第七课、锅炉内胆水温PID整定实验(动态)
参考实验锅炉炉温自校正pid控制系统设计
毕业设计(论文)题目：实验锅炉炉温自校正PID控制系统设计摘要本文以递推最小二乘法为自适应规律, 研究实验锅炉温度控制, 用MATLAB语言编程并进行系统仿真, 在仿真结果的基础上进行分析研究. 结果表明当采用自校正PID算法时, 系统有自适应能力, 能根据被调节系统自动调节KP 、KI、KD参数使系统达到稳定,解决了长期以来大时滞实验锅炉系统PID参数设定难的问题. 为了使系统更精确, 本文采用了“带遗忘因子的递推最小二乘法”估计算法.关键字：自校正PID; 炉温控制; 参数估计; 最小二乘法ABSTRACTThis paper adopts recursive least square method to research how to control the experimental boiler temperature and uses MATLAB to program and simulate. The further research and analysis are made on the basis of system simulation results, The results show that when adopting the self-revised PID controller, the system can adapt the complex working conditions and the controller can select the PID parameters automatically. Morever, it has solved the difficult problem of setting large delay experimental boiler system PID parameters. In order to make the system more accurate, this paper adopts the estimation algorithm of recursive least-square method with forgetting factor.Keywords：Self-revised PID Controller; Temperature Control; Recursive Least Square Method; Parameter Estimation目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1选题背景及意义 (1)1.2论文的主要内容 (1)1.3本人主要工作 (1)2常规PID控制算法及其改进算法 (2)2.1常规PID控制原理 (2)2.1.1常规PID调节器算法 (2)2.1.2常规PID调节器的参数整定 (3)2.1.3常规PID调节器在实际应用中的局限 (3)2.2数字PI D控制 (3)2.2.1位置式PID控制算法 (4)2.2.2增量式PID控制算法 (5)2.2.3数字PID控制器的参数整定方法 (5)2.2.4采样周期的选择 (6)3 自校正PID控制算法 (7)3.1自适应控制系统原理 (7)3.1.1概述 (7)3.1.2模型参考自适应控制 (8)3.1.3自校正控制 (8)3.2自校正控制系统 (9)3.3.1递推最小二乘估计 (10)3.3.2带遗忘因子的递推最小二乘算法的递推算式 (12)3.3.3初值的确定 (13)3.4本论文所用自校正PID控制算法 (13)3.4.1具体框图和原理 (13)3.4.3带遗忘因子的递推最小二乘法 (17)4 系统硬件的结构设计 (18)4.1系统硬件的结构 (18)4.2自校正PID实验锅炉控制系统原理 (18)4.3自校正控制算法设计 (20)4.4自校正PID算法设计流程图 (21)5 MATLAB 仿真及结果分析 (22)6 结论 (26)参考文献 (27)致谢 ..............................................................................错误！未定义书签。
锅炉夹套水温PID控制
目录1.系统实验装置 (1)1.1系统设计 (1)1.2 被控对象 (1)1.3 检测仪表 (2)1.4 执行机构 (2)1.5 控制屏组件 (3)1.6 实验控制系统流程图 (4)1.7控制原理构图 (4)2. 实验内容与步骤 (7)2.1实验内容 (7)2.2 实验步骤 (7)2.1.1 比例调节器( P )控制 (7)2.2.2 比例积分(PI)调节器控制 (8)2.2.3 比例微分调节器(PD) 控制 (9)2.2.4 比例积分微分(PID)调节器控制 (9)2.2.5 PID参数自整定的连续温度控制 (9)3. PLC控制系统的软件设计 (10)3.1 器件选择 (10)3.2 硬件原理图 (12)3.3 硬件接线图 (12)3.4 控制程序及分析 (12)3.5控制程序 (14)4.控制算法代码 (16)4.1PID控制器简介 (16)4.2 PID控制系统 (17)4.3 PID控制参数的整定及方法 (18)4.3.1 PID控制参数的整定简介 (18)4.3.2 PID控制参数整定方法 (18)5.实验结果曲线及分析 (21)5.1实验分析 (21)5.2实验结果曲线 (22)总结 (25)参考文献 (26)1.系统实验装置1.1系统设计本实验装置对象主要由水箱、锅炉和盘管三大部分组成。
