锅炉双冲量给水控制系统设计_毕业设计

锅炉双冲量给水控制系统设计_毕业设计 第一章 选背景及理论发展 1.1 目的及意义 随着电子产品的降价及自动化生产线工艺控制连续稳定优势的凸现，越来越多的企业准备将自己的核心生产线改成全自动化生产线或者对个别关键工艺参数采用自动控制。工业应用自控技术在中国的推广使用较晚，但近年来发展较快。国内现在做汽包水位自动控制系统方面的设计公司很多，但由于能够集工艺要求、自动化技术和电气技术三者于一体的设计不多，所以人们清楚地认识到自动控制技术在工业应用中的重要地位和作用，在水位控制系统中，主要采用“三冲量控制”来实现锅炉汽包水位控制更是重中之重。 本课题的目的及意义：锅炉汽包水位控制是维持锅筒水位在允许的范围内，使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量。由于锅炉的水位同时受到锅炉侧和气轮机侧的影响，因此，当锅炉负荷变化或气轮机用汽量变化时，通过给水调节系统保持锅炉的水位正常是保证锅炉和气轮机安全运行的重要条件。水位过高或过低，都是不允许的。水位过高会影响汽水分离器的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增加，使过热器管壁和气轮机叶片结垢，造成事故；锅炉出口蒸汽带水过多还会使过热蒸汽温度产生急剧变化。水位过低，则会破坏正常水循环，危及水冷壁受热面的安全。一般要求锅筒水位维持在设计值±75~±100mm范围内。 1.2 自动控制理论的发展 一、“经典控制理论”阶段 上世纪50年代前发展的控制理论被称为“古典控制理论”。它主要研究的自动控制系统为线性定常系统，被控对象集中于SISO系统。经典控制理论所采用的方法通常是以传递函数、频率特性、根轨迹分布为基础的波德图法和根轨迹法，包括各种稳定性判据和对数频率特性。 二、“现代控制理论”阶段 60年代以后发展起来的现代控制理论主要研究MIMO系统。系统可以是线性或非线性的，定常或时变的。它采用状态方程代替经典理论中的一个高阶微分方程式来描述系统，并且系统中各个变量均为时间t的函数，因而属于时域分析方法。采用状态方程的好处可以研究系统的内部特性，可以分析系统的本质。主要内容包括：（1）系统运动状态的描述和能控性、能观性分析；（2）李亚谱诺夫稳定性理论和李亚谱诺夫函数，系统识别和卡尔曼滤波理论；（3）非线性系统控制；（4）系统最优控制及自适应控制 三、“大系统理论和先进控制理论”阶段 前两个阶段的控制理论的发展与应用，主要讨论存在数学模型的自动控制系统，但是对于那些不具有数学模型或很难找到数学模型的被控对象，应用经典控制理论的方法等无法解决。但是，由于计算机技术的快速发展和价格的下降，使计算机的应用领域越来越宽，先进控制日益发展和应用起来了。先进控制主要包括自适应控制、预测控制、智能控制、鲁棒控制等。人工智能学科的发展促进了自动控制理论向着智能控制方向发展，而智能控制和具有智能化的自动控制系统又是人工智能的一个既有广泛应用前景的研究领域。70年代末开始的智能控制理论和大系统理论的研究与应用，是现代控制论在深度上和广度上的开拓，因此在控制工程界受到极大的关注，主要包括：专家系统、神经网络和模糊控制、学习控制等。智能控制具有如下特点：以专家和熟练操作工人的知识为基础进行推理、判断、预测和规划，采用符号信息处理、启发式程序设计，知识表示和自学习、推理与决策的智能化技术，实现问题的综合性求解。先进控制离不开前两个阶段的控制理论，只是把自动控制理论推向一个更深化的崭新阶段。 1.3 控制系统规模、组成结构和硬件的发展 一、 初级阶段 本世纪50年代前后，热工生产过程主要是凭生产实践经验，局限于一般的控制元件和机电式控制仪器，采用比较笨重的基地式仪表实现机、炉、电各自独立的分散的局部自动控制。各控制系统之间没有或很少有联系，所应用的理论是经典控制理论。 二、 常规仪表阶段 50年代末及以后十年间，随着仪表工业大力发展，先后出现了电动单元仪表和巡回监测装置，这些高性能的仪表广泛应用于热工过程，并且机组容量增大，对效率及安全的要求越来越突出，因此热工控制的要求和精度变得越来越高。要求实现把机、炉作为一单元整体来进行集中控制，仪表盘表装在一起监视，从而使机、炉启停更为协调，对提高设备效率和强化生产过程有所促进。此时所用的仪表有电动及组装仪表。理论发展主要是处于“经典控制理论”阶段，但也开始考虑最优控制等，各种DDZ型仪表广泛应用于水位控制中。 三、 大型自动化阶段 70年代至今，由于集成电路及计算机技术的飞速发展，实现了过程控制最优化与管理调度自动化相结合的分散计算机控制，目前火电发电厂都发展到了管理、决策、财务、生产过程一体化的（CIPS）阶段，整个机组的生产过程的控制只是其中的一个子系统。采用集中分散型计算机控制系统，DCS它把各系统之间、厂级管理、调度等用大型计算机进行集中管理，而各个子回路分散控制，充分发挥了集中控制和分散控制各自的优点，是一种比较合理的新型计算机控制系统。随着这个过程，控制理论的应用有了新的发展，各种先进控制技术也能广泛应用于热工过程。水位控制的模式主要是三冲量，但是先进控制技术也应用到水位控制中来，如自适应控制、预测控制、模糊控制、还有可以用神经网络进行控制。甚至应用建模技术，可以对过程实时建摸，更加提高了控制效果。 四、国外一些主要的DCS系统 国外DCS系统经过几十年的发展，计算机集散控制系统已被广泛应用于包括电厂在内的诸多工业部门。目前，世界上约有40多家公司生产近百种简单控制系统的商业产品。比较有名的如美国的ABB、Honeywell、Tayler、Foxboro；以及日本的横河——北辰、日立、东芝；德国的Siemens等多跨国公司。这些成熟的DCS系统都有可靠的性能，都有对于专门的生产过程发展的DCS系统，可以很方便、任意的组态，里面都包含了几乎所有的控制算法，用户可以根据现场情况实现自己的控制策略。由于这些系统的良好的开放性，用户可以在此基础上作二次开发，把最新的技术应用到自己的系统中来，增强原系统的功能。 第二章 锅炉工艺 2.1锅炉结构简介 锅炉系统的构成如图2.1-1所示。整个锅炉系统主要由锅筒、炉膛、蒸汽过热器、省煤器、空气预热器、引风装置、吸风装置、给水装置、蒸汽管路、燃料供应装置、除尘装置等构成。 说明如下： 锅炉本体组成部分： （1）锅筒是一个封闭的热交换器，外部与烟气相接触，利用烟气中的热量，并被烟气加热以产生饱和蒸汽； （2） 炉膛是燃料燃烧装置，燃料在其中燃烧以放出热能。在炉膛壁上装设的受热面称作水冷壁，它主要是吸收辐射热； （3） 蒸汽过热器是被烟气加热的热交换器，用以使饱和蒸汽过热成为过热蒸汽； （4） 省煤器是加热给水的热交换器，利用烟气中的热量以加热送入炉筒的给水； （5） 空气预热器时加热空气的热交换器，利用烟气中的热量预热送往炉膛的空气； 辅助装置： （6） 引风装置包括引风机及烟囱。引风机从锅炉的烟道抽出烟气送入烟囱排出； （7） 吸风装置包括吸风机及风道。吸风机将空气经过空气预热器送往炉膛； （8） 给水装置包括水泵、给水管路以及给水的化学处理设备； （9） 蒸汽管路从锅炉引出蒸汽送给用户； （10）燃料供应装置从燃料堆集处所，把燃料送往锅炉房； （11）除尘装置在烟道内，除去由锅炉出来的烟气中带走的飞灰。 图2.1- 1锅炉结构图 2.2锅炉工艺简介 锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要动力设备。常见的锅炉设备的主要工艺流程图如图2.2—1所示。 由图可知，在汽水系统方面，给水在一定温度下，经给水管道进入省煤器，加热以后送入蒸汽发生系统。由燃料燃烧生产的热量传递给蒸汽发生系统，水吸收炉膛辐射热形成汽水混合物，由汽水分离装置产生饱和蒸汽。然后，分离出来的饱和蒸汽经过过热器，继续吸热形成一定气温的过热蒸汽，汇集至蒸汽母管。过热蒸汽经负荷设备控制供给负荷设备用。 图2.2- 1锅炉工艺图 与此同时，在燃烧和烟风系统方面，送风机将空气送入空气预热器加热到一定温度。在磨煤机中被磨成一定细度的煤粉，由来自空气预热器的一部分热空气携带经燃烧器喷入炉膛。燃烧器喷出的煤粉与空气混合物在炉膛中与其余的热空气混合燃烧，放出大量热量。燃烧后的热烟气顺序流经炉膛、凝渣管束、过热器、省煤器和空气预热器后，再经过除尘装置，除去其中的飞灰，最后由引风机送往烟囱，排向大气。 2.3锅炉汽包水位的控制 2.3.1汽包水位控制的重要性 锅炉给水控制系统是一种非线性、时变大、强耦合的多变量系统。其中汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数，水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重会导致蒸汽带水过多，增加在管壁上的结垢和影响蒸汽质量，同时，也会使过热蒸汽温度急剧下降，还会对后面的负荷设备产生破坏。水位过低，则由于汽包的水量减少，当负荷增大时，水的汽化速度加快，若不及时调节，就会使汽包内的水全部汽化，破坏水循环，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，损坏汽包。所以其值过高过低都可能造成重大事故。锅炉的给水控制系统是个复杂的物理过程，各输入、输出的耦合关系十分复杂；锅炉系统具有大的延时，并且参数是在实时变化，难以建立精确的数学模型；锅炉的负荷变化范围从零到最大负荷量；并且是不定时变负荷。 可见，汽包水位是锅炉运行的主要指标，使锅炉安全运行的重要参数，同时它还是衡量锅炉汽水系统物质是否平衡的标志。 2.3.2 汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性 蒸汽流量扰动主要来自气轮机的负荷变化，这是一个经常发生的扰动，属于调节系统的外扰。在蒸汽流量D扰动作用下，水位的阶跃响应曲线如图2.3-1所示： 图2.3- 1阶跃响应曲线图 图2.3-1 汽包水位在蒸汽流量扰动作用下的阶跃响应曲线 当蒸汽流量D突然增加时，从锅炉的物料平衡关系来看，蒸汽量D大于给水量W，水位应下降，如图中直线H1所示。但实际情况并非这样，由于蒸汽用量的增加，瞬间必然导致汽包压力的下降。汽包内的水沸腾突然加剧，水中汽包迅速增加，由于汽包容积增加而使水位变化的曲线如图3中H2所示。而实际显示的水位响应曲线H为H1+H2。从图上可以看出，当蒸汽负荷增加时，虽然锅炉的给水量小于蒸发量，但在一开始时，水位不仅不下降，反而迅速上升，然后在下降（反之，蒸汽流量突然减少时，则水位先下降，然后上升）这种现象称之为“虚假水位”。 应该指出：当负荷变化时，水位下汽包容积变化而引起水位的变化速度是很快的，图中H2的时间常数只有10~20S。