【正文】 一般先取積分時(shí)間 TI為衰減振蕩周期的一半左右。若認(rèn)為控制質(zhì)量不滿意，則根據(jù)各整定參數(shù)對(duì)控制過程的影響改變調(diào)節(jié)器參數(shù)。在本設(shè)計(jì)中 我們采用經(jīng)驗(yàn)整定法來整定控制器的參數(shù)值。 二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。它是根據(jù)被控過程的特性確定 PID 控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。因此式（ ） K0 = ?y(∞)?u （ ） 由階躍響應(yīng)法求得 ， K0=, T0=2 分鐘， τ= 分鐘。首先要根據(jù)對(duì)象的數(shù)學(xué)模型和它的各特性以及設(shè)計(jì)要求，確定控制器的結(jié)構(gòu)以及和受控對(duì)象的連接方式?？蛇B接 7個(gè)擴(kuò)展塊，并自帶 2個(gè)串口。 PLC 的選型與硬件配置 PLC 型號(hào)的選擇 本液位控制系統(tǒng)選擇德國西門子公司的 S7300 系列的 PLC。模擬調(diào)試中，可采用分段調(diào)試的方法，并利用編程器的監(jiān)控功能。程序模擬調(diào)試是 以方便的形式模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀態(tài)，為程序的運(yùn)行創(chuàng)造必要的環(huán)境條件。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁 (3)保護(hù)和連鎖程序。在 PLC 上電后，一般都要做一些初始化的操作，為啟動(dòng)作必要的準(zhǔn)備，避免系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作。 (5)計(jì)數(shù)器、定時(shí)器及內(nèi)部輔助 繼電器的地址分配。 (4)繪制 PLC 外圍硬件線路圖。 (2)選擇 PLC。需要顯示的物理量及顯示方式等。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分以下 5 步進(jìn)行。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁 (3)可靠性要求 目前，當(dāng) I/O 點(diǎn)數(shù)在 20 甚至更少時(shí)，就趨向于選擇 PLC 控制了。 根據(jù)系統(tǒng)所完成的控制任務(wù)，對(duì)被控對(duì)象的生產(chǎn)工藝及特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，特別是從以下幾個(gè)方面給予考慮。 (3)經(jīng)濟(jì)型原則。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，而在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)原則往往會(huì) 涉及 很多方面，其中最基本的設(shè)計(jì)原則可以歸納為 4 點(diǎn)。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁 第四章 PLC 硬件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在掌握了 PLC 的硬件組成、工作原理、指令系統(tǒng)以及編程環(huán)境后，就可以 PLC 作為主要控制器來構(gòu)造 PLC 控制系統(tǒng)。 PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，工作時(shí)逐條順序掃描用戶程序，如果一個(gè)線圈按通或斷開，該線圈的所有觸電不會(huì)立即動(dòng)作，需等掃描到該觸電時(shí)才會(huì)動(dòng)作。 常見的編程設(shè)備有簡易手持編程器、智能圖形編程器和基于 PC 的專用編程軟件。 PLC 的電源 是為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。 存儲(chǔ)器（內(nèi)存）主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元。 I/O 模塊集成了 PLC 的 I/O 電路，其輸入暫 存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。 （ 6） 按程序進(jìn)行處理，估計(jì)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的內(nèi)容。 （ 2） 監(jiān)視電源、 PLC 內(nèi)部各個(gè)單元電路的工作狀態(tài)。 PLC 可編程控制器的組成和工作原理 PLC 從組成形式上一般分為整體式和模塊兩種，但在邏輯結(jié)構(gòu)上基本相同，無論是整體式還是模塊式，從硬 件結(jié)構(gòu)看， PLC 都是由 CPU、存儲(chǔ)器、 I/O 接口單元及擴(kuò)展接口擴(kuò)展部件、外設(shè)接口及外設(shè)和電源等部分組成，各部分之間通過系統(tǒng)總線連接。從此這項(xiàng)技術(shù)迅速發(fā)展起來。 它使用了可編程程序的記憶以及存儲(chǔ)令，用來執(zhí)行諸如邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和演算等功能，并通過數(shù)字或模擬的輸入和輸出，以控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。所有其它輸出都被設(shè)置成各自的缺省值。 LMN_PER = LMN *100/27648 () 6. 前饋控制 可以在 DISV 輸入端前饋一個(gè)干擾變量。 5. 調(diào)節(jié)值 使用 LMNLIMIT 函數(shù)，可以將調(diào)節(jié)值限制到所選擇的數(shù)值上。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁 4. 手動(dòng)值 可以在手動(dòng)模式和自動(dòng)模式之間切換。 3. PID 算法 這里所使用的 PID 算法是定位 PID 算法。 (1)CRP_IN 函數(shù)根據(jù)公式 ()，將 PV_PER 外設(shè)值轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)數(shù)格式 100 到 + 100%： CRP_IN 的輸出 = PV_PER * 100/27648 () (2)PV_NORM 函數(shù)根據(jù)公式 ()規(guī)格化 CRP_IN 的輸出： PV_NORM 的輸出 = (CRP_IN 的輸出 ) * PV_FAC+ PV_OFF () 其中， PV_FAC 的缺省值是 1， PV_OFF 的缺省值是 0。控制器的功能基于帶有一個(gè)模擬信號(hào)的采樣控制器的PID 控制算法，如果必要的話，可以通過脈沖發(fā)送器（ EPULSEGN）進(jìn)行擴(kuò)展，以產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制的輸出信號(hào)，來控制比例執(zhí)行機(jī)構(gòu)的兩個(gè)或三個(gè)步進(jìn)控制器 。通過參數(shù)賦值工具，可以很容易地做到這一點(diǎn)。一個(gè)三級(jí)控制器只能采集到三個(gè)具體的輸出狀態(tài)。比例控制器如圖 所示。 圖 級(jí)聯(lián)控制器 控制器 1 過程 1 過程 2 控制器 2 SP1 SP22 輔助回路 伺服控制器 主控制器 干擾變量 LMN PV2 PV1 主回路 控制 過程 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁 ： 混合控制器是指根據(jù)每個(gè)被控組件所需要的設(shè)定點(diǎn)總數(shù)量，來計(jì)算總 SP 數(shù)量的一種控制結(jié)構(gòu)。