用手操作调节器的输出，通过三相移相调压模块给锅炉内胆加热，等锅炉水温趋于给定值H不变后，把调节器由手动切换为自动，使系统进入自动运行状态。
实验六、锅炉内胆水温PID整定实验(动态)
2.1.2 内胆水温的PID整定实验六锅炉内胆水温PID整定实验（动态）一、实验目的（1）了解单回路温度控制系统的组成与工作原理。
（2）研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对温度系统的控制作用。
（3）改变P、PI、PD和PID的相关参数，观察它们对系统性能的影响。
二、实验设备CS2000型过程控制实验装置， PC机， DCS控制系统，DCS监控软件。
三、实验原理温度控制系统原理图上图为一个闭环单回路的锅炉内胆温度控制系统的结构框图，锅炉内胆为动态循环水，变频器、泵、锅炉内胆组成循环供水系统。
实验之前，变频器、泵供水系统通过相关阀将锅炉内胆和夹套的水装至适当高度。
实验投入运行以后，变频器再以固定的频率使锅炉内胆的水处于循环状态。
本系统所要保持的恒定参数是锅炉内胆温度给定值，即控制的任务是控制锅炉内胆温度等于给定值。
根据控制方框图，采用DCS系统控制。
四、实验内容和步骤(1)关闭出水阀，将CS2000 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。
(2)打开以丹麦泵、电动调节阀、孔板流量计以及锅炉内胆进水阀所组成的水路系统，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀。
(3)将锅炉内胆的出水阀关闭。
(4)手动打开实验装置的电源开关。
(5)启动DCS上位机组态软件，进入主画面，然后进入实验六画面，熟悉本实验组态软件的启动、退出、界面和基本操作。
(6)点击上位机界面上的“点击以下框体调出PID参数”按钮，用鼠标按下自动按钮，设定好“给定值SV”，并根据实验情况反复调整Ｐ、Ｉ、Ｄ三个参数，直到获得满意的的测量值。
(7)比例调节（P）控制：待基本不再变化时，加入阶跃扰动（可通过改变调节器的设定值来实现）。
观察并记录在当前比例P时的偏差DV（“余差”）。
每当改变值P后，再加同样大小的阶跃信号，比较不同P时的DV，并把数据填入表一中。
表一不同比例P时的余差记录实验过程中的各项数据，并绘成过渡过程曲线。
（数据可在软件上获得。
）(8)比例积分调节（PI）控制：a、在比例调节器控制实验的基础上，待被调量平稳后，加入积分（I）作用，观察被控制量能否回到原设定值的位置，以验证系统在PI调节器控制下没有余差。
锅炉内胆温度二位式控制实验
实验三、锅炉内胆温度二位式控制实验一、实验目的1）、熟悉实验装置，了解二位式温度控制系统的组成。
2）、掌握位式控制系统的工作原理、控制过程和控制特性。
二、实验设备过程控制实验装置、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、实验连接线。
三、实验原理1、温度传感器温度测量通常采用热电阻元件（感温元件）。
它是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。
其电阻值与温度关系式如下： Rt＝Rt[1+α(t-t0)]式中Rt——温度为t(如室温20℃)时的电阻值；Rt0——温度为t(通常为0℃)时的电阻值；α——电阻的温度系数。
可见，由于温度的变化，导致了金属导体电阻的变化。
这样只要设法测出电阻值的变化，就可达到温度测量的目的。
虽然大多数金属导体的电阻值随温度的变化而变化，但是它们并不能都作为测温用的热电阻。
作为热电阻的材料一般要求是：电阻温度系数小、电阻率要大、热容量要小；在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的重复性；并要求电阻值随温度的变化呈线性关系。
但是，要完全符合上述要求的热电阻材料实际上是有困难的。
根据具体情况，目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜。
本装置使用的是铂电阻元件PT100，并通过温度变送器（测量电桥或分压采样电路或者AI人工智能工业调节器）将电阻值的变化转换为电压信号。
铂电阻元件是采用特殊的工艺和材料制成，具有很高的稳定性和耐震动等特点，还具有较强的抗氧化能力。
在0~650℃的温度范围内，铂电阻与温度的关系为：Rt ＝Rt 0(1+At+Bt 2+Ct 3) 式中Rt ——温度为t(如室温20℃)时的电阻值； Rt 0——温度为t 0(通常为0℃)时的电阻值；A 、B 、C 是常数，一般A=3.90802*10－31/℃，B=-5.802*10－71/℃，C=-4.2735*10－121/℃。
Rt-t 的关系称为分度表。
不同的测温元件用分度号来区别，如Pt100、C U 50等。
任务一锅炉内胆温度二位式控制任务二锅炉内胆水温PID整.
