【正文】 簡單最基本的一種，因此它又被稱為簡單控制系統(tǒng)。簡單控制系統(tǒng)的特點：結構簡單，容易掌握，廣泛的適應性，經濟實用，可靠性高。（2）按生產安全原則，選取氣開或氣關式。得到響應曲線對應的傳遞函數為： （51）這種近似方法擬合精度較差，但方法簡便，而且實踐表明它可以成功應用于PID調節(jié)器的參數整定，故應用較為廣泛。該調節(jié)器可作為固定設定值PID調節(jié)器，或者在多閉環(huán)控制中心作為串級調節(jié)器，混合調節(jié)器或比例調節(jié)器（本課題把它作為PID調節(jié)器）。參數數據類型數值范圍缺省值說明MAN_ONBOOL0或11手動數值接通：1：中斷閉環(huán)控制0：閉環(huán)控制PVPER_ONBOOL0或10過程變量外設通道P_SELBOOL0或11比例分量接通：1：接通 0：斷開I_SELBOOL0或11積分分量接通：1：接通 0：斷開D_SELBOOL0或10微分分量接通：1：接通 0：斷開SP_INTREAL100至+100（%）或物理量1內部設定值PV_INREAL100至+100（%）或物理量1過程變量輸入PV_PERREAL—W160000過程變量外設MANREAL100至+100（%）或物理量2手動值輸入GAINREAL—比例增益輸入TITIME—T20S復位時間輸入TDTIME—T10S微分時間輸入LMN_HLMREAL（%）或物理量2被控量上限LMN_LLMREAL(%)或物理量2被控量下限 調試的結果分析（1）將控制器設置為閉環(huán)控制，自動模式。（3）將控制器調節(jié)為閉環(huán)自動模式，同時打開比例、積分和微分開關。6. 最后就是三個參數的同時調節(jié)，將微分時間常數設為零，然后逐步增大，同時相應的改變和，逐步湊試多組PID參數，從中找出一組最佳調節(jié)參數。穩(wěn)態(tài)時加大，可以減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度?！妫O定給定溫度是35℃，所得為Kp=150，Ti=50的曲線圖，如圖510所示。比例，積分和微分分量并聯(lián)連接，可以分別激活和取消。以下是用試湊法來確定的最終的PID參數。對于電加熱爐，其對象特性具有一階慣性特性，且有一定的延遲。 （2）若以上不能作為被控的數據，則我們需要選擇一個具有跟直接數據有單值函數關系的數據作為被控數據來用。但是，對象的動態(tài)特性在一般情況下不能人為的加以改變，只能通過選擇合適的調節(jié)規(guī)律及優(yōu)化調節(jié)器參數來改善控制系統(tǒng)的品質。第三步，若采用PI控制消除系統(tǒng)靜差后，系統(tǒng)的動態(tài)特性不能滿足設計要求，比如超調量過大，或調節(jié)時間過長，則需要加入微分控制，構成PID控制器。0ty(t)PTt（2）記錄被控參數在階躍輸入下的整個變化過程曲線，如圖47所示。此外，還可以根據被控對象的特性和控制性能指標的要求，采用一些改進的PID算法。為了避免出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，必須對PID控制算法計算出的控制量進行約束，也就是對積分項和微分項進行改進，形成各種改進的數字PID控制算法。積分比例微分廣義被控對象圖41 PID控制系統(tǒng)方框圖因此，連續(xù)系統(tǒng)中PID控制器的傳遞函數為: (41)PID控制規(guī)律為:(42)其中，為比例系數，為積分時間常數，為微分時間常數，為PID控制器的輸入，為PID控制器的輸出。在右側一欄中點擊“變量管理器”， 在快捷菜單中選擇“添加新的驅動程序”，選擇“SIMATIC S7 Protocol Suite”，則該驅動將會安裝在“變量管理器”的子目錄下，如圖39所示。圖36 PID Blocks結構圖d) 在軟硬件都完成了設計之后，鼠標點擊SIMATIC 300 Station ，在PLC處于STOP模式下，點擊工具欄中的下載按鈕，完成下載過程。（1） 創(chuàng)建一個項目運行STEP7，在“File”菜單下選擇“‘New Project’Wizard”，點擊‘Next’按鈕，按照順序進行選擇，選擇CPU3152DP，選擇需要用的組織塊OB1和OB35，再選擇編程語言LAD。