【正文】 .......................................................................... 14 PID 調(diào)節(jié)的各個環(huán)節(jié)及其調(diào)節(jié)過程 .................................................................... 16 比例控制與其調(diào)節(jié)過程 .............................................................................. 16 比例積分調(diào)節(jié) .............................................................................................. 17 比例積分微分調(diào)節(jié) ...................................................................................... 17 串級控制 .............................................................................................................. 17 擴充臨界比例法 .................................................................................................. 19 在 PLC 中的 PID 控制的編程 ............................................................................. 20 回路的輸入輸出變量的轉(zhuǎn)換和標(biāo)準(zhǔn)化 ...................................................... 21 IV 變量的范圍 .................................................................................................. 22 控制方式與出錯處理 .................................................................................. 22 4 控制方案設(shè)計 ...................................................................................... 24 系統(tǒng)設(shè)計 ............................................................................................................. 24 上水箱液位的自動調(diào)節(jié) .............................................................................. 24 上水箱下水箱液位串級控制系統(tǒng) ............................................................... 24 硬件設(shè)計 .............................................................................................................. 25 檢測單元 ...................................................................................................... 25 執(zhí)行單元 ...................................................................................................... 26 控制單元 ...................................................................................................... 27 軟件設(shè)計 .............................................................................................................. 27 5 實驗情況介紹 .................................................................................... 30 上水箱液位比例調(diào)節(jié) .......................................................................................... 30 上水箱液位比例積分調(diào)節(jié) .................................................................................. 30 上水箱液位比例積分微分調(diào)節(jié) .......................................................................... 32 結(jié)論 ....................................................................................................... 33 致謝 ........................................................................................................ 34 參考文獻 .................................................................................................. 35 1 1 緒論 PLC 的產(chǎn)生、定義及現(xiàn)狀 可編程控制器出現(xiàn)前，繼電器 控制在工業(yè)控制領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。但是繼電器控制系統(tǒng)具有明顯的缺點：設(shè)備體積大、可靠性低、故障查找困難以及維修不方便。由于接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝和流程改變時必須改變接線，因此，其通用性和靈活性較差。 20 世紀(jì) 60 年代，計算機技術(shù)開始應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，但由于價格高、輸入輸出電路不匹配、編程難度大以及難以適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境等原因，未能在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得推廣。 20 世紀(jì) 60 年代末，美國汽車制造工業(yè)競爭激烈，為適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要， 1968 年美國通用汽車公司 (GM)提出了研制新型邏輯順序控制裝置的十項招標(biāo)指標(biāo)。主要 內(nèi)容是： 1) 編程方便，可現(xiàn)場修改程序。 2) 維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)。 