《基于Wincc组态的锅炉动态水温控制系统设计》开题报告

西安邮电学院毕业设计(论文)开题报告自动化学院自动化专业08级04班课题名称：基于Wincc组态的锅炉动态水温控制系统设计学生姓名：刘腾蛟学号：06081117指导教师：沈建冬报告日期：2012-3-281．本课题所涉及的问题及应用现状综述在过去几十年里，PID控制器在工业控制中得到了广泛应用。在控制理论和技术飞速发展的今天，工业过程控制中95%以上的控制回路都具有PID结构，并且许多高级控制都是以PID控制为基础。我们今天所熟知的PID控制器产生并发展于1915-1940年期间。尽管自1940年以来，许多先进控制方法不断推出，但PID控制器以其结构简单，对模型误差具有鲁棒性及易于操作等优点，仍被广泛应用于冶金、化工、电力、轻工和机械等工业过程控制中。PID控制器作为早实用化的控制器已有70多年历史，它的算法简单易懂、使用中参数容易整定，也正是由于这些优点，PID控制器现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID的发展过程，很大程度上是它的参数整定方法和参数自适应方法的研究过程。最早的PID参数工程整定方法是在1942年由Ziegler和Nichols提出的简为Z-N的整定公式，尽管时间已经过去了半个世纪，但至今还在工业控制中普遍应用。1953年Cohen和Coon继承和发展了Z-N公式，同时也提出了一种考虑被控过程时滞大小的Cohen-Coon整定公式。从目前PID参数整定方法的研究和应用现状来看，以下几个方面将是今后一段时间内研究和实践的重点：（1）对于单入单出被控对象，需要研究针对不稳定对象或被控过程存在较大干扰情况下的PID参数整定方法，使其在初始化、抗干扰和鲁棒性能方面进一步增强，使用最少量的过程信息及较简单的操作就能较好地完成整定。（2）对于多入多出被控对象，需要研究针对具有显著耦合的多变量过程的多变量PID参数整定方法，进一步完善分散继电反馈方法，尽可能减少所需先验信息量，使其易于在线整定。（3）智能PID控制技术有待进一步研究，将自适应、自整定和增益计划设定有机结合，使其具有自诊断功能；结合专家经验知识、直觉推理逻辑等专家系统思想和方法对原有PID控制器设计思想及整定方法进行改进；将预测控制、模糊控制和PID控制相结合，进一步提高控制系统系能。这些都是只能PID控制发展的极有前途的方向。温度控制问题是工业生产过程中的一类常见问题，例如在饮料、医药加工，溶液过滤，化工生产等多种行业的生产加工过程中都需要对液体温度进行适当的控制。温度控制，在动态水温度的调节过程中，由于是动态水，故在流动的过程中对锅炉内部的水势有一定的震动、这样一来对于锅炉中温度传感器和压力检测装置的要求就非常的高，对于系统的稳定性有一定的影响、而水温的本身变化滞后性对于系统也存在相对的影响，故采用PID算法来达到调节要求。由于温度本身的属性及控制机构(电机、阀门等)震动等因素的影响，控制对象具有一定纯滞后和温度滞后的特点，锅炉水温上升的过程缓慢，呈现非线性。而锅炉动态水温的控制系统是一类典型的控制实验设备，它具有非线性、强耦合和滞后性的特点，可用于检验各种控制理论在非线性、滞后系统的应用效果。时滞系统作为复杂控制系统中的一个重要部分广泛存在于现代的工业过程中。同时，它也是控制理论应用的一个重要领域，因此对于时滞系统的研究有其很重要的意义。由于锅炉动态水温所固有的特性决定了其控制的复杂性，因此对动态水温控制的模型设计和控制方法研究是有必要的。2．本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析温度控制问题是工业生产过程中的一类常见问题，例如在饮料、医药加工，溶液过滤，化工生产等多种行业的生产加工过程中都需要对温度进行适当的控制。温度控制，在锅炉动态水温的调节过程中，锅炉内部受到气体压力、而锅炉中的温度和气体存在正相关的特性，为了很好的调节锅炉中水温与水压的相对关系，应用PID算法来达到调节要求。由于温度本身的属性及控制机构(电机、阀门等)震动等因素的影响，控制对象具有一定纯滞后和容量滞后的特点，温度上升的过程缓慢，呈现非线性。锅炉动态水温控制系统是一类典型的控制实验设备，它具有非线性、强耦合和滞后性的特点，可用于检验各种控制理论在非线性、滞后系统中的应用效果。时滞系统作为复杂控制系统中的一个重要部分广泛存在于现代的工业过程中。同时，它也是控制理论应用的一个重要领域，因此对于时滞系统的研究有其很重要的意义。由于锅炉水温的滞后的固有的特性决定了其控制的复杂性，因此对锅炉动态水温的模型设计和控制方法研究是有必要的。重点研究的关键问题：PID原理、锅炉温度控制PID原理及软件的编写解决思路：见原理图基于Wincc组态的动态水温的系统设计可行性分析：水介质由泵P101（变频器U-101驱动）从V104中加压获得压头，经由热换器X-102I进入锅炉，当锅炉内的水量达到实验需要的高度后，关闭手阀QV-115,打开手阀QV-114,从而使锅炉E101、换热器X-102I、水泵P101构成一个循环回路；其中，锅炉E-101的温度由TE-101测得，用调节手阀QV-114的开启程度来调整锅炉水回流量的大小，换热器X-102I模拟锅炉的热负荷，以GZ-101功率为操纵变量，TE-101为被控变量，采用PID调节完成。为使锅炉中的温度均匀分布，采用动态循环水，使锅炉中的说搅动起来。三相电加热装置功率采用4.5KW，加热过程相对较快，散热过程相对较慢，为达到整个系统的散热过程更快目的，故让锅炉循环水经过换热器。3．完成本课题的工作方案1月10日——4月05日了解PID的基本原理4月06日——4月20日熟悉S7-300软件编程环境及Wincc组态软件4月21日——5月09日画出Wincc组态监控画面5月10日——5月23日编写并调试锅炉动态水温的PID控制程序5月24日——6月17日撰写毕业论文。4．指导教师审阅意见指导教师(签字)：年月日说明：本报告必须由承担毕业论文(设计)课题任务的学生在毕业论文(设计)正式开始的第1周周五之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。