西门子6ES7214-2AD23-0XB8速发
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产品描述

产品规格模块式包装说明全新

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1 引言

    随着我国经济的不断发展,社会高度信息化,新的高科技技术不断应用到建筑中,使得建筑的智能化已成为一种发展的必然趋势。众所周知,智能建筑主要由建筑设备自动化系统(BAS)、通信自动化系统(CAS)和办公自动化系统(OAS)三大系统组成。智能建筑也往往是从建筑设备自动化系统开始。本文主要阐述,智能建筑中的空调(冷冻站)系统的PLC控制设计。



2 系统及工艺简介

    现介绍如下:通常大型建筑都有两套(或两套以上)空调系统,由三台冷却水泵、三台冷冻水泵、两台冷却塔风机、两台冷水机组等主要设备组成两套制冷系统,其中冷水机组是由设备生产厂成套供应的。它一般是根据空气调节原理及规律等由微处理器自动控制的。冷水机组由压缩机、冷凝器与蒸发器组成。压缩机把制冷剂压缩,压缩后的制冷机进入冷凝器,被冷却水冷却后,变成液体,析出的热量由冷却水带走,并在冷却塔里排入大气。液体制冷剂由冷凝器进入蒸发器蒸发吸收热量,使冷冻水降温,然后冷冻水进入冷风机盘管吸收空气中的热量。
     
    如此循环不已,把物里的热量带出,达到降低环境温度的目的。因此,空调冷冻站系统的工艺控制要求为:

(1)测量冷冻水供回水温度及流量,从而计算空调实际的冷负荷,根据实际的冷负荷来决定冷水机组的开启台数,达到节能状态。

(2)各设备的程序联动

启动:冷却塔风机冷却水泵冷冻水泵冷水机组。

停止:冷水机组冷冻水泵冷却水泵冷却塔风机。

    当其中一台冷却水泵/冷冻水泵出现故障时,备用冷却水泵/冷冻水泵会自动投入工作。

(3)测量冷冻水系统供回水管的压差△P=P1-P2控制其旁通阀(TV)的开口度,使其维持压差。

3 PLC应用

    空调冷冻站控制系统有3种控制方式:早期的继电器控制系统、直接数字式控制器DDC以及PLC(可编程序控制器)控制系统。继电器控制系统由于故障率高,系统复杂,功耗高等明显的缺点已逐渐被人们所淘汰,直接数字式控制器DDC虽然在智能化方面有了很大的发展。但由于DDC其本身的抗干扰能力问题和分级分步式结构的局限性而限制了其应用范围。相反,PLC控制系统以其运行可*、使用与维护均很方便,抗干扰能力强,适合新型高速网络结构这些显著的优点使其逐步在智能建筑中得到广泛的应用。

3.1   PLC的选型及设置

    为了满足以上所介绍的空调工艺要求,整个控制系统需要可编程序控制器的输入、输出点分别是112点和32点,其中模拟量输入、输出为6点和4点。根据PLC的I/O原理使用原则,即留出一定的I/O点以做扩展时使用,以及系统设计中实际所需的I/O点数。

选用华光电子工业有限公司的SU-5/B型。
主  机:SU-5/B
输入模块:U-25N、U-01AD
输出模块:U-05T、U-01DA

    这种机型的I/O点数为256点,有RS-422通讯端口,其编程指令有143条,并配有相应的编程软件S-62P,不仅可以通过手持编程器对其编程。而且可以通过PC机对其进行编程输入。该软件还能在PLC运行时监控其运行状况。

3.2   软件设计

    1#、2#制冷系统的启动/停止是用于制冷系统的手动启动/停止控制。也可以通过温度设定,依据冷负荷的需要自动开启制冷系统。每台设备均设有自动、手动、备用三种运行状态,自动用于联锁集中控制;手动用于调试或检修;备用状态用于热备用。

    三台水泵二工一备。其中备用泵循环轮换,提高设备的保养率。

    各台设备按工艺要求顺序自动启动/停止时,采用每台设备启动后经15s左右延时,再启动下一台设备。一是考虑水泵稳定运行有个过程,二是避免数台电动机同时启动,冲击变压器,影响供电质量。