3) 可靠性高于繼電器控制裝置。 4) 體積小于繼電器控制盤。 5) 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機。 6) 成本可與繼電器控制盤競爭。 7) 輸入可為市電 8) 輸出可為市電，容量要求在 2A 以上，可直接驅(qū)動接觸器等。 9) 擴展時原系統(tǒng)改變最小。 10) 用戶存儲器大于 4KB。 這些實際上提出了將繼電器控制的簡單移動、使用方便、價格低的優(yōu)點與計算機的功能完善、靈活性、通用性好的優(yōu)點結(jié)合起來，將繼電接觸器控制的硬連線邏輯轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C的軟件邏輯編程的設(shè)想。美國數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)中標(biāo)，并于 1969 年研制出第一臺可編程控制器 PDP14，在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，并取得了滿意的效果，可編程控制器自此誕生。 PLC的定義如下：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原理設(shè)計。 過程工業(yè)控制算法的應(yīng)用現(xiàn)狀 過程控制在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，在理論的研究與生產(chǎn)的實踐中發(fā)展出很多的控制算法，主要有下列幾種： (1) PID控制算法 大量的事實證明，傳統(tǒng)的 PID控制算法對于絕大部分工業(yè)過程的被控對象 (高達90%)可取得較好的控制結(jié)果， 可以進一步提高控制質(zhì)量。 2 (2) 預(yù)測控制 預(yù)測控制是直接從工業(yè)過程控制中產(chǎn)生的一類基于模型的新型控制算法。它高度結(jié)合了工業(yè)實際的要求，綜合控制質(zhì)量比較高，因而很快引起工業(yè)控制界以及學(xué)術(shù)界的廣泛興趣與重視。預(yù)測控制有三要素，即預(yù)測模型、滾動優(yōu)化和反饋校正。 (3) 自適應(yīng)控制 在過程工業(yè)中，不少的過程是時變的， 如采用參數(shù)與結(jié)構(gòu)固定不變的控制器，則控制系統(tǒng)的性能會不斷惡化，這時就需要采用自適應(yīng)控制系統(tǒng)來適應(yīng)時變的過程。它是辨識與控制的結(jié)合。目前，比較成熟的自適應(yīng)控制分三類： A、自整定調(diào)節(jié)器及其它簡單自適應(yīng)控制器； B、模型參考自適應(yīng)控制； C、自校正調(diào)節(jié)與控制。 (4) 智能控制 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對工業(yè)過程不僅要求控制的精確性，更加注重控制的魯棒性、實時性、容錯性以及對控制參數(shù)的自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)能力。智能控制對于復(fù)雜的工業(yè)過程往往可以取得很好的控制效果。常見的智能控制方法有以下幾種：模糊控制、分級遞階智能控制、專家控制、人工 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制、擬人智能控制等。這些智能控制方法各有千秋，但又存在各自的不足 ， 它們相互交叉結(jié)合或與傳統(tǒng)的控制方法結(jié)合將會產(chǎn)生更佳的效果。 PID 控制的歷史和發(fā)展現(xiàn)狀 PID 控制技術(shù)的發(fā)展可以分為兩個階段。第一個階段為發(fā)明階段 (1900～1940)PID 控制的思想逐漸明確，氣動反饋放大器被發(fā)明，儀表工業(yè)的重心放在實際 PID 控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計上。 1940 年以后是第二階段 —— 革新階段。在革新階段，PID 控制器已經(jīng)發(fā)展成一種 最魯棒的、 可靠的、易于應(yīng)用的控制器。從氣動控制到電氣控制到電子控制再到數(shù)字控制， PID 控制器的體積逐漸縮小，性能不斷提高各種現(xiàn)代控制技術(shù)的出現(xiàn)并沒有削弱 PID 控制器的應(yīng)用，相反，新技術(shù)的出現(xiàn)對于 PID 控制技術(shù)發(fā)展起了很大的推動作用。一方面，各種新的控制思想不斷被應(yīng)用于 PID 控制器的設(shè)計之中，或者是用新的控制思想設(shè)計出具有 PID 結(jié)構(gòu)的新控制器， PID 控制技術(shù)被注入了新的活力。另一方面，某新控制技術(shù)的發(fā)展要求更精確的 PID 控制，從而刺激了 PID 控制器設(shè)計與參數(shù)整定技術(shù)的發(fā)展。 總結(jié)近年來 PID 控制的發(fā)展趨勢，可以將 PID 控制的發(fā)展分為兩個大方向：傳統(tǒng) PID 控制技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展和各種新型控制技 術(shù)與 PID 控制的結(jié)合。 PID 控制具有以下優(yōu)點： 1) 原理簡單，使用方便。 2) 適應(yīng)性強，可 以廣泛應(yīng)用于化工、熱工、冶金、煉油以及造紙、建材等 3) 魯棒性強，即其控制品質(zhì)對被控對象特性的變化不大敏感。 論文的研究內(nèi)容 本文的主要內(nèi)容包括：水箱的特性確定與實驗曲線分析， S7300 可編程控制器的硬件掌握， PID 參數(shù)的整定及各個參數(shù)的控制性能的比較，應(yīng)用 PID 控制算法所得到的實驗曲線分析，整個系統(tǒng)各個部分的介紹和應(yīng)用 PLC 語句編程來控制水箱水位。 3 2 S7300 中小型 PLC 和控制對象介紹 西門子 PLC 控制系統(tǒng) 西門子的中小型 PLC S7300 系列采用模塊式結(jié)構(gòu)，用搭積木的方法來組成系統(tǒng)。模塊式 PLC 由機架和模塊組成， S7300 是模塊化的中小型 PLC，適用于中等性能的控制要求。品種繁多的 CPU模塊和功能模塊能滿足各種領(lǐng)域的自動控制任務(wù)，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選擇合適的模塊，維修時更換模塊也很方便。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模擴大和更為復(fù)雜的時候，可以增加模塊，對 PLC 進行擴展。簡單實用的分布式結(jié)構(gòu)和強大的通信聯(lián)網(wǎng)能力，使其應(yīng)用十分靈活。 S7300 的 CPU模塊集成了過程控制功能，用于執(zhí)行用戶程序。每個 CPU都有一個編程用的 RS485 接口，可以和計算機連接， PLC 作為下位機，利用計算機作為上位機進行編程。功能強大的 CPU 的 RAM 存儲容量為 512KB，有 8192個存儲器位， 512 個定時器和 512 個計數(shù)器，數(shù)字量通道最大為 65536 點，模擬量通道最大為 4096 個，由于使用 Flash EPROM， CPU 斷電后無需后備電池可以長時間保持動態(tài)數(shù)據(jù)，使 S7300 成為完全無維護的控制設(shè)備。 S7300 系列 PLC 的主要特點是： （ 1） 功能強 ? 極強的計算性能，完善的指令集， MPI 接口和通過 SIMECLAMS 聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)功能， 使 S3300 功能更強。 ? 強勁的內(nèi)部集成功能，全面的故障診斷功能、口令保護，便利的連接系統(tǒng)和無槽位限制的模塊化結(jié)構(gòu)。 ? 快速，極其快速的指令處理大大地縮短了循環(huán)周期。 （ 2） 通用，著眼未來 ?