基于S7-400的过程控制课程设计实例

在日常工业生产和生活中, 尤其是在北方, 锅炉是十分重要的动力设备, 在我国, 锅炉的自动控制水平和效果还是没有达到很高的水平, 设计出安全可靠又能达到生产标准的锅炉控制系统可以说迫在眉睫。

本文给出了基于过程控制实验平台的热蒸汽系统的完整设计过程。

针对锅炉气包液位, 压强, 流量的控制采用了单回路和串级结合的方法。根据结果可以看出, 系统稳定性增强, 而且抗干扰能力大大提高, 取得了更好的控制效果。

一、系统模拟图

二、锅炉控制系统设计

根据锅炉工艺要求, 设计了锅炉的基本控制方案, 包括气包液位控制系统、燃料空气比值控制系统、过热蒸汽压力控制系统和过热蒸汽温度控制系统。在各个系统中, 控制阀的开闭形式, 阀门的流量特性和控制器的正反作用必不可少。

三、设备平台

西门子S7-400PLC适用于中高档性能范围的可编程控制器, 其主要特点为:能够解决复杂的任务要求, 使用分布式系统和扩展通讯功能, 组装系统灵活自如, 操作界面友好, 免风扇设计耐用可靠, 计算速度飞快, 通信性能强大。

S7-400由电源模块 (PS) 、中央处理单元 (CPU) 、机架 (RACK) 、通信处理器 (CP) 、数字输入输出模块 (DIDO) 、模拟输入输出 (AIAO) 等组成。

四、仿真结果

(一) 比例积分微分控制 (PID)

当PI控制的系统受到积分作用使得整个系统响应速度变慢, 为解决这个问题, 我们在控制中增加了微分项D, 主要为解决响应速度问题, 具体公式如下:

其中Kd是微分时间常数。本文采用PID控制的模块为:汽包液位控制系统。

(二) 仿真效果图

通过对于液位的两种控制方法进行对比我们可以发现, 串级较单闭环有着更好的控制效果, 相同PID时滞后更小, 稳定性更强。

五、结论

本文主要设计了过热蒸汽生产系统的控制部分及控制方案, 经过事实证明该方法真实可行, 满足工业生产要求, 可以用于实际工业生产。通过实验论证, 传统的PID调节也可以满足工艺要求且仿真机器与实际设备相差无几, 文中所展示的控制方法可以应用于实际工业生产中。

摘要：本文给出了基于S7-400的过程控制课程设计实例——热蒸汽系统的完整设计过程。针对锅炉气包液位, 压强, 流量的控制采用了单回路和串级结合的方法。根据结果可以看出, 系统稳定性增强, 而且抗干扰能力大大提高, 取得了更好的控制效果。

关键词：S7-400,过程,控制

参考文献

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