为了保护机床和维修方便,PLC有显示和检测机床故障的能力。一旦发生故障,维修人员就能根据机床的故障显示号去确定故障类别,予以排除。但在实际加工过程中,我们发现有时PLC同时显示几个故障,它们是由某一个故障引起的连锁故障,排除了初始的引发故障,其它故障报警就消失了。可是从机床PLC显示的所有报警故障中,维修人员并不知道哪个故障是初始引发故障,维修人员只能逐个故障去查,这就增加了维修难度,造成人力物力的浪费。几个故障同时显示时,处理问题的关键是解决初始故障,所以准确判断并检测到初始故障对机床维修工作是非常重要的。我们设计了一种机床PLC初始故障诊断功能,通过PLC程序,准确判断出初始故障的报。维修中,排除初始故障,其它引发故障自行消失,这样就大地方便了机床的维修,提高了机床维修的快速性和准确性。



   初始故障诊断原理
   我们设计的PLC程序不单单是把各个故障都能和显示出来,还能把关键的初始故障自动判断出来,PLC初始故障判断程序如附图所示。

 

   下面举例说明初始故障诊断原理。以3个故障为例,其中设置了3个故障检测位,分别为R500.0、R510.0、R520.0;3个初始故障检测位为R500.2、R510.2、R520.2;F149.1为系统复位信号。初始状态时,无报警出现,故障位都为“0”,初始故障检测位也都为“0”,复位信号F149.1为“0”。在3个故障中设发生二个故障。在程序扫描的个周期内,其对应的故障检测位R510.0变为“1”,R500.2、R520.2、F149.1初始值为“0”,初始故障检测位R510.2变为“1”,通过自锁保持为“1”,直到故障被排除,系统复位信号发出后“1”状态才被解除。在程序扫描的二个周期内,R510.2保持为“1”,实现了对R500.1、R520.1的,即使此时另外某一个故障检测位为“1”,也不能导致其初始故障检测位变为“1”。通过此PLC程序的控制,就能从同时发生的众多故障里准确地判断出初始故障。


   应用实例
   实例1 我们在维修北京机床研究所生产的JCS018数控机床时,遇到了多个故障同时发生的问题,如换报警和液压报警同时出现。维修时,我们一般从故障根源查起,先检查液压控制部分,然后才能确认故障出在换过程中。检查后我们才知道换的动力由液压驱动来提供。PLC控制程序设计中,当遇到换故障时,为防止大的意外发生,在报警的同时也断开了液压控制,因此换故障发生时出现了两个报警信息。为遵循原机床的设计思路,而又能准确地发出报警信息,我们给JCS018数控机床增加了对初始故障的检查功能。按照的程序分析,换和液压故障检测位分别为R500.0和R510.0,初始故障可从初始故障检测位R500.2和R510.2读出。当该机床再发生类似故障时,就能很快地判断出初始故障。
   实例2 我们在维修一台钻铣加工时,也遇到类似现象。该机床配有一个容量为40把的库,可以自动完成多道工序的钻铣操作。机床主轴电动机为三相异步电动机,主轴电动机只有一种转速,而主轴通过齿轮变速实现12级有级变速。在自动执行某段程序时,程序中的辅助功能既有换档功能S代码,又有找功能T代码,只要有一个代码指令没有执行完,辅助功能完了信号则不能发出,即认为此段程序中的辅助功能没有完成,不能继续执行下一个程序段。如换档功能出现故障时,发出换档报警信号,辅助功能完了信号不能发出,过一定时间后,又发出找报警信号,则会认为找动作也未完成。如果加上初始故障判断功能,就会使维修人员准确地检查出故障原因,及时解决问题。


