程自动化的简称，是自动化技术的重要组成部分。过程控制是指针对生产过程中的温度压力流量液位成分和物性等工艺参数进行控制其中，温度是最常见的控制对象之，具有特别的意义，例如在发酵过程中温度决定了酵母菌的繁殖速度及酿造物的质量在水族馆中，水温会影响溶氧量和水生物的生长情况在冶金行业里，温度更是决定制品纯度成色的重要因素。但温度作为被控量的话不仅滞后大而且往往还存在着流量液位等多种扰动，因此如何克服扰动实现稳定的温度控制是自动化工程师们努力研究的方向之。即可编程控制器是种专用工控机，它的存储器是可以进行编程的，在它的内部储存和执行各种指令如逻辑运算顺序运算计时计数等。它支持数字量或者模拟量的输入或输出，可以控制多种生产过程。本设计综合运用计算机西门子水泵温度检测流量变送器温度变送器锅炉等设备综合使用了计算机及编程控制算法设计过程控制技术工控现场总线技术电气线路设计等知识点在求是教仪上实现基于锅炉内胆水温的前馈反馈控制系统。抛砖引玉，力求展示出前馈反馈控制系统的特点，为成为名合格的自动化专业毕业生打下基础。广东技术师范学院本科毕业设计论文基本背景知识前馈反馈控制前馈控制系统前馈控制，简称是种开环的控制方式，它能根据干扰量的变化补偿干扰量对被控量的影响，其特点是当扰动产生后，被控变量还未发生变化以前，就能根据扰动的大小进行控制，以补偿扰动产生的影响,在理想状态的前馈控制甚至可以实现无差补偿。前馈控制的系统框图如图所示图前馈控制系统框图图上面那条支路为干扰通道支路，下面的支路是控制通道支路，因此，前馈控制系统的传递函数为公式当满足以下两式时系统对干扰可以实现完全补偿,所以可以求得前馈控制器的传递函数为公式根据公式中的负号可以看出控制器的作用跟扰动的作用方向是相反的，起到了补偿扰动的作用。按照对干扰进行补偿的特点不同，单纯的前馈控制系统又可以分为静态前馈控制和动态前馈控制两种。静态前馈控制是指在足够稳定的工况下对扰动进行补偿，此时前馈控制器的输出和输入是比例关系，而跟时间没有关系也就是说此时的前馈控制器传递函数是个静态的系数，故称为静态前馈控制。基于锅炉内胆水温的前馈反馈控制系统设计组态与静态不同，动态前馈控制是指在任意的时刻乃至不同的状况下前馈控制器都能对扰动进行补偿，因此它的传递函数完全符合公式干扰经前馈控制器通道产生的输出与其经干扰通道产生的输出，二者大小特性致但方向相反，相互抵消这样的就是动态前馈控制方式。下面是些前馈控制区别于其他控制方式的特点克服干扰的响应速度快前馈控制器在扰动产生的时刻马上就可以运算出补偿值，它的响应速度比通常比反馈控制要快。面向专对象使用因为前馈控制器是为了补偿扰动通道输出而设计的，种前馈控制器只针对种扰动，如果要针对多个扰动就需要设计多个不同前馈控制器来实现。是开环控制系统根据其系统框图可以显然看出，在克服扰动后前馈控制系统并没有加入对输出结果的检验和校正环节，属于开环。前馈反馈控制系统由于单纯的前馈控制系统是开环控制系统，无法对输出结果进行检验和校正，但是我们的控制系统中往往不单只前馈控制器克服的那些扰动还有些次要扰动，如果对每个扰动都设计对应的前馈控制器往往会使得系统过于繁琐且经济成本太高，因此为了既经济又有较好的控制效果，保证输出结果的准确性我们引入了反馈控制系统组成前馈反馈控制系统。反馈系统是闭环控制系统，它引入了被控变量的变化作为输入量的参考依据，系统因此获得了定的自适应能力。总的来说，前馈反馈控制系统综合了前馈和反馈的优点，系统中既有能够对主要扰动信号进行补偿的前馈控制，又存在反馈控制克服其它的扰动信号使系统趋于稳定，可以提高系统的整体响应速度。般前馈反馈控制系统的原理图广东技术师范学院本科毕业设计论文由前馈反馈控制的概念及原理图可以知道系统中需要测量的信号主要由被控量跟扰动信号。因此，前馈反馈控制系统般由以下环节构成扰动信号测量变送器对扰动信号进行测量并转换成标准的电信号前馈控制器对扰动信号进行补偿被控量测量变送器对被控量进行测量并转换成标准的电信号反馈控制调节器对被控量进行调节执行器和调节机构直接作用于扰动和被控量的设备和非接触式两种类型根据传感器的材料和电子元器件的特性也可以划分成两种类型即热电阻式和热电偶式。铂热电阻温度传感器在的测量精度非常高甚至是测温的基准元件，其抗振性耐温耐压特性也很出色，因此本设计装置中采用了铂热电阻温度传感器来检测锅炉内胆的水温。温度变送器则是指将测温元件通常是传感器测量出来的温度信号经过稳压滤波运算放大非线性校正转换恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的电流信号的器件，在本设计中温度变送器将铂热电阻温度传感器测得的温度电阻信号转变成电流信号输出给控制器使用。