（1）、打开以丹麦泵、变频器、涡轮流量计以及锅炉内胆、 夹套进水阀（阀22、阀11、阀18、阀15）所组成的水路 系统，关闭通往其他对象的切换阀。 （2）、先把锅炉内胆和夹套的水装至适当高度，然后关闭 阀18。 （3）、将锅炉内胆的进水阀：阀11至适当开度。 （4）、将锅炉内胆的出水阀：阀14关闭。 （5）、将锅炉内胆的溢流口出水阀: 阀15全开。 （6）、检查电源开关是否关闭。
八、课后作业布置
试述串级控制系统为什么对主扰动具有很强的抗扰动能 力？如果副对象的时间常数不是远小于主对象的时间常数 时，这时副回路抗扰动的优越性还具有吗？为什么？ 串级控制系统投运前需要做好那些准备工作？ 主、副调 节器的内、外给定如何确定？正、反作用如何设置？ 改变副调节器比例放大倍数的大小，对串级控制系统的 抗扰动能力有什么影响？试从理论上给予说明。
任务四 锅炉夹套和内胆温度串级控制 正确设置PID调节器： 副调节器：比例积分（PI）控制，反作用，自动，KC2 （副回路的开环增益）较大。 主调节器：比例积分（PI）控制，反作用，自动，KC1 〈 KC2（其中KC1为主回路开环增益）。 待系统稳定后，类同于单回路控制系统那样，对系统加 扰动信号，扰动的大小与单回路时相同。 通过反复对副调节器和主调节器参数的调节，使系统具 有较满意的动态响应和较高的控制精度。 （注）：可参照前已做过的实验，详细列出本次实验的实 验方法与步骤。
能力目标 :1．能够正确操作温度控制系统。 2．能够对串级控制进行PID参数整定。
知识目标 :1．PID参数整定方法。 2．响应曲线分析。 3．串级控制系统分析。
素质目标 :培养自主学习能力，挖掘潜在创造力，激发设计才 能，培养团队意识、组织协调能力、创新思维能力，培养分析 和解决问题的能力。
锅炉内胆温度控制系统过程实训 2
湖南工程学院系统综合训练报告课题名称过程控制系统专业班级姓名学号指导教师2007年 3 月19 日目录前言 ...................................................................................... - 2 -第1章、控制系统组成...................................................... - 2 -1.1系统外部组成................................................................ - 2 -1.2 ICP-7033模块和ICP-7024模块 ................................. - 2 -第2章、实训内容 .............................................................. - 5 -2.1 了解过程控制系统的有关知识................................... - 5 -2.2 搜集资料....................................................................... - 5 -2.3 单容水箱液位控制调试............................................... - 5 -2.4 锅炉内胆温度控制系统调试....................................... - 6 -2.5 思想总结....................................................................... - 7 -第3章、实训心得 .............................................................. - 8 -前言这次工程实训的任务是单容水箱液位控制调试和锅炉内胆温度控制系统调试。
锅炉内胆水温控制讲解
目录1 系统组成介绍 (1)1.1 被控对象 (1)1.2 检测仪表 (1)1.3 执行机构 (2)1.5 控制屏组件 (2)1.6 实验控制系统流程图 (3)1.7 控制原理框图 (4)2 上位机组态与程序设计 (6)2.1 组态软件介绍 (6)2.2 WinCC的发展及应用 (6)2.3 Wincc监控组态与程序设计 (7)2.4 WiNCC组态软件的通讯 (14)3 PLC300控制程序 (17)4 实验内容与步骤 (21)4.1 实验准备工作 (21)4.2 控制规律选择参数调节 (21)5 实验结果显示 (23)总结 (26)参考文献 (27)1 系统组成介绍本实验装置对象主要由锅炉和盘管三大部分组成。
供水系统：一路由三相（380V 恒压供水）磁力驱动泵、电动调节阀、涡轮流量计及自动电磁阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频调速）、涡轮流量计及自动电磁阀组成。
1.1 被控对象4.5KW三相电加热模拟锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式锅炉夹套构成)1．模拟锅炉：是利用电加热管加热的常压锅炉，包括加热层（锅炉内胆）和冷却层（锅炉夹套），均由不锈钢精制而成，可利用它进行温度实验。
做温度实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。
