工业锅炉汽包水位控制系统设计(5)
积分调节作用对系统性能的影响：是使系统消除稳态误差。提高无差度。因为有误差积分调节就进行，直至无差积分调节停止，积分调节输出一个常值。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti。Ti越小积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另外两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器。
微分调节作用对系统性能的影响：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势。因此能产生超前的控制作用，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强地加大微分调节对系统抗干扰不利。此外微分反应的是变化率，当输入没有变化时微分作用输出为零，因此微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合组成PD或PID控制器。
3.2 三冲量控制系统参数整定
系统的参数整定可以采用理论计算法或者工程整定法。由于理论计算法要以被控对象的动态特性为依据，而动态特性测取时往往具有不准确性，而且容易随工作状态的变化而变化，因此应当采用工程整定的办法。控制方案可以将汽包水位控制系统结构框图如图3.1所示。
图3.1 汽包水位控制系统结构框图
其中Nd、Nw、Nh分别表示蒸汽流量传感器、给水流量传感器、水位传感器的反馈系数，Gw(S)、Gh(S)、Gd(S)分别表示给水流量调节器、水位调节器、前馈调节器的传递函数，其放大倍数可以分别表示为Kw、Kh、Kd ，Gf(S)、 Gp(S) 分别表示变频器、锅炉汽包的传递函数，其放大倍数可以分别表示为Kf、Kp 、Hr是水位给定信号。
由于该设计采用了串级控制方式，首先我们应该从副回路开始对流量调节器进行参数整定，然后由内而外，再对主回路水位调节器进行参数整定，通过两步整定的方法完成系统的参数整定。
由于副回路调节器的任务是快速动作以消除进入副回路的扰动，而且副参数并不要求无差，所以选用P调节器就可以满足要求了。根据控制要求可以设定1336PlusII系列变频器最高输出频率为50Hz，控制信号为4-20ma电流，频率上升时间为0.5秒，电机满负荷运行时变频器输出最高频率50Hz，此时给水流量为35 m3/h，则有副回路被控对象的增益是： ，选择频率上升时间为0.5秒，可以认为副回路被控对象是一个时间常数为0.3秒的一阶惯性环节，其传递函数可以表示为：
(3.1)
3.3 PLC及相关模块选型
3.3.1 西门子S7-200PLC介绍
PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计的。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并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过程。
PLC的工作原理是周期性循环扫描，在PLC运行的过程中，总是处于不断循环的顺序扫描过程中，同时它又是集中批处理的。S7-200系列PLC的基本构成包括PLC主机、编程设备、人机界面和根据实际需要增加的扩展模块。故S7-200系列PLC可以单机运行，也可以输入/输出扩展，还可以连接功能扩展模块。S7-200PLC包括CPU模块、基本输入/输出和电源模块。扩展模块可以连接数字量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、通信模块和特殊功能模块。
3.3.2 CPU模块介绍