简单控制系统的设计

管式加热炉温度-流量串级控制系统的设计1方案选定管式加热炉是炼油、化工生产中的重要装置之一，它的任务是把原料油加热到一定温度，以保证下道工序的顺利进行。

因此，常选原料油出口温度1tθ（）为被控参数、燃料流量为控制变量，构成如图1-1所示的温度控制系统，控制系统框图如图1-2所示。

影响原料油出口温度1tθ（）的干扰有原料油流量1()f t、原料油入口温度2()f t、燃料压力3()f t、燃料压力4()f t等。

该系统根据原料油出口温度1tθ（）变化来控制燃料阀门开度，通过改变燃料流量将原油出口温度控制在规定的数值上，是一个简单控制系统。

图1-1 管式加热炉出口单回路温度控制系统图1-2 管式加热炉出口温度单回路控制系统框图由图1-1可知，当燃料压力或燃料热值变化时，先影响炉膛温度，然后通过传热过程逐渐影响原料油的出口温度。

从燃料流量变化经过三个容量后，才引起原料油出口温度变化，这个通道时间常数很大，约有15min ，反应缓慢。

而温度调节器1T C 是根据原料油的出口温度1()t θ与设定值的偏差进行控制。

当燃料部分出现干扰后，图1-1所示的控制系统并不能及时产生控制作用，克服干扰对被控参数1()t θ的影响，控制质量差。

当生产工艺对原料油出口温度1()t θ要求严格时，上述简单控制系统很难满足要求。

燃料在炉膛燃烧后，首先引起炉膛温度2()t θ变化，再通过炉膛与原料油的温差将热量传给原料油，中间还要经过原料油管道管壁。

显然，燃料量变化或燃料热值变化，首先使炉膛温度发生改变。

如果以炉膛温度作为被控参数组成单回路控制系统，会使控制通道容量滞后减少，时间常数约为3min ，对来自燃料的干扰3()f t 、4()f t 的控制作用比较及时，对应的控制系统如图1-3所示。

系统框图如图1-4。

但问题是炉膛温度2()t θ毕竟不能真正代表原料油出口温度1()t θ，即使炉膛温度恒定，原料油本身的流量或入口温度变化仍会影响原料油出口温度，图1-3 管式加热炉炉膛温度控制系统这是因为来自原料油的干扰1()f t 、2()f t 并没有包含在图1-4所示的控制系统（反馈回路）之内，控制系统不能克服1()f t 、2()f t 对原料油出口温度的影响，控制效果仍达不到生产工艺要求。

输入／输出通道设计、人机操作界面设计及可靠性设计等几个方面。 （1）计算机系统选择与配置 （2）过程输入／输出通道设计 （3）人机交互界面硬件设计 （4）可靠性设计
在以上硬件设计的每一个阶段，都应该遵循边设计，边调试， 边修改的原则，包括元器件测试、电路模块调试、子系统调试等。 这样，问题发现得越早，对整个控制系统的设计、研制的影响就越 小，付出的代价也越小。
（3）来自控制系统内部的干扰 主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，
如逻辑电路相互辐射、模拟地与逻辑地的相互影响及元器件 间的相互不匹配使用等。这都属于控制设备制造厂家对系统 内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门无 法避免，可不必过多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经 过考验的系统。
经过上述系统仿真调试，并取得满意控制性能的计算机控 制系统运到现场就可以进行现场安装调试了。现场调试是实际 生产过程对计算机控制系统性能的全面检查与性能评估，与实 验室的半实物调试相比，需要特别注意系统的安全性与抗干扰 等问题。在通过现场安装调试后，就可以投入实际生产过程进 行试运行。在试运行过程中，往往会出现许多错综复杂、时隐 时现的现象，暴露设计缺陷，这时设计者应当认真分析问题根 源，寻求解决方法。同时，系统的可靠性与稳定性也应当长期 考验，针对现场特殊的工作环境，采取行之有效的措施，在经 过一段时间的试运行并取得满意的性能评价之后，整个控制系 统就可以正式投入到实际运行中了。
8.2.4 系统的调试与运行 在硬件、软件的设计过程中，一般已经进行了分模块调试。在系
统投入现场运行之前，还需要在实验室进行硬件、软件的联合调试与 系统的仿真调试。软、硬件联调是整个调试的基础，这个步骤在硬件 设计时就开始了，即逐个功能模块进行边设计边调试，并将调试好的 模块逐步加入硬件系统进行联调。在硬件调试通过的情况下，就可将 软件系统加入进去，进行控制系统硬件软件的联合调试，联合调试的 目的是检验系统硬件、软件设计的正确性与运行的可靠性。在联合调 试过程中，不但会发现软件错误，还会发现一些在硬件调试中未发现 的硬件故障或设计缺陷，可根据情况予以修正。上述软件、硬件的联 合调试一般是脱离实际的被控过程进行的，主要在于检验系统硬件、 软件设计在功能上的正确性，不能全面反映整个控制系统的性能，因 此，还必须经过整个系统的仿真试验来检验系统的实际控制性能是否 能满足指标要求。

