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基于GPRS的PLC多點溫度監控系統設計說明.doc

'基于GPRS的PLC多點溫度監控系統設計說明.doc'
? 基于GPRS的PLC多點溫度監控系統設計摘 要在我國北方地區主要采用集中供暖的方式,根據小區供暖對恒壓恒溫的控制要求,本設計采用計算機、工業智能模塊、傳感器和執行器組成一個溫度和壓力雙重閉環的供暖控制系統。通過組態控制方法和PID控制策略,設計了組態界面監控程序,實現了對小區供暖系統溫度、壓力、流量參數的現場采集和實時調節,從而提高控制精度。在本設計了主要分為三個部分:上位機通用組態軟件、GPRS無線傳輸、下位機S7-200 PLC。在上位機部分采用的是MCGS通用組態軟件,MCGS是數據采集與過程控制的專用軟件,它以靈活多樣的組態方式為用戶提供良好的用戶開發界面,具有豐富的畫面顯示組態功能。在組態界面上主要顯示各小區換熱站的網管溫度、壓力、流量等參數并對其進行控制,保證其安全可靠的運行。該系統的數據傳輸網絡主要是通過GPRS DTU和移動公司GPRS網絡來完成的。DTU是數據接收和發送模塊,在網絡中主要完成下位機與上位機的數據傳輸的任務,同時也是與移動GPRS網絡的工作接口。下位機部分利用了西門子得S7-200 PLC對現場設備運行情況及參數進行采集和控制。通過在實驗室將程序進行調試,使其控制精度、運行可靠性基本符合了系統的控制要求。關鍵詞:S7-200 PLC GPRS PID MCGS組態軟件The Design of Multi-point Temperature Control System Based on GPRS and PLC AbstractIn the northern China mainly uses the central heating way, according to the district control requirements of constant pressure and temperature. This design uses the computer, industrial intelligent module, sensors and actuators form a temperature and pressure double closed loop of heating control system. Through the configuration control method and PID control strategy, design the monitoring program of configuration interface, realizing the data acquisition and real-time adjustment of temperature, pressure, and flow rate parameters in the heating control system, so as to improve the control precision. This design can be divided into three parts, including the general configuration software of upper machine, GPRS wireless transmission, PLC S7-200.Use MCGS general configuration software as the upper part. MCGS is specialized software of data acquisition and process control. It has rich pictures showed function and flexible configuration mode, which provide good interface development for user. In the configuration interface mainly shows the temperature, pressure, flowing parameters of every heating transfer station and its control, ensure the safe and reliable operation. The data transmission network of system is mainly through the GPRS DTU