2764.A[毕业设计]某公司养护窑温度自控系统电气设计(PWM和PID) 正文.doc
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1、摘要养护窑养护过程是严格根据工艺要求实施控制的。它能保证产品质量,保证生产速度,不受气候影响。其中自动控制养护方式,可以借助于PLC通过PID算法,模糊控制算法及一些优化控指算法来实现。本设计采用以下三种方案来达到窑温的控制:模糊逻辑控制(Fuzzy Logic Control)简称模糊控制(Fuzzy Control),是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种控制技术。利用模糊控制算法,通过控制进气电磁阀的通断来达到控制养护窑温度。PWM脉宽调制,是靠改变脉冲宽度来控制输出电压。是根据PID算法,形成PWM所需要的脉冲数据。系统用PWM脉冲去控制进气阀门的打开和关断,从而控制养
2、护窑的温度。比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。它以稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。本方案是根据PID算法,用PID的输出值来控制电动阀的开通大小,从而控制养护窑的温度。关键词:模糊控制;PWM控制;PID控制;PLC;养护窑AbstractThe curing process of the curing kiln is strictly implemented and controlled according to the basis technological requirement .It can guarantee the product q
3、uality and production speed without the effect of weather. While the automatic control can be realized with the support of the PID algorithm,fuzzily controlling the algorithm and some optimizations controts. This design uses the following three kinds of plans to achieve the kiln warm control:The Fuz
4、zy Logic Control is called the Fuzzy Control,which is one kind of control technology on the basis of fuzzy set theory,the fuzzy language variable and the fuzzy logic inference. It can achieve the temperatme control of the curing kiln by using the fuzzy control algorithm and controlling the beark of
5、the air-in solenoid valve.The PWM pulse-duration modulation depends on the change of pulse width to control the output voltage and forms pulse date which PWM needs according to the PID algorithm .The system controls the air-in let valve with the PWM pulse to open and to shut off, and thus controls t
6、he curing kiln temperature.The proportion ,the integral and the differential control , are called the PID control, and are also called the PID adjustment . It becomes one of the main technicals in industry control because of its simple structure, the good stability , the reliable work and the conven
7、ient adjustment . This plan controls the motorized valve with the PID output according to the PID algorithm to clear the size , thus controls the temperature of the curing kiln.引言2第一章 绪论31.2养护窑控制技术的研究状况3第二章 控制系统的总体设计52.1 工艺流程图的设计52.2 方案设计简介52.2.1 模糊控制方案设计简介52.2.2 PWM控制方案设计简介72.2.3 PID控制方案设计简介. 8第三章
