【導讀】要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式注明并表示感謝。處，本人愿承擔相應的法律責任。在石油工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、機械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，數(shù)多變、運行慣性大、控制滯后等特點，它對控制調(diào)節(jié)器要求極高。發(fā)展，加入智能型控制的系統(tǒng)也得以應用。通過西門子PLC控制器或智能儀。轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號并送到PLC中進行PID調(diào)節(jié)。PLC控制器通過調(diào)節(jié)電動調(diào)。節(jié)閥的工作來實現(xiàn)對水位的自動控制，計，以及控制電路設(shè)計，完成人機界面設(shè)計。進行深入測試以及調(diào)試，使其盡可能達到最好的控制效果。始的第1周周五之前獨立撰寫完成，并交指導教師審閱。

　　

【正文】 PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類： 一是理論計算整定法。它 主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種訪法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通容器液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng) 的設(shè)計 12 過工程實際進行調(diào)整和修改。 二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的實驗中進行，且方法簡單 、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。 PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法 、反應曲線法和衰減法?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。 利用該方法進行 PID控制器參數(shù)的整定步驟如下 (1)首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；（ 2）僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應出現(xiàn)臨界振蕩，記下這是的比 例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；（ 3）在一定的控制度下通過公式計算得到 PID控制參數(shù)。 PID參數(shù)的設(shè)定：是靠經(jīng)驗及工藝的熟悉，參考測量值跟蹤與設(shè)定值曲線，從而調(diào)整 P\I\D的大小。 容器液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng) 的設(shè)計 13 第三章 程序及組態(tài)設(shè)計 S7300 介紹 S7300是模塊化的通用型 PLC，適用于中等性能的控制要求。用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選擇合適的模塊，維修時更換模塊十分方便。當系統(tǒng)規(guī)模擴大和功能復雜時，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，使其應用十分靈活。 S7300的 CPU模塊（簡 稱為 CPU）集成了過程控制功能，用于執(zhí)行用戶程序。不需要附加任何硬件、軟件和編程，就可以建立一個 MPI（多點接口）網(wǎng)絡(luò)。如果有 PROFIBUSDP接口，可以建立一個 DP網(wǎng)絡(luò)。 S7300可大范圍擴展各種功能模塊，可以非常好地滿足和適應自動控制任務(wù)。由于簡單實用的分散式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，使得應用十分靈活。產(chǎn)品設(shè)計緊湊、可用于空間有限的場合。指令集功能強大，可用于復雜控制。無需電池備份，免維護。 S7300 PLC 系統(tǒng)組成 SIMATIC S7300可編程序控制器是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計。各種 單獨的模塊之間可進行廣泛組合以用于擴展。 系統(tǒng)組成： 中央處理單元 (CPU) ：各種 CPU 有各種不同的性能，例如，我們通常所配的 CPU 313C2DP集成了數(shù)字量輸入和輸出，以及 PROFIBUS DP主站 /從站接口。帶有與過程相關(guān)的功能，可以連接標準 I/O設(shè)備。 CPU運行時需要微存儲器卡。 信號模塊 (SM) ：用于數(shù)字量和模擬量輸入 /輸出。 負載電源模塊 (PS) ：用于將 SIMATIC S7300 連接到 120/230V AC電源。 根據(jù)客戶要求，還可以提供以下設(shè)備： 通訊處理器 (CP) ：用于連接網(wǎng)絡(luò)和點對點連接。 功能模塊 (FM) ：用于高速計數(shù)，定位操作 (開環(huán)或閉環(huán)控制 ) 和閉環(huán)控制。 接口模塊 (IM) ：用于多機架配置時連接主機架 (CR)和擴展機架 (ER)。S7300通過分布式的主機架 (CR)和 3個擴展機架 (ER)，可以操作多達 32個模塊。運行時無需風扇。 容器液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng) 的設(shè)計 14 STEP7 的工程建立過程 打開 STEP7 軟件，新建工程并命名，設(shè)置保存路徑，然后又右鍵單擊項目在子菜單選擇“插入對象”的 SIMATIC300 站點進行硬件配置，如圖 圖 31 硬件配置 在“ S7 程序 ”菜單中建立符號表，然后在塊中建立各種模塊，如圖 。包括組織塊、功能塊、功能、數(shù)據(jù)塊、變量表幾個部分。 （ 1） OB1（組織塊）：用于循環(huán)程序處理的組織塊。 （ 2） FB（功能塊）；需要背景數(shù)據(jù)塊的函數(shù)塊，數(shù)據(jù)在執(zhí)行完之后要需要保存的。