蒸汽流量扰动时，水位变化的动态特性可用函数表示为： = + = + 式中， ——响应速度，即蒸汽流量变化单位流量时水位的变化速度，（mm/s）/(t/h); ――响应曲线 的放大系数； 　　　 ——响应曲线 的时间常数； “虚假水位”变化的幅度与锅炉的工作压力和蒸发量有关。例如，一般１００～２００t/h的中高压锅炉，当负荷变化１０％时，“虚假水位”可达３０～４０mm。“虚假水位”现象属于反向特性，其变化与锅炉的气压和蒸发量的变化的大小有关，而与给水流量无关。 2.3.3 燃料量扰动下汽包水位的动态特性 汽包水位在燃料量Ｂ扰动下的响应曲线如图2.3-2所示，当燃料量增加时，锅炉的吸热量增加，蒸发强度增大。如果气轮机侧的用汽量不加调节，则随着汽包压力的增高，汽包输出蒸汽量也将增加，于是蒸发量大于给水量，暂时产生了汽包进出口工质流量的不平衡。由于水面下的蒸汽容积增大，此时也会出现虚假水位现象，但由于燃烧率的增加也将气量Ｄ缓慢增加，故虚假水位现象要比Ｄ扰动下缓和得多。 图2.3- 2燃料扰动曲线图 2.3.4 水位对象静态特性分析 对于一台固定容量的汽包锅炉，当设计完成后，其汽包、蒸发管道容量是固定的。汽包及蒸发管道系统中贮藏着蒸汽、水，贮藏量的多少，是以汽包水位Ｈ表征的，其大小受到汽包的流入量（给水量），流出量（蒸发量）之间平衡关系的影响，同时还受到在给水循环、管道中汽水混合物内汽水容积变化的影响。系统输入输出之间的静态关系式为： 　　　　　　　　　　Ｈ＝f (W,D) 其中：Ｈ——汽包水位； W——给水流量； D——蒸汽流量； 系统在稳态时，给水量和蒸发量之间保持平衡，汽水容积也保持不变，水位H保持稳定△H=0。 第三章 方案选定 目前主要存在单冲量水位控制系统、双冲量控制系统、三冲量系统；以下就三种控制方案进行分析： 3.1 单冲量水位控制方案 图3.1- 1单冲量控制方案 如图3.1-1所示是单冲量变量水位控制系统。单冲量即汽包水位。这种控制结构简单，是单回路定制控制系统，在汽包内水的停留时间较长，负荷又比较稳定的场合下再配上一些锁报警装置就可以安全操作。 然而，在停留时间较短，负荷变化较大时，采用单冲量水位控制系统就不能适用。这是由于：①负荷变化时产生的“虚假水位“将使调节器反向错误动作，负荷增大时反向关小给水调节阀，一到闪急汽化平息下来，将使水位严重下降，波动厉害，动态品质很差。②负荷变化时，控制作用缓慢。即使”虚假水位“现象不严重，从负荷变化到水位下降要有一个过程，再有水位变化到阀动作已滞后一段时间。如果水位过程时间常数很小，偏差必然相当显著。③给水系统出现扰动时，动作缓慢。假定给水泵的压力发生变化，进水流量立即变化，然而到水位发生偏差而使调节阀动作，同样不够及时； 为了克服上述这些矛盾，可以不仅依据水位，同时也参考蒸汽流量和给水流量的变化，则可用双冲量或三冲量控制系统来控制给水调节阀，能收到很好的效果。 从反馈控制的思想出发，很自然地会以水位信号Ｈ作为被调量，给水流量作为调节量，构成单回路反馈系统。这是一个基本的控制方案。对于小容量锅炉来说，它的蓄水量较大，水面以下的汽包体积不占很大比重。因此，给水容积延迟和假水位现象不明显，可以采用单冲量控制系统。对于大型超高压（接近临界压力）锅炉也可采用这种控制对象，因为在超高压汽和水密度相差不大，假水位现象不显著。但是，对于大量的大中型锅炉来说，这种系统不能满足要求。因为汽机耗气量改变所产生的假水位将引起给水调节机构的误动作，致使汽包水位激烈地上下波动，严重的影响设备的寿命和安全。所以对大中型锅炉不能采用单冲量控制系统，必须寻求其他解决办法。 3.2 双冲量控制方案 图3.2- 1双冲量原理图 图3.2-1为双冲量原理图，FT流量传感器，LT液位传感器。 图3.2- 2双冲量方框图 在3.2-2双冲量控系统方块图中可以看出在汽包的水位控制中，最主要的扰动是负荷的变化。用双冲量控制系统不但可以引用蒸汽量来效正，而且可以补偿“虚假水位”所引起的误动作，使给水调节阀的动作及时。其控制系统如图6所示 从本质上看，双冲量控制系统是一个前馈（蒸汽流量）加单回路反馈控制系统的复合控制系统。这里前馈仅为静态前馈，若需要考虑两条通道在动态上的差异，需引入动态补偿环节。 图6所示连接方式中，加法器的输出Ｉ是： 　　　　　　　　　 式中 ――水位调节器的输出； 　　 ――蒸汽流量变送器（一般经开放器）的输出； 　　 ――初始偏置值； 　　 ――加法器的系数。 C2是取正号还是负号，即进行加法还是减法，要由调节阀的气开或气关形式来确定。一般从安全的角度选用调节阀的气开和气关的。如果高压蒸汽是供给蒸汽透平机等，那么为保护这些设备以选用气开阀为宜；如果蒸汽作为工艺生产热源时，为保护锅炉设备以采用气关阀，Ｉ应减小即C2应取负号；如果采用气开阀，Ｉ应增加即C2应取正号。 C2的数值应该考虑达到静态补偿。倘使现场试凑，那么应该在只有负荷的情况下调整到水位基本不变，倘使有阀门特性数据，它的放大系数KV是： ＝ EMBED Equation.3 式中 ――阀门输入信号变化量； ——给水流量变化量。 在测量方面，假设为线性，则 式中， —蒸汽流量变送器的输出变化量； ―蒸汽流量变化量； —蒸汽流量变送器量程，从零开始； —变送器输出的最大变化范围。 要达到静态补偿，应保持物料平衡，即有： 　　　　　　 上式中 是一个系数。如果给水流量和蒸汽流量用体积来表示， 显然不等于１。即使用重量来表示，由于排污要放出一部分水，进水重量要稍大于蒸汽量，即要求 >1。 由于加法器的作用，在负荷变化△ 时，给水量的变化是： 有些装置中，由于水位上升与蒸汽流量增加时，阀门动作方向相反，信号一定相减；而采用另一种接法，即将加法器放在调节器之前。如图3.2-3（a）所示： EMBED AutoCAD.Drawing.16 （a） （b） 图3.2-3制系统的其它接法 这样的接法的好处是使用的仪表少，因为一台双通道调节器就可以实现加减和控制的功能。（假如水位调节器采用单比例，则这种接法与图6可以等效转换，差别不大）。 但是，水位调节器采用PI作用，而测量值又是水位与蒸汽流量之差，结果 显然不能保证水位无差。除非流量参数经过微分，而且不引入固定分量，见图7（b）。等效转换后其等式项是： 只有对流量信号不起积分作用，才可保证水位无余差。 3.3 三冲量控制系统 双冲量控制系统还有两个弱点，即调节阀的工作特性不一定是线性，这样要做到静态补偿不是很准；同时对于给水系统的扰动不能直接补偿。为此，将给水流量信号引入，构成三冲量控制。图3.3-1控制方案之一。该方案实质上是前馈（蒸汽流量）加反馈控制系统。这种三冲量控制方案结构简单，只需要一台多通道调节器，整个系统亦可看作三冲量的综合信号为被控变量的单回路控制系统，所以投运和整定与单回路一样，但是如果系统设置不能确保物料平衡，当负荷变化时，水位将有余差。 图3.3- 1三冲量原理图 图3.3-2三冲量方框图 图3.3-2控制方案依据这条原则，可以看出液位反馈量、给水流量变化、蒸汽流量变化对执行器输出信号的影响。 3.4 几种控制方案的比较 单冲量水位控制是汽包水位自动控制中最简单最基本的一种形式，是典型的单回路定值控制系统，但它不能克服“虚假水位”的影响，而且没有给水流量信号的反馈，所以水位波动较大。双冲量水位控制系统是在单冲量控制的基础上，引进蒸汽流量作为前馈信号。该控制系统的特点是：引入的蒸汽流量前馈信号可以消除“虚假水位”对调节品质的不良影响。当蒸汽流量变化时，就有一个给水量与蒸汽量向同方向变化的信号，可以减小或抵消由于“虚假水位”引起的给水量与蒸汽量反方向变化的误动作，使调节阀从一开始就向正确的方向移动。因而大大减小了给水量与水位的波动，缩短调节的时间。而且引入的蒸汽流量的前馈信号，能改善调节系统的静特性，提高调节质量。双冲量水位控制系统适用于小型低压而且给水压力较稳定的锅炉。当给水压力经常有波动，给水调节阀前后压差不易保持正常时，不宜采用双冲量控制；另外在大型锅炉的控制中，锅炉容量越大，压力越来越高，汽包的相对容水量就越小，允许波动的储水量就更少。为了把水位控制平稳，在双冲量水位调节的基础上引入了给水流量信号，由水位蒸汽流量和给水流量就构成了三冲量水位控制系统，在这个系统里，汽包水位是被控变量，是主冲量信号，蒸汽流量 给水流量是两个辅助冲量信号。三冲量水位控制系统抗干扰能力强，适用于大中型中压锅炉。 本设计中由于小型锅炉，且对控制精度要求并不很高，所以综合考虑选择双冲量控制系统。 3.5 方案解析 图3.5- 1原理图 从前面的分析、比较，我认为双冲量控制系统最符合设计要求。下面讨论一种常见的双冲量调节系统:蒸汽流量前馈与汽包水位反馈所组成的双冲量系统。 图3.5-1冲量系统,汽包水位是被控变量,是主冲量信号,蒸汽流量是辅助冲量信号。系统将蒸汽流量前馈到汽包水位调节系统中去,一旦蒸汽流量发生波动, 不是等到影响到水位才进行调节,而是在这个流量改变之时就能通过加法器立即去改变调节阀开度进行校正,故大大提高了水位这个被调参数的调节精度。 在稳定状态下,水位测量信号等于给定值,水位调节器的输出,蒸汽流量等三个信号,通过加法器得到的输出电流为: I0= K1 I1-K2 I2 式中,I1 为液位调节器的输出电流;I2 为蒸汽流量变送器的电流;K1 、K2 分别为加法器各通道的衰减系数。 设计K2 I2= K3 I3 此时I0 正是调节阀处于正常开度时所需要的电流信号(为了安全调节阀必须用气关阀) 。假定在某一时刻,蒸汽负荷突然增加,蒸汽流量变送器的输出电流I2 相应增加,加法器的输出电流I0 就减少, 从而开大给水调节阀。但是与此同时出现了假水位现象,水位调节器输出电流I1 将增大。由于进入加法器的两个信号相反, 蒸汽流量变送器的输出电流I2 会抵消一部分假水位输出电流I1 , 所以, 假水位所带来的影响将局部或全部被克服。 待假水位过去,水位开始下降,水位调节器输出电流I1 开始减小, 此时, 它与蒸汽流量信号变化的方向相反, 因此加法器的输出电流I0 减小, 意味着要求增加给水量, 以适应新的负荷需要并补充水位的不足。调节过程进行到水面重新稳定在给定值, 给水量和蒸发量达到新的平衡为止。图12为三冲量水位调节方案图, 图3.5-2位调节方框图。 （a） 图3.5- 2调节方框图（b） 由上面对双冲量系统的一些讨论的同时我们不能忽视其整定的重要性，下面就小论其工程整定问题。 在开始预调整操作前系统应处于稳定状态，一个不稳定的系统（例如打开电冰箱门、原料加入混合器、冷启动等）将使预调整操作产生错误的结果。 第四章 FX2N系列PLC及各模块简介 4.1 PLC控制可行性分析 PLC的诸多优点使它在应用于工业过程的各种实现顺序控制设备中脱颖而出。现将继电接触器控制系统、微机控制系统、PLC控制系统比较如下：如表2.2.2-1。 