供水系统有两路：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。
1.2 被控对象由不锈钢储水箱、（上、中、下）三个串接有机玻璃水箱、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)、盘管和敷塑不锈钢管道等组成。
1．水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。
上、中、下水箱采用淡蓝色优质有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直接观察液位的变化和记录结果。
上、中水箱尺寸均为：D=25cm，H=20cm；下水箱尺寸为：D=35cm，H=20cm。
锅炉夹套水温PID控制.讲义
过程参数检测及仪表课程设计（论文）报告锅炉夹套水温PID控制1、系统实验装置1.1 系统设计本实验装置对象主要由水箱、锅炉和盘管三大部分组成。
供水系统有两路：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。
1.2 被控对象由不锈钢储水箱、（上、中、下）三个串接有机玻璃水箱、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)、盘管和敷塑不锈钢管道等组成。
1．水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。
上、中、下水箱采用淡蓝色优质有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直接观察液位的变化和记录结果。
上、中水箱尺寸均为：D=25cm，H=20cm；下水箱尺寸为：D=35cm，H=20cm。
水箱结构独特，由三个槽组成，分别为缓冲槽、工作槽和出水槽，进水时水管的水先流入缓冲槽，出水时工作槽的水经过带燕尾槽的隔板流入出水槽，这样经过缓冲和线性化的处理，工作槽的液位较为稳定，便于观察。
水箱底部均接有扩散硅压力传感器与变送器，可对水箱的压力和液位进行检测和变送。
上、中、下水箱可以组合成一阶、二阶、三阶单回路液位控制系统和双闭环、三闭环液位串级控制系统。
储水箱由不锈钢板制成，尺寸为：长×宽×高=68cm×52cm×43cm，完全能满足上、中、下水箱的实验供水需要。
储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩，以防杂物进入水泵和管道。
2．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。
3．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。
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。
锅炉内胆水温PID自动控制控制实验
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。
估）（bJ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。
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。
锅炉内胆水温定值控制系统的设计与实现
锅炉内胆水温定值控制系统的设计与实现学校代码学号题目学年论文指导教师评阅意见摘要本实验系统为对锅炉内胆水温的定值控制，利用THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台进行试验，在局域网中，通过上位机赋予下位机的权限，利用组态王软件对锅炉内胆水温进行设定，使用PID控制能在一定的精度内实现锅炉夹套对水锅炉内胆水温的自动调节，使之达到水温设定值，并保持稳定。
通过实验要求，我们采用主调节器为PID控制的系统，并使用MATLAB进行模型建立，使用试凑法得到PID参数。
因为用锅炉夹套内水的流动降低锅炉内胆的温度，所以锅炉水温具有非线性、时变性、大滞后和不对称性等特点,因此我们使用PID算法控制实现对锅炉内胆水温的快速精确控制，满足实验要求。
关键词：锅炉,水温，控制The boiler tank water temperature constant value control system design and implementationAbstractThis experiment system is a constant value control of the boiler tank water temperature, using THSA - 1 type control integrated automation control system experimental platform to test and in thelocal area network (LAN), given by the upper machine under a machine permissions, using kingview software to set the boiler tank water temperature, using PID control can realize