冷却层和加热层都装有温度传感器检测其温度，可完成温度的定值控制、串级控制，前馈-反馈控制，解耦控制等实验。
2．盘管：模拟工业现场的管道输送和滞后环节，长37米（43圈），在盘管上有三个不同的温度检测点，它们的滞后时间常数不同，在实验过程中可根据不同的实验需要选择不同的温度检测点。
盘管的出水通过阀门的切换既可以流入锅炉内胆，也可以经过涡轮流量计流回储水箱。
它可用来完成温度的滞后和流量纯滞后控制实验。
3．管道及阀门：整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成，所有的阀门均采用优质阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。
有效提高了实验装置的使用年限。
锅炉内胆静态水温PID控制(过控课设)
目录1 绪论 (1)1.1 锅炉 (1)1.2 现场总线 (1)1.3 WINCC概述 (2)2 锅炉内胆水温控制系统的设计 (3)2.1 控制系统介绍 (3)2.1.1 控制系统结构 (3)2.1.2 控制系统流程 (3)2.2 硬件设计 (4)2.2.1 实物接线图 (4)2.2.2 硬件配置 (6)3 控制系统的软件设计 (8)3.1 可编程控制器基础 (8)3.1.1 可编程控制器的产生和应用 (8)3.1.2 可编程控制器的组成和工作原理 (8)3.2 PLC控制柜的组成 (9)3.3 PLC的硬件组态控制程序设计 (10)3.4 PLC的控制程序设计 (12)3.4.1 FB41简介 (12)3.4.2 FC105简介 (14)3.4.3 FC106简介 (15)3.4.4 程序设计 (16)4 系统调试 (20)4.1 电源连接 (20)4.2 测试步骤 (20)5 实验结果显示 (23)结束语 (25)参考文献 (26)1 绪论1.1 锅炉锅炉是化工、供热供暖、炼油、发电等生产中不可或缺的设备。
它所产生的高压蒸汽，既可以作为风机、压缩机、大型泵类的驱动动力源，又可以作为蒸馏、化学反应、干燥等过程的热源。
随着生产规模的扩大，生产设备的革新，作为动力设备和供热设备的锅炉，正在向着更大的容量、更高的系统参数、更高的效率等方面去发展。
因此为了确保安全，稳定生产，锅炉的控制系统就显得越发的重要。
电锅炉也称电加热锅炉、电热锅炉，顾名思义，它是以电力为能源并将其转化成为热能，然后经过锅炉的转换，向外输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体的设备。
电锅炉主要由钢制的壳体、电脑控制系统、低压电气系统、电加热管、进出水管及检测仪表等组成。
电锅炉的加热方式有电磁感应加热方式和电阻（电加热管）加热方式两种。
电阻加热方式又分为不锈钢加热管和陶瓷加热管，电阻加热方式就是采用电阻式电热元件进行加热。
电锅炉的优点就是在结构上易于叠加和组合，控制更加灵活，维修更换更方便。
锅炉水温控制系统的PID调节
０．引言在过程控制场合，模拟量的PID调节是常见的一种控制方式，在冶金、机械、化工等行业中获得了广泛应用。
这是由于PID调节不需要求出控制系统的数学模型。
同时PID调节器又具有典型的结构，可以根据被控对象的具体情况，采用PID的变种，有较强的灵活性和运用性。
可编程控制器由于具有数值运算的能力和处理模拟信号量的功能，所以可设计出各种PID控制器，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，具有监控功能，并可以在运行中调整参数。
１．系统硬件构成本系统由S7-200PLC、EM235模块、过程控制设备上的锅炉、操作平台上的数显仪表、温度变送器、温度调节器等组成。
温度变送器将采集到的锅炉水温信号（电压信号）传送给PLC模拟量模块EM235输入口，经过PLC内部程序运算，将输出信号由EM235的送给温度调节器，温度调节器根据得到的信号控制锅炉烧水用的三相电阻丝，从而实现对锅炉水温的控制。
系统框架图如图1所示。
图1系统框架图为方便现场操作人员对系统的监视和管理,配置研华工控机一台,它通过PPI总线实现与S7-200PLC总站的通信,并设置上位机监控系统,监控系统可实现锅炉温度画面显示、参数调节、曲线记录及报警等功能。
２．系统工作原理利用过程控制设备上的铂电阻传感器对锅炉水温进行采样，因采样信号为100~138.5Ω之间电阻值，不能直接运用，可利用EM~235模拟量模块产生一个恒流源输入到可变电阻中，从而使采样信号变成相对应的电压值。
将得到的电压值输入到EM~235模拟量模块的输入端，与初始化阶段的设定值一起，进行PID运算得到输出值，将输出值送给温度控制调节器，温度控制调节器根据得到的输出值对锅炉加热电阻丝进行控制，从而实现对锅炉水温的控制。
系统工作示意图如图2所示。
图中，实线方框内为西门子S7-200系列PLC和EM235模拟量模块组成部分，执行机构为温度调控器，被控对象为锅炉水温，敏感元件为温度变送器。
锅炉内胆温度过控实训报告 2
湖南工程学院系统综合训练报告课题名称过程控制系统专业班级姓名学号指导教师2007年 4 月9 日一、概述过程控制一般是指连续生产过程的自动控制。
他是通过各种检测仪表、控制仪表（包括电动仪表和气动仪表，模拟仪表和智能仪表）和电子计算机（看作一台仪表）等自动化工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。