表2.2.2-1 继电接触器控制系统、微机控制系统、PLC控制系统比较 项目 继电接触器控制系统 微机控制系统 PLC控制系统 功能 用大量继电器布线实现逻辑控制 用程序实现各种复杂控制，功能最强 用程序实现各种复杂控制 通用性 一般是专用 要进行软、硬件改造才能做其它用 通用性好，适应面广 可靠性 受机械触点寿命限制 一般比PLC差 平均无故障时间长 抗干扰性 能抗一般电磁干扰 要专门设计抗干扰措施，否则易受干扰影响 一般不用考虑抗干扰问题 适应性 环境差，会降低可靠性和寿命 工作环境要求高，如机房、实验室、办公室 可适应一般工业现场环境 接口 直接与生产设备连接 要设计专门的接口 直接与生产设备连接 灵活性 改变硬件接线逻辑、工作量大 修改程序技术难度较大 修改程序简单容易 工作方式 顺序控制 中断处理，响应最快 顺序扫描 系统开发 图样多，安装接线工作量大，调试周期长 系统设计较复杂，调试技术难度大，需要计算机知识 设计容易、安装简单、调试周期短 维护 定期更换继电器，维修费时 技术难度较高 现场检查，维修方便 PLC作为一种工业控制机，一直在发展中，直到目前为止，还未能对其下最后的定义。国际电工委员会（IEC，International Electrotechnical Commission ）在对前两次颁布的PLC标准草案修订基础上于1987年2月颁发了第三稿，草案中对PLC的定义是：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，是专门为在工业环境下应用设计的，它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产设备。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则设计。” 总之，PLC是一台计算机，是专门为工业环境应用而设计制造的计算机，它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但PLC不是针对某一具体的工业应用，在实际应用中，其硬件需根据实际需要选用配置，其控制程序则采用PLC自身语言根据用户控制要求进行设计。 另外，随着微电子技术的发展，PLC的制造成本不断下降，而功能却大大增强。目前，在先进的工业国家中PLC已成为工业控制的先进设备，应用的领域已覆盖了所有的工业企业。PLC已经不再只应用于开关量的控制，还可以应用于通信、联网、集散控制以及模拟量的控制等。 ① 开关量的逻辑控制。开关量逻辑控制是工业控制中应用最多的控制，PLC 输入输出信号都是通过通/断的开关信号。对控制的输入、输出点数可以不受限制，从十几个到成千上万个点，可通过扩展实现。在开关量的控制中，PLC是继电接触式系统的替代产品。 ② 模拟量控制。PLC能够实现对模拟量的控制，如果配上闭环控制（PID）模块后，可对温度、压力、流量、液面高度等连续变化的模拟量进行闭环过程控制，如锅炉、冷冻机、反应堆、水处理设备、酿酒装置等的控制。小型的控制系统也可以使用PLC的内部PID指令，应用PLC组成的闭环可以实现精确的控制。PID控制中，参数的调整也非常容易，现场中，可根据需要随时修改参数，达到最佳控制。 ③ 通信、联网及集散控制。 PLC通过网络通信模块及远程I/O模块，可实现PLC与PLC之间的通信、联网；实现PLC分散控制、计算机集中管理的集散控制（又称分布式控制），组成多级控制系统，增加系统的控制规模，甚至可以使整个工厂实现生产自动化。例如，日本三菱公司开发的CC-LINK系列及德国西门子公司开发的PROFIBUS系列就具有该功能的产品。 PLC的应用领域日益广泛，它不仅可以实现对开关量的逻辑控制，还可以实现对模拟量的控制。在锅炉给水控制系统中，可以综合PLC的上述两种应用范围，用PLC对开关量的逻辑控制来实现给水泵的启动、停止以及故障时的其他保护，而用PLC对模拟量的控制并结合PLC 内部的PID运算指令，来实现对模拟量的控制。 综上，本设计中采用PLC，并配合其特殊模块（模拟量输入、输出模块）来实现对给水控制系统的调节。 4.2 FX2N系列PLC FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型PLC(图4.2-1)基本指令执行时间高达0.08us，内置的用户存储器为8K步，可扩展到16K步，最大可扩展到256个I/O点，有多种特殊功能模块或功能扩展板，可以实现多轴定位控制。机内有实时钟，PID指令用于模拟量闭环控制。有功能很强的数学指令集，例如浮点数运算、开平方和三角函数等。每个FX2N基本单元可以扩展8个特殊单元（见表4.2-1） 图4.2-1系列PLC 通过通信扩展板或特殊适配器可以实现多种通信和数据连接，例如CC-Link、AS-i、Profibus、DeviceNet等开放式网络通信，RS-232C、RS-422和RS-485通信，N:N链接、并行链接、计算机链接和I/O链接。FX1N和FX2N系列带电源的I/O扩展单元如表2所示，扩展I/O模块如表3所示。 表1 FX2N系列基本单元 AC电源，DC24V输入 DC电源，DC24V输入 输入点数 输出点数 继电器输出 晶体管输出 继电器输出 晶体管输出 FX2N-16MR-001 FX2N-16MT _ _ 8 8 FX2N-32MR-001 FX3N-32MT FX2N-32MR-D FX2N-32MT-D 16 16 FX2N-48MR-001 FX2N-58MT FX2N-48MR-D FX2N-48MT-D 24 24 FX2N-64MR-001 FX2N-64MT FX2N-64MR-D FX2N-64MT-D 32 32 FX2N-80MR-001 FX2N-80MT FX2N-80MR-D FX2N-80MT-D 40 40 FX2N-128MR-001 FX2N-128MT FX2N-128MR-D FX2N-128MT-D 64 64 表2 FX1N和FX2N系列带电源的I/O扩展单元 AC电源，DC24V输入 DC电源，DC24V输入 输入点数 输出点数 可连接的PLC 继电器输出 晶体管输出 继电器输出 晶体管输出 FX2N-32ER FX2N-32ET — — 16 16 FX1N和FX2N FX0N-40ER FX0N-40ET FXON-40ER-D — 24 16 FX1N FX2N-48ER FX2N-48ET — — 24 24 FX1N和FX2N — — FX2N-48ER-D FX2N-48ET-D 24 24 FX2N 表3 FX1N和FX2N系列的扩展I/O模块 输入模块 继电器输出模块 晶体管输出模块 输入点数 输出点数 FX0N-8ER - 4 4 FX0N-8EX - - 8 - FX0N-16EX - - 16 - FX2N-16EX - - 16 - - FX0N-8EYR FX0N-8EYT - 8 - FX0N-16YER FX0N-16EYT - 16 - FX2N-16YER FX2N-16EYT - 16 表3中的扩展模块可以用于FX1N、FX2N和FX2NC。此外输入扩展板FX1N-4EX-BD有4点DC24V输入，输出扩展板FX1N-2EYT-BD有2点晶体管输出，可以用于FX1S和FX1N。 4.3 FX2N-4AD模块 FX2N-4AD（见图4.2-1）个通道，可以同时接受并处理4个模拟输入信号，最大分辨率12位，转换后的数字量范围-2048-2047.输入信号有三种可选量程：-10-+10V、4-20mA和-20-20mA，转换后的数字量预置值分别为-2000-2000、0-1000、和-1000-1000. 其正常转换速度15ms|通道，高速转换速度为6ms|通道。模拟量电路和数字量电路之间用光耦合器隔离。模块的DC24V电源接在“24+”和“24-”端，通过双绞线屏蔽 电缆来接收模拟输入信号，电缆应远离电力线和其他可能产生电 图4.2-1 磁感应噪声的导线。 直流信号接在“V+”和“V-”端，电流输入时需将V+和V-端短接。将模块的接地端子盒PLC基本单元的接地端子连接到一起后接地。如果有较强的干扰信号，应将“FG”端接地。如果外部输入线路上有电压纹波或电磁感应噪声，可以在电压输入端接一个0.1-0.47u|25V的小电容。 读取模拟输入模块方法 1.特殊功能模块的读写指令 FROM是FX系列的读特殊功能模块指令，TO是写特殊功能模块指令如图4.2-2图中X3为ON是，将编号为（0-7）的特殊功能模块内编号为m2（0-32767）开始的 n个缓冲寄存器（BFM)的数据读入PLC,并存入[D]开始的n个数据寄存器中。 图4.2-2读写指令 特殊功能模块的读/写指令 接在FX系列PLC基本单元右边扩展总线上的功能模块，从紧靠基本单元的那个开始，其编号依次为0-7.n是带传送数据字数，n=1-32（16为操作）或1-16（32为操作） 图中X0为ON时，将PLC基本单元中从[S]指定的元件开始的n个字的数据写到编号为m1的特殊功能模块中编号m2开始的n个缓冲寄存器中。 平均值滤波 由于模拟量输入模块的装换速度高，可能采集到缓慢变换的模拟量信号中的干扰噪声，这些噪声往往以窄脉冲的方式出现。为了减轻噪声信号的影响，可以对连续若干次采集到的平均值（即平均值滤波），用平均值来代替当前采集到的数据。PLC的模拟量输入模块一般都有平均值滤波的功能。 去平均值会降低PLC对外部输入信号的响应速度。例如FX2N-4AD在高速转换方式时每一通道的转换时间为6ms，4通道为24ms。设平均值滤波的周期为8，从模块中读取的平均值实际上是前8次（即前192ms内）输出的平均值。在使用PID指令对模拟量进行闭环控制时，如果平均值的次数设置过大，将使模拟量输入模块的反应迟缓，会影响到闭环系统的动态稳定性，给闭环控制带来困难。 模拟量输入模块数据读出 FX2N-4AD模拟量输入模块有4个输入通道，其缓存寄存器功能如下： BFM #0中的4为16进制数用来设置通道1-通道4的量程，最低位对应于通道1.每一位16进制数分别为0-2时，对应通道的量程分别为DC-10V-+10V、4-20mA和-20-+20mA，为3时关闭通道。 BFM #1-4分别是通道1-4求转换数据平均值时的采样周期（1-4096），默认值为8.如果取1为高速运行（未取平均值） BFM #5-8分别是通道1-4的转换数据的平均值。 BFM 9-12分别是通道1-4的转换数据的当前值。 BFM #15为0时为正常转换速度（15ms|通道），为1时为高速转换（6ms|通道）。 BFM #20被设置为1时模块被激活，模块内的设置值被复位为其默认值。用它可以快速消除不希望的增益和偏置值，BFM #20的默认值为0. BFM #29为错误状态信息。