1 引言
    可编程控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC或PC,是一种以微处理器为器件的过程控制装置,主要用于生产过程中按时间顺序控制或逻辑控制的场合,以取代复杂的继电器控制装置。PLC一般采用梯形图(LAD)、功能块图(FBD)、指令表和顺序功能表图(SFC)编程,可以方便地通过改变控制程序实现系统的改进和扩充,不必改变硬件设备,具有良好的柔性。它从初的逻辑控制、顺序控制已发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通讯及PID回路调节等功能的现代PLC。PLC系统与通用计算机可直接或通过通讯处理单元、通讯转接器相连构成网络,以实现信息的转换,构成分布式控制系统,系统可由一台计算机与多台PLC构成,以便完成较大规模的复杂控制。它以构成简单、编程简单、性高、有优良的抗干扰能力,适用于恶劣的工业环境等特点,越来越得到广泛的应用。
   山西铝厂3#焙烧炉采用丹麦史密斯公司的气态悬浮焙烧炉。焙烧炉是将含水分的氢氧化铝经高温焙烧成工业用氧化铝,它的热能来自四套燃烧站,分别为干燥热发生器、启动热发生器、点火燃烧站和主燃烧站。四套燃烧站都采用德国西门子S5—95U小型可编程控制器,与Honeywell 的系统连接构成整个控制系统。下面以3#焙烧炉的干燥热发生器为例来说明了编程控制器在焙烧炉的应用。



2  S5—95U简介
   S5—95U是德国西门子公司开发的SIMATIC S5系列控制器中一种小型控制器,其构成系统模块化,使其体积小而功能强大。它不单运行,需与其它部件交换数据,与现场设备构成廉价的分布式控制系统。
2.1 组成
S5—95U由电源模板、处理单元(CPU)、存储器、用户存储器、输入输出模板(I/O)、编程器及外部设备组成。本机有16个数字输入、16个数字输出、8个模拟输入、1个模拟输出、4个中断输入、2个记数输入,可用扩展单元增加其容量,大扩展到256个数字输入输出,通过接口与过程控制系统及其它PLC通讯,实现指令控制和数据交换。
2.2 程序的编程及结构
S5—95U的控制功能是靠程序的执行来实现的。通过用梯形图、语句表在个人计算机上编程,也可通过SIMATIC编程器用语句表编程,然后装载到PLC的存储器中。程序采用STEP5语言编程,模块化结构。结构化编程可完成复杂的任务,它把整个程序分成一个个立的程序块,这样可使编程简单、容易修改,能使程序部分标准化,程序测试调试简便。有五种块类型:(1)组织块OB(组织管理程序)用以表示操作系统和应用程序之间的接口。分两大类,一类由系统程序调用,另一类由用户调用。由系统调用的组织块用以控制循环、中断驱动和定时驱动程序的执行,如可编程控制器的重新启动和设备出错的恢复等功能块。由用户调用的组织块如OB3触发扫描时间、OB251PID控制算法,它集成在操作系统中。组织块不是应用程序的一部分,因而不能被读或修改。(2)顺序块SB(给顺序控制编程的特殊块)(3)程序块PB(经结构化处理的应用程序所产生的块)一些主要程序块应能提供一个应用程序的总貌,与各种工艺相关的功能则在不同的次级程序块中被编程。应用程序大部分都由程序块组成。(4)功能块FB(一个控制程序功能需操作或用于实现重复使用和特别复杂的功能)它在程序存贮中只存放一次而可重复调用,每次调用可赋于不同的参数。其类型有可编程功能块、集成入操作系统的功能块和标准化功能块。(5)数据块(存储处理控制程序所需的数据)
2.3 程序的扫描
应用程序扫描一般是循环扫描。在启动程序之前,输入模板的信号被读出并传送到过程输入映象。在执行程序后,过程输出映象的信号状态被传送给输出模板,然后开始一新的程序扫描。它的扫描周期由控制程序的长短来决定。此外,还有中断控制程序处理和时间控制程序处理。
2.4 程序的装载和存贮
程序装载到PLC有两种方法:一种是以编程器在线装载,另一种是以存贮器子模板装载,分自动和手动装载。自动程序装载是程序由存贮器子模板自动装载到PLC的程序存贮器中。手动程序装载是程序由存贮器子模板拷贝到PLC的程序存贮器中。
   存贮时,程序从PLC的程序存贮器拷贝到PLC的程序存贮器中。