一个过程空话子系统是由被控制过程和过程检测控制仪表两部分组成的。
过程检测控制仪表包括检测元件、变送器、调节器（包括计算机）、调节阀。
过程控制系统的设计是根据工业过成的特性和工艺要求，通过选用过程检测控制仪表构成系统，再通过PID参数的整定，实现对生产过程的最佳控制。
在现代工业生产过程中，工业过程很复杂。
由于生产规模大小不同，工艺要求各异，产品品种多样，因此过程控制中的被控过程是多种多样的。
诸如石油化工过程中的精馏塔、化学反应器、流体传输设备；热工过程中的锅炉、热交换器；冶金过程中的转炉、平炉；机械工业中的热处理炉等。
他们的动态特性多数具有大惯性、大滞后、非线性特性。
有些机理复杂（如发酵、生化过程等）的过程至今尚未被人们认识，所以很难用目前过程辩识方法建立其精确的数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并非易事。
由于被控过程具有大惯性、大滞后（大延时）等特性，因此决定了过程控制多属慢过程。
另外，在石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、制药等工业生产过程中。
往往采用一些物理量和化学量（如温度、压力、流量、液位、成分、PH等）来表征其生产过程是否正常，因此需要对上述参数进行自动检测和自动控制，故过程控制多半为参数控制。
随着现在工业生产的迅速发展，工艺条件越来越复杂，对过程控制的要求越来越高。
过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。
由于工业过程的复杂、多变，因此其特性多半属多变量、分布参数、大惯性、大滞后和非线性等等。
为了满足上述特点与工艺要求，过程控制中的控制方案是十分丰富的。
通常有单变量控制系统，也有多变量控制系统；有仪表过程控制系统，也有计算机集散过程控制系统；有复杂控制系统，也有满足特定要求的控制系统。
锅炉内胆水温控制
目录1 系统组成介绍 (1)1.1 被控对象 (1)1.2 检测仪表 (1)1.3 执行机构 (2)1.5 控制屏组件 (2)1.6 实验控制系统流程图 (3)1.7 控制原理框图 (4)2 上位机组态与程序设计 (6)2.1 组态软件介绍 (6)2.2 WinCC的发展及应用 (6)2.3 Wincc监控组态与程序设计 (7)2.4 WiNCC组态软件的通讯 (14)3 PLC300控制程序 (16)4 实验内容与步骤 (20)4.1 实验准备工作 (20)4.2 控制规律选择参数调节 (21)5 实验结果显示 (23)总结 (26)参考文献 (27)1 系统组成介绍本实验装置对象主要由锅炉和盘管三大部分组成。
供水系统：一路由三相（380V 恒压供水）磁力驱动泵、电动调节阀、涡轮流量计及自动电磁阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频调速）、涡轮流量计及自动电磁阀组成。
1.1 被控对象4.5KW三相电加热模拟锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式锅炉夹套构成)1．模拟锅炉：是利用电加热管加热的常压锅炉，包括加热层（锅炉内胆）和冷却层（锅炉夹套），均由不锈钢精制而成，可利用它进行温度实验。
做温度实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。
冷却层和加热层都装有温度传感器检测其温度，可完成温度的定值控制、串级控制，前馈-反馈控制，解耦控制等实验。
2．盘管：模拟工业现场的管道输送和滞后环节，长37米（43圈），在盘管上有三个不同的温度检测点，它们的滞后时间常数不同，在实验过程中可根据不同的实验需要选择不同的温度检测点。
盘管的出水通过阀门的切换既可以流入锅炉内胆，也可以经过涡轮流量计流回储水箱。
它可用来完成温度的滞后和流量纯滞后控制实验。
3．管道及阀门：整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成，所有的阀门均采用优质阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。
有效提高了实验装置的使用年限。
锅炉内胆水温控制定稿 2(DOC)
湖南工程学院系统综合训练报告课题名称过程控制系统专业班级姓名学号指导教师2007年 3 月19 日目录一过程控制系统概述 (2)二工程实训内容 (3)三锅炉水温控制系统简介 (8)四调试过程 (9)五心得体会 (10)电气与信息工程系课程设计评分表 (11)一过程控制系统概述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。
其中有在工业领域有着广泛应用的智能数字仪表控制系统、智能仪表加计算机组态软件控制系统、计算机DDC 控制系统、PLC控制系统、DCS分布式集散控制系统、FCS现场总线控制系统等。
在现代化工业生产中，过程控制技术正为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产效率、改善劳动条件、保护生态环境等起到越来越大的作用。
二工程实训内容我们本次工程实训的任务就是通过锅炉内胆水温控制系统调试，来熟悉THJ-2型高级过程控制实验装置。
通过本次工程实践，来熟悉工业过程控制的工作流程以及其控制原理。