the jacketed boiler within a certain precision of the boiler water tank water temperature automatic adjustment, the water temperature will be set value, and keep the stability. Requirements through the experiment, we use the primary controller for the PID control system, and use of MATLAB model is established in this paper, using the trial and error method of PID parameter. Because in jacketed boiler water flow to reduce the temperature of the boiler tank, so the boiler water temperature is nonlinear, time-varying, big lag and asymmetry and other characteristics, so we use PID algorithm control realize the rapid and accurate control of the boiler tank water temperature, satisfies the requirement of experiment.Key words : boiler，water temperature，control目录1.绪论............................................................. (1)1.1锅炉相关背景介绍............................................................. .. (1)1．2系统设计方案............................................................. .. (2)1.2.1设计目的............................................................. . (2)1.2.2设计要求............................................................. . (2)1.2.3设计思路............................................................. . (3)2.系统硬件组成及设计方案............................................................. (4)2.1智能仪表............................................................. (4)2.2控制器............................................................. . (4)2.3测量变送器............................................................. .. (5)2.4设计方案............................................................. (6)3系统仿真与分析............................................................. .. (7)3.1 matlab仿真结构图............................................................. (7)3.2系统的参数整定............................................................. (8)4系统的硬件调试及分析............................................................. .. (9)4.1组态王参数设定与工作过程分析............................................................. .. (9)4.2实验结果分析 ............................................................ (10)4.3试验中遇到的问题............................................................. (11)总结............................................................. ............................................................... .. 12致谢............................................................. .. (13)参考文献............................................................. (14)1.绪论1.1锅炉相关背景介绍锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能，锅炉输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。