一個(gè)級(jí)聯(lián)控制器的控制性能可以使用其它的過程變量加以改進(jìn)。 （ 2） 開關(guān)控制器，輸出一個(gè)二進(jìn)制（數(shù)字）數(shù)值。 ?u(k)= u(k)?u(k ?1) = KP{[e(k)?e(k ?1)]+ T0TIe(k)+ TDT0[e(k)? 2e(k? 1)+e(k ?2)]} () 其中 :KP為比例增益， K 為積分時(shí)間常數(shù)， K0為微分時(shí)間常數(shù)。從而可得位置型控制算法如式 ()： U(K)= Kp{e(k)+ T0TI∑ e(i)ki=0 + TDT0[e(k)? e(k? 1)]} () 式中 u(k)是第 K 次采樣時(shí)刻計(jì)算機(jī)的輸出；其中 KI = K0T0TI， 稱為積分系數(shù)； KD = KcTDT0， 稱為微分系數(shù)。 數(shù)字式 PID 控制算法 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，由于連續(xù)的模擬量不能被識(shí)別，只能通過模數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量。 ：根據(jù)采樣定理，采樣周期 (T≤ π/ω)max。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后 (delay)組件，具有抑制誤差 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁 的作用，其變化總是落后于誤差的變化。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨 著 時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。 （ I）控制： 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。 模擬控制的 PID 表達(dá)式見式 ()： u(t)=K[e(t)+ 1T∫ e(t)d(t)t0 + Tdetdt ] () 式中 KP 、 TI 、 TD分別為模擬調(diào)節(jié)器的比例增益、積分時(shí)間、微分時(shí)間。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。 第六章，詳細(xì)介紹了在組態(tài)軟件 MCGS 的基礎(chǔ)上 進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的設(shè)計(jì)。 第二章，概述了 PID 控制系統(tǒng)的原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖等基礎(chǔ)內(nèi)容。同時(shí)利用北京昆侖通態(tài)公司的組態(tài)軟件，通過串行口與可編程控制器通信，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控，從而使用戶操作更方便。 本文研究的是 PLC 技術(shù)在液位控制系統(tǒng)上的應(yīng)用。 課題的研究 內(nèi)容 可編程控制器 （ PLC） 是計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)控制裝置。據(jù)有關(guān)資料介紹，在連續(xù)的工業(yè)過程的控制中，85%95%的控制回路采用 PID 控制，約有 5%15%的控制回路是常規(guī) PID 控制所不能奏效或效果不好的，而必須采用高等過程控制策略。從系統(tǒng)的功能角度看，連續(xù)過程的工業(yè)自動(dòng)化由過去的以保證平穩(wěn)生產(chǎn)為目標(biāo)的簡單控制裝置發(fā)展到考慮過程的非線性、時(shí)變性等因素的先進(jìn)控制系統(tǒng)。過程控制涉及煉油、發(fā)電、化工、冶金、醫(yī)藥、造紙和輕工等工業(yè)部門，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著十分重要的作用。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接口。 關(guān)鍵詞： PID ， PLC， MCGS ，液位，過程控制 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 II 頁 Based on PLC control system design and implementation Author： Du Chen Tutor： Song Aijuan Abstract Programmable Controller based on micro puter as the core of the industrial control equipment,integrated puter technology,automatic control technology and munication Germany SIMATIC S7300 series programmable controller and the modular structure of fan,the configuration and distributed characteristics such as easy to master,S7300 series programmable controller in the field of industrial control tasks implemented, bee an economical and practical solutions. Process control system more than 80% of the controlled object can be used to realize PID controller,through the configuration of PLC,realize PID control module standard of industrial process of automatic control,can greatly improve the efficiency and the whole project programming configuration of time. This design is for the controlled object, level based on SIEMENS S7300 PLC and the general state of kunlun MCGS configuration software designed a set of liquid level control programming calls a STEP 7 in the cabin,and make the process more PID module,the speed more the programmable controller and configuration software,realize the realtime monitoring and control system for realtime sampling and processing of is proved that this system is fast,accurate and etc, in the industrial control area can be used widely. Key Words: PID， PLC ， MCGS ， LEVEL， PROCESS 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 III 頁 目 錄 第一章 緒