摘要可编程控制器以其自身特点，将成为今后实现工业自动化的主要控制手段之一。

掌握PLC控制系统的设计方法和步骤，才能做到正确、科学、经济的使用PLC。

通过了解被控设备；编制任务书；硬件选择；软件设计；电气回路和控制回路设计；通讯设计；编写设计说明书等步骤，可以正确全面的完成可编程控制器控制系统设计，在此我将以空气炮PLC控制系统设计总结，简单阐述PLC控制系统设计方法和步骤。

关键词：可编程控制器；控制系统；设计；空气炮；PLC编程目录1引言2控制对象2.1空气炮性能、作用、结构、工作原理2.1.1空气炮的作用2.1.2空气炮结构2.1.3空气炮的工作原理2.2控制系统操作、监控、维护、维修的要求3初步设计3.1 编制设计任务书：3.1.1 设计目标及要求：3.1.2设计内容：3.2系统控制流程如图3-13.3 PLC控制系统类型选择3.3.1以PLC为主控制器的控制系统3.3.2综合空气炮控制系统的特点3.3.3发电厂生产系统DCS系统简介3.3.4空气炮控制系统设计方案3.4经济概算3.4.1工程预算：3.4.2收入预算3.4.3结论4控制系统硬件选择4.1 PLC选择4.1.1输入输出（I/O）选择4.1.2存储器容量的估算4.1.3 CPU功能的选择4.1.4生产厂家选择4.1.5最终选型4.2电磁阀选择4.3断流指示器选择5软件编程设计5.1 PLC控制系统的程序设计思想5.2 PLC控制系统的程序设计要点5.3PLC控制程序5.3.1空气炮控制程序说明：6 PLC硬件系统设计6.1 PLC控制系统的输入电路设计6.2 PLC控制系统的输出电路设计6.3 PLC控制系统的抗干扰设计7通讯设计7.1 设计方案7.2 接口标准RS4857.3 功能码控制7.4传输7.5协议参数8 PLC控制系统程序的调试8.1 I/O端子测试8.2 系统调试9结论参考文献1引言可编程控制器(Programmable Controller)，早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。

过程控制
3、主、副调节器的选择
控制规律的选择
在串级控制系统中，主、副调节器所起的作用是不同的。主调 节器起定值控制作用，副调节器起随动控制作用，这是选择控 制规律的出发点。 主参数是工艺操作的主要指标，允许波动的范围比较小，一般 要求无余差。因此，主调节器应选PI或PID控制规律。 副参数的设置是为了保证主参数的控制质量，可以在一定范围 内变化，允许有余差，因此副调节器只要选P控制规律。 引入积分控制规律，会延长控制过程，减弱副回路的快速作用 引入微分作用，因副回路本身起着快速作用，再引入微分作用 会使调节阀动作过大，对控制不利。
定量分析：
D2
R1 + Gd2(s) Gv(s) Gp2(s)
过程控制
D1
Gd1(s)
Gc1(s)
R2
Gc2(s)
+ Gp1(s)
Y2
Y1
－
Ym1
－
Ym2
Gm2(s)
Gm1(s)
串级控制系统方框图
Y1 ( s) D2 ( s )

Gd 2 ( s)G p1 ( s) 1 Gc 2 ( s)Gv ( s)G p 2 ( s)Gm 2 ( s ) Gc1 ( s )Gc 2 ( s)Gv ( s)G p 2 ( s)G p1 ( s)Gm1 ( s )
主调节器、副调节器；
主给定值、副给定值；
主对象、副对象；
一次扰动、二次扰动。
三、串级控制系统的组成原理
1）将原被控对象分解为两个串联的被控对象；
过程控制
2）以连接分解后的两个被控对象的中间变量为副被控量， 构成一个简单控制系统，称为副调节系统或副环 3）以原对象的输出信号为主被控量，即分解后的第二个 被控对象的输出信号，构成一个调节系统，称为主调 节系统或主环。 4）主调节系统中调节器的输出作为副调节器的给定值， 副调节器的输出信号作为主被控对象的输入信号。