当b0=1时有错误；b1=1时存在偏置或增益错误；b2=1时存在电源故障；b3=1时存在硬件错误；b10=1时数字输出值超出范围；b11=1时平均值滤波的周期数超出允许范围（1-4096）；以上各位为0时表示正常，其余各位没有定义。BFM #21的（b1、b0）设为（1、0）时，禁止调节偏移量和增益，此时BFM #29的b12=1. BFM #21的（b1、b0）设为（0、1）时，允许调节偏移量和增益，此时BFM #29的b12=0. BFM #30存储FX2N-4AD模块的标识码（即K2010)。可以用FROM指令读出。 模拟量输入模块校准 有的PLC采用硬件校准发，有的PLC采用软件校准法。校准时应准备高精度的测量仪表和稳定的输入信号源，平均值滤波的采样次数应取较大的值。 FX2N-4AD模拟量输入模块用程序代替电位器来校准偏移量和增益。它定义通道的数字量输出为零时模拟量的值为偏移量，通道的数字量输出为1000时对应的模拟输入量为增益值。 BFM #23和BFM #24分别用于存放指定通道的偏移量和增益，电压输入的单位为mV，电流输入的单位为mA，默认值分别为0和5000. BFM #21的最低两位二进制数为01时，允许调节增益和偏移量，为二进制10时，进制调节增益和偏移量。 BFM #22的低8位用于1-4好通道的偏移量和增益调节，例如最低两位二进制数11（十进制数3）时，允许调节1号通道的增益和偏移量。 各通道的增益和偏移量可以分别独立调节；也可以一起调节，使他们具有相同的增益和偏移量。由于分辨率单位的原因，实际可以影响的调节单位为5mV或20uA。 偏移量的设置范围为DC-5-+5V或-20-+20mA，增益的设置范围为1V-15V或4-32mA。 ＦＸ２Ｎ－４ＡＤ模拟量输入模块性能如下表： 项目 输入电压 输出电流 模拟量输入范围 -10V-10V直流（输入电阻200KΩ）绝对最大量程：土１５Ｖ直流 －２０－２０ｍＡ（输入电阻２５０Ω）绝对最大量程：土３２ｍＡ 数字输出 １２位转换、１６位２ｓ补码的形式存储。最大值＋２０４７；最小值：－２０４８ 分辨率 ５０ｍＶ（１０Ｖ缺省范围１／２０００） ２０ｍＶ（２０ｍＶ缺省范围１／１０００） 总体精度 土１％（－１０－１０Ｖ范围） 土１％（－２０－２０ｍＡ范围） 转换速度 １５ｍｓ／通道（标准速度）；６ｍｓ／通道（高速） 隔离 在模拟和数字之间是光电隔离；直流／直流变压器隔离主单元电源；模拟通道之间没有隔离 电源规格 ５Ｖ、３０ｍＡ直流（主单元提供内部电源）２４Ｖ土１０％、５５ｍＡ直流 占用的I|O点数 这个模块占用８个输入或输出点数 使用的控制器 ＦＸ１Ｎ／ＦＸ２Ｎ／ＦＸ２ＮＣ－ＣＮＶ－ＩＦ 尺寸 ５５ｍｍＸ８７ｍｍＸ９０ｍｍ 质量 ０．３ｋｇ 4.4 FX2N-2DA模块 FX2N-2AD模块将12位数字信号转换为模拟量电压或电流输出。它有2个模拟输出通道，3种输出量程：DC0-10V、0-5V和4-20mA，D|A转换时间为4ms|通道。模拟输出端通过双绞线屏蔽电缆与负载相连。使用电压输出时，负载的一段接在“VOUT”端，另一端接在短接后的“IOUT”和“COM”端。电流型负载接在“IOUT”和“COM”端。 图4.3- 1模拟量与数字量对应关系 模拟量与数字量的对应关系如图4.3-1 FX2N-2DA模块在出厂时，调整为输入数字值0-4000对应于电压0-10V。若用于电流输出，则需使用FX2N-2DA上的调节电位器对偏置值和增益值重新进行整定，电位器向顺时针方向旋转时，数字值增加。增益可以设为任意值，为了充分利用12位的数字值，建议输入数字范围0-4000.例如4-20mA电流输出时，调节20mA模拟输出量对应的数字输入值为4000 电压输出时，其偏置值为0；电流输出时，4mA模拟输出量对应的数字输入值为0. FX2N-2DA模块共有32个缓冲存储器（BFM）,但是只用了下面两个： BFM #16的低8位（b7-b0）用于写入输出数据的当前值，高8位保留。 （2）BFM #17的b0位从“1”变为“0”时，通道2的D|A转换开始；b1位从“1”变为“0”时，通道1的D|A转换开始；b2位从“1”变为“0”时，D|A转换的地8位数据被锁存，其余各位没有意义。模块与主机接线如下图（4.3-2） 图4.3-2模块接线图 第五章 PID算法的实现 5.1 PID介绍 PID（Proportional Integral Derivative）是工业控制常用的控制算法，无论在温度、流量等慢变化过程，还是速度、位置等快变化的过程，都可得到很好的控制效果。 PID控制算法一般指比例项+积分项+微分项，但是实际编程时可以只使用比例项，或使用比例项+积分项，或者比例项+积分项+微分项三项都用。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、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。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 （1）比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。 （2）积分（I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 （3）微分（D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性 5.2 PID控制器的优点 PID时比例、微分、积分的缩写，PID控制器时应用最广的闭环控制器，有人估计现在有90%以上的闭环控制采用控制器。这是因为控制具有以下优点： 不需要被控对象的数学模型 自动控制理论中的分析和设计方法基本上是建立在被控对象的线性定常数学模型的基础上的。该模型忽略了实际系统中的非线性和时变的因素，与实际系统有较大的差距。对于许多工业控制对象，根本就无法建立较为准确的数学模型，因此自动控制理论中的设计方法对大多数实际系统是无能为力的。对于这一类系统，使用PID控制可以得到比较满意的效果。 结构简单，容易实现 PID控制器的结构典型，程序设计简单，计算工作量较小，各参数相互独立，有明确的物理意义，参数调整方便，容易实现多回路控制、串级控制等复杂控制。 有较强的灵活性和适应性 根据被控对象的具体情况，可以采用PID控制器的多种变种和改进的控制方式，例如PI、PD、带死区的PID、积分分离式PID和变速积分PID等，但比例控制一般是必不可少的。随着智能控制技术的发展，PID控制与神经网络控制等现代控制方法相结合，可以实现PID控制器的参数自整定，使PID控制器具有经久不衰的生命力。 使用方便 由于用途广泛、使用灵活，已有多种控制产品具有PID控制功能，使用中只需设定一些比较容易整定的参数即可，有的产品还具有参数自整定功能。 5.3 FX系列PLC的PID指令 PID回路运算指令的应用指令编号为FNC88，如图5.3-1。 源操作数[S1]、[S2]、[S3]和目标操作数均为D，16位运算占9个程序步。[S1]和[S2]分别用来存放给定值SV和当前测量到的反馈值PV，[S3]-[S3]+6用来存放控制参数值运算结果（控制器的输出）MV存放在[D]中。源操作数[S3]占用从[S3]开始的25个数据存储器。 图5.3- 1 PID指令用于闭环模拟量控制，在PID控制开始之前，应使用MOV指令将参数设定值预先写入数据寄存器中。如果使用有断电保持功能的数据寄存器，不需要重复写入。如果目标操作数[D]有断电保护功能，应使用初始化脉冲M8002的常开触点将它复位。 PID指令可以在定时中断、子程序、步进梯形指令区和转移指令中使用，但是在执行PID指令之前应使用脉冲执行的MOV指令将PID内部寄存器[S3]+7清零。 FX1S、FX1N、FX2NC于V2.00以上版本的FX2N系列CPU的PID指令有预调整和输出值上下限设置功能，与调整功能可以快速的确定PID控制器参数的初始值。 通过设置上下限参数，可以保证PID控制的设备的安全。在设置PID的设定值[S1]之前为了保证系统的安全，建议暂时关闭PID指令，设置好后再运行PID指令。 建议在PID指令执行前读取PV的输入值。否则在第一次PID运算时将出现从0到第一个值的很大的变化量，并计算出一个很大的误差。 PID指令不是用中断方式来处理的，它依赖于扫描工作方式，所以采样周期TS不能小于PLC的扫描周期。建议将它设置为扫描周期的整数倍数。为了减小定时误差，建议使用固定扫描方式。为了提高采样速率，可以把PID指令放在定时程序中。 5.4 PID指令使用的控制算法 FX系列的PID指令采用增量式PID算法，综合使用了一节惯性数字滤波、不完全微分等措施。计算公式如下： 正动作（PVnf > SV)： 式中，PVn是本次采样的反馈值；PVnf、PVnf-1和PVnf-2分别是本次、前一次和前两次滤波后的反馈值；EVn和EVn-1分别是本次和上一次采样时的误差；SV为设定值； 是本次和上一次采样时控制器输出量的差值；MVn是本次的控制器输出量；Dn和Dn-1f分别是本次和上次采样时微分部分；Kp是比例增益；Ts是采样周期；T1和Td分别是积分时间和微分时间；Kd是不完全微分的滤波时间常数与微分时间Td的比值。 值得注意的是当系统冷启动时，测量值PV巨大的变化将导致微分部分产生过大的校正作用，这时最好去掉微分部分。可以用PV（或MV）的变化值来决定从PI到PID的切换点。 PID数据块中有四个报警值，它们用来设置MV和PV的上限和下限，用于报警脱离控制。通过反映PV和MV变化的报警标志，可以监视系统的状态并且PID的参数。当系统接近设定值SV时，PV和MV的变化很小，此时应使用完整的PID控制，使系统的输出跟随SV。 5.5 PID指令的数据堆栈 PID指令的堆栈如下表所示： 变量 功能描述 设定范围 [s3] 采样周期 1-32767ms [S3]+1 动作方向（ACT)与报警控制 [S3]+2 输入滤波常数 0-99% [S3]+3 比例增益Kp 1-32767% [s3]+4 积分时间T1，等于0时无积分作用 （0-32767）X100 [s3]+5 积分增益Kd 0-100% [s3]+6 微分时间Td （0-32767）X10ms [s3]+7-[s]+19 PID运算的内部处理占用 [s3]+20 S3+1的第1位是1时，过程变量上限报警设定值 0-32767 [s3]+21 S3+1的第1位是1时，过程变量下限报警设定值 0-32767 [s3]+22 S3+1的第2位是1时，输出值最大正的变化量报警设定值 S3+1的第5位为1时，输出量上限限幅设定值 0-32767 -32768-32767 [s3]+23 S3+1的第2位是1时，输出值最大负的变化量报警设定值 S3+1的第5位为1时，输出量下限限幅设定值 0-32767 -32768-32767 [s3]+24 报警标志，bit0=1:过程变量超出上限，bit1=1过程变量超出下限；bit2=1输出变化量向上溢出，bit3=1输出变化量向下溢出 [S3]+1的b2和b5不能同时被激活。