流量计流量计是用来测量流体流量的仪表，本设计装置的流量计有电磁流量计和涡轮流量计两种电磁流量计用以测量电动调节阀控制的动力支路，它的优点是零点比较稳定，抗干扰能力强，不受被测介质压力温度粘度密度等物理参数变化的影响，反应灵敏，输出信号与流量成线性关系，量程比较宽。电磁流量计的工作电压为，可以测量的流量范围是，测量精度是，测量结果输出为的直流电流。两个涡轮流量计进行变频器控制的动力支路及盘管出口处的流量的检测，涡轮流量计的优点是测量精度高，反应快。其采用标准二线制传输方式，工作时需提供直流电源，可以测量的流量范围是，测量精度为精度，结果输出也是直流电流。广东技术师范学院本科毕业设计论文系统的设计过程系统装置接线图控制系统结构设计图根据前三章的内容，设计出的系统结构图如图所示，运用学校实验室已有的求是教仪可以组建该系统，求是教仪实际上是将我们要用到的电源三相调压装置变送器等装置的接线端子集成到了同个界面上，我们可以直接在教仪上连接线路，组成系统。下图为基于锅炉内胆水温的前馈反馈控制系统的接线图图硬件接线图上位机锅炉测量变送器执行器流量温度基于锅炉内胆水温的前馈反馈控制系统设计组态由图可知，接线孔主要分为两类第类是电源类，即三相电源输出孔单相电源输出孔各装置的电源输入孔第二类是信号类，即电流孔通讯线孔等。接线时，般先接各个设备的通讯线再接好电源线，由于各个孔的过流过载特性不同，在接线之前，定要断开电源，检查无误才可以通电。模拟量信号采集本次设计需采集的模拟量信号有锅炉内胆的温度以及锅炉夹套冷却水的流量。模拟量信号的采集分为两个过程个是测量个是变送，锅炉内胆水的温度由温度传感器采集后经过温度变送器转换成成的电流信号送入的模拟量输入模块，同样的，流量信号也是转换成的标准信号后才送入模块。在模块中还涉及到了标度变换，它会将的电信号转换成的整数，占用个字大小的系统储存区。西门子编程软件的简介是西门子的款工业软件，它是针对于西门子可编程逻辑控制器进行组态和编程的软件。提供了各种版本以适应不同的应用需求其中是用于系列的编程和组态软件包适用于系列和系列分布式的编程和组态软件包而适用于和系列的编程和组态软件包。可以根据需要按照项目新建向导的指引按需要新建项目工程或者跳过向导后，手动创建新项目并逐步添加所需的组件和块。下面展示下般情况下打开软件后按照向导进行项目工程创建的步骤广东技术师范学院本科毕业设计论文图向导画面打开出现在我们面前的是向导画面，选择下步即可图向导画面二在向导画面我们选择本次设计所用的求是教仪上安装好的西门子基于锅炉内胆水温的前馈反馈控制系统设计组态图向导画面三在向导画面我们可以根据自己的需要选择所要用到的组织块以及使用的编程语言，选好之后点击下步图向导画面四在图所示的向导画面上我们可以进行项目的命名，之后点击完成就可以成功创建个新的项目了。创建好的新项目或者打开的个项目窗口如下图所示，各个区域有与之对应的功能广东技术师范学院本科毕业设计论文图简体中文版主界面在这里要特别介绍下块文件夹，块文件夹里储存的数据通常有逻辑块数据块系统数据双击该对象将显示个系统数据块列表变量表用于监视和修改变量。分别打开不同的块有不同的功能和界面。逻辑块是含有部分用户程序的块逻辑块包括组织块功能块功能系统功能块系统功能，数据块则只包含数据没有逻辑指令。图块文件夹名称栏菜单栏工具栏项目区工作区基于锅炉内胆水温的前馈反馈控制系统设计组态点开块文件夹里的块或者变量表会出现不同的窗口，例如点开就可以出现对进行编程的窗口图，我们可以选用梯形图逻辑语句表和功能块图进行编程，值得注意的是在使用下载程序到时要先设置好接口。图块的编程窗口程序的编写为用户提供了三种的编程方法，分别是线性化模块化结构化的方法，三种方法的图解如下图三种程序结构线性化编程的所有指令都是在个组织块里循环执行的模块化编程的思想是每个设备的控制指令都在各自的块内，将按顺序的调用这些块结构化编程的特点广东技术师范学院本科毕业设计论文则是不同的块调用可以重复利用的代码，或其他块调用这些块并传递相应的参数。由图锅炉内胆水温前馈反馈控制的系统框图可以知道，我们的程序的功能主要包括各模拟量输入输出，标度变换和归化处理，以及两个控制器前馈和反馈。下面来介绍下我们编程将会用到的些块组织块，通常是主程序，负责循环处理即操作系统的每次循环都会运行次，是定时循环中断组织块，可以通过设置其中断时间来实现我们需要的功能，通常用来数据的初始化，因为它只在暖启动手动拨动开关被执行遍。功能块，可以用作连续控制器，只要设置好各个参数管脚的值，给予输入就可以计算出算法的输出值的主要参数有以下几个过程变量浮点格式的输入管脚扰动的输入实数管脚控制器的输出浮点数管脚功能可以将这两个功能看成是套公式计算器，作用是将模拟量信号经模拟量输入模块转换成的的数转换