养护窑窑温模糊控制系统设计

辽宁石油化工大学继续教育学院论文 毕业设计（论文） 题 目： 养护窑窑温模糊控制系统设计 学 院： 继续教育学院 助学单位： 辽宁石油化工大学 专 业： 自动化 办学形式： 自学考试 姓 名： 张庆男 指导教师： 张新玉 2010年9月 辽宁石油化工大学继续教育学院毕业设计（论文）任务书题目名称：养护窑窑温模糊控制系统设计学生姓名 张庆男 学 号 040409100062 学 院 继续教育学院 专业年级 自动化 2008级 指导教师 张新玉 填写时间 2010年8月 目录摘要.4Abstract.5绪论.6第一章 养护窑窑温模糊控制系统工艺介绍.81.1 砌块养护窑的养护过程.81.2 养护窑的工艺流程.8第二章 养护窑窑温控制系统控制方案的选择.92.1 模糊控制方案.92.2 PWM控制方案.112.3 PID控制方案.122.4 养护窑窑温控制系统的控制方案.13第三章 养护窑窑窑温控制系统的硬件设计.143.1 控制系统的分析和总体设计.143.3 主电路电气元件的选择.143.3.1 低压隔离开关选择.143.3.2 低压熔断器选择.153.3.3 低压断路器选择.153.3.4 接触器选择.163.3.5 热继电器选择.173.3.6 中间继电器选择.17第四章 养护窑窑窑温控制系统的软件设计.194.1 养护窑窑温控制系统PLC系统配置.194.2 输入输出点地址分配. .204.3 控制系统的输入输出与内存分配表.214.4窑温数值量输出控制程序流程图.234.5 养护窑的工艺流程画出如下的顺序功能图.244.6 软件设计巧.244.6.1步的说明.244.6.2急停功能实现.254.6.3计数器C0和C1的作用.254.6.4定时器T37和T38的作用.254.6.5温控子程序的实现.254.6.6模糊控制比PID控制的优点.254.7 控制程序：主程序OB1和子程序SBR0.264.7.1主程序0B1.264.7.2子程序 SBR0.274.8 用 PLC 实现上述的模糊控制规律的子程序流程图.30第五章 结束语.31谢辞.32参考文献.33 养护窑窑温模糊控制系统设计摘要 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、写字楼象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。其中GJ 型系列养护窑被列为八五及九五期间国家级科技成果重点推广计划项目，属国际首创，居国际领先水平。整个系统的特点是：优质、高效、节能，是世界水泥制品养护史上重大突破，创新了强制式热交换、声能、负压养护技术，使窑内温度场、湿度场、压力场、速度场、声能场分布均匀，使水泥制品水化反应具备良好条件，提高水泥砌块等制品密实度和弹性模量，相应地提高了砌块的抗压强度、抗冻性能、抗渗透性能，减少相对含水率，有效地解决了砌块建筑存在的热、裂、渗等难题。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。其控制核心即为单片机。使用单片机做控制核心，具有成本低、体积小、程序简短等优点，较适合小型控制系统。但是系统控制模拟量的性能不及PLC，故本文以GJ 型系列养护窑例，介绍一种以PLC 为控制核心、以模糊控制理论为依据的智能炉窑控制系统。关键词：养护窑， 窑温， PLC， 模糊控制Maintenance kiln kiln temperature fuzzy control system designAbstractForeword along with social economy rapid development, peoples living standard enhancement, each kind of residential district, the commercial construction, the office mushroom growth rises straight from the ground likely.The architecture industry a prosperity, led the artificial brick to live industrial the rapid development and the technological innovation.On the traditional artificial brick mesozoic produces in the entire natural environment, the processing cycle is long, the success ratio is not high.Now each building materials production manufacturer specially