1. 研究目的与意义
随着科技的发展和生活水平的提高，人们对于智能化的需求也越来越大，无论在居民生活还是工业生产中，智能控制都有着极其广泛的应用。所谓智能控制，是指某些具备仿人智能的工程控制和信息处理功能的系统，它将人们的思维过程模型化，并利用计算机来达到在不同环境下的控制目的。而锅炉作为工业生产和民用生活中的重要设备，是相当必要的存在。90年代初期，国内开始出现电热锅炉，电热锅炉是机电一体化的诞生品，能将电能直接转化成热能，是一种具有高效率，无污染，稳定安全的理想型节能环保设备。目前主要用于采暖和热水供应，在工业生产和民用生活水中应用越来越普及，因此锅炉的温度控制是现代化发展中的重要环节，设计一个稳定实用的锅炉温度控制系统成为当前自动化研究方向的一个重大目标。传统工业锅炉多采用链条式，其自动化程度低，机理复杂，系统稳定性差。即使是后期出现了部分自动控制锅炉，基于常规的pid调节功能的缺陷，往往都不能达到理想的控制效果，甚至无法投入自动运行。而传统的单回路控制系统虽然可以解决工业生产过程中的大多数定值控制问题，但对于被控对象呈动态特性的锅炉来说，系统控制通道的时间常数和容量滞后都比较大，难以克服扰动造成的影响，其性能就很难满足工艺的要求，为此串级控制应运而生。基于以上考虑，运用所学的电气控制与plc应用、计算机控制技术以及过程控制等课程的相关知识，设计选用西门子plc 作为控制器，结合pid算法，采用工业组态软件组态王并通过 pc/ppi 通信协议实现 plc 与pc端通讯。该系统操作简单，可靠性高，通过观察响应曲线，可实现快速调节、精准控制的目的。
plc是一种工业控制用的专用计算机，在设计理念上，是计算机技术与继电接触器控制电路相结合的产物，因而它与工业控制对象有非常强的匹配能力。至20世纪70年代，plc技术已经进入成熟期。推动plc技术发展的动力主要来自两个方面，其一是企业对高性能、高可靠性自动控制系统的客观需要，如关于plc最初的性能指标就是由用户提出的。其次，大规模及超大规模集成电路技术的飞速发展，微处理器性能的不断提高，为plc技术的发展奠定了基础并开拓了空间。这两个因素的结合，使得当今的plc控制器已经在所有性能上都有了较大的提高。plc是基于工业控制的需要而产生的，其具有可靠性高、抗干扰能力强、灵活性强、编程简单、开发工作量少周期短、体积小能耗低等特点。因此，plc 的运用为锅炉的自动控制提供了新的解决办法，使一些先进的控制方法得以应用。使用 plc 可编程控制器对锅炉实现温度的自动控制性能，一方面可以减少燃料的浪费以及污染气体的排放，另一方面又可更高效、更精准地控制锅炉温度。
pid算法是由比例(p)、积分(i)、微分(d)调节规律进行线性组合而成的，它同时具有比例调节反应快速、积分调节能够消除静差及微分调节预见性等优点，是一种比较理想的算法。相比于pd调节，pid调节提高了系统的稳态精度，实现了误差控制。而与pi调节相比，pid调节增加了一个零点，可改善系统的动态性能，所以说pid调节能兼顾静态性能和动态性能两个方面的要求，以在过程控制中达到满意的控制效果。而在pid串级控制系统中，采用两套检测和调节装置，主、副两个调节器连在一起工作，主回路是定值控制系统，其控制要求等同于单回路控制系统；而副回路是随动控制系统，副调节器只需快速准确地跟随主调节器的输出变化即可。虽然与单回路控制系统相比略显复杂了些，但串级控制系统在抗干扰性、快速性、适应性和控制品质上都有着绝对的优势，尤其是在控制对象容量滞后较大、调节滞后时间较长、干扰较多但工艺要求又高的系统中，串级控制系统的效果更加显著。
2. 研究内容和预期目标
2.1 研究内容：
本课题的研究内容是以锅炉为被控对象，以锅炉出口水温为主被控参数，以炉膛内水温为副被控参数，以加热炉电阻丝电压为控制参数，以西门子plc为控制器，构成锅炉温度串级控制系统；采用pid算法，运用plc梯形图编程语言进行编程，实现锅炉温度的自动控制的实验系统。
3. 研究的方法与步骤
在经过查阅各项资料和熟悉了解plc控制器、pid算法以及锅炉温度控制流程等相关知识后，本课题拟采用软硬件相结合组成实际控制系统。主要分为以下几个部分:
3.1 整理要运用的知识：
1.掌握西门子plc的基本工作原理及指令系统；
4. 参考文献
[1] simatic.s7-200可编程控制器系统手册.2008.
[2] s7-200cn 可编程序控制器产品样本.2013.
[3] 孙克军.低压电控设备选型与使用200例[m].北京:中国电力出版社.2007
5. 计划与进度安排
（1）2022.2.22～2022.3.
（1）2022.2.22～2022.3.13: 查阅资料, 学习相关知识，撰写开题报告
（2）2022.3.14～2022.3.20：学习所用plc编程软件，设计基本硬件、软件架构