3 工艺流程及控制要求
3.1 工艺流程
   湿的氢氧化铝进入文丘里干燥器(由干燥热发生器提供热能),物料水分被蒸发后,被气流带走,文丘里干燥器的出口温度大约控制在130—160℃范围内。干燥热发生器的好坏直接影响氧化铝的提产。
3.2 控制要求
3.2.1 点火过程控制
干燥热发生器的点火过程控制是一典型的顺序控制。其启动顺序如下:
 A  煤气阀V02到启动位置,风机M12启动。
 B  9秒后,风门M11到大。
 C  40秒后,风门M11调到启动位置。
 D  煤空阀V05关,9秒后,泄漏控制开始,运行18秒。
 E  检漏阀V04开,煤气喷入,点打火,燃烧运行,火焰连续监测。
3.2.2  温度控制
干燥热发生器主要靠调节进入文丘里干燥器的煤气流量来实现温度的控制。


4  控制功能的实现
4.1  顺序控制及逻辑控制
     顺序控制是可编程控制器的主要功能。以前顺序控制是采用继电器、计数器、阀门等机诫设备来实现。S5—95U利用基本的逻辑元素和运算来实现逻辑控制功能,利用定时器、记时器来实现时间控制功能。干燥热发生器的程序包括主顺序程序块、风门电机(M11/M12)控制程序块、阀门(V02/V03/V04)控制程序块、煤气捡漏控制程序块、报警联锁程序块、模拟量的处理等几部分程序。
主程序循环扫描,通过主程序调用其它程序。
现场报警会引起启动过程中断。如电机M12报警、阀V03 V04 V05报警、火焰报警、点位置报警、点电磁阀报警等。过程报警会引起停车。如煤气压力P05报警、煤气流量报警、燃烧风流量报警等。报警信号不仅输出到继电器,同时也输出到可编程控制器的控制面板的指示灯。
干燥热发生器的起停与焙烧炉其它设备有联锁,该联锁通过系统中IPC620的逻辑控制实现,并直接输出到可编程控制器的联锁指示灯。
4.2  模拟量的控制及处理
4.2.1  V02阀定位器控制,通过自控系统中回路调节来实现
         V02阀在点火过程中,都处在启动位置,燃烧运行后,通过系统给定值来自动增减阀门,实现自动调节。
4.2.2  燃烧风风门的控制,通过S5—95U可编程控制器实现
         燃烧风风门的控制是根据检测的煤气流量值,经模拟量处理后,按一定的对应关系,由S5—95U计算出风门开度,然后输出到风门。具体处理过程如下:
A 煤气检测流量FT01(脉冲信号)转换成煤气流量(电流信号)
B 煤气流量值的修正
C 据修正后的标准流量FI01计算出风门控制量FC11
4.2.3 模拟量的处理
S5—95U可编程控制器只做运算,它的结构相对比较简单,但程序设计比较麻烦。在解决实际问题时,为不导致数溢出,在编制程序时,为参加运算的数选择适当的比例因子,使参加运算的数和中间结果的都符合表示法的形式,算出的得数还需程序人员还原。它的数字量一般都是二进制码的16位数,可以直接使用STEP5操作进行加减和比较运算。而标准功能块则用于这些值的乘除运算。所有模拟量的读入和输出都通过模拟输入输出模板和标准功能块FB250读入和FB251输出,其数据都存入数据块中。模拟输入模板把模拟过程信号转换成CPU能够处理的数字值,模拟输出模板则实现相反的功能。如模拟输入量有煤气压力P05、煤气流量F01、风流量FT11、阀位反馈值、
煤气温度T01、煤气压力P01等,模拟输出量有阀位设定ZY01、面板显示的流量值FI01、面板显示风流量FI11等。