8、主电路的设计103.1主电路图的设计103.2 主电路电气元件的选择113.2.1低压隔离开关选择:113.2.2低压熔断器选择:113.2.3低压断路器:123.2.4接触器的选择:123.2.5 热继电器的选择:133.2.6 中间继电器的选择13第四章 控制电路的设计154.1 控制方式的选择154.2 PLC、 I/O点统计及扩展模块的选择154.2.1 I/O点统计154.2.2 西门子S7-200的控制性能的优点如下:164.2.3 SIMATICS7-200 PLC功能介绍164.3 PID控制算法简介.174.4 PLC I/O接线图的设计204.4.1 元器件的选择204.4
9、.2 I/O接线图23第五章 元器件布置图及安装接线图的设计245.1 元器件布置图的设计245.1.1第一、二种方案245.1.2第三种方案245.1.3 外部元器件布置图245.2 安装接线图的设计245.3 输入输出地址和内存变量分配表25第六章 控制系统的软件设计266.1 程序流程图的设计266.1.1 模糊控制的流程图设计266.1.2 PWM控制的流程图设计266.1.3 PID控制的流程图设计276.2 梯形图程序的设计27第七章 控制系统的抗干扰措施28第八章 三种方案的比较298.1 模糊控制方案优缺点298.2 PWM控制方案优缺点298.3 PID控制方案优缺点29结论
10、30参考文献31致谢信32引言随着社会经济的飞速发展,人们的生活水平的提高,各种住宅小区、商用建筑、写字楼像雨后春笋般拔地而起。建筑业的繁荣昌盛,带动了砌块生产业的飞速发展与技术革新。传统的砌块上在全自然的环境中生产出来的,加工周期长,成功率不高。现在各个建材生产厂商专门研制出了一种砌块养护窑,用来加快砌块的出厂周期,以便提高生产效率与经济效益。对GJ型系列养护窑,整个控制系统是由新式窑体结构、热工供调系统、工业计算机控制系统组成的成套技术工艺设备,一般的其控制核心为单片机,这类控制系统虽然具有成本低、体积小、程序简短等优点,但只适合小型控制系统,对于较大型控制系统,不但成本大大增加,而且可靠
11、性较差,对要求较高的系统难以实现。PLC具有功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于编程及适应工业环境的优点,是一种通用的自动控制装置,结合当今发展较快、应用越来越广的模糊控制技术,可实现较大型控制系统,且功能完善,效果好。下面介绍一种以PLC为控制核心、以模糊控制、PWM控制、PID控制理论为依据,通过模糊算法、PID算法等优化算法来实现养护窑温度控制。第一章 绪论1.1养护窑控制技术简介随着我国经济的发展,市场上建筑材料的需求也向着高质量、大数量方向展。传统的建材制造工艺越来越显露出产品质量差,产量小,对环境污染严重的缺点。砌块生产线养护温度控制是砌块生产质量控制的最后一环,也是最为重要的一环
12、。生产成型的砌块在不同的温度养护过程中进行养护,会有不同质量的砌块生产出来。砌块生产线养护系统主要由蒸气发生装置、蒸气工艺管路、养护窑温度控制系统三部分组成。温度养护原理是:蒸气发生装置产生饱和水蒸气,通过固定管线输送到各养护窑内,对所生产的砌块进行温度养护,并由养护窑温度自动控制系统对各养护窑进行温度控制。为了适应社会的发展和满足人们对产品最求的不断提高国内厂家开始引进国外技术。例如:华泰的这条生产线具有MBS数控系统和远程传感技术,计量准确,成型主机由世界先进的模箱振动产生强劲激振力复合而成,全自动监控的蒸汽养护窑,采用气流循环原理,高效节能,温度均衡,10小时内使砌块坯体迅速得到养护,保
13、证产品质量。曲靖华泰新型墙材有限公司是云南省曲靖越钢集团有限公司控股的高新技术新型墙材生产企业,位于曲靖市麒麟区越州镇。公司全套引进并消化吸收美国哥伦比亚机械公司1600HF型高强彩色混凝土空心砌块自动化生产线,年生产能力10万立方米,这在云南乃至西南地区都是第一家。1.2养护窑控制技术的研究状况随着我国经济的发展,市场上建筑材料的需求也向着高质量、大数量方向展。传统的建材制造工艺越来越显露出产品质量差,产量小,对环境污染严重的缺点。 砌块生产线养护系统主要由蒸气发生装置、蒸气工艺管路、养护窑温度控制系统三部分组成。温度养护原理是:蒸气发生装置产生饱和水蒸气,通过固定管线输送到各养护窑内,对所
14、生产的砌块进行温度养护,并由养护窑温度自动控制系统对各养护窑进行温度控制。砌块生产线温度养护的控制方式可以采用以下几种方式: 定时器控制、可编程定时器控制、 PLC控制 工业控制机(IPC)控制等。 每种方式都各有优缺点。定时器控制及可编程定时器控制优点是价格,缺点是只能分段控制,不能调节,且操作不便;PLC控制的优点是稳定可靠,缺点是显示及控制调整不便; 工业控制机(IPC)控制则具有PLC控制稳定的优点,又具有丰富的显示及控制调整的功能,并能实现砌块温度养护的特殊要求:即按给定的温度曲线,对养护窑进行温度控制。 IPC控制系统可根据砌块养护的特点确定的温度曲线进行严格的温度控制,使养护窑温
15、度按照所给定的温度曲线运行。采用工业控制机进行控制,可实现温度自动采集显示功能及温度曲线的控制功能,并且系统运行稳定。系统采用汉字操作界面,使用十分方便。 采用养护窑自动温度控制系统后,可提高养护温度控制精度,提高砌块产品质量,减轻操作员的劳动强度, 并能取得良好的经济效益。 砌块生产线温度养护系统功能及主要技术指标 1系统实现以下功能: 养护窑温度自动采集显示功能 温度曲线显示功能 养护窑温度自动控制功能 给定温度曲线,自动控制养护窑温度功能 数据存储功能 2主要技术指标: 给定温度曲线控制功能; 温度PID调节控制功能, P、I、D参数可调; 温度采集精度:0.5% 系统温度控制精度:0.