and mobile company GPRS network. DTU is the sending and receiving module, which is used to finish the transmission task between the upper machine and the under machine in the network. Meanwhile it’s also the connection with mobile GPRS network.In the under machine we use Siemens S7-200 PLC to gather the data and control the operation of the heating system. Through the program testing in the laboratory, finish the control system basically both in control accuracy and operation reliability.Key words: S7-200 PLC;PID;GPRS;MCGS 目 錄1 引言 12 工藝要求及設計方案 22.1工藝要求 22.2設計方案 23.1網絡結構 43.2 GPRS 技術 43.2.1 GPRS簡述 43.2.2選擇 GPRS的優勢 43.2.3選擇 GPRS要解決的主要問題 43.3 GPRS型號選擇 53.3.1 GPRS的型號 53.3.2 H7710的DTU參數設置 63.4 GPRS連接 74 電氣控制 104.1控制方案 114.1.1 PID模擬量的控制結構 114.1.2 PID的指令向導 124.1.3 PID的參數 124.2溫度控制 124.2.1手動控制方式 134.2.2自動運行方式 144.3恒壓控制 184.3.1變頻器 184.3.2壓力手動運行方式 194.3.3壓力自動運行方式 204.4補水箱液位控制 214.5供水流量的控制 225 硬件及設備選型 245.1PLC 245.1.1模擬量輸入輸出模塊的選型 245.1.2 I/O分配 255.2設備選型 255.2.1傳感器的選擇 25。省略部分。員介入就可以控制變量的設備。這就是所謂的自動化的過程控制。為達到上述目標,就需要設計并實現一個系統。首先要做的就是測量過程流體的出口溫度,這一任務由傳感器(熱電偶、熱電阻等)完成。將傳感器連接到變送器上,由變送器將傳感器輸出的信號轉換成足夠大的信號送給控制器??刂破鹘邮张c溫度相關的信號并與期望值比較。根據比較結果,控制器確定保持溫度為期望值的控制作用?;谶@一結果,控制器再發出一信號給執行機構來完成流量的控制。下面介紹控制系統中的4種基本元件,分別是(1) 傳感器,也稱為一次元件(2) 變送器,也稱為二次元件(3) 調節器,控制系統的大腦(4) 執行機構,通常是一個調節閥,但并不全是。其他常用的執行機構有變速泵、傳送裝置和電動機。 這些元件的重要性在于它們執行每個控制系統中都必不可少的3個基本操作:(1) 測量:被控量的測量通常由傳感器和變送器共同完成。(2) 決策:根據測量結果,為了維持輸出為期望值,控制器必須決定如何操作。(3) 操作:根據控制器的處理,系統必須執行某種操作,這通常由執行機構來完成。 上述每個控制系統都有M,D和A這3種操作。有些系統的決策任務簡單,而有些很復雜,設計控制系統的工程師必須確保操作能影響被控量,也就是說,該操作要影響測量值。否則,系統是不可控的,還會帶來許多危害。PID控制器可以使獨立控制器,可編程控制器(PLC)中的控制器,嵌入式控制器或者是Vb或C+編寫的計算機編程軟件。PID控制器是過程控制器,它具有如下特征:連續過程控制:模擬輸入(也被稱為測量量或過程變量或PV)模擬輸出(簡稱輸出)基準點(SP)比例、積分以及微分常數;連續過程控制的例子有溫度、壓力、流量及水位控制。例如,控制一個容器的熱量。對于簡單的控制,你使用兩個具有溫度限定功能的傳感器(一個限定低溫,一個限定高溫)。當低溫限定傳感器接通時就會打開加熱器,當溫度升高到高溫限定傳感器時就睡關閉加熱器。這類似于大多數家庭使用的空調及供暖兄臺呢的溫度自動調節器。反過來,PID控制器能夠接受像溫度這樣的輸入,控制閥門,這個閥門能都控制進入加熱器的氣體流量。PID控制器自動的找到加熱器中氣體的合適流量,這樣就保持了溫度在基準點的穩定。溫度穩定了,就不會在高低兩點間跳動了。如果基準點降低了,PID控制器就會自動降低加熱器中氣的的流量。如果基準點升高,PID控制器就會自動的增加加熱器中的氣體溫度。同樣的對于高溫,晴朗的天氣及陰冷多云的天氣,PID控制器都會自動調節。