5  功能块的应用
5.1 功能块的特点
功能块可用处理器的全部操作指令系统对一个功能块编程,只能用语句表对功能块编程和存档,可用图形表示,可给功能块赋参数,功能块具称等特点。因此,功能块可充分利用处理器,但另一方面,功能块不如程序块那样容易编程。
5.2 功能块的编程
功能块采用语句表用编程器来编程。功能块分为两大类:即带块参数的功能块和不带功能块的功能块。无块参数的功能块编程在本质上同程序块的编程基本一样,随着编程器提示,输入功能块名(包含8个以内的字符)。带块参数的功能块,则在输入块名以后应该这些块参数的名字、参数类型和数据类型。当所有块参数都引入后,再用控制功能的编程继续输入。
5.3 标准功能块的应用
标准功能块都集成在CPU操作系统中,执行速度快,且不占用户存储空间,常用的标准功能块有模拟量读入功能块FB250  RLG: AE、模拟量输出功能块FB251 。此外,可编程在运算过程中经常还会用到16位码变换器FB241
COD:16、16位二进制乘法FB242  MUL:16、16位二进制除法FB243  DIV:16、数到浮点数转换FB15、浮点数到数转换 FB16、浮点数相乘FB19、浮点数相除FB20等标准功能块。还有一种由用户编程的功能块,如V02调节阀自动增减功能块FB21和FB22。


6  结束语
      实践证明,PLC是实现现场自动化的理想控制器。它的体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等一系列优点特别是高性和较强的适应恶劣环境的能力,是得到用户的。作为从事工业自动化的技术人员,不但要熟悉各种控制系统的原理和结构,而且还要了解控制对象的工艺过程和控制要求。只有这样,才能设计、安装调试和维护好工业自动控制系统,确保氧化铝生产过程和经济稳定运行。 


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1  引言
    工业蒸汽锅炉汽包水位控制的任务是控制给水流量使其与蒸发量保持动态平衡,维持汽包水位在工艺允许的范围内,是保证锅炉生产运行的必要条件,也是锅炉正常生产运行的主要指标之一。若水位过高,影响汽水分离的效果,使用气设备发生故障;而水位过低则会破坏汽水循环,严重时导致锅炉爆炸,所以锅炉汽包水位严加控制。为了确保锅炉生产的稳定、和经济运行,我们设计采用了性能的永宏FBs-PLC、变频调速器、计算机应用等自动化设备组成的锅炉PID自动控制系统。该控制系统通过检测水汽压力、温度,汽包液位等运行物理量,在运行过程中全自动调节,保证了工业锅炉的稳定运行。


2   工业锅炉相关工艺介绍
    蒸汽锅炉是厂矿重要的动力设备,其任务是供给合格稳定的蒸汽,以满足负荷的需要。为此,锅炉生产过程的各个主要参数都严格控制。而利用余热气体作为热交换介质的余热锅炉在全国占有很大的比例,其节能降耗效果尤为明显。某化工厂余热锅炉就是利用沸腾炉出来的炉气(主要是SO2)温度过高,将其作为热交换对象,通过余热锅炉副产中压蒸汽供各生产分厂使用,既保证了生产需要,也达到了节能降耗的目的。锅炉是一个较为复杂的调节对象,为保提供合格的蒸汽以适应负荷的需要,与其配套设计的控制系统满足各主要工艺参数的需要。余热锅炉工艺流程如图1所示。
 


3   控制难点分析
    锅炉计算机控制是近年来开发的一项新技术。它是微型计算机软、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物,作为锅炉控制装置,其主要任务是保证锅炉的、稳定、经济运行,减轻操作人员的劳动强度。采用微计算机控制,能对锅炉进行过程的自动检测、自动控制等多项功能。它的被调量是汽包水位,而调节量则是给水流量,通过对给水流量的调节, 使汽包内部的物料达到动态平衡,变化在允许范围之内,虽然锅炉汽包水位对蒸气流量和给水流量变化的响应呈积特性,但是在负荷(蒸气)急剧增加时,表现却类似逆响应特性,即所谓的虚水位。造成这一原因是由于负荷增加时,导致汽包压力下降,使汽包内水的沸点温度下降,水的沸腾突然加剧,形成大量汽泡,而使水位抬高。 汽包水位控制系统,实质上是维持锅炉进出水量平衡的系统。它是以水位作为水量平衡与否的控制指标,通过调整进水量的多少来达到进出平衡,将汽包水位维持在汽水分离界面大的汽包中位线附近,以提高锅炉的蒸发效率,保证生产。由于锅炉水位系统是一个设有自平衡能力的被控对象,运行中存在虚水位现象,实际应用中可根据情况采用水位单冲量、水位蒸汽量双冲量和水位、蒸汽量、给水量三冲量的控制系统。所谓三冲量调节系统就是把给水流量W,汽包水位H,蒸汽流量D三个变量通过运算后调节给水阀的调节系统。具体调节过程方框图如图2所示。 
 