developed one kind of artificial brick curing kiln, used for to speed up artificial brick the exwork cycle, in order to enhancement production efficiency and economic efficiency.GJ series curing kiln is listed as 85 and 95 period state-level scientific and technical payoffs key promotion plan project, is the international origination, occupies the international leading level.The overall system characteristic is: High quality, highly effective, energy conservation, is in the world cement product maintenance history the significant breakthrough, has innovated the compulsion type heat change, the sound energy, negative pressure maintenance technology , causes in the kiln the temperature field, the moisture field, the pressure field, the velocity field, the sound energy field distribution to be even, causes the cement product hydration response to meet the good requirement, enhances product compactness and the elasticity coefficient and so on cement artificial brick, enhanced the artificial brick compressive strength, the frost resistance correspondingly has been able, the impermeability energy, reduced the relative moisture content effectively solved the artificial brick construction existence heat, the crack, infiltrated and so on the difficult problems.The entire control system is by the new style kiln body structure, the hot working for adjusts the complete technology process unit which the system, the industry computer control system is composed.Its control core is a monolithic integrated circuit.Uses the monolithic integrated circuit to make the control core, has the cost lowly, the volume small, the procedure brief and so on the merits, suits the small control system.But the systems control simulation quantity performance is inferior to PLC, therefore this article by the GJ series curing kiln example, introduced one kind take PLC as the control core, take the fuzzy control theory as the basis intelligent dry kiln control system.Key words: maintenance kiln kiln， temperature ，PLC ，fuzzy control 绪论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。