《过程控制系统》实验报告(最新版)
实验一、单容水箱特性的测试一、实验目的1. 掌握单容水箱的阶跃响应的测试方法，并记录相应液位的响应曲线。
2. 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T和传递函数。
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、实验原理图2-1单容水箱特性测试结构图由图2-1可知，对象的被控制量为水箱的液位H，控制量（输入量）是流入水箱中的流量Q1，手动阀V1和V2的开度都为定值，Q2为水箱中流出的流量。
根据物料平衡关系，在平衡状态时Q1-Q2=0 (1)动态时，则有Q1-Q2=dv/dt (2)式中V 为水箱的贮水容积，dV/dt为水贮存量的变化率，它与H 的关系为dV=Adh ,即dV/dt=Adh/dt (3)A 为水箱的底面积。
把式(3)代入式(2)得Q1-Q2=Adh/dt (4)基于Q2=h/RS，RS为阀V2的液阻,则上式可改写为Q1-h/RS=Adh/dt即ARsdh/dt+h=KQ1或写作H(s)K/Q1(s)=K/(TS+1) (5)式中T=ARs,它与水箱的底积A和V2的Rs有关:K=Rs。
式(5)就是单容水箱的传递函数。
对上式取拉氏反变换得(6)当t—>∞时,h(∞)=KR0 ,因而有K=h(∞)/R0=输出稳态值/阶跃输入当t=T 时，则有h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h(∞)式(6)表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图2-2 所示。
当由实验求得图2-2所示的阶跃响应曲线后,该曲线上升到稳态值的63%所对应的时间,就是水箱的时间常数T。
该时间常数T也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是时间常数T,由响应曲线求得K和T后,就能求得单容水箱的传递函数。
如果对象的阶跃响应曲线为图2-3,则在此曲线的拐点D处作一切线，它与时间轴交于B点,与响应稳态值的渐近线交于A 点。
优秀pid课程设计实例——几种PID整定方法在锅炉汽包水位系统中的应用和比较
几种PID 整定方法在锅炉汽包水位系统中的应用与比较摘 要基于PID 控制策略给出了锅炉汽包水位控制的几种整定方法.工业锅炉汽包水位的主要动态特性包括:非最小相位特征,不稳定性,时滞和负荷干扰.作者通过z-n 经验曲线法、临界比例法和鲁棒控制器等各种手段来整定各PID 参数，尽量减小非最小相系统的不稳定影响，最后比较不同整定方法得出的不同效果. 关键词 PID 控制器,锅炉,汽包水位一、引言锅炉汽包水位的自动调节系统在稳定的工况下一般可以投入自动,但在系统动态特性大幅度变化的情况下,仍然常常需要操作者的手动控制,这是鉴于系统本身存在着诸多的复杂扰动因素.(1)来自给水管道和给水泵的扰动,导致给水压力和调节阀开度的不断变化. (2)汽轮发电机组的功率变化,导致蒸汽管道压力和调汽阀开度的不断变化. (3)由于煤种和煤质的不确定性而导致热负荷的不确定性变化.以上3种因素都不同程度地导致“虚假水位”现象的存在,尤其是系统在低负荷情况下出现不同程度的时滞及非最小相位行为.若采用单一的水位反馈控制或能够反映动态特性的三冲量给水系统,由于锅炉水位控制系统的动态特性不断变化,采用各种自校正措施会使系统结构复杂,整定困难,同时仍然存在误差,在现场工况变化后难以适应控制要求.本文应用各种整定方法，加以比较，从而获得了良好的控制效果. 1、动力锅炉汽水系统的描述本文研究的内容为各种PID 整定方法在国内某大型发电厂的锅炉汽包水位系统中的应用问题.该厂现有的火电单元机组都是200MW 燃煤单元机组,锅炉制粉系统采用中间储仓式,磨煤机为钢球磨煤机.锅炉为单汽包自然循环锅炉,额定蒸发量为670吨/h,最终过热汽压为14.2MPa,汽包水位偏差稳定在±30mm 范围内,特殊情况下波动不超过±50mm.燃料煤由运煤滑差电机送入炉内,空气由送风机送入.控制阀调节入水量.表示主要过程的输入输出关系如图1所示.锅炉在不同负荷和参数时,其对象模型是不同的.完整的数学模型可由一系列反应物质和能量平衡关系的方程式描述[1].该20×104千瓦机组在30%负荷情况下的给水被控对象动态试验模型结果用由馈水流率到水位的传递函数可近似表示为ss s s s s H 03324.031579.000042.0004.00125.0)(232+++-=则其单位负反馈系统的闭环传递函数为)()(1)()()(s H s G s H s G s W +=即为 00042.002924.03283.000042.0004.00125.0)(232++++-=s s s s s s W2、系统的简单仿真此处，我们使用MATLAB 下Control System Toolbox 中的线性时不变系统仿真图形工具LTIViewer ，来对闭环传递函数W(s)进行仿真。