    先通过蒸汽流量变送器和给水流量变送器各自的信号乘以相应的比例系数,通过比例系数可以调节蒸汽流量或给水流量对调节系统的影响力度。通过差压变送器水位信号作为主调节信号H。如果水位设定值为G,那么在平衡条件下应有D*Dk-W*Wk+H-G=0的关系式存在。其中Dk为蒸汽流量系数 Wk为给水流量系数。如果再设定时,保证在稳态下D*Dk=W*Wk那么就可以得到H=G。此时调节器的输出就与符合对应,给水阀停在某一位置上。若有一个或多个信号发生变化,平衡状态被破坏,PI调节模块的输出必将发生变化。当水位升高了,则调节模块的输出信号就减小,使得给水调节阀关小。反之,当水位降低时,调节模块的输出值增大,使给水阀开大。实践证明三冲量给水单自动调节系统能保持水位稳定,且给水调节阀动作平稳。 锅炉给水系统中还有一个比较重要的控制回路是给水压力回路,因为汽包内压力较高,要给锅炉提供高的压力,给水压力回路的作用是提高水压,使水能够正常注入汽包。但在蒸汽流量未达到满负荷时,对给水流量的要求也不高。在老式的锅炉系统中一般采用给水泵一直以工频方式运转,用回流阀降低水压防止爆管,现在一般采用通过变频器恒压供水的方式控制水压。锅炉给水量通过汽包液位调节。汽包液位测量选用浮筒液位计。为有效利用转换废热,降低消耗,减低劳动强度,有利于整体工艺稳定,要求汽包液位自动控制,正常生产时波动应小于±5%。PID调节蒸汽出口阀可以很好的控制汽包压力。开车正常后波动范围不大,可以不考虑。转化负荷波动、出预热器锅炉给水温度变化、锅炉负荷波动、排污量变化这几个因素对汽包液位的影响考虑。以汽包液位为主调参数、以给水流量为副调参数、以蒸汽流量为前馈,但调节效果很差。引起汽包液位的大起大落。考虑到该废热锅炉控制参数耦合小,流程简单,产汽量也较稳定,我们从操作人员的操作中得到启发,认为减少给水量的波动从而稳定给水温度成为该废热锅炉液位控制的要点。因此我们选用“以汽定水+液位前馈”比值控制方案,方案框图
如图3所示。 

   

图3 汽定水+液位前馈比值控制方案   
    其中系数K为汽水损失率(给水流量与蒸汽流量的比值),范围为1.1~1.2。PID参数为P=300%、I=0.4、D=0。这组PID参数可以使阀位波动幅度不大而回路有较快的跟踪效果。液位前馈系数与锅炉额定负荷密切相关,一般是额定负荷越大前馈系数也越大。本项目废热锅炉的额定负荷为35t/h。前馈系数按表一给定,见表1。
     表1  前馈系数表
 
    投运时投运给水流量单回路,调节平稳后,再切换为蒸汽流量比值控制,液位前馈同时起作用。 以汽定水+液位前馈比值控制方案调试投运简单方便,投运后经负荷扰动(产汽量变化)、液位扰动(排污量变化)实验,抗扰动性能良好,投运以来运行平稳,达到工艺要求。图4为2.5h实时液位记录曲线,其中记录了负荷扰动情况。液位波动范围<±3%。 

  