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。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 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 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：0.5% 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，不受天气影响。第一章 养护窑窑温模糊控制系统工艺介绍1.1 砌块养护窑的养护过程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，不受天气影响。1.2 养护窑的工艺流程窑温控制系统示意图如图1.1所示。图1.1 窑温控制系统示意图通过进气阀控制通入的蒸汽的进气量，来控制养护窑的温度。各种按钮用于养护窑的启动和停止，并且有急停功能.第二章 养护窑窑温控制系统控制方案的选择2.1 模糊控制方案模糊逻辑控制(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。 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。 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。 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，理论上的系统性和完善性，技术上的成熟性和规范性都还是不够的，有待人们的进一步提高。 模糊系统理论还有一些重要的理论课题没有解决。其中两个重要的问题是:如何获得模糊规则及隶属函数，这在目前完全凭经验来进行;以及如何保证模系统的稳定性。大体说来，在模糊控制理论和应用方面应加强研究的主要课题为： 适合于解决工程上普遍问题的稳定性分析方法，稳定性评价理论体系;控制器的鲁棒性分析，系统的可控性和可观测性判定方法等。 模糊控制规则设计方法的研究，包括模糊集合隶属函数的设定方法，量化水平，采样周期的最优选择，规则的系数，最小实现以及规则和隶属函数参数自动生成等问题;进一步则要求我们给出模糊控制器的系统化设计方法。 模糊控制器参数最优调整理论的确定，以及修正推理规则的学习方式和算法等。 模糊动态模型的辨识方法。 模糊预测系统的设计方法和提高计算速度的方法。 神经网络与模糊控制相结合，有望发展一套新的智能控制理论。 模糊控制算法改进的研究:由于模糊逻辑的范畴很广，包含大量的概念和原则;然而这些概念和原则能真正的在模糊逻辑系统中得到应用的却为数不多。这方面的尝试有待深入。 最优模糊控制器设计的研究:依据恰当提出的性能指标，规范控制规则的设计依据，并在某种意义上达到最优。模糊控制器的性能不断提高。模糊控制系统易于接受，设计简单，维护方便，而且比常规控制系统稳定性好，鲁棒性高。由于它的这些特点，模糊控制正在得到越来越广泛的应用。FUZZY控制算法具有无须建立被控对象的数学模型,对非线性,时变性系统具有一定的适应能力及快速好的优点。系统的上升特性不理想，超调大，调节时间长，甚至产行振荡，抗干扰能力差，稳态误差大，产生这些缺点的主要原因是常规的模糊控制器在结构上过于简单，在设计过程中也有许多主观因素，而且一旦模糊规则确定就不再变化等，我们希望模糊控制器能够动态地调整自身，具有自学习能力，以达到预定的控制品质，并且准确性不令人满意。2.2 PWM控制方案PWM脉宽调制，是靠改变脉冲宽度来控制输出电压，通过改变周期来控制其输出频率。而输出频率的变化可通过改变此脉冲的调制周期来实现。这样，使调压和调频两个作用配合一致，且于中间直流环节无关，因而加快了调节速度，改善了动态性能。由于输出等幅脉冲只需恒定直流电源供电，可用不可控整流器取代相控整流器，使电网侧的功率因数大大改善。利用PWM逆变器能够抑制或消除低次谐波。加上使用自关断器件，开关频率大幅度提高，输出波形可以非常接近正弦波。 PWM变频电路具有以下特点：可以得到相当接近正弦波的输出电压.整流电路采用二极管，可获得接近1的功率因数.电路结构简单.通过对输出脉冲宽度的控制可改变输出电压，加快了变频过程的动态响应PWM基本原理. 脉宽调制（PWM）:控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次斜波谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。 在采样控制理论中有一个重要的结论，即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上，其效果基本相同。