锅炉内胆水温位式控制
第一节锅炉内胆水温位式控制系统一、实验目的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．分析锅炉内胆水温定值控制与位式控制的控制效果有何不同之处？二、实验设备（同前）三、实验原理图4-1 锅炉内胆温度位式控制系统(a)结构图 (b)方框图本实验系统的结构图和方框图如图4-1所示。
本实验的被控对象为锅炉内胆，系统的被控制量为内胆的水温。
由于实验中用到的调节器输出只有“开”或“关”两种极限的工作状态，故称这种控制器为二位式调节器。
温度变送器把铂电阻TT1检测到的锅炉内胆温度信号转变为反馈电压V i。
它与二位调节器设定的上限输入V max和下限输入V min比较，从而决定二位调节器输出继电器是闭合或断开，即控制位式接触器的接通与断开。
图4-2为位式控制器的工作原理图。
图4-2 位式控制器的输入-输出特性图中： V0------位式控制器的输出；V i------位式控制器的输入；V max-----位式控制器的上限输入；V min-----位式控制器的下限输入。
由图4-2可见，当被控制的锅炉水温T减小到小于设定下限值时，即V i≤V min时，位式调节器的继电器闭合，交流接触器接通，使电热管接通三相380V电源进行加热（如图4-1所示）。
随着水温T的升高，Vi也不断增大，当增大到大于设定上限值时，即V i≥V max时，则位式调节器的继电器断电，交流接触器随之断开，切断电热丝的供电。
由于这种控制方式是断续的二位式控制，故只适用于对控制质量要求不高的场合。
位式控制系统的输出是一个断续控整理用下的等幅振荡过程，因此不能用连续控整理用下的衰减振荡过程的温度品质指标来衡量，而用振幅和周期作为控制品质的指标。
一般要求振幅小，周期长。
然而对于同一个位式控制系统来说，若要振幅小，则周期必然短；若要周期长，则振幅必然大。
因此可通过合理选择中间区以使振幅保持在限定范围内，而又尽可能获得较长的周期。
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。
智能(AI808)控制锅炉内胆的水温
智能(AI808)控制锅炉内胆的水温汪翠萍【摘要】以AI808智能控制器控制锅炉内胆水温为例,采用智能PID控制锅炉内胆水温,使得系统在安全稳定运行的前提下能够更高效率、鲁棒性地工作.以智能PID控制锅炉内胆水温,采用串级控制方案,通过反复试验与调节,使系统达到一定的设计精度和要求,从而体现智能PID控制锅炉内胆水温的重要意义及研究价值.【期刊名称】《安徽化工》【年(卷),期】2016(042)002【总页数】3页(P87-88,91)【关键词】AI808智能控制器;智能PID;串级控制;参数整定【作者】汪翠萍【作者单位】安徽化工学校,安徽安庆 246005【正文语种】中文【中图分类】TP18;TQ053随着科学技术的不断进步，在现代工业生产中，为了达到工业生产最佳的技术经济指标，保证质量、安全、产量高、能耗低，在生产过程中，必须采用自动检测系统。
在工业生产中要对锅炉内胆水温进行定值控制，且能够精确控制锅炉内胆水温，保证正常生产，就必须采用设计锅炉内胆水温定值控制系统来抑制流量波动，且系统无余差。
目前基于智能PID远程控制锅炉内胆水温有很好的发展前景。
AI808智能调节器囊括了AI708的所有功能，除此之外还增设了一些给定、手动（自动）切换操作输出值显示等功能，而且还可以单独操作手动器。
此外，还有输出采用可控硅移相触发功能，所以对温度、压力、流量、液位的控制比较精确。
面板操作键见图1。
1.1 设置方法①调节参数状态：手动下按键并维持2秒，这样就可以进入参数设置状态；②显示或者修改参数：在参数修改状态下，按键依次显示各参数，用等键可修改参数值；③返回上一参数：长按键不放，就可以返回上一参数；④返回显示切换状态：先长按键不放，再按。
1.2 AI808的参数设置值①DF 0.3；②bAud 9600K；③Ctrl 1；④Ctl 1；⑤Sn 33；⑥dIP 1；⑦dIL 0；⑧dIH50（液位）100（温度）；⑨SC设置为0；⑩oP1 4；⑪oPL0；⑫oPH 100；⑬CF单回路为0，串级为8；⑭Addr第一块为1，第二块为2；⑮RUN 为1；⑯LOC为808。
过程控制实训--流量计和温度控制的PID整定
目录目录第一部分、系统介绍 (2)一、AE2000B型系统介绍 (2)二、AE2000B型实验对象组成结构 (2)三、AE2000B型实验对象控制台 (3)第二部分流量控制 (4)2.1、实验一电磁流量计流量PID整定实验 (4)2.2、实验二、涡轮流量计流量PID整定实验 (6)2.3、实验三、涡轮与电磁流量比值控制系统实验 (9)2.4、简单比值控制系统的仿真 (11)第三部分温度控制 (12)3.1、实验一、锅炉夹套水温PID整定实验（动态） (12)3.2、实验二. 锅炉夹套和锅炉内胆温度串级控制系统 (14)3.3、被控对象的仿真模型 (17)3.4、单回路控制系统的仿真 (18)3.5、串级控制系统的仿真 (18)第四部分实训感想 (18)第一部分、系统介绍一、AE2000B型系统介绍AE2000B型过程控制实验装置是根据工业自动化及相关专业教学特点，吸取了国外同类实验装置的特点和长处，并与目前大型工业自动化现场紧密联系，采用了工业上广泛使用并处于领先的AI智能仪表加组态软件控制系统、DCS(分布式集散控制系统)，经过精心设计，多次实验和反复论证，推出的一套基于本科，着重于研究生教学、学科基地建设的实验设备。