每一次只允许一个设定值输入存储器[S3]+22和[s3]+23。[S3]+1各位的定义见下表。控制参数的设定和PID运算的数据出现错误时，“运算错误”标志M8067为ON，错误代码存放在D8067中。 [s3]+1 各位的定义 位 该位为0 该位为1 0 正动作 反动作 1 过程量变化报警无效 过程量变化报警有效 2 输出量变化报警无效 输出量变化报警有效 4 预调整不动作 预调整有效 5 输出值上下限设定无效 输出值上下限设定有效 PID指令可以同时多次使用，但是用于运算的数据存储元件号不能重复。 采样时间Ts的最大误差范围为-（一个扫描周期+1ms）-+*（一个扫描周期）。Ts很小时，应进入恒定扫描模式，，或在定时中断程序中编程。如果Ts小于扫描周期，将会发生PID运算错误，并令Ts等于扫描周期来执行PID指令。 令T1或Td为0，可以去掉PID控制中的积分作用，得到PI或PD控制。 5.6 PID调节规律的选择 本次设计PID调节器选用纯比例调节规律，则： （4-1） 式中 －静态前馈系数； －调节器比例度； －变频器开度； －蒸汽量。 在稳定的条件下： 式中－给水量 －变频器开度 代入式（4－1）可得： （4-2） 从（4－2）式可以看出，在双冲量水位调节中，如果加大蒸汽冲量的静态前馈系数，使，调节系统就具有向上倾斜的静态特性，如图2-8所示。这种向倾斜的静态特性，当蒸汽负荷稳定在最大值时，稳定水位达到静态特性的最高值；降负荷时“虚假水位”信号与之又想反的方向，这样就使汽包水位的波动范围大为减小。当时，虽然调节器选用比例规律，系统的静态特性也可以是无差的，呈现一条水平线。由此可见，调节系统的无差特性并非一定要用积分调节规律，采用多冲量比例调节规律，也可以得到系统无差的静态特性。 5.7 PID的参数整定 在自动控制系统中要达到满意的控制要求就必须恰当选择PID的参数，即选择合适的比例控制作用中的控制器放大系数、积分控制作用中的积分时间和微分控制作用中的微分时间。LabVIEW的控制工具包中包括常规PID控制和模糊逻辑控制两类函数，后者主要用于较复杂的非线性系统控制。对于本课题所选择的对象（晶体生成炉）选择常规的PID控制即可。 (1)常规PID控制参数整定的方法 常规 PID参数整定的理论方法要有对象准确的数学模型，但这对大多数的工业控制系统是难以做到的。因此按工程上通常的做法，可以通过以下几种实验的方法来整定PID参数。 1. 经验凑试法： 通过实际的闭环运行，观察系统的响应曲线。然后根据各调节参数对系统响应的大致影响，反复试凑参数，以达到满意的响应，从而确定PID的参数。常用过程控制系统控制器的参数经验范围如下表(5.7-1)所示   表5.7-1控制器整定参数经验范围：   δ 液位 20%~80% — — 压力 30%~70% 0.4~3 — 流量 40%~100% 0.1~1 — 温度 20%~60% 3~10 0.3~1 其中δ：控制器中的比例度．  2.临界比例度法(又称稳定边界法)： 这是一种闭环调节过程．先让控制器在纯比例控制作用下，通过现场试验找到等幅振荡的过渡过程曲线，记下此时的比例度和等幅振荡周期,再通过简单的计算求出衰减振荡时控制器的PID参数值。临界比例度法参数计算如下表(5.7-2)所示   表5.7-2临界比例度法控制器整定参数表： δ P — — PI — PID   3.衰减曲线法： 这是一种在经验凑试法基础上经过反复实验而得出的一种参数整定方法．可按过渡过程达到4:1递减曲线法整定控制参数，也可按过渡过程达到10:1递减曲线法整定控制参数．记下达到4:1递减曲线时的比例度和第一个衰减周期，通过简单的计算求出衰减振荡时控制器的PID参数值。4:1递减曲线法控制器整定参数如下表5.7-3  表5.7-3 4:1递减曲线法控制器整定参数表：   δ P — — PI 1.2 0.5 — PID 0.8 0.3 0.1   4.响应曲线法： 这是一种根据对象的特性曲线进行参数整定的方法。由对象的阶跃响应曲线求出纯时间τ和时间常数T。按下式求取对象的放大系数K   (3-1)   式中：被控量测量值的变化量 　　：控制器输出的变化量 　　：控制仪表的刻度范围 ：控制器输出变化范围 根据对象的特性曲线参数K,T,τ可确定按4:1过程递减时控制器的整定参数。如下表所示 表5.7-4控制器参数整定 δ P — — PI 1.1 3τ — PID 0.8 2τ 5τ  (2)常规PID控制参数整定方法的选择 以上四种工程整定方法各有优缺点。经验法简单可靠，能够适用于各种控制系统，特别是干扰频繁、记录曲线不大规则的控制系统。因为是靠经验来整定的，对同一过渡过程曲线可能有不同的认识，从而得出不同的结论，整定质量不一定高。因此这种方法适用于现场经验比较丰富、技术水平比较高的人使用。临界比例度法简便而易掌握，过程曲线易于判断，整定质量较好，适用于一般的温度、压力、流量和液位控制系统。但对临界比例度小或者工艺生产约束条件严格，对过渡过程不允许出现等幅振荡的控制系统不适用。衰减曲线法的优点是方法较为准确可靠，而且安全，整定质量也较高。但当外界干扰作用强烈而频繁，或由于仪表、控制阀、工艺上的某种原因而使记录曲线不规则，或难以从曲线判别其递减比和衰减周期的控制系统不适用。响应曲线法是根据对象特性曲线来确定控制器的整定参数的方法，因而在特性曲线测试准确的前提下，整定质量高。其不足之处是要测试响应曲线，以往传统的响应曲线测试过程比较麻烦，且测试的准确性也难以保证，因而使用得到一定的限制 第六章 元器件的选择 6.1 选型中注意的问题 1．关于汽包水位测量的问题 由于汽包水位波动较大，一般选用平衡容器测量汽包水位。平衡容器连通管中的水位始终与汽包水位等高，上端的蒸汽冷凝后会在托盘上形成水柱，若水柱高出托盘自溢口后自溢，并经平衡阀返回汽包，进行热量与水量的交换，以求达到汽包内部水体与平衡容器内部的水体比重一致且恒定。将托盘水面高于正取压端口H0做负迁移，则差压变送器量程所对应的平衡管正压端水柱压力的变化就能真实反映汽包水位的变化。 2关于给水调节阀的气开气关的选择 关于给水调节阀的气开气关的选择，一般都是从安全角度考虑的。如果高压蒸汽供给蒸汽透平压缩机的重要负荷，为保护这些设备以选用气开(F．C)阀为宜。如果蒸汽作为工艺生产中的热源时，为保护锅炉，以选用气关(F．O)阀为宜。综合起来考虑，一般选带保位装置(F．IJ的给水阀，即事故状态该阀停在原位。 3 关于给水调节阀型号的选择 关于给水调节阀型号的选择。由于流经给水阀的除氧水压力为6．0MPa 温度为104℃ ，极宜产生汽蚀现象。对于轻度汽蚀，一般给水阀的阀芯 阀座选用司钛莱合金堆焊即可。对于重度汽蚀，一般给水阀选用多级高压调节阀，使高压除氧水在流过调节阀多级节流孔后逐渐降压，而每级阀芯上只承担一部分压差，使节流后的压力在阀的部分恢复不到流体的饱和蒸汽压力，可以有效的避免汽蚀现象，也有效的防止了汽蚀引起的噪声振动和对阀芯 阀座的侵蚀。 4给水流量 蒸汽流量 给水流量蒸汽流量的一次元件如果选用节流装置，则差压变送器输出的信号需经开方器后再输入到加法器进行信号叠加。这样可以减少非线性对系统调节品质的影响。若是选用流量变送器则不必加开方器。它们的显示仪表的量程应选择的相同，其范围应比额定蒸汽负荷大一些，以保证锅炉在额定负荷下的给水流量有波动的余地 6.2 液位传感器的选择 液位是指密封容器或开口容器中液面的高低。在工业生产过程自动化中，需要对某些设备与容器的液位进行测量和控制。通过液位的检测了解容器中的原料、半成品或成品的数量，以便调节容器中输入输出物料的平衡，保证生产过程中各环节所需的物料或进行经济核算；通过液位检测，了解生产是否正常运行，以便及时监视或控制容器液位，保证产品的质量和数量。 液位检测仪表的选用原则： （1）检测精度 对用于计量和经济核算的场合，应选用精度等级较高的液位检测仪表，如超声波液位计的精度为+5mm,。对于一般检测精度可选用其它液位计。 （2）工作条件 对于测量高温、高压、低温、高粘度、腐蚀性、泥浆等特殊介质，或在用其它方法难以测量的各种恶劣条件下的某些特殊场合，可以选用电容式液位计。对于一般情况，可以选用其它液位计。 （3）测量范围 如果测量范围较大，可选用电容式液位计。对于测量范围在两米以上的一般介质，可选用差压式液位计。 （4）刻度选择 最高液位或上限报警点应为最大刻度的90%；正常液位为最大刻度的50%；最低液位或下限报警点为最大刻度的10%左右。 根据锅炉参数选用TPT601投入式液位传感器 其主要参数： 量  程：0-1000mH2O 综合精度：0.1%FS  0.2%FS 0.5%FS  1.0%FS 输    出 ： 4～20mA;0～5V;1～5V;0～10V  工作温度：-10～80-150℃ 供电电压： 24（9～36）V 长期稳定性：0.1%FS/年 负载阻抗：电流型最大800Ω  电压型50KΩ以上 绝缘电阻：大于2000MΩ  100VDC 振动影响：对于20HZ-1KHZ的机械振动输出变化小于0.1%FS 密封等级： IP68 螺纹连接：电缆线引出 6.3液位变送器的选择 根据本设计参数要求，液位变送器选用PPM203型液位变送器。该液位变送器采用国际著名品牌敏感芯体，全不锈钢焊接结构具有防潮，防结露、防渗漏功能、测量范围宽、坚固、抗雷击、抗强电磁变频干扰的特点。适用于与不锈钢材料相兼容的有腐蚀性的液体或有机溶剂的液位测量。 其主要参数如下表所示  测量范围：0～0.5mH2O...2mH2O   0～10 mH2O…100 mH2O 过载能力：量程的3倍 供电范围：12～36VDC 信号输出：4～20mADC两线、0-5VDC三线、0-10VDC三线 精度：±0.2%FS；±0.5%FS (包括非线性、重复型、迟滞) 温度误差：≤±0.15%FS/10℃(-20～+70℃)；≤±0.2%FS/10℃(-20～-30℃) 环境温度：-30～+70℃ 介质温度：-30～+80℃  高温型（-20～+125℃） 贮存温度：-30～+85℃ 防护等级：IP68 接口及壳体：不锈钢1Cr18Ni9Ti 电缆：7.5mm聚乙烯(或聚氨酯)导气电缆 6.4 高温流量计的选择 根据锅炉的技术参数 选用:282266型号的流量计，其技术参数如下： 适装管道内径 50、 80、 100、 150、 200、 250、 300、 350、 400、 500、 600、800、 1000、 1200 被测介质 液体、气体、蒸汽 介质温度 -10～450℃ 压力等级 2.5MPa　　 4.0MPa 定值孔板 0.34 　0.52　 0.72 取压方式 角接取压 差压变送器 智能型、普通型 量程比 3:1， 6:1， 10:1， 10:1以上 精度 ±1.0%～2.5% 法兰材料 1Cr18Ni9Ti、 20#、 其它 输出信号 4～20mA 防护等级 IP65 温度 -40～500℃ 相对湿度 ≤85% 供电电源 DC24V 6.5 其它元件的选择 1.