冲量既指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同。是指该环节的输出响应波形基本相同。如把各输出波形用傅里叶变换分析，则它们的低频段特性非常接近，仅在高频段略有差异。单周控制法又称积分复位控制（Integration Reset Control，简称IRC），是一种新型非线性控制技术，其基本思想是控制开关占空比，在每个周期使开关变量的平均值与控制参考电压相等或成一定比例。该技术同时具有调制和控制的双重性，通过复位开关、积分器、触发电路、比较器达到跟踪指令信号的目的。单周控制器由控制器、比较器、积分器及时钟组成，其中控制器可以是RS触发器。单周控制在控制电路中不需要误差综合,它能在一个周期内自动消除稳态、瞬态误差，使前一周期的误差不会带到下一周期。虽然硬件电路较复杂，但其克服了传统的PWM控制方法的不足，适用于各种脉宽调制软开关逆变器，具有反应快、开关频率恒定、鲁棒性强等优点，此外，单周控制还能优化系统响应、减小畸变和抑制电源干扰，是一种很有前途的控制方法。PWM控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。 对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式总之，PWM既经济、节约空间、抗噪性能强，是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术。PWM控制技术的缺点准确性不令人满意。2.3 PID控制方案在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。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必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。选择PID的参数，以及相互间的配合，可以影响PID控制的稳定性。如采样时间过短对外部信号的变化有可能检测不到，而过长的采样时间显然不能满足控制精度的要求。又如过大的增益又会造成控制的震荡。在调试程序时要注意这些参数的设置，慢慢调试以至达到稳定的PID控制。 PID控制算法具有原理简单,调节精确的优点，系统的上升特性理想，稳态误差小，无静差等；实际应用中是一个复杂的系统,存在着惯性大,非线性,参数时变,数学模型难以建立等特点,必须采用合适的控制策略才能取得良好的控制效果,并且快速性不理想2.4 养护窑窑温控制系统的控制方案 在这次毕业论文中，本人选择的是模糊控制方案。因为模糊控制系统易于接受，设计简单，维护方便，而且比常规控制系统稳定性好，鲁棒性高。由于它的这些特点，模糊控制正在得到越来越广泛的应用。第三章 养护窑窑窑温控制系统的硬件设计3.1控制系统的分析和总体设计模拟量控制系统是指输入信号为模拟量的控制系统。控制系统的控制方式上可分为开环控制和闭环控制。开环控制是根据控制的设定值直接向控制对象输出控制信号，这种控制容易受外界干扰而偏离控制目标。对于控制要求比较高的场合，一般都采用闭环控制方式。闭环控制是使用控制的设定值与反馈值的差进行控制的，以求得设定值与反馈值的偏差最小。因而闭环控制根据其设定值的不同，有可以分为调节系统和随动系统两种。调节系统的设定值是由控制系统的控制器给出，控制器的作用就是使反馈值向给定值靠近，以反馈值对设定值的偏差最小为目的。随动系统的设定值是由被控对象给出的。控制器的作用就是使控制目标不断地向被控对象靠近。各种跟踪系统都是随动系统。 模拟量控制系统设计中，应该注意抗干扰问题。解决干扰的办法有4种。其一是接地问题，这里包括PLC接地端的接地，要真接地不要假接地，这里所说的接地就是接大地。其二是模拟信号线的屏蔽问题。屏蔽线的始端和终端都要接地，信号线的屏蔽是防止干扰的重要措施。其三是对某些高频信号要解决匹配为题。如果不匹配，很容易在信号传送中引起干扰，使信息失真。其四是对信号进行滤波。模拟量信号如电压值，电流值等，常常会因为现场瞬时干扰而长生较大波动，产生误差。采用滤波可以有效地减小误差。这里说所的滤波，包括硬件滤波和软件滤波。软件滤波主要是数字滤波。数字滤波的方法比较多，如常用的平均值法，中值法等等。S7-200系列PLC在系统设计中可以利用STEP7-Micro/MIN32软件对模拟量输入信号增加滤波功能。如果语言数字滤波，可以设置滤波选项。养护窑的工艺要求既有顺序控制要求，又有恒温控制要求。是个既有开关顺序控制又有模拟控制要求，采用PLC 设计控制系统，性能价格比高。恒温控制既可以用PID 算法实现，也可以用模糊控制算法实现。本文采用模糊算法实现。模糊算法的控制思想为：温度过低，采用最大的进气量，缩短过渡时间，温度逼近设定温度，减少进气量，趋近设定的温度，降低超调量。温度偏高，停止进气，降低温度到设定温度。