该设备涵盖了《信号和信息处理》、《传感技术》、《工程检测》、《模式识别》、《控制理论》、《自动化技术》、《智能控制》、《过程控制》、《自动化仪表》、《计算机应用和控制》、《计算机控制系统》等课程的教学实验与研究。
整个系统美观实用，功能多样，使用方便，既能进行验证性、设计性实验，又能提供综合性实验，可以满足不同层次的教学和研究要求。
AE2000型过程实验装置的检测信号、控制信号及被控信号均采用ICE标准，即电压1~5V，电流4~20mA。
实验系统供电要求：单相220V交流电，外型尺寸：1850×1450×900mm，重量：100Kg二、AE2000B型实验对象组成结构过程控制实验对象系统包含有：不锈钢储水箱（长×宽×高：850×450×400mm）、串接圆筒有机玻璃上水箱、中水箱、下水箱、单相2.5KW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组成）。
基于PLC-PID参数整定的锅炉水温控制系统
基于PLC-PID参数整定的锅炉水温控制系统张亚闽;王福明【摘要】目前城市供暖的锅炉运行的过程中都需要精确的实时控制，大多数锅炉系统的控制还采用继电器逻辑控制，这类系统自动化程度很低，大部分操作还是由手动来完成，只能处理一些开关量问题，无法处理模拟量，其电气线路复杂，可靠性不高，不便维护，而采用S7-300系列PLC设计的控制系统实现了在集中供热锅炉房的系统自动控制，并且实现了整个系统的优化控制。
本系统利用PLC、过程控制系统来模拟锅炉水温定制加热过程，通过PID算法仿真来实现锅炉的水温恒定，显示出PID算法的优越性。
【期刊名称】《电气技术》【年(卷),期】2011(000)006【总页数】4页(P22-25)【关键词】PLC;锅炉;组态王;A3000;STEP7;PID【作者】张亚闽;王福明【作者单位】中北大学现代教育技术中心，太原030051;中北大学现代教育技术中心，太原030051【正文语种】中文温度是生产过程和科学实验中普遍存在而且重要的物理参数之一，准确测量和有效地控制温度是优质、高产、低耗和安全生产的重要条件。
目前我国的温度控制主要以传统控制方式为主，精度不高。
因此如何有效、可靠地对温度进行控制就成为本文的重要研究内容。
PID控制作为一种基本的控制方案，至今在工业生产过程仍保持着主导位置。
在工业生产中，常需要用闭环控制方式来实现连续变化的模拟量控制。
无论是模拟控制系统，还是使用计算机（包括PLC）的数字控制系统[1]，PID控制都得到了广泛的应用。
本系统要保持的恒定参数是锅炉温度给定值，即控制的任务是控制锅炉温度等于给定值。
1 原理介绍与系统建模1.1 PLC-PID控制器的实现PLC的PID控制器的设计是以连续系统的PID控制规律为基础，将其数字化写成离散形式的 PID控制方程，再根据离散方程进行控制程序设计。
图1 连续闭环控制系统方框图在系统中，典型的PID闭环系统如图1所示。
热水锅炉温度控制的模糊PID参数自整定方法
热水锅炉温度控制的模糊PID参数自整定方法作者：张秀滢刘强来源：《中小企业管理与科技·下旬》2010年第09期摘要:针对热水锅炉温度控制中PID参数人工整定的困难和参数自整定的必要性,对Fuzzy-PID参数自整定原理和方法进行了讨论,并对燃煤热水锅炉供暖系统进行了试运行,表明其正确、有效和实用性。
关键词:锅炉温度控制模糊PID 参数自整定0 引言PID算法由于其结构简单、鲁棒性好和可靠性高的特点,成为迄今为止应用最广泛的控制算法。
然而在热水锅炉的温度控制中,由于被控对象具有非线性、时变、大滞后等特点,且热水锅炉温度控制受环境温度和燃料等诸多因素影响,导致难以建立精确的数学模型,难以确定最佳的控制器参数。
此时,传统的PID控制对进一步提高控制对象的质量遇到了极大的困难,难以获得良好的效果。
为了克服常规PID调节器的不足,提高其性能,人们进行了进一步的研究。
模糊控制是智能控制理论的一个分支,近十年来正以它全新的控制方式在控制界受到了极大的重视并得到了迅速发展。
与传统的PID控制方式相比,它具有特别适合于那些难以建立精确数学模型、非线性和大滞后的过程等特点。
但是经过深入研究,也会发现基本模糊控制存在着其控制品质粗糙和精度不高等弊病。
因此,本文提出一种将模糊控制和PID控制相结合起来,通过模糊控制实现PID参数自整定的方法来调节锅炉出水温度。
这种Fuzzy-PID策略,模糊控制的采用不是代替PID控制,而是对传统控制方式的改进和扩展,它既保持了常规PID控制系统结构简单、使用方便、鲁棒性强、控制精度高的优点,又采用模糊推理的方法实现了PID参数Kp、Ki、Kd的在线自整定,兼具了模糊控制灵活性、适应性强的特点,相比单纯的任一种控制效果都要好。
本文设计一个参数自整定模糊PID控制器来完成对热水锅炉的温度控制,并在MATLAB/SIMULINK环境下对其进行仿真研究。
1 模糊自整定PID控制器设计1.1 模糊PID控制器结构模糊自整定PID算法的实质是找出PID三个参数与e和ec之间的模糊关系,在运行中通过不断检测e和ec,根据模糊控制原理来对三个参数进行在线修改,三个参数进行自整定的基本思想是:依据被控对象的响应在采样时刻的误差及误差的变化趋势这两个因素来确定参数调整量的极性和大小,本质上同时兼顾了被控对象响应的“静态性能”(是高于还是低于给定值)和响应的“动态性能”两个因素,既看现状,也看动向。