PLC的掃描時間：在執(zhí)行工作程序的狀態(tài)下，每執(zhí)行一次上述圖所示的步驟，就是一個掃描周期。并且，PLC的負載能力極其強大，所以其適應性也廣泛全面。 溫度傳感器熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的，從它引出的導線電阻發(fā)生變化，就會給測量溫度裝置帶來不必要的誤差，所以溫度傳感器熱電阻大都是由純金屬材料制做而成。據統(tǒng)計，當今世界PLC生產廠家約150家，生產300多個品種，2000年銷售額約為86億美元，占到絕大部分的工業(yè)控制計算機市場份額，這邊明PLC在工業(yè)控制計算機市場中起到主頭作用。兩者的結合，更是編程技術上的進步。目前面向節(jié)能降耗、提高軋制產品質量和產量設計的加熱爐工程控制計算機系統(tǒng)已廣泛的應用于現(xiàn)代冶金企業(yè)的加熱爐生產控制中。目　錄摘　要 IIAbstract t III目　錄 IV1 緒論 1 選題背景及其意義 1 工業(yè)控制領域PLC的控制 1 國內外發(fā)展情況 2 本課題主要研究的內容 2 基本研究內容 22 電加熱過程控制試驗系統(tǒng)裝置簡介 4 AE2000A型實驗裝置簡述 4 電加熱器過程結構及數學模型 4 電加熱器的系統(tǒng)結構 4 西門子可編程控制器 6 PLC的特點 6 PLC的工作原理 7 S7300PLC實驗系統(tǒng)簡述 73 電加熱控制系統(tǒng)軟、硬件環(huán)境 9 S7300編程軟件STEP7介紹 9 STEP7硬件組態(tài)設置步驟 9 STEP7軟件編程 12 Win CC西門子監(jiān)控組態(tài)軟件 12 Win CC組態(tài)設計及其畫面監(jiān)控的實現(xiàn) 124 溫度加熱實驗控制策略介紹 19 PID的控制系統(tǒng) 19 PID控制概述 19 數字PID的控制算法 19 改進的數字PID的控制算法 21 PID控制器的參數整定 23 單回路控制系統(tǒng) 26 單回路控制系統(tǒng)的組成結構 26 單回路控制系統(tǒng)的特點 27 單回路控制系統(tǒng)的設計 27 過程控制系統(tǒng)的性能指標 285 電加熱器溫度控制的實現(xiàn) 30 電加熱器的數學模型 30 單回路PID控制器的參數整定 33 電加熱器溫度控制的實現(xiàn) 34 FB41模塊 34 PID溫度控制的實現(xiàn) 35 調試的結果分析 376 總結 43參考文獻 44致謝 45附錄 46491 緒論 選題背景及其意義溫度控制系統(tǒng)廣泛應用于工業(yè)控制領域，如鋼鐵廠、化工廠、火電廠等鍋爐的溫度控制系統(tǒng)，電焊機的溫度控制系統(tǒng)等。在工業(yè)控制領域中，也是正因為PLC具有了這些穩(wěn)定并且可靠的特點，在社會上予以得到了廣泛的應用。并且普遍采用自適應控制、模糊控制及計算機技術。溫度傳感器熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。跟同類別的相比具有很明顯的優(yōu)越性和價格低的優(yōu)點。PLC會不斷的執(zhí)行用戶的程序，從而能更精確的接收到可能隨時產生變化的輸入信號，直到PLC停止工作。 STEP7硬件組態(tài)設置步驟STEP7軟件硬件組態(tài)設置是來模擬真實的PLC硬件系統(tǒng)，從而對PLC硬件模塊的各種參數進行設置和修改的過程。梯形圖程序如圖35所示。使用WinCC的運行軟件，操作人員可監(jiān)控生產過程，使用WinCC來開發(fā)和組態(tài)一個項目的步驟是：l 啟動WinCCl 建立一個項目l 選擇以及安裝通訊驅動程序l 定義變量l 建立和編輯過程畫面l 指定WinCC運行系統(tǒng)的屬性l 激活WinCC畫面l 使用變量模擬器測試過程畫面結合本次畢業(yè)設計，討論Win CC軟件開發(fā)過程，開發(fā)過程主要分為工程建立、通信設置、變量設置、監(jiān)控過程畫面的繪制等。他具有算法簡單、魯棒性強和可靠性高等優(yōu)點。但過大，會使系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定。