从模糊控制的思想可以看出：采用合理的模糊控制规律，模糊控制系统比PID控制系统能减少过渡时间，减少超调量，减少静态误差。3.2 主电路电气元件的选择3.2.1 低压隔离开关选择：主要作用是： 1.分闸后，建立可靠的绝缘间隙，将需要检修的设备或线路与电源用一个明显断开点隔开，以保证检修人员和设备的安全。2.根据运行需要，换接线路。3.可用来分、合线路中的小电流，如套管、母线、连接头、短电缆的充电电流，开关均压电容的电容电流，双母线换接时的环流以及电压互感器的励磁电流等。4.根据不同结构类型的具体情况，可用来分、合一定容量变压器的空载励磁电流。户外刀闸按其绝缘支柱结构的不同可分为单柱式，双柱式和三柱式。其中单柱式刀闸在架空母线下面直接将垂直空间用作断口的电气绝缘，因此，具有的明显优点，就是节约占地面积，减少引接导线，同时分合闸状态特别清晰。在超高压输电情况下，变电所采用单柱式刀闸后，节约占地面积的效果更为显著。计算：已知 P=5.5KW、功率因数COS=0.8 Tanarccos=0.75 同期系数：KP=0.95,P=KPPi KQ=0.97,P=KQQi主回路：P30=0.95(5.5+5.5) （3-1） =0.9511=10.45KW Q30=0.97(5.50.752) =0.978.25=8KW （3-2）其型号为 HD11-100/313.3.2低压熔断器选择1.根据使用条件确定熔断器的类型。2.选择熔断器的规格时，应首先选定熔体的规格，然后再根据熔体去选择熔断器的规格。3.熔断器的保护特性应与被保护对象的过载特性有良好的配合。4.在配电系统中，各级熔断器应相互匹配，一般上一级熔体的额定电流要比下一级熔体的额定电流大倍。5.对于保护电动机的熔断器，应注意电动机起动电流的影响，熔断器一般只作为电动机的短路保护，过载保护应采用热继电器。6.熔断器的额定电流应不小于熔体的额定电流；额定分断能力应大于电路中可能出现的最大短路电流。根据电流I30=19.99A和上述要求 根据国标选择FU为NG700-25/3803.3.3 低压断路器1.低压断路器的选择和应用 低压断路器用途广泛，它不仅用于主干线、支路、电路末端等作线路（电缆、电线）及电气设备的不频繁合、分和过载、短路、欠电压等故障的保护，还应用于各种负载，如照明回路、电热回路、电动机回路、可控硅整流回路、电容器回路等的单独使用和保护。负载的性质不同，选用断路器的额定电流和保护特性也有差异。2.选择低压断路器应满足下列条件（1）低压断路器的额定电压应不低于保护线路的额定电压。（2）低压断路器的额定电流应不小于它所装的脱扣器的额定电流。（3）低压断路器的类型应符合安装条件，保护性能及操作方式的要求。 QF1的选择： I30=19.99A,UN=380V，脱扣电流150A，极限通断能力COS0.4根据国标选择QF1为 DW10-200/3 QF2，QF3的选择： I301=I302 = 10.44A 根据国标选择QF2、QF3为C45N-D-380/16 QF4的选择： I=5A 根据国标选择QF4为C45N-D-220/63.3.4接触器的选择：接触器是用来接通和切断电动机或其它负载主电路的一种控制电器.接触器具有强大的执行机构,大容量的主触头及迅速的熄灭电弧的能力.当系统发生故障时,能根据故障检测元件所给出的动作信号,迅速可靠的切断电源,并有低压释放功能.与保护电器组合可构成各种电磁启动器,用于电机的控制及保护。接触器的结构及工作原理:接触器由磁系统,触头系统,灭弧系统,释放弹簧机构,辅助触头及基座等几部分组成.接触器的基本工作原理:利用电磁原理通过控制电路和可动衔铁的运动来带动触头控制主电路通短的.选择接触器的类型：根据电路中负载电流的种类选择。交流负载应选用交流接触器，直流负载应选用直流接触器，如果控制系统中主要是交流负载，直流电动机或直流负载的容量较小，也可都选用交流接触器来控制，但触点的额定电流应选得大一些。选择接触器主触头的额定电压：应等于或大于负载的额定电压。选择接触器主触头的额定电流：被选用接触器主触头的额定电流应不小于负载电路的额定电流。也可根据所控制的电动机最大功率进行选择。如果接触器是用来控制电动机的频繁启动、正反或反接制动等场合，应将接触器的主触头额定电流降低使用，一般可降低一个等级。主触头额定电流由经验公式：ICN=PN103KUNK为常数取11.4,一般为1.2 ICN主触头额定电流(A)PN被控制的电动机的额定功率(KW) UN电动机的额定电压(v)。I301=I302 = 10.44A 根据国标选择KM1、KM2为CJ20-163.3.5 热继电器的选择热继电器是用于电动机或其它电气设备、电气线路的过载保护的保护电器。1.类型选择一般情况下，可选用两相结构的热继电器，但当三相电压的均衡性较差，工作环境恶劣或无人看管的电动机，宜选用三相结构的热继电器。对于三角形接线的电动机，应选用带断相保护装置的热继电器。2.热继电器额定电流选择热继电器的额定电流应大于电动机额定电流。