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。
PID温度控制实验
PID 温度控制实验PID( Proportional Integral Derivative)控制是最早发展起来的控制策略之一，它根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量对系统进行控制。
当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID 控制技术。
由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制。
PID 调节控制是一个传统控制方法，它适用于温度、压力、流量、液位等几乎所有现场，不同的现场，仅仅是PID 参数应设置不同，只要参数设置得当均可以达到很好的效果。
本实验以PID 温度控制为例，通过此实验可以加深对检测技术、自动控制技术、过程控制等专业知识的理解。
一、实验目的 1、了解PID 控温原理2、掌握正校实验的方法，并用正交实验法来确定最佳P 、I 、D 参数3、会求根据温度变化曲线求出相应的超调量、稳态误差和调节时间的方法 二、仪器与用具加热装置、加热控制模块、单片机控制及显示模块、配套软件、电脑。
三、实验原理1、数字PID 控制原理数字PID 算法是用差分方程近似实现的, 用微分方程表示的PID 调节规律的理想算式为:01()()[()()]tP D I de t u t K e t e t dt T T dt=++⎰ （1）单片机只能处理数字信号，上式可等价于:10[()]nDn P n i n n i IT TU K e e e e T T-==++-∑ （2）（2）式为位置式PID 算法公式。
也可把（2）式写成增量式PID 算法形式:1112[(2)]D n n n P n n n n n n I T TU U U K e e e e e e T T----∆=-=-++-+ （3） 其中, e n 为第n 次采样的偏差量；e n-1为第n- 1次采样的偏差量；T 为采样周期；T I 为积分时间；T D 为微分时间；K P 为比例系数。
第七课、锅炉内胆水温PID整定实验(动态)
第六课、锅炉内胆水温PID整定实验（动态）安徽化工学校陶运道一、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。
4）、了解PID参数自整定的方法及参数整定在整个系统中的重要性。
二、实验设备1）、CS2000型过程控制实验装置，配置：计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根2）、计算机软件系统三、实验原理图2.28 温度控制系统原理图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。
根据控制框图，采用工业智能PID调节。
四、实验内容与步骤1、设备的连接与检查1）、按图2.28所示方块图的要求接成实验系统。
方法如下：2）、总电源空气开关打在关的位置图2.29 实验接线图2、启动实验装置1）、将实验装置电源插头接到220V的单相交流电源。
2）、打开电源漏电保护空气开关。
3）、打开总电源空气开关，即可开启电源。
4）、开启单相，调整好仪表各项参数（仪表初始状态为手动且为0）。
5）、开通以威乐泵、电动调节阀、孔板流量计以及锅炉内胆进水所组成的水路系统，关闭通往其他对象的切换阀。
启动威乐泵往锅炉内胆进水，加满溢出为止。
6）、开启相关仪器和计算机软件，进入相应的实验，如图2.30所示：7)、把智能调节器置于“手动”，输出值为小于等于10，把温度设定于某给定值（如：将水温控制在40。
C），设置各项参数，使调节器工作在比例（P）调节器状态，此时系统处于开环状态。
8）、运行MCGS组态软件，进入相应的实验，观察实时或历史曲线，待水温（由智能调节器的温度显示器指示）基本稳定于给定值后，将调节器的开关由“手动”位置拔至“自动”位置，使系统变为闭环控制运行。
待基本不再变化时，加入阶跃扰动（可通过改变智能调节器的设定值来实现）。
观察并记录在当前比例P时的余差和超调量。
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第六课、锅炉内胆水温PID整定实验（动态）
安徽化工学校陶运道
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。
4）、了解PID参数自整定的方法及参数整定在整个系统中的重要性。
二、实验设备
1）、CS2000型过程控制实验装置，配置：计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根
2）、计算机软件系统
三、实验原理
图2.28 温度控制系统原理图
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。
根据控制框图，采用工业智能PID调节。
四、实验内容与步骤
1、设备的连接与检查
1）、按图2.28所示方块图的要求接成实验系统。
方法如下：
2）、总电源空气开关打在关的位置
图2.29 实验接线图
2、启动实验装置
1）、将实验装置电源插头接到220V的单相交流电源。
2）、打开电源漏电保护空气开关。
3）、打开总电源空气开关，即可开启电源。
4）、开启单相，调整好仪表各项参数（仪表初始状态为手动且为0）。