一、系统组成“THJ-2型高级过程控制系统实验装置”由过程控制实验对象系统、智能仪表控制台及上位监控PC机三部分组成。
1．过程控制实验对象系统实验对象系统包含有：不锈钢储水箱；上、中、下三个串接有机玻璃圆筒型水箱；三相4.5KW电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成）和铝塑盘管组成。
系统动力系统有两套：一套由三相（380V交流）不锈钢磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计等组成;另一套由日本三菱变频器、三相不锈钢磁力驱动泵（220V变频）、涡轮流量计等组成。
锅炉夹套和内胆温度串级控制实验相关知识
（二零一二年三月化工学院 科研训练报告 学生姓名：岳超系 别：过程装备与控制工程系专 业：过程装备与控制工程班 级：过控08--1班实习地点：薛家湾热电厂指导教师：白竞平学校代码： 10128学 号： 200820506086锅炉夹套和内胆温度串级控制实验相关知识一串级控制系统：串级控制系统-----两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。
1.基本概念即组成结构2.串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。
3前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。
整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。
副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。
一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。
二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。
2.串级控制系统的工作过程3.当扰动发生时，破坏了稳定状态，调节器进行工作。
根据扰动施加点的位置不同，分种情况进行分析：1）扰动作用于副回路2）扰动作用于主过程3）扰动同时作用于副回路和主过程4.分析可以看到：在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。
副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高。
5.系统特点及分析1*改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量。
2* 能迅速克服进入副回路的二次扰动。
3* 提高了系统的工作频率。
4* 对负荷变化的适应性较强二串级控制系统的设计1. 主回路的设计串级控制系统的主回路是定值控制，其设计单回路控制系统的设计类似，设计过程可以按照简单控制系统设计原则进行。
过程控制系统课程设计7：锅炉内胆动态水温PID控制实验doc
摘要温度是工业生产过程中最常检测和控制的热工参数之一，本设计是以西门子S7-200PLC为主控制器，以WINCC为上位机监控软件来实现对锅炉内胆水温的DCS自动控制。
系统主要由一台带有WINCC组态软件的上位机和应用于STEP7-MicroWIN V4.0软件、西门子S7-200PLC下位机以及PC/PPI电缆、RTGK-2型过程控制系统构成。
通过对下位机S7200PLC的软件编程，完成锅炉内胆温度信号采集、处理以及PID控制，分别对上位机以及下位机进行了详细设计，并运用工程整定方法，整定出满足系统要求的锅炉内胆水温PID控制参数，得到比较理想的PID控制曲线，实现了对锅炉内胆水温控制的目的，达到了设计要求。
关键词：锅炉内胆；水温；PID；S7200目录1系统总体方案分析 (1)1.1锅炉内胆动态水温PID控制系统总体方案分析 (1)1.2上位机组态与程序设计 (2)2系统调试 (13)2.1流程图绘制 (13)2.2电源连接 (14)2.3测试步骤 (14)3参数整定与系统分析 (17)3.1锅炉内胆水温定值控制实验的结构框图 (17)3.2调节器相关参数整定过程 (17)3.3系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能 (20)3.4不同PID参数对系统的性能产生的影响。
(22)3.5 P、PI、PID控制方式的控制效果 (26)4结论 (30)参考文献 (32)1系统总体方案分析1.1锅炉内胆动态水温PID控制系统总体方案分析锅炉内胆水为动态循环水，变频器、磁力泵与锅炉内胆组成循环水系统。
如图1所示：图1.1锅炉内胆温度特性测试系统(a)结构图(b)方框图本实验系统组态软件进行，由于自动控制的时候考虑到机械及机器会出现故障，设置的调节阀可在及其出现故障时，非自动的情况下，手动进行调节开度，是锅炉内胆保持给定值，运用在大型生产过程中采用手动和自动模式替换操作达到整个生产的能耗最低，效益最大化。
被控变量为锅炉内胆水温，要求锅炉内胆水温等于给定值。
锅炉内胆水温控制