然后根据该额定电流来选择热继电器的型号。3.热元件额定电流的选择和整定热元件的额定电流应略大于电动机额定电流。当电动机启动电流为其额定电流的6倍及启动时间不超过5S时，热无件的整定电流调节到等于电动机的额定电流；当电动机的启动时间较长、拖动冲击性负载或不允许停车时，热元件整定电流调节到电动机额定电流的1.1-1.15倍。 =（0.951.05） =1 =110.44A=10.44A型号选择为： JR1630/33.3.6 中间继电器的选择中间继电器，实质是一种电压继电器，触头对数多，触头容量大（额定电流为510A）动作灵敏度高。其主要用途为：当其他继电器的触头对数或触头容量不够时，可借助中间继电器来扩展它们的触头或触头容量，起到信号中继作用。1. 用途该继电器使用于各种自动化线路中，以扩大被控的电路，应用这种继电器的线路，其供电电源为直流电，电压不超过110V。 2. 动作原理及结构特点（1）动作原理 当在继电器的线圈加以直流电压时，线圈中有电流通过因而使铁心磁化将动片吸住，接触片被动片的另一端所推动使动合触点闭合，使动断触点断开。当线圈断电时，磁力消失，而动片受接触系统的压力而回到原来位置。 （2）结构特点 本继电器为电磁式快速动作之中间继电器，继电器由铁芯，磁轭板，动片，线圈及触点系统等四部分所组成。继电器采用插入式结构，插座内有片状弹簧以保证可靠的接触，使用时将继电器插入插座上。为了防止震动引起继电器滑出插座外面，因此继电器与插座之间装有弹簧环，如系固定安装也可以不用插座，直接将接线焊与继电器的底板上。继电器具有透明塑料制成的外壳，以便观察继电器的动作情况。（3） 技术数据 继电器基本参数及线圈阻值表1。型 号 触点数 额定电压（V） 电阻（V ） 动合 动断 转换 DZ-122DZ-144DZ-160DZ-106 6 6 24 6,122448110 52K 正负5.2,185K 正负18.5700K正负702500K 正负225 150 15000K 正负2250 表3-3继电器基本参数及线圈阻值表 继电器在80%之额定电压下应可靠地动作。 继电器在额定电压的动作时间不大于0.01s。 在长期的额定电压下，线圈的功率消耗应不大于1W。 继电器的线圈能长期耐受110%的额定电压。 继电器的介质强度：绕组对磁轭板应能耐受交流50Hz电压500V历时1min应无击穿或闪络现象。 触点容量与寿命：直流100V，0.3A电阻负载100万次。 本设计采用的是DZ-144中间继电器。第四章 养护窑窑窑温控制系统的软件设计4.1 养护窑窑温模糊控制系统PLC系统配置根据上述上述总体设计，控制系统的输入有：总启动、总停止按钮；1 号窑有启动按钮、停止按钮、急停按钮、1 个模拟量的输入；2 号窑有启动按钮、停止按钮、急停按钮、1个模拟量的输入。控制系统的输出有： 总进气阀、总排气阀、1 号窑的进气阀、1 号窑的排气阀、1 号风机、2 号窑的进气阀、2 号窑的排气阀、2 号风机。 PLC 的选择：系统有8 个开关量输入，2 个模拟量的输入，8 个开关量的输出。采用西门子公司的S7-200系列的CPU224 作为控制器，它有14 个输入点10 个输出点，能满足开关控制的输入要求。选择模拟量扩展模块EM231 作为模拟量输入模块，它有4 路模拟量输入的能力，能满足系统的输入的要求。具体的I/O 地址分配如图3.4所示。 图 3.4 I/O 地址分配4.2 输入输出点地址分配模块号输入端子号输出端子号地址号信号名称说 明CPU224 1 2 3456789101112131412345678910I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.11号起动，上升沿有效1号停止，上升沿有效1号急停，上升沿有效2号起动，上升沿有效2号停止，上升沿有效2号急停，上升沿有效总起动，上升沿有效总停止，上升沿有效1号进气阀，“1”有效1号排气阀，“1”有效1号风机，“1”有效1号进气阀，“1”有效1号排气阀，“1”有效1号风机，“1”有效总进气阀，“1”有效总排气阀，“1”有效按钮按钮按钮按钮按钮按钮按钮按钮按钮电磁阀电磁阀电动机电磁阀电磁阀电动机电磁阀电磁阀EM2311234 AIW0AIW2AIW4AIW61号热敏电阻2号热敏电阻pt100Pt1004.3 控制系统的输入输出与内存分配表序号名称地址注 释1一号起动I0.0上升沿有效2一号停止I0.1上升沿有效3一号急停I0.2上升沿有效4二号起动I0.3上升沿有效5二号停止I0.4上升沿有效6二号急停I0.5上升沿有效7总起动I0.6上升沿有效8总停止I0.7上升沿有效9一号排气阀Q0.0“1”有效10一号排气阀Q0.1“1”有效11一号风机Q0.2“1”有效12一号进气阀Q0.3“1”有效13一号排气阀Q0.4“1”有效14二号风机Q0.5“1”有效15总进气阀Q0.6“1”有效16总排气阀Q0.7“1”有效17一号热敏电阻AIW0