基于S7―200的锅炉温度串级控制系统的设计
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[摘要]本文介绍了以PLC作为控制器的锅炉温度串级控制系统，通过控制整个电阻丝上的电压来调节出口处的水温和炉膛内的温度，由此构成锅炉温度串级控制系统。该系统应用PID算法，通过PLC梯形图编程语言进行编程，完成对锅炉温度的自动控制。
[关键词]PLC 串级控制 PID算法
[中图分类号]TP273 [文献标识码]A [文章编号]1009-5349（2014）11-0083-01
一、概述
本设计选用德国西门子公司 S7-200系列PLC，控制器CPU 226被选定为系统中的控制器。锅炉实际水温的温度信号由PT100热敏电阻检测并转换成电流信号，通过EM 231模块发送到PLC的PID调节模块进行数字信号转换。接着，PID控制器输出一个0―10mA的电流信号，该信号被输入到可控硅整流器的电压调节器触发电路中，这样做是为了改变可控硅管的导通角调节输出功率，控制加热器的加热时间。PLC和组态王连接，进行实时监控。
二、系统的建模
在该控制系统中，TT1（出口处的温度传感器）将水的温度信号在出口处转换成电流信号，然后它会传递给EM235模块的电路A;同时，TT2（炉底温度传感器）将所检测到的水的温度转换成电流信号，然后将其发送到模块EM235的电路B。两个电路的模拟信号将被转换成由EM235模块传递的数字信号，然后发送到PLC。最后，PLC应用这些信号，通过PID模块进行PID调节。基于PLC的串级控制系统的框图见图1。
图1 串级控制系统框图
在这个控制系统中，锅炉出口处水的温度用作主要调节参数。炉膛的温度被用作副调节参数。PI控制为主控制器，P控制为辅助控制器。因温度具有时间延迟，采样时间不能过短，它一般应该是15―20秒。
三、系统程序设计
STEP7-Micro/WIN的编程软件是基于Windows的应用程序，是由西门子公司开发的专门为s7-200系列PLC设计的软件。本方案设计的理念如下：当PLC运行时，特殊继电器SM0.0产生一个初始化脉冲，将设定温度值和PID参数送至数据寄存器中，然后，系统开始温度采样，采样周期是17S。TT1（出口水温传感器）将收集的温度信号转换为电流信号，信号通过AIW0到达PLC，作为主电路的反馈值。该输出信号是通过在主控制器（PID0）反馈的PI运算生成的。它被用作副电路的设定值。TT2（炉床水温度传感器）将所收集的炉床水的温度信号转换成电流信号，该信号随后经由AIW2到达PLC，用作副电路的反馈。输出信号通过二级控制器（PID1）和AQW0的P运算产生，输出4―20毫安电流，该信号传递还控制可控硅的导通角，控制整个加热丝上的电压。
四、系统测试
配置显示器，被启动后，自动显示配置界面，如图2所示。
图2 监控主画面
五、结论
在本文中，通过西门子S7-200PLC和组态王组建了人机监控的温度控制系统。它应用PID调节，粗调和细调结合，控制系统的快速性和准确性。此外，组态王操作容易，我们通过肉眼能够查看温度控制曲线的任何变化，并且实时曲线是工业控制常见的。
【参考文献】
[1]陈海霞.西门子PLC的编程与应用[M].北京：机械工业出版社，2012.
[2]陈庆.自动控制理论[M].北京：中国电力出版社，2012.