模擬輸入也叫做過程變量或PV。希望PV達到你所控制過程參數的高精度。例如,如果我們想要保持溫度為+1或-1度。我們至少要使其精度控制在0.1度。如果是一二12為的模擬量輸入,傳感器的溫度圍是從0到400度,我們計算的理論精度就是4096除400度=0.097656度。我們 之所以說這是理論上因為我們佳冬溫度傳感器,電線及模擬轉換器上沒有噪音和誤差。還有其他的假設。例如,線性等等。即使是有大量的噪音和其他問題,按理論精度的1/10計算,1度精確度得數值應該很容易得到。模擬輸出經常被簡稱為輸出。經常在0%到100%之間給出。在這個熱量得例子里閥門完全關閉0%,完全打開為100%?;鶞庶c(SP)很簡單,即你想要什么樣的過程量。在這個例子你想要過程量處在怎樣的溫度。PID控制器的任務是維持輸出在一個程度上,這樣的過程變量和基準點上機沒有偏差。閥門用來控制進入加熱器的氣體,冷卻器的制冷,水管的壓力,水管的流量,容器的水位后其他的過程控制系統。PID控制器所觀察的是PV和SP之間的偏差(或誤差)。它觀察絕對偏差和偏差變換率。絕對偏差就是 PV和SP之間的偏差大小,偏差變換率就是PV和SP之間的偏差隨著時間的而變化是越來越小還是越來越大。如果存在過程擾動,即過程變量或基準點變化時PID控制器就要迅速改變輸出,這樣過程變量就返回到基準點。如果有一個PID控制可進入的冷凍裝置,某人打開門進入,溫度將會迅速升高。因此,PID控制器不得不提高冷度來補償這個溫度的升高。一旦過程變量等同于基準點,一個紅啊的PID控制器就不會改變輸出。你所喲啊的輸出就會穩定。如果閥門不斷改變,而不是維持恒量,這樣就會造成控制元件更多的磨損。這樣就有了兩個矛盾的目標。當有過程擾動時就能快速的發硬。當PV接近基準點時就緩慢的反應。我們注意到輸出量經常超過穩定狀態輸出使過程變量回到基準點。比如,一個制冷器通常打開它的制冷閥門34%,就可以維持在零度。如果某人打開制冷器器走進去來回走,找東西然后再出來關上制冷器的門---PID控制器會非?;钴S,因為溫度可能將上升20度。這樣制冷閥門就可能打開50%,75%甚至100%——目的是趕快降低制冷器的溫度然后慢慢關閉制冷閥門到它的34%。如何設計一個PID控制器。我們主要集中在過程變量(PV)和基準點(SP)之間的偏差上。有三種定義的誤差。絕對偏差他說明的是PV和SP之間的偏差有多大。如果PV和SP之間偏差小——那我們就在輸出使=時做一個小的改變。如果PV和SP之間偏差大——那我們及在輸出時做一個大的改變。絕對偏差就是PID控制器的比例環節。累計誤差給我們點時間,我們將會明白為什么僅僅簡單的觀察絕對偏差是一個問題,累計誤差時很重要的,我們把它稱為PID控制器的積分環節。每次我們運行PID算法時。我們總會把最近的誤差添加到誤差總和當中。換句話說,累計誤差=誤差1+誤差2+誤差3等等。滯后時間滯后時間指的是PV引起的變化由發現到改變之間的延時。斯安興的例子就是調整的烤爐在合適的溫度。當你剛加熱的時候,烤爐熱起來需要一定時間。這就是滯后時間。如果你設置一個初始溫度,等待烤爐達到這個初始值,然后你認為你設定了錯誤的溫度,烤爐達到這個新的溫度基準點還需要時間。這也就是PID調節器的微分環節。這就抑制了某些將來的變化,因為輸出值已經發生了改變,但并不是收過程變量的影響。絕對偏差/比例環節有關設計自動過程控制器,人們最初想法之一是設計比例環節。意思就是,如果PV和SP之間的偏差很小-那么我們就在輸出處作一個小的修改;如果PV和SP之間的偏差很大-那么我們就在輸出處作一個大的修改。當然這個想法是有意義的。比例、積分控制器PID控制器中的積分環節是用來負責比例控制器中的補償問題的。我們有另外一個Excel的擴展表格,表格上仿真都是一個具有比例積分功能的PID控制器。這里(Pig.5)是比例積分控制器最初的仿真表格(滯后時間=1,比例常數=0.4)。眾所周知,比例積分控制器要比僅有比例功能的比例控制器好很多,但是等于0的滯后時間并不常見。微分控制微分控制器考慮的是:如果你改變輸出,那么要在輸入(PV)處反映這個改變就需要些時間。比如,讓我們拿烤爐的加熱為例。如果我們增大氣體的流量,那么從產生熱量,熱量分步烤爐的四周,到溫度傳感器控制升高的溫度都需要時間,PID控制器中微分環節具有抑制功能,因為有些溫度增加會在以后不需要的情況下產生了。正確地設置微分系數有利于你隨比例系數和積分字數的確定。
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溫度 多點 plc 監控 gprs 系統 基于 設計說明
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