低压断路器的选择： SDX2-100L系列小型漏电断路器，适用于交流50HZ、额定电压为单相220v；三相400v及其以下，额定电流50~100A的线路中，作为人身触电保护或漏电电流超过规定值时，漏电断路器在极短时间内同时切断故障电源，保护人身及用电设备的安全，同时具有过载、短路保护等功能，亦可以作为线路的不频繁转换及电动机的不频繁启动之用。 该断路器具有防护等级高，分断能力强，动作灵敏，可靠性好，使用寿命长的特点，适用于工业商业，高层建筑和民用住宅等各种场所。 QF的选择 根据得. 过载保护（长延时脱扣器的整定电流） 其中—可靠系数，考虑到电动机的过载能力，一般取为1.05~1.1 —电动机的额定电流 短路瞬动保护（瞬动脱扣器的整定电流） 所以QF选用SDX2-100LC100/3N/0.03断路器，参数为：（外形尺寸85x79x44mm） 瞬动脱扣器整定电流倍数：14； 采用35mm 标准卡轨安装。 符合要求。 2.热继电器的选择 JR20系列热过载继电器(以下简称热继电器)是一种双金属片式热继电器，适用于交流50Hz/60Hz、电压至660V，电流0.1-630A的长期工作或间断长期工作的交流电动机的过载与断相保护。热继电器具有断相保护、温度补偿、动作指示、自动与手动复位、动作可靠。 选用JR20-160型热继电器，热元件号4W，其整定电流范围74~86~98A，并将其整定为80A。尺寸：108*108*152mm 3.接触器的选择 根据设计要求。接触器选用CKJ5- 80A 真空交流接触器,其集电真空、机械电磁开关为一体的真空交流接触器，不但通断能力强，维修量小、电弧不外露电触头不受大气粉尘和腐蚀性气体的影响，接触电阻稳定、防爆性能好、安全可靠、体积小、重量轻、噪声低、长使用寿命；产品适用于煤炭、石油、化工、冶金、电力、机械、交通等领域用于控制三相交流电动机或通断其他电气负载。 CKJ5—80 125 160真空交流接触器主要参数 技术参数 数据 单位  技术参数 数据 单位 主回路 额定电压 1140 V 主回路极数 3 极 额定电流 80A 控制回路 额定电压 220，380 V 接通能力 800A/100次 额定功率 吸合 ≤300 VA 分断能力 640 A/25次 保持 ≤25 VA 极限分断能力 1280 A/3次 外形尺寸 134×116×104 mm 额定频率 50/60 Hz。 第七章 PLC程序设计及解析 7.1 PLC选择及I/O分配 各台电机都采用Y- 启动方式，主系统线路如图7.1-1 图7.1- 1主电路图 1M为引风机，2M为鼓风机，3M为给水泵。每台电机用三个接触器分别控制电源、Y启动和 启动运行。个点机均设有过载保护FR1-FR3。 根据控制要求，可统计出现场输入信号共13个，输出信号14个，故选用三菱FX2N系列FX2N-32RM,它可以实现16点输入，16点输出，因此本系统还有一部分余量以便增加控制精度要求扩展使用。I/O分配表如下： 表7.1-1 PLC I/O分配表 输入 输出 引风机1M启动按钮SB1 X0 引风机1M接触器1KM Y0 引风机1M停止按钮SB2 X1 引风机1M Y启动接触器2KM Y1 鼓风机2M启动按钮SB3 X2 引风机1M 启动接触器3KM Y2 鼓风机2M停止按钮SB4 X3 鼓风机2M接触器4KM Y3 给水泵3M启动按钮SB5 X4 鼓风机2M Y 启动接触器5KM Y4 给水泵3M停止按钮SB6 X5 鼓风机2M 启动接触器6KM Y5 水位上限接点SU X6 给水泵3M 启动接触器7KM Y6 水位下限接点SD X7 给水泵3M Y启动接触器87KM Y7 手动/自动选择开关 SA 手动 X10 给水泵3M 启动接触器9KM Y10 自动 X11 水位上限报警指示 Y11 引风机热保护FR1 X12 水位下限报警指示 Y12 鼓风机热保护FR2 X13 引风机故障指示 Y14 给水泵热保护FR3 X14 鼓风机故障指示 Y15 给水泵故障指示 Y16 故障报警 Y17 根据I/O分配表得PLC接线图如下： 图7.1-1 PLC接线图 根据I/O分配表及FX2N-32RM的端子排列位置进行相应的界限即可。X0~X7、X10~X17为输入端；Y0~Y3、Y4~Y7、Y10~Y13、Y14~Y17为PLC的四组输出端；图中接触器采用220V电源，信号指示部分采用36V交流电源，但是由于分组供电的原因液位上、下限指示报警信号采用了220V电源，为了解决此问题在回路中串入了较大的电阻使其正常工作。机组的启动及联动：SB1~SB6与输入点X0~X5相对应，分别是1M~3M的启/停信号；每台电机启动时接触器的动作顺序为Y 形连接电源接触器 接触器，t1为Y-转换时间。且启动时只有当引风机1M启动时，鼓风机2M及给水泵3M才能启动。 上下液位指示 安装在水箱内的上、下液位开关SU/SD均为常开型，与输入点X6、X7相对应 FR1,FR2,FR3分别与输入点X12、X13、X14相对应，是1M、2M、3M的热保护动作信号。 7.2 程序分析 7.2.1 引风机（1M） 引风机启动过程如图7.2-1所示 当1M启动按钮SB1被按下，则0001 从而Y形链接触点线圈0502 EMBED Equation.KSEE3 \* MERGEFORMAT 主触点0501带电，T0开始计时，经t1时间 形链接触点线圈0503 ，0502 1M电机开始 形连接运行； FR1为热保护继电器，当发生动作时那么故障信号线圈0601 ，导致主触点线圈0501 电机停止运行。当按下停止按钮SB2时0002 EMBED Equation.KSEE3 \* MERGEFORMAT 0501 实现正常停机。 图7.2-1引风机控制程序 7.2.2鼓风机 （2M) 当鼓风机启动按钮SB2按下时， 0003 ，此时若引风机1M已经启动那么0503 EMBED Equation.KSEE3 \* MERGEFORMAT Y形链接触点线圈0505 EMBED Equation.KSEE3 \* MERGEFORMAT 主触点0504带电，T1 并开始计时，经t1时间 形链接触点线圈0506 ，并将0505 2M电机开始 形连接运行； FR2为鼓风机2M的热保护继电器，当发生动作时那么故障信号线圈0602 ，导致主触点线圈0504 电机停止运行。当按下停止按钮SB4时0004 EMBED Equation.KSEE3 \* MERGEFORMAT 0504 实现正常停机。程序实现见图7.2-2 图7.2-2 鼓风机控制程序 7.2.3给水泵（3M) 当给水泵启动按钮SB5按下时，0005 ，此时若引风机1M已经启动那么0503 EMBED Equation.KSEE3 \* MERGEFORMAT Y形链接触点线圈0508 EMBED Equation.KSEE3 \* MERGEFORMAT 主触点0507带电，T2 并开始计时，经t1时间 形链接触点线圈0509 ，并将0508 ，则2M电机开始 形连接运行； FR3为引风机3M的热保护继电器，当发生动作时那么故障信号线圈0603 ，导致主触点线圈0507 电机停止运行。当按下停止按钮SB6时0006 EMBED Equation.KSEE3 \* MERGEFORMAT 0507 实现正常停。 如图7.2-3为控制梯形图。 图7.2-3 给水泵控制程序 7.2.4 A/D转换程序 从图7.2-4 A/D转换图中可以看出 首先将特殊功能模块的ID号由BFM#30读出并保存到存储单元D4中以便比较。比较该值检查模块是否是FX2N-4AD，如果是则有CMP指令可知M1将变为ON。 其次M1得电后进行参数设置：将H3111写入FX2N-4AD的BFM#0，设置模拟量输入通道 （CH1,CH2,CH3)；分别 将4写入BFM#1和#2， 将CH1和CH2的平均采样数设置为4； 图7.2-4 A/D转换程序 FX2N-4AD的操作状态由BFM#29中读出，并作为FX2N主单元的位元件输出，如果没有错误，则读取BFM的平均数据，即将BFM#5和#6及#7读入到FX2N主单元并保存到D200~D202单元，以方便后面的PID运算。 7.2.5 PID 运算程序 在图7.2-5中 将K500写入到PID堆栈的首地址设置采样周期TS=500ms； 将H000写入到D501单元：设置为正动作，不使用报警功能； 将K50写入D502设置输入滤波常数 =50%；将K75写入D503将比例增益设定为75%； 图7.2-5 PID程序 将K4000写入D504设定积分时间T1=4000ms 将K50写入D505将微分增益设置为50%； 将K1000写入D506中设置微分时间TD=1000ms；（本设计中的PID参数整定仅是一般值，具体参数要求现场整定，具体整定方法如前文5.7所述。） 7.2.6 D/A转换程序 图7.2-6中将 （H000） BFM#0将输入通道初始化； 将K1写入BFM#21把“增益/偏移调整禁止”设置成允许：即将（b1,b0）设为（1，0） K0 BFM#22即将 图7.2-6 D/A转换程序 “偏移增益调整位”复位。 将（K0） BFM#23调整偏移量； （K2500) BFM#24调整增益量； （H003) BFM#22对CH1通道进行调整。如图7.2-7调整程序， T4为延时定时器； 图7.2-7 偏移/增益调整 图7.2-7为调整结束后程序 将M5断开，这样调整结束； （K2) BFM#21调整结束后禁止增益/偏移调整； 图7.2-7调整结束程序 D/A转换执行程序如图7.2-8 将数字数据（D525)分配到辅助继电器（M100~M115); K2M100 K16写低8位数据； H0004 K17,H0000 K17保持低8位数据； K1M108 K16写入高4位数据； H0002 K17,H0000 K1执行通道CH1的D/A转换。 