通常，對于具有自平衡性的被控對象，應采用含有積分環(huán)節(jié)的控制器，如PI、PID。（5）按已經得出的整定后的參數，投入系統(tǒng)運行，觀察其控制系統(tǒng)的反應效果，再恰當的去調整所需參數，講不完整的改掉，直到獲得滿意的控制效果為止。第二步，如果在比例控制的情況下，系統(tǒng)的靜差不滿足設計要求，則加入積分控制。（2）執(zhí)行器 執(zhí)行調節(jié)器的輸出指令信號，對調節(jié)機構的開度進行調節(jié)。設計步驟：（1）建立對象的數學模型 （2）選擇控制方案 （3）建立系統(tǒng)方框圖 （4）進行系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)特性分析計算進行系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)特性分析計算 （5）實驗和仿真 （6）系統(tǒng)投運 過程控制系統(tǒng)的性能指標對于過程控制系統(tǒng)的設計和應用來說，控制方案的設計是核心。而在廣義對象控制通道時間常數小，并且負荷變化也小時，我們可以引入比例積分規(guī)律。 調節(jié)器移相調壓內膽溫度溫度測量變送輸出設定值圖55 單回路PID控制控制環(huán)路用以上得出的三個參數：τ=，T=, K= 查表41。為了抑制由于被控量量化引起的小的、恒定的振蕩，為誤差信號設置了一個死區(qū)（DEADBAND）?！?，設定給定溫度是30℃，所得為Kp=200，Ti=40的曲線圖，如圖59所示。動態(tài)若偏大，則振蕩次數加多，調節(jié)時間加長。在她的指導下，我的動手能力和工作能力都有了極大的提高。圖512 Kp=180，Ti=40，Td=40的PID調節(jié)曲線圖℃，,則超調量可以計算出等于（）/45=%，達到穩(wěn)定的時間是108s，℃＜45℃5%=℃，加了微分之后系統(tǒng)變得更加穩(wěn)定，波動也變少了很多，調節(jié)時間也縮短了，能很快趨于穩(wěn)定狀態(tài)。其中紅色的曲線是給定的溫度，綠色的曲線是控制對象水溫的測量曲線。圖56為FB41模塊的框圖。a) 在鍋爐內加一定量的水，開啟水循環(huán)系統(tǒng)。1）調節(jié)器的控制規(guī)律的適用范圍比例控制器：比例控制器適用于過程通道容量較大，純延時時間較小，負荷變化不大，工藝要求不高的場合。過程控制系統(tǒng)從結構形式可以分為單回路系統(tǒng)和多回路系統(tǒng)（串級）。（3）控制器。（四）試湊法試湊法是通過模擬或實際的閉環(huán)運行情況，觀察系統(tǒng)的響應曲線，根據PID控制器各組成環(huán)節(jié)對系統(tǒng)性能的影響，從一組初始PID參數開始，反復試湊，不斷修改參數，直至獲得滿意的控制效果為止，是目前實際工程應用最為廣泛的一種PID控制器參數整定方法。（一）擴充臨界比例度法擴充臨界比例度法是以模擬PID控制器中使用的臨界比例度為基礎的一種數字PID控制器參數整定方法，它適用于具有自平衡性的被控對象，不需要被控對象的數學模型。這樣，不易引起振蕩，改善了控制效果。為了加快控制過程，可以通過檢測誤差的變化率來預報誤差，根據誤差變化趨勢，產生強烈的調節(jié)作用，使偏差盡快地消除在萌芽狀態(tài)。 圖313 添加輸入/輸出域 圖314 I/O域組態(tài)2) 按鈕：在“對象選項板”中的“Windows對象”欄中，鼠標選中“按鈕”，將它拖拉到繪圖區(qū)的合適位置，在彈出的屬性對話框中（如圖315），修改按鈕的名稱的等屬性，并在“事件”任務欄中，選中“鼠標”，在執(zhí)行條件選項中可以選擇多種執(zhí)行條件，在“動作”欄，鼠標右鍵，可以添加動作事件例如“C動作”或者“直接連接”。對比這三種編程語言，我們可以發(fā)現(xiàn)梯形圖和功能塊圖都是采用圖形化的編程語言，易于明白，使用方便；語句表的話它更趨向于程序員的編程語言，控制可能比較靈活。d) 對模擬量模塊的屬性進行修改，選中要修改的模塊的屬性對話框，分別修改模擬量輸入模塊的‘Addresses’和‘Inputs’屬性進行調整，調整為電壓型輸入，即‘E’，測量范圍為1..5V。PLC一般使用AC 200V電源或DC 24V電源，電源模塊用于將輸入電壓轉換為