论文总字数：22824字

摘 要

过程控制实验系统是为了模拟当代工业生产过程或者是对工业过程控制中譬如液位、温度、气压、流量等物理量，对其进行检测监控，观察过程控制参数的变化并进行控制，同时研究过程控制规律而建立的系统，该实验系统需要通过对控制系统进行设计并实现控制目标，任务大体包括：确定控制目标、选择测量参数（被调量）、选择操作量、控制方案的确定、选择控制算法、选择执行器、设计报警和连锁保护系统^[1]。

在南京工业大学电气工程与控制科学学院，有一套小型锅炉过程控制实验装置。在此基础上应用了罗克韦尔自动化提供的HOTS实验平台，开发了基于Micro850的小型锅炉过程控制实验系统，并应用PLC、以太网通讯和PID控制技术对该小型锅炉的监控系统进行设计与开发。

本监控系统采用CCW软件编程和组态，通过路由器构建局域网，从而与小型锅炉的硬件设备通信。用户可以使用触摸屏来实现对该小型锅炉的监控和操作。该监控系统的设计包括对实时数据的显示、历史曲线的记录和报警管理，并且对锅炉液位进行了PID控制。

关键词：实验型小型锅炉 Micro850 PID控制 CCW组态 监控系统

Design and development of a small boiler monitoring system based on Micro850

Abstract

Process control experimental system is the simulation of physical quantities in modern industrial production process or the continuity in the process of industrial production, such as temperature, pressure, flow, liquid level and other parameters, to measure and control it, observe the variation of process parameters and study on the process control rules. Its mandate is through the design and implementation of control systems, roughly include: identifying control objectives, selecting the measurement parameters (adjusted quantity), selecting operation, identifying control scheme, selecting control algorithm, selecting design of actuators, alarms and interlock protection system.

In the college of Electrical Engineering and Control Science, Nanjing Tech University, there is a set of process control practice device. On the basis of it, we import a series of hardware and software of Rockwell and built a small boiler process control experimental system based on Micro850. Besides, design and develop the monitoring system of the experimental boiler based on PLC technology, network technology and control technology.

This system uses the CCW software to carry on the programming and the configuration. The communication between hardware and software of the experimental small boiler is built through the router. The user can use the touch screen to realize the remote operation of the experimental boiler system. The experimental system is designed to achieve the record of the experimental data and the curve of real-time display and alarm management functions. And the liquid level control of the experimental boiler is verified by the traditional PID control.

Keywords: Experimental small boiler; Micro850; PID control; CCW configuration; monitoring system

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2过程控制实验系统背景和现状 1

1.3 论文的结构安排 2

第二章 小型锅炉监控系统整体设计 4

2.1 需求分析 4

2.2 监控系统的整体架构 5

2.3小型锅炉监控系统的硬件设计 6

2.3.1总体的结构和功能 6

2.3.2各部分的结构和功能 7

2.4 系统接线 11

第三章 小型锅炉监控系统的控制方案设计 13

3.1控制原理 13

3.1.1 PID简介 13

3.1.2 PID控制原理 13

3.2控制方案 14

3.2.1 液位控制方案 14

3.2.2 温度控制方案 15

第四章 小型锅炉监控系统的软件设计 16

4.1软件设计 16

4.1.1 软件的结构和功能 16

4.1.2 CCW控制流程及主程序 25

4.1.3 CCW人机交互界面的设计与实现 28

4.2 小结 29

第五章 小型锅炉监控系统的调试及分析 30

5.1控制流程和功能介绍 30

5.1.1控制流程 30

5.1.2控制功能 30

5.2小型锅炉监控系统的控制 32

5.2.1手动控制 32

5.2.2 PID自动控制 33

5.3系统调试效果及分析 34

5.4 小结 36

第六章 总结和展望 37

6.1 完成的工作 37

6.2 展望 37

6.3 研究心得和体会 38

参考文献 39

致谢 40

附录1 梯形图程序 41

第一章 绪论

1.1引言

实验教学作为大学教育的重要部分，不仅为大学生提供了实践学习的机会，同时可以培养大学生思考现实问题，将课堂学习到的理论应用到实际问题上。但是实验教学对实验设备又有一定的要求。建立先进的自动化教学实验装置，可以缓解高等院校自动化类教学、科研的迫切需要，改善学校的办学条件，提高实验教学水平和科学研究、技术开发水平，借助教学实验装置的先进性、多用性、灵活性和可靠性，新组建的自动化实验装置既可以服务于教学，为多门类课程的教学实验提供功能优异的硬件平台，满足不同层次的教学需要；也可以服务于科研，为相关教师提供良好的实验条件和强有力的技术支持^[2]。

实验型小型锅炉监控系统的开发主要以过程控制原理和可编程逻辑控制器两门课为基础，综合了理论和实践。其重点是应用所学的控制方案，通过可编程逻辑控制器（PLC）对被控对象（小型锅炉）进行控制。过去的过程控制实验大多是验证型实验，这就导致许多学生套用以往的实例，缺少了独立思考和验证的过程，达不到锻炼学生动手和思考的目的，不能适应当代高等教育特别是过程控制原理和可编程逻辑控制器等相关专业课的教学，违背了高校实验教学的初衷和未来发展趋势，具有很大的局限性。同时由于实验室大小的限制、实验设备数量存在不足、实验人数过多等问题的存在，导致实验教学效果不理想，学生缺少独立思考和合作交流。因此，为了提高实验教学效果，鼓励学生勤于思考，动手解决问题，实验平台要符合当代教育背景和实验教学发展趋势。

1.2过程控制实验系统背景和现状

过程控制实验系统是模拟现代工业生产过程或对连续性工业生产过程中的物理量，诸如温度、压力、流量、液位等参数，对其进行测量和控制、观察过程参数变化特性，研究过程控制规律的一类系统，其任务是通过控制系统的设计和实现来完成的，大致包括：确定控制目标、选择测量参数（被调量）、选择操作量、控制方案的确定、选择控制算法、选择执行器、设计报警和连锁保护系统^[3]。

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