5）、开通以威乐泵、电动调节阀、孔板流量计以及锅炉内胆进水所组成的水路系统，关闭通往其他对象的切换阀。
启动威乐泵往锅炉内胆进水，加满溢出为止。
6）、开启相关仪器和计算机软件，进入相应的实验，如图2.30所示：
7)、把智能调节器置于“手动”，输出值为小于等于10，把温度设定于某给定值（如：将水温控制在40。
C），设置各项参数，使调节器工作在比例（P）调节器状态，此时系统处于开环状态。
8）、运行MCGS组态软件，进入相应的实验，观察实时或历史曲线，待水温（由智能调节器的温度显示器指示）基本稳定于给定值后，将调节器的开关由“手动”位置拔至“自动”位置，使系统变为闭环控制运行。
待基本不再变化时，加入阶跃扰动（可通过改变智能调节器的设定值来实现）。
观察并记录在当前比例P时的余差和超调量。
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ess和δp，并把数据填入表一中。
图2.30 实验软件界面
表一不同比例度δ时的余差和超调量
记录实验过程各项数据绘成过渡过程曲线。
（数据可在软件上获得）
（二）、比例积分（PI）调节器控制
1）、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。
2）、固定比例P值（中等大小），然后改变积分时间常数I值，观察加入扰动后被调量的动态曲线，并记录不同I值时的超调量δp。
表二不同Ti值时的超调量δp
3）、固定I于某一中间值，然后改变比例P的大小，观察加扰动后被调量的动态曲线，
并记下相应的超调量δp 。
表三、不同δ值时的超调量δp
4）、选择合适的P 和I 值，使系统瞬态响应曲线为一条令人满意的曲线。
此曲线可通过改变设定值(如把设定值由50%增加到60%)来实现。
（三）、比例微分调节器（PD ）控制
1）、在比例调节器控制实验的基础上，待被调量平稳后，引入微分作用（D ）。
固定比例P 值（中间值），改变微分时间常数D 的大小，观察系统在阶跃输入作用下相应的动态响应曲线。
表四 不同D 时的超调量和余差
2）、选择合适的P 和D 值 ，使系统的瞬态响应为一条令人满意的动态曲线。
（四）、比例积分微分（PID ）调节器控制
1）、在比例调节器控制实验的基础上，待被调量平稳后，引入积分（I ）作用，使被调量回复到原设定值。
减小P ，并同时增大I ，观察加扰动信号后的被调量的动态曲线，验证在PI 调节器作用下，系统的余差为零。
2）、在PI 控制的基础上加上适量的微分作用“D ”，然后再对系统加扰动（扰动幅值与前面的实验相同），比较所得的动态曲线与用PI 控制时的不同处。
3）、选择合适的P 、I 和D ，以获得一条较满意的动态曲线。
（五）、用临界比例度法整定PID
调节器的参数
在实际应用中，PID 调节器的参数常用下述实验的方法来确定，这种方法既简单又较实用，它的具体做法是：
图2.31 具有比例调节器的闭环系统
1)、按图2,31所示接好实验系统，逐步减小调节器的比例度δ（1/P），直到系统的被调量出现等幅振荡为止。
如果响应曲线发散，则表示比例度δ调得过小，应适当增大之，使曲线出现等幅振荡为止。
等幅振荡时的曲线。
此时对
应的比例度δ就是临界比例
度，用δK表示；相应的振荡图2.32 具有周期TK等幅振荡
周期就是临界振荡周期T K。
据此按下表确定PID调节器的参数。
表五用临界比例度法整定调节器的参数
3）、必须指出，表格中给出的参数仅是对调节器参数的一个初步整定。
使用上述参数的
调节器很可能使系统在阶跃信号作用下，达不到4：1的衰减振荡。
因此若获得理想的动态
过程，应在此基础上，对表中给出的参数稍作调整，并记下此时的δ、Ti和Td。
（六）、PID参数自整定的连续温度控制
当发现AI人工智能调节效果不佳时可启动自整定功能（具体操作参考AI人工智能工业
调节器使用说明书）。
当自整定结束后，以前所设的PID参数会被整定出来的参数所代替，
并自动将CTRL参数设为3，这样就无法再次从面板上启动自整定功能，可以避免人为的误
操作再次启动自整定。
之后系统直接将整定出来的参数投入运行。
根据自整定得出的参数去
控制被控对象，若对此效果不是很满意，可根据输出特性，在自整定参数的基础上适当修改
一下参数，即可达到满意的效果。
一般通过自整定得出的P、I、D参数，效果都比较好。
超调量小，过渡过程时间缩短。
但如果一开始，温控对象的温度不是最低，也就是说自整定寻求的最大斜率并不一定是真正
的。
此时自整定得出的P、I、D参数并不一定很理想。
五、实验报告要求。
1）、画出温度控制系统的方块图。
2）、用临界比例度法整定三种调节器的参数，并分别作出系统在这三种调节器控制下的阶跃响应曲线。
3）、作出比例调节器控制时，不同δ值时的阶跃响应曲线，得到的结论是什么？
4）、分析PI调节器控制时，不同P和I值对系统性能的影响？
5）、绘制用PD调节器控制时系统的动态波形。
6）、绘制用PID调节器控制时系统的动态波形。
7）、绘制用PID自整定控制时系统的动态波形。
六、注意事项
1）、实验线路接好后，必须经指导老师检查认可后方可接通电源。
2）、系统连接好以后，在老师的指导下，运行温度控制实验。
七、思考题
1）、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？
2）、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？
3）、为什么要整定P、I、D参数？。