16、5% 砌块在生产过程中最后一道工序是养护。目前养护的方法有两种。一种是传统的自然养护;自然养护只需要一个可供养护的露天场地,靠阳光加温。这种养护方法 投资少,养护成本低。缺点是养护周期太长,受环境温度影响大,对产品质量要求较高时,无法保证高质量与短生产周期。尤其在我国北方地区的冬季,温度低,阳光少,风沙大,天气条件恶劣,不适用这种养护方法。但是在一些规模较小的砌块加工场所还经常用到这种养护方法。另一种养护方法就是在养护窑中进行养护。用户可以根据砌块的工艺要求指定养护规则,由手动或自动方法控制养护程序的进行。养护窑养护过程是严格按照砌块的工艺要求实施控制的。它能保证产品质量,保证生产进度,不受天
17、气影响。第二章 控制系统的总体设计2.1 工艺流程图的设计控制过程应该满足如下要求:总起动按钮按下以后,整个系统允许运行。按下总停止按钮,整个系统停止运行。每个窑都可以自行控制。按下各窑的起动按钮后,各窑开始运行,按下其停止按钮,各窑停止运行,按下急停按钮,禁止各窑的输出控制。 每个窑的具体流程控制要求:启动电动机,供风循环热气流;开启进气阀门,供热气控温;经过一定时间(设恒温10h),关闭进气阀门;按下急停安钮,停止进气阀、排气阀和风机;打开排气阀门,排气;按下停止按钮,关风机,关排气阀,准备砌块出窑。连锁要求只要有一个窑排气,总排气阀要打开,只有总进气阀打开,才能起动各窑进气阀。窑温控制示
18、意图如图2.1所示:2.2 方案设计简介2.2.1 模糊控制方案设计简介模糊逻辑控制(Fuzzy Logic Control)简称模糊控制(Fuzzy Control),是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。1965年,美国的L.A.Zadeh创立了模糊集合论;1973年他给出了模糊逻辑控制的定义和相关的定理。1974年,英国的E.H.Mamdani首先用模糊控制语句组成模糊控制器,并把它应用于锅炉和蒸汽机的控制,在实验室获得成功。这一开拓性的工作标志着模糊控制论的诞生。 模糊控制实质上是一种非线性控制,从属于智能控制的范畴。模糊控制的一大特点是既具有系统化
19、的理论,又有着大量实际应用背景。模糊控制的发展最初在西方遇到了较大的阻力;然而在东方尤其是在日本,却得到了迅速而广泛的推广应用。近20多年来,模糊控制不论从理论上还是技术上都有了长足的进步,成为自动控制领域中一个非常活跃而又硕果累累的分支。其典型应用的例子涉及生产和生活的许多方面,例如:在家用电器设备中有模糊洗衣机、空调、微波炉、吸尘器、照相机和摄录机等;在工业控制领域中有水净化处理、发酵过程、化学反应釜、水泥窑炉等的模糊控制;在专用系统和其它方面有地铁靠站停车、汽车驾驶、电梯、自动扶梯、蒸汽引擎以及机器人的模糊控制等。二、模糊控制基础 模糊控制的基本思想是利用计算机来实现人的控制经验,而这些
20、经验多是用语言表达的具有相当模糊性的控制规则。模糊控制器(Fuzzy Controller,即FC)获得巨大成功的主要原因在于它具有如下一些突出特点: 模糊控制是一种基于规则的控制。它直接采用语言型控制规则,出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识,在设计中不需要建立被控对象的精确数学模型,因而使得控制机理和策略易于接受与理解,设计简单,便于应用。 由工业过程的定性认识出发,比较容易建立语言控制规则,因而模糊控制对那些数学模型难以获取、动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用。 基于模型的控制算法及系统设计方法,由于出发点和性能指标的不同,容易导致较大差异;但一个系统的语言控制规则却
21、具有相对的独立性,利用这些控制规律间的模糊连接,容易找到折中的选择,使控制效果优于常规控制器。 模糊控制算法是基于启发性的知识及语言决策规则设计的,这有利于模拟人工控制的过程和方法,增强控制系统的适应能力,使之具有一定的智能水平。 模糊控制系统的鲁棒性强,干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱,尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。三、模糊控制应用研究现状模糊控制具有良好控制效果的关键是要有一个完善的控制规则。但由于模糊规则是人们对过程或对象模糊信息的归纳,对高阶、非线性、大时滞、时变参数以及随机干扰严重的复杂控制过程,人们的认识往往比较贫乏或难以总结完整的经验,这就使得单纯的模糊控制在
22、某些情况下很粗糙,难以适应不同的运行状态,影响了控制效果。 常规模糊控制的两个主要问题在于:改进稳态控制精度和提高智能水平与适应能力。在实际应用中,往往是将模糊控制或模糊推理的思想,与其它相对成熟的控制理论或方法结合起来,发挥各自的长处,从而获得理想的控制效果。由于模糊规则和语言很容易被人们广泛接受,加上模糊化技术在微处理器和计算机中能很方便的实现,所以这种结合展现出强大的生命力和良好的效果。对模糊控制的改进方法可大致的分为模糊复合控制,自适应和自学习模糊控制,以及模糊控制与智能化方法的结合等三个方面。 四、模糊控制研究方向展望 模糊控制仍然是一个充满争议的领域。由于它的发展历史还不长,理论上
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