目录1 系统组成介绍 (1)1.1 被控对象 (1)1.2 检测仪表 (1)1.3 执行机构 (2)1.5 控制屏组件 (2)1.6 实验控制系统流程图 (3)1.7 控制原理框图 (4)2 上位机组态与程序设计 (6)2.1 组态软件介绍 (6)2.2 WinCC的发展及应用 (6)2.3 Wincc监控组态与程序设计 (7)2.4 WiNCC组态软件的通讯 (14)3 PLC300控制程序 (16)4 实验内容与步骤 (20)4.1 实验准备工作 (20)4.2 控制规律选择参数调节 (21)5 实验结果显示 (23)总结 (26)参考文献 (27)1 系统组成介绍本实验装置对象主要由锅炉和盘管三大部分组成。
供水系统：一路由三相（380V 恒压供水）磁力驱动泵、电动调节阀、涡轮流量计及自动电磁阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频调速）、涡轮流量计及自动电磁阀组成。
1.1 被控对象4.5KW三相电加热模拟锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式锅炉夹套构成)1．模拟锅炉：是利用电加热管加热的常压锅炉，包括加热层（锅炉内胆）和冷却层（锅炉夹套），均由不锈钢精制而成，可利用它进行温度实验。
做温度实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。
冷却层和加热层都装有温度传感器检测其温度，可完成温度的定值控制、串级控制，前馈-反馈控制，解耦控制等实验。
2．盘管：模拟工业现场的管道输送和滞后环节，长37米（43圈），在盘管上有三个不同的温度检测点，它们的滞后时间常数不同，在实验过程中可根据不同的实验需要选择不同的温度检测点。
盘管的出水通过阀门的切换既可以流入锅炉内胆，也可以经过涡轮流量计流回储水箱。
它可用来完成温度的滞后和流量纯滞后控制实验。
3．管道及阀门：整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成，所有的阀门均采用优质阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。
有效提高了实验装置的使用年限。
【精品】锅炉内胆水温控制系统建模和控制器设计
中国矿业大学课程设计姓名：陈寇忠学号：学院：信息与电气工程学院专业:电气工程与自动化2010－10设计题目：锅炉内胆水温控制系统建模和控制器设计指导教师:郭西进职称：教授2010年6月徐州目录1绪论 (1)1.1课题简介 (1)1.2温度控制方式研究现状 (1)1.2.1传统控制方法—PID控制算法 (1)1.2.2模糊控制 (2)1.2。
3神经网络控制 (2)1。
2。
4自适应控制 (3)1。
2.5 PID控制方法和其他控制方法的结合使用 (4)1.3本文所做的工作 (6)2温度控制系统的概述 (7)2.1实验装置简述 (7)2.2温度控制系统概述 (13)2.2.1温度控制系统的结构框图 (13)2。
2。
2调节器及其基本调节规律 (13)2。
2。
3执行器 (14)2。
2。
4被控对象 (14)2.2。
5检测元件 (14)3温箱系统建模 (15)3.1数学模型概述 (15)3.2温箱数学模型的建立 (16)3.3系统建模 (18)4.1PID控制概述 (18)4。
2.1模拟PID控制器 (19)4.2。
2数字PID控制器 (20)4.2。
3S7-300控制PID实现 (23)4.3PID控制整定方法 (25)4。
3。
1Ziegler—Nichols整定公式 (25)4。
3。
2最优PID控制器 (26)4。
3.3自整定PID控制器 (28)4。
4PID控制仿真 (28)4.4.1建模 (28)4.4.2系统仿真 (31)4.4.3分析比较 (35)5结论 (36)6体会 (37)7参考文献 381绪论1.1课题简介这学期我们学习了《过程控制系统与自动化仪表》，它是自动化专业比较重要的一门专业课。
过程控制系统一般指工业生产过程中自动控制系统的被控变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统.温度是国际单位制中七个基本量之一，在科学研究和生产实践的诸多领域都占有极为重要的地位，因此，对温度进行测量和控制也是科学实验和工业生产中经常需要解决的重要问题.本文结合实验台——THJFCS-1型现场总线过程控制系统实验装置,对温度控制进行进一步的研究。
基于MCGS的锅炉PID控制
课外研学报告题目：基于MCGS的锅炉PID控制学院：信息科学与工程学院班级：姓名：学号：指导老师：完成时间：基于MCGS的炉温控制系统设计报告一、课程设计内容使用MCGS5.5设计一个炉温定值控制系统上位机，要求在不使用温度控制平台上的智能仪表的情况下，对锅炉温度实现定值控制，使用经典控制理论中的PID方法，控制炉温。
实验设备：1．实验对象智能温度控制平台一个、计算机一台；2．RS232直连通讯线一根。
设计目的：1．了解温度位式控制系统的结构与组成。
2．掌握位式控制系统的工作原理及其调试方法。
3．了解位式控制系统的品质指标和参数整定方法。
4．分析锅炉内胆温度定值控制与位式控制的控制效果有何不同之处？二、软件——MCGS组态软件简介MCGS中文名监视与控制通用系统，是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制，可运行于windows95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统。
MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。
使用MCGS，用户无须具备计算机编程的知识，就可以在短时间内轻而易举地完成一个运行稳定，功能全面，维护量小并且具备专业水准的计算机监控系统的开发工作。
MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。
具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。
通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。
锅炉内胆静态水温PID控制
绪论采用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。
4 WINCC组态软件4.1 WINCC概述WINCC指的是Windows Control Center，它是在生产和过程自动化中解决可视化和控制任务的监控系统，它提供了适用于工业的图形显示、消息、归档以及报表的功能模板。
高性能的功能耦合、快速的画面更新以及可靠的数据交换使其具有高度的实用性。
WINCC 是基于Windows NT 32位操作系统的，在Windows NT或Windows 2000标准环境中，WINCC具有控制自动化过程的强大功能，它是基于个人计算机，同时具有极高性价比的操作监视系统。
锅炉内胆水温PID控制实验
第五节锅炉内胆水温PID控制实验一、实验目的1。
根据实验数据和曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的动、静态性能。
2。
比较不同PID参数对系统的性能产生的影响。
3. 分析P、PI、PD、PID四种控制规律对本实验系统的作用。
二、实验设备1. THJ-2型高级过程控制系统实验装置2。
计算机及相关软件3。
万用电表一只三、实验原理本实验以锅炉内胆作为被控对象，内胆的水温为系统的被控制量.本实验要求锅炉内胆的水温稳定至给定量，将铂电阻TT1检测到的锅炉内胆温度信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制三相调压模块的输出电压(即三相电加热管的端电压），以达到控制锅炉内胆水温的目的.在锅炉内胆水温的定值控制系统中，其参数的整定方法与其它单回路控制系统一样，但由于加热过程容量时延较大，所以其控制过渡时间也较长，系统的调节器可选择PD或PID控制。
本实验系统结构图和方框图如图5—1所示。
图5-1 锅炉内胆温度特性测试系统（a）结构图 (b）方框图可以采用两种方案对锅炉内胆的水温进行控制：（一）锅炉夹套不加冷却水(静态）（二）锅炉夹套加冷却水(动态）显然，两种方案的控制效果是不一样的,后者比前者的升温过程稍慢，降温过程稍快.无论操作者采用静态控制或者动态控制，本实验的上位监控界面操作都是一样的。
四、实验内容与步骤1。
先将储水箱贮足水量,将阀门F1-1、F1-4、F1—5、F1—13全开，打开电磁阀开关，其余阀门关闭,启动380伏交流磁力泵，给锅炉内胆贮存一定的水量（要求至少高于液位指示玻璃管的红线位置），然后关闭阀F1-13、F1-4及电磁阀，打开阀F1—12，为给锅炉夹套供冷水做好准备。
2。
接通控制系统电源，打开用作上位监控的的PC机，进入的实验主界面,在实验主界面中选择本实验项即“锅炉内胆水温PID控制实验”。
3.合上三相电源空气开关，三相电加热管通电加热，适当增加/减少输出量,使锅炉内胆的水温稳定于设定值.4.按指导书第二章第一节中的经验法或动态特性参数法整定调节器参数,选择PID控制规律，并按整定后的PID参数进行调节器参数设置。
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第五节锅炉内胆水温PID控制实验
一、实验目的
1. 根据实验数据和曲线,分析系统在阶跃扰动作用下的动、静态性能。
2. 比较不同PID参数对系统的性能产生的影响。
3. 分析P、PI、PD、PID四种控制规律对本实验系统的作用。
二、实验设备
1. THJ-2型高级过程控制系统实验装置
2. 计算机及相关软件
3. 万用电表一只
三、实验原理
本实验以锅炉内胆作为被控对象，内胆的水温为系统的被控制量。
本实验要求锅炉内胆的水温稳定至给定量，将铂电阻TT1检测到的锅炉内胆温度信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制三相调压模块的输出电压（即三相电加热管的端电压），以达到控制锅炉内胆水温的目的。
在锅炉内胆水温的定值控制系统中，其参数的整定方法与其它单回路控制系统一样，但由于加热过程容量时延较大，所以其控制过渡时间也较长，系统的调节器可选择PD或PID控制。
本实验系统结构图和方框图如图5-1所示。
图5-1 锅炉内胆温度特性测试系统
(a)结构图 (b)方框图
可以采用两种方案对锅炉内胆的水温进行控制：
（一）锅炉夹套不加冷却水（静态）
（二）锅炉夹套加冷却水（动态）
显然，两种方案的控制效果是不一样的，后者比前者的升温过程稍慢，降温过程稍快。
无论操作者采用静态控制或者动态控制，本实验的上位监控界面操作都是一样的。
四、实验内容与步骤