图7.2-8D/A转换执行程序 7.3 双冲量控制方案的程序实现 图7.3-1双冲量控制方案的程序实现示意图 双冲量控制方案的程序实现过程如图7.3-1所示，汽包液位经过液位变送器转换成模拟信号后在经过FX2N-4AD的转化变成数字信号，转化来的数字信号存入PLC中并与给定值进行PID运算并将运算结果送给调节器输出；而蒸汽流量经过高温流量变送器转化成模拟量信号并送给FX2N-4AD进行A/D转化，将得到的数字信号与前面调节器输出信号在进行PID运算，最后将运算得到的信号作为输出信号控制给水调节阀，从而实现了双冲量方案的程序实现。 设计总结 锅炉水位控制系统的难点在于“虚假水位”的存在，使得控制参数的调整非常困难，虽然本系统采用双冲量控制系统，但从目前给水控制的发展来看，通常较大系统都采用三冲量进行控制，所不同的是PID调节的实现部分。从原来的电动单元组合仪表和气动单元组合仪表到现在的智能三冲量PID调节器，三冲量控制系统一直在发展中。另外，有工业控制计算机之称的PLC的迅速发展，用PLC实现三冲量控制也得到了广泛的应用。随着科技的不断进步，相信以后会有更高水平的控制系统出现。 通过本次毕业设计，令我学到了很多东西受益匪浅，仿佛又经历了一次系统学习，在作毕业设计前，一直认为没有什么困难，但在实际运作过程中才清楚地认识到自己的不足和短练，端正了学习态度。 更重要的是借此机会验证自己在校四年来所学是否学以致用，是否能够理论联系实际，以此为媒介进一步掌握PLC在实际中的具体应用方法。在设计期间，本人设计了用PLC控制锅炉给水系统，了解了 PLC控制的优越性先进性，在实践中探索答案，具有极强地说服力。这次毕业设计使我加深巩固了基础知识，更加深刻的把握到基础知识的重要，了解了本专业的具体应用范围和未来工作中应用方法措施。提高了动手和实际解决问题的能力，提高了对问题整体规划的意识。能把握重点设计的核心，并提高查阅资料的能力，培养了团队合作精神和人际交往能力， 通过本次毕业设计的锻炼，使我更加自信，更加智慧，这会对我更快的融入到将来的社会，出色地完成工作任务有不可估量的积极作用。经过两个多月的努力，终于有了一个较成型的设计展现在了我面前，加深了对PLC控制系统的进一步了解，更加清楚地认识到其在现代化工业中所起的巨大作用。 致 谢 随着毕业设计的结束，我们的大学生活已经到了尾声，在此非常感谢四年来老师的培养，让我不仅对专业知识有了深入的了解，更让我找到了走出校园后的方向。更加感谢在这次设计中王俭老师对我的耐心辅导，及时纠正我们的错误，督促我们顺利完成毕业设计。 参考文献 王俭 、龙莉莉 《建筑电气控制技术》 中国建筑工业出版社 钟肇新 、范建东《可编程控制器原理及应用》 华南理工大学出版社 廖常初 主编 《FX系列PLC编程及应用》 机械工业出版社 邵裕森 、戴先中《过程控制工程》 机械工业出版社 附录 附录一 元件明细表： 元件明细表 器件 名称 个数 PLC FX2N-32MR 1 模拟量输入模块 FX2N-4AD 1 模拟量输出模块 FX2N-2DA 1 低压断路器 GM1-255M/3125 3 低压断路器 GM1-255M/3140 1 交流接触器 CJX4-115d 9 热继电器 JRS4-80363 3 液位变送器 CYB-D2FSIa 1 流量变送器 LU-2133111P1 1 按钮开关 LAY5-10/2F 6 信号灯 XDJ3-25/20 5 蜂鸣器 EBL-1008 1 控制柜 1000*800*400 1 附录二 梯形图及程序： 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 指导教师签名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　 　 　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 指导教师评阅书 指导教师评价： 一、撰写（设计）过程 1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 指导教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日 评阅教师评阅书 评阅教师评价： 一、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 评阅教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日 教研室（或答辩小组）及教学系意见 教研室（或答辩小组）评价： 一、答辩过程 1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、学生答辩过程中的精神状态 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 评定成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 教研室主任（或答辩小组组长）： （签名） 年 月 日 教学系意见： 系主任： （签名） 年 月 日 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者（本人签名）： 年 月 日 学位论文出版授权书 本人及导师完全同意《中国博士学位论文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》(以下简称“章程”)，愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》中全文发表和以电子、网络形式公开出版，并同意编入****《中国知识资源总库》，在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益。 论文密级： □公开 □保密（___年__月至__年__月）(保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 作者签名：_______ 导师签名：_______ _______年_____月_____日 _______年_____月_____日 独 创 声 明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律后果由本人承担。   作者签名: 二〇一〇年九月二十日   毕业设计（论文）使用授权声明 本人完全了解**学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。 本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。 （保密论文在解密后遵守此规定）   作者签名: 二〇一〇年九月二十日 致 谢 时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。 首先非常感谢学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。本次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。 首先，我要特别感谢我的知道***老师对我的悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。***老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感谢。 其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。 另外，我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。 最后，我要感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。 四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。 回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。 学友情深，情同兄妹。四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。 在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。 最后，我要特别感谢我的导师***老师、和研究生助教***老师。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，给了我很多解决问题的思路，在此表示衷心的感激。老师们认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得论文能够及时完成，这里一并表示真诚的感谢。 致 谢 这次论文的完成，不止是我自己的努力，同时也有老师的指导，同学的帮助，以及那些无私奉献的前辈，正所谓你知道的越多的时候你才发现你知道的越少，通过这次论文，我想我成长了很多，不只是磨练了我的知识厚度，也使我更加确定了我今后的目标：为今后的计算机事业奋斗。在此我要感谢我的指导老师——***老师，感谢您的指导，才让我有了今天这篇论文，您不仅是我的论文导师，也是我人生的导师，谢谢您！我还要感谢我的同学，四年的相处，虽然我未必记得住每分每秒，但是我记得每一个有你们的精彩瞬间，我相信通过大学的历练，我们都已经长大，变成一个有担当，有能力的新时代青年，感谢你们的陪伴，感谢有你们，这篇论文也有你们的功劳，我想毕业不是我们的相处的结束，它是我们更好相处的开头，祝福你们！我也要感谢父母，这是他们给我的，所有的一切；感谢母校，尽管您不以我为荣，但我一直会以我是一名农大人为荣。 通过这次毕业设计，我学习了很多新知识，也对很多以前的东西有了更深的记忆与理解。漫漫求学路，过程很快乐。我要感谢信息与管理科学学院的老师，我从他们那里学到了许多珍贵的知识和做人处事的道理，以及科学严谨的学术态度，令我受益良多。同时还要感谢学院给了我一个可以认真学习，天天向上的学习环境和机会。 即将结束*大学习生活，我感谢****大学提供了一次在**大接受教育的机会，感谢院校老师的无私教导。感谢各位老师审阅我的论文。 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 指导教师签名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　 　 　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 独 创 声 明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律后果由本人承担。   