4  永宏PLC PID控制系统分析
4.1带PID控制功能的FATEK可编程控制器
    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,作为国产PLC企业,永宏电机股份公司一直致力于PLC的研究开发工作,带PID控制功能的FATEK可编程控制器(PLC)就是利用其闭环控制模块来实现锅炉汽包液位的PID控制,在异常情况下,如液位偏离正常值较大时,通过PLC控制系统控制,可以快速恢复水位,保锅炉的稳定运行。当水位控制和主蒸汽温度控制发生矛盾时,可根据矛盾的主要方面进行两者的协调控制。它包含给水流量控制回路和汽包水位控制回路两个控制回路,实质上是蒸汽流量前馈与水位-流量串级系统组成的复合控制系统。当蒸汽流量变化时,锅炉汽包水位控制系统中的给水流量控制回路可改变进水量以完成粗调,然后再由汽包水位调节器完成水位的细调。图5是有永宏PLC组成的控制系统示意图。

 

4.2 汽包水位PID控制设计优点 
(1) 减少干扰对主回路的影响,可由副回路控制器予以校正。 
(2)由于副回路的存在减少了相位滞后,从而改善了主回路的响应速度。 
(3)对控制阀特性的变化具有较好的鲁棒性。 
(4)副回路可以按照主回路的需求对对象实施控制。


实际PLC的控制程序采用主副回路进行串级控制,即主回路的输出做为副回路的设定值,经副回路输出作用于被控对象。也可以不用副回路只用主回路形成单回路调解,或手动操作完成。一般常见的过程控制应用, 开环回路控制就可以满足大部份的应用要求,但随着使用时间、组件特性变化或受控负载或外界工作环境的变化, 开环回路控制因为没有真实将受控程序的实际量反馈到控制器,因此控制结果可能与实际期望的结果会有些落差,闭环回路PID过程控制是用来克服并解决上述缺点的选择。FBS-PLC 提供软件数字化的PID 数学表达式, 对于一般反应的闭环回路过程控制就可应付, 但对于工业锅炉这样的需要有快速反应的闭环回路控制要使用本功能需要事先评估是否可行。典型的闭环回路程控示意图如图6所示。
  


    根据应用要求, 用户将PID 控制器设定成比例+积分+微分控制器,其控制器的数字化数学表达式如下:
 


Mn : 〝n〞时的控制输出量
D4005: 增益常数, 默认值为1000; 可设定范围为1~ 5000
Pb : 比例带( 范围: 1~ 5000, 单位为0.1%; Kc(增益)=D4005/Pb)
En : 〝n〞时的误差=设定值( SP) −〝n〞时的过程变数值( PVn)
Ki : 积分常数( 范围: 0~ 9999, 相当于0.00~ 99.99 Repeats/Minute)
Td : 微积分时间常数( 范围: 0~ 9999, 相当于0.00~ 99.99 Minute)
PVn : 〝n〞时的过程变数值
PVn-1: 〝n〞时的上程变数值
Ts : PID 运算的间隔时间( 范围: 1~ 3000, 单位: 0.01S)
Bias : 偏置输出量( 范围: 0~ 16383)

    加上微分项的控制器,目的在于程控系统的过度反应, 进而使程控系统能够平稳缓和达到稳定。虽然微分项有上述优点, 但因其对输出量的贡献相当灵敏, 大部分的应用不必使用微分项而将Td 设定为0。PID控制器的参数整定是控制系统设计的内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类:一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法,它主要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,且方法简单、易于掌握,在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法,主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点,其共同点都是通过试验,然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数,都需要在实际运行中进行后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下:(1)预选择一个足够短的采样周期让系统工作﹔(2)仅加入比例控制环节,直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡,记下这时的比例放大系数和临界振荡周期﹔(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。图6是永宏可编程序控制器PID部分程序举例。


图7  永宏可编程序控制器PID部分程序图


    除此以外为保证锅炉运行的,在进行自动化控制系统设计时,对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置常规仪表及报置,以保水位和汽包压力有双重甚至三重报置,这是的,以免锅炉发生重大事故。

5 结束语
    由于采用了PLC进行控制,系统功能完善,结构合理,能耗小,扩展灵活,便于维护,并且性高,而且还大地提高了企业的生产效率和经济效益。该系统自动化程度较高,大大降低了操作者劳动强度,降低了成本,经过近2年的运行,用户给予了很高评价,认为利用国产永宏PLC开发的控制系统功能完善,综合性强,人机界面友好,实用性好。随着国产可编程控制器和高速计算元件的快速发展,锅炉控制系统将会加完善。 




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