1.先将储水箱贮足水量，将阀门F1-1、F1-4、F1-5、F1-13全开，打开电磁阀开关，其余阀门关闭，启动380伏交流磁力泵，给锅炉内胆贮存一定的水量（要求至少高于液位指示玻璃管的红线位置），然后关闭阀F1-13、F1-4及电磁阀，打开阀F1-12，为给锅炉夹套供冷水做好准备。
2.接通控制系统电源，打开用作上位监控的的PC机，进入的实验主界面,在实验主界面中选择本实验项即“锅炉内胆水温PID控制实验”。
3.合上三相电源空气开关，三相电加热管通电加热，适当增加/减少输出量，使锅炉内胆的水温稳定于设定值。
4.按指导书第二章第一节中的经验法或动态特性参数法整定调节器参数，选择PID控制规律，并按整定后的PID参数进行调节器参数设置。
5.待锅炉内胆水温稳定于给定值时，将调节器切换到“自动”状态，然后记录曲线。
6.开始往锅炉夹套打冷水，重复步骤3～5，观察实验的过程曲线与前面不加冷水的过程有何不同。
7.分别采用P、PI、PD控制规律，重复上述实验，观察在不同的PID参数值下，系统的阶跃响应曲线。
8.上述实验用计算机实时记录的响应曲线。
（1）P
（2）PI
（3）PD
（4）PID
9.计算
（1）P
稳态误差=30℃-29.37℃=0.63℃
上升时间：tr=5:48:27-5:47:23=64(s)
（2）PI
峰值时间：tp=6:22:25-6:19:26=2:59=179(s)
超调量=(44.25-35)/ (35-2.528)*100%=28.5%
（3）PD
稳态误差=35℃-34.04℃=0.86℃
上升时间：tr=6:49:25-6:48:10=75(s)
（4）PID
上升时间：tr=7:05:50-7:04:40=70(s)
峰值时间：tp=7:07:30-7:04:40=170(s)
超调量=(44.15-35)/ (35-2.626)*100%=28.3%
10.分析
（1）根据实验数据和曲线,分析系统在阶跃扰动作用下的动、静态性能。
分析：系统在阶跃扰动作用下，当比例系数较大时，系统的静态误差也较大，这是因为比例系数会加大幅值；在加入微分环节以后，系统的动态误差明显减小，但调节时间却延长，这是因为微分具有超
前的作用，可以增加系统的稳定度。
（2）比较不同PID参数对系统的性能产生的影响。
Ti：为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”，积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。
这样即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而增大，他推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，知道为零，由于积分项的存在会使调节时间增大。
因此，PI控制器可使系统在进入稳太后无稳态误差。
Kp:放大误差的幅值，快速抵消干扰的影响，使系统上升时间降低，如果仅有比例环节，系统会存在稳态误差。
Td：自动控制系统在克服误差的调解过程中可能会出现振荡甚至失稳，在控制器中仅引入“比例P”往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，他能预测误差的变化趋势。
这样具有比例加微分的控制器，就能够提前十抑制误差的的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重失调。
所以对有较大惯性或滞后的被控对象，PD控制器能改善系统在调解过程的动态特性。
（3）分析P、PI、PD、PID四种控制规律对本实验系统的作用。
P:是基本的控制作用，比例调节对控制作用和扰动作用的响应都很快但会带来余差。
PI: PI调节中P调节快速抵消干扰的影响，同时利用I调节消除残差，但是I调节会降低系统的稳定性。
PD:由于微分的超前作用，能增加系统的稳定度，震荡周期变短，减小了误差，但是微风抗干扰能力差，且微分过大易导致调节阀动作向两端饱和。
PID:常规调节器中性能最好的一种调节器，具有各类调节器的优点，具有更高的控制质量。
五、思考题
1.在温度控制系统中，为什么用 PD 和 PID 控制，系统的性能并不比用PI 控制有明显地改善？
答：目前温度传感器采用热电偶或热电阻有零点几秒到十几秒的延迟，在控制中必须加微分D做提前产生作用。
在实际运用中会觉得与工况变化不相符，往往是觉得超调严重而调乱PID参数。
2.为什么内胆动态水的温度控制比静态水时的温度控制更容易稳定，动态性能更好？
答：内胆是一个封闭的空间，几乎就不向外界散热，使用传感器测温时，测的是某一点的温度，内胆其它地方的温度可能与测量点的温度并不完全一致，静态水不流动，无法快速进行热传递，而动态水却因为它是流动的，使水温保持均匀，当然也就更容易控制。
3.如果要消除系统的余差为什么采用 PI 调节器，而不采用纯积分器？
答：因为比例积分适用于滞后比较小，负荷变化不大，不允许有余差的控制系统。
而纯积分器会使系统稳定性变差。
积分能在比例的
基础上消除系统的余差，它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、被控参数不允许有余差的场合。
4.在阶跃扰动作用下，用PD调节器控制时，系统有没有余差存在？为什么？
答：系统会存在余差，但余差会减小。
因为P调节系统始终都存在稳态误差，加入微分调节，误差会减小，但不能完全消除误差，要消除误差，需引入积分调节。