作者签名: 年 月 日   毕业设计（论文）使用授权声明 本人完全了解**学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。 本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。 （保密论文在解密后遵守此规定）   作者签名: 年 月 日 基本要求：写毕业论文主要目的是培养学生综合运用所学知识和技能，理论联系实际，独立分析，解决实际问题的能力，使学生得到从事本专业工作和进行相关的基本训练。毕业论文应反映出作者能够准确地掌握所学的专业基础知识，基本学会综合运用所学知识进行科学研究的方法，对所研究的题目有一定的心得体会，论文题目的范围不宜过宽，一般选择本学科某一重要问题的一个侧面。 毕业论文的基本教学要求是： 1、培养学生综合运用、巩固与扩展所学的基础理论和专业知识，培养学生独立分析、解决实际问题能力、培养学生处理数据和信息的能力。2、培养学生正确的理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度。3、培养学生进行社会调查研究；文献资料收集、阅读和整理、使用；提出论点、综合论证、总结写作等基本技能。 毕业论文是毕业生总结性的独立作业，是学生运用在校学习的基本知识和基础理论，去分析、解决一两个实际问题的实践锻炼过程，也是学生在校学习期间学习成果的综合性总结，是整个教学活动中不可缺少的重要环节。撰写毕业论文对于培养学生初步的科学研究能力，提高其综合运用所学知识分析问题、解决问题能力有着重要意义。 毕业论文在进行编写的过程中，需要经过、论文编写、论文上交评定、论文答辩以及论文评分五个过程，其中开题报告是论文进行的最重要的一个过程，也是论文能否进行的一个重要指标。 撰写意义：1.撰写毕业论文是检验学生在校学习成果的重要措施，也是提高教学质量的重要环节。大学生在毕业前都必须完成毕业论文的撰写任务。申请学位必须提交相应的学位论文，经答辩通过后，方可取得学位。可以这么说，毕业论文是结束大学学习生活走向社会的一个中介和桥梁。毕业论文是大学生才华的第一次显露，是向祖国和人民所交的一份有份量的答卷，是投身社会主义现代化建设事业的报到书。一篇毕业论文虽然不能全面地反映出一个人的才华，也不一定能对社会直接带来巨大的效益，对专业产生开拓性的影响。但是，实践证明，撰写毕业论文是提高教学质量的重要环节，是保证出好人才的重要措施。 2.通过撰写毕业论文，提高写作水平是干部队伍“四化”建设的需要。党中央要求，为了适应现代化建设的需要，领导班子成员应当逐步实现“革命化、年轻化、知识化、专业化”。这个“四化”的要求，也包含了对干部写作能力和写作水平的要求。 3.提高大学生的写作水平是社会主义物质文明和精神文明建设的需要。在新的历史时期，无论是提高全族的科学文化水平，掌握现代科技知识和科学管理方法，还是培养社会主义新人，都要求我们的干部具有较高的写作能力。在经济建设中，作为领导人员和机关的办事人员，要写指示、通知、总结、调查报告等应用文；要写说明书、广告、解说词等说明文；还要写科学论文、经济评论等议论文。在当今信息社会中，信息对于加快经济发展速度，取得良好的经济效益发挥着愈来愈大的作用。写作是以语言文字为信号，是传达信息的方式。信息的来源、信息的收集、信息的储存、整理、传播等等都离不开写作。 论文种类：毕业论文是学术论文的一种形式，为了进一步探讨和掌握毕业论文的写作规律和特点，需要对毕业论文进行分类。由于毕业论文本身的内容和性质不同，研究领域、对象、方法、表现方式不同，因此，毕业论文就有不同的分类方法。 按内容性质和研究方法的不同可以把毕业论文分为理论性论文、实验性论文、描述性论文和设计性论文。后三种论文主要是理工科大学生可以选择的论文形式，这里不作介绍。文科大学生一般写的是理论性论文。理论性论文具体又可分成两种：一种是以纯粹的抽象理论为研究对象，研究方法是严密的理论推导和数学运算，有的也涉及实验与观测，用以验证论点的正确性。另一种是以对客观事物和现象的调查、考察所得观测资料以及有关文献资料数据为研究对象，研究方法是对有关资料进行分析、综合、概括、抽象，通过归纳、演绎、类比，提出某种新的理论和新的见解。 按议论的性质不同可以把毕业论文分为立论文和驳论文。立论性的毕业论文是指从正面阐述论证自己的观点和主张。一篇论文侧重于以立论为主，就属于立论性论文。立论文要求论点鲜明，论据充分，论证严密，以理和事实服人。驳论性毕业论文是指通过反驳别人的论点来树立自己的论点和主张。如果毕业论文侧重于以驳论为主，批驳某些错误的观点、见解、理论，就属于驳论性毕业论文。驳论文除按立论文对论点、论据、论证的要求以外，还要求针锋相对，据理力争。 按研究问题的大小不同可以把毕业论文分为宏观论文和微观论文。凡届国家全局性、带有普遍性并对局部工作有一定指导意义的论文，称为宏观论文。它研究的面比较宽广，具有较大范围的影响。反之，研究局部性、具体问题的论文，是微观论文。它对具体工作有指导意义，影响的面窄一些。 另外还有一种综合型的分类方法，即把毕业论文分为专题型、论辩型、综述型和综合型四大类： 1．专题型论文。这是分析前人研究成果的基础上，以直接论述的形式发表见解，从正面提出某学科中某一学术问题的一种论文。如本书第十二章例文中的《浅析领导者突出工作重点的方法与艺术》一文，从正面论述了突出重点的工作方法的意义、方法和原则，它表明了作者对突出工作重点方法的肯定和理解。2．论辩型论文。这是针对他人在某学科中某一学术问题的见解，凭借充分的论据，着重揭露其不足或错误之处，通过论辩形式来发表见解的一种论文。3．综述型论文。这是在归纳、总结前人或今人对某学科中某一学术问题已有研究成果的基础上，加以介绍或评论，从而发表自己见解的一种论文。4．综合型论文。这是一种将综述型和论辩型两种形式有机结合起来写成的一种论文。如《关于中国民族关系史上的几个问题》一文既介绍了研究民族关系史的现状，又提出了几个值得研究的问题。因此，它是一篇综合型的论文。 写作步骤：毕业论文是高等教育自学考试本科专业应考者完成本科阶段学业的最后一个环节，它是应考者的 总结 性独立作业，目的在于总结学习专业的成果，培养综合运用所学知识解决实际 问题 的能力。从文体而言，它也是对某一专业领域的现实问题或 理论 问题进行 科学 研究 探索的具有一定意义的论说文。完成毕业论文的撰写可以分两个步骤，即选择课题和研究课题。 首先是选择课题。选题是论文撰写成败的关键。因为，选题是毕业论文撰写的第一步，它实际上就是确定“写什么”的问题，亦即确定科学研究的方向。如果“写什么”不明确，“怎么写”就无从谈起。 教育部自学考试办公室有关对毕业论文选题的途径和要求是“为鼓励理论与工作实践结合，应考者可结合本单位或本人从事的工作提出论文题目，报主考学校审查同意后确立。也可由主考学校公布论文题目，由应考者选择。毕业论文的总体要求应与普通全日制高等学校相一致，做到通过论文写作和答辩考核，检验应考者综合运用专业知识的能力”。但不管考生是自己任意选择课题，还是在主考院校公布的指定课题中选择课题，都要坚持选择有科学价值和现实意义的、切实可行的课题。选好课题是毕业论文成功的一半。 第一、要坚持选择有科学价值和现实意义的课题。科学研究的目的是为了更好地认识世界、改造世界，以推动社会的不断进步和发展 。因此，毕业论文的选题，必须紧密结合社会主义物质文明和精神文明建设的需要，以促进科学事业发展和解决现实存在问题作为出发点和落脚点。选题要符合科学研究的正确方向，要具有新颖性，有创新、有理论价值和现实的指导意义或推动作用，一项毫无意义的研究，即使花很大的精力，表达再完善，也将没有丝毫价值。具体地说，考生可从以下三个方面来选题。首先，要从现实的弊端中选题，学习了专业知识，不能仅停留在书本上和理论上，还要下一番功夫，理论联系实际，用已掌握的专业知识，去寻找和解决工作实践中急待解决的问题。其次，要从寻找科学研究的空白处和边缘领域中选题，科学研究。还有许多没有被开垦的处女地，还有许多缺陷和空白，这些都需要填补。应考者应有独特的眼光和超前的意识去思索，去发现，去研究。最后，要从寻找前人研究的不足处和错误处选题，在前人已提出来的研究课题中，许多虽已有初步的研究成果，但随着社会的不断发展，还有待于丰富、完整和发展，这种补充性或纠正性的研究课题，也是有科学价值和现实指导意义的。 第二、要根据自己的能力选择切实可行的课题。毕业论文的写作是一种创造性劳动，不但要有考生个人的见解和主张，同时还需要具备一定的客观条件。由于考生个人的主观、客观条件都是各不相同的，因此在选题时，还应结合自己的特长、兴趣及所具备的客观条件来选题。具体地说，考生可从以下三个方面来综合考虑。首先，要有充足的资料来源。“巧妇难为无米之炊”，在缺少资料的情况下，是很难写出高质量的论文的。选择一个具有丰富资料来源的课题，对课题深入研究与开展很有帮助。其次，要有浓厚的研究兴趣，选择自己感兴趣的课题，可以激发自己研究的热情，调动自己的主动性和积极性，能够以专心、细心、恒心和耐心的积极心态去完成。最后，要能结合发挥自己的业务专长，每个考生无论能力水平高低，工作岗位如何，都有自己的业务专长，选择那些能结合自己工作、发挥自己业务专长的课题，对顺利完成课题的研究大有益处。 致 谢 这次论文的完成，不止是我自己的努力，同时也有老师的指导，同学的帮助，以及那些无私奉献的前辈，正所谓你知道的越多的时候你才发现你知道的越少，通过这次论文，我想我成长了很多，不只是磨练了我的知识厚度，也使我更加确定了我今后的目标：为今后的计算机事业奋斗。在此我要感谢我的指导老师——***老师，感谢您的指导，才让我有了今天这篇论文，您不仅是我的论文导师，也是我人生的导师，谢谢您！我还要感谢我的同学，四年的相处，虽然我未必记得住每分每秒，但是我记得每一个有你们的精彩瞬间，我相信通过大学的历练，我们都已经长大，变成一个有担当，有能力的新时代青年，感谢你们的陪伴，感谢有你们，这篇论文也有你们的功劳，我想毕业不是我们的相处的结束，它是我们更好相处的开头，祝福你们！我也要感谢父母，这是他们给我的，所有的一切；感谢母校，尽管您不以我为荣，但我一直会以我是一名农大人为荣。 通过这次毕业设计，我学习了很多新知识，也对很多以前的东西有了更深的记忆与理解。漫漫求学路，过程很快乐。我要感谢信息与管理科学学院的老师，我从他们那里学到了许多珍贵的知识和做人处事的道理，以及科学严谨的学术态度，令我受益良多。同时还要感谢学院给了我一个可以认真学习，天天向上的学习环境和机会。 即将结束*大学习生活，我感谢****大学提供了一次在**大接受教育的机会，感谢院校老师的无私教导。感谢各位老师审阅我的论文。 参 数 范 围 控 制 系 统 参 定 整 用 作 数 参 数 控 制 参 数 数 参 定 整 控 制 参 数