在各種邏輯塊中可以調(diào)用 FB。 FB 可以自己編寫，也可以調(diào)用西門子 S7300 內(nèi)部的 FB， FB41就是一個提供連續(xù) PID控制的函數(shù)。 （ 3） FC（功能）：數(shù)據(jù)執(zhí)行時分配臨時空間， FC 運算結(jié)束后不保存運算結(jié)果。 （ 4） DB（數(shù)據(jù)塊）；是整個工程內(nèi)的全局數(shù)據(jù)塊。 （ 5） 變量表：用于建立和組態(tài)軟件的相關(guān)變量。 容器液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng) 的設(shè)計 15 如圖 程序設(shè)計 PLC 程序 程序段 1：首先把各個輸入轉(zhuǎn)換成 0100，以便給 PID 運算器，或者給組態(tài)軟件S7 格式， 210V（ 420MA）對應 553027648。 容器液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng) 的設(shè)計 16 程序段 2：將當前液位值與設(shè)定值進行 PID 運算， PID 運算的程序塊在 FB41 里，屬于西門子內(nèi)部程序?？芍苯诱{(diào)用。 程序段 3：把 PID 運算后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 210V（ 420MA）對應的 553027648，然后通過模擬量輸出通道 1輸出。 組態(tài)軟件介紹 組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng) 正以標準的工業(yè)計算機軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。 容器液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng) 的設(shè)計 17 它具有適應性強、開放性好、易于擴展、經(jīng)濟、開發(fā)周期短等優(yōu)點。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)計。 組態(tài)軟件 也為試驗者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗者實時現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用 Windows 的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。 組態(tài)畫面設(shè)計 組態(tài)王簡介 組態(tài)王（ Kingview）是由北京亞控公司開發(fā)，在 PC 機上建立工業(yè)控制對象人機接口的一種智能軟件包，它以 Window20xx/WindowXP/WindowNT 中文操作系統(tǒng)作為其操作平臺，充分利用了 Windows 圖形功能設(shè)備，界面一致性好，易學易用等特點，具有功能完備的人機接口界面和面向?qū)ο蟮膱D形開發(fā)環(huán)境，便于高效，快捷地把整個工藝過程構(gòu)成監(jiān)控畫面，以動畫的形式顯示各個控制設(shè)備的狀態(tài)，在報警和歷史趨勢方面的功能，方便了對系統(tǒng)的監(jiān)控，具有較強的網(wǎng)絡(luò)功能。組態(tài)王圖形界面開發(fā)功能使用方便，對 I/O 設(shè)備廣泛支持。它所使用的 PC機開發(fā)的系統(tǒng)工程，比以往使用專用機開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更有通用性，大大減少了工控軟件開發(fā)者的重復性工作，還可以運用 PC 機豐富的軟 件資源進行二次開發(fā)。組態(tài)王軟件結(jié)構(gòu)由工程管理器、工程瀏覽器及運行系統(tǒng)三部分構(gòu)成。 工程管理器：工程管理器用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理，對已有工程進行搜索、添加、備份、恢復以及實現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導入和導出等功能。 工程瀏覽器：工程瀏覽器是一個工程開發(fā)設(shè)計工具，用于創(chuàng)建監(jiān)控畫面、監(jiān)控的設(shè)備及相關(guān)變量、動畫鏈接、命令語言以及設(shè)定運行系統(tǒng)配置等的系統(tǒng)組態(tài)工具。 運行系統(tǒng)：工程運行界面，從采集設(shè)備中獲得通訊數(shù)據(jù)，并依據(jù)工程瀏覽器的動畫設(shè)計顯示動態(tài)畫面，實現(xiàn)人與控制設(shè)備的交互操作。 組態(tài)王開發(fā) （ 1） 定義變量 容器液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng) 的設(shè)計 18 對所用到的變量進行定義。這些變量均是在組態(tài)王的工程瀏覽器中的數(shù)據(jù)字典中定義的 ,如圖 34所示的液位變量定義。 圖 33 圖 34 按照液位控制變量的方法可以響應創(chuàng)建水流控制、水流變量、電動調(diào)節(jié)閥這容器液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng) 的設(shè)計 19 些變量。 （ 2）新建工程 雙擊桌面圖標，打開工程管理器，建立工程，并設(shè)置好工程保存路徑等。如圖 35所示，容器液位是所建的工程。 圖 35 （ 3）界面開發(fā) 點擊項目進入工程瀏覽器，點擊畫面并新建系統(tǒng)所需的界面。如圖 36 所示。 容器液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng) 的設(shè)計 20 圖 36 已建好的系統(tǒng)畫面。如圖 37所示。 圖 37容器液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng) 的設(shè)計 21 第四章 實驗結(jié)果分析 實驗分析 實驗一 實驗參數(shù)： P=10 I=800000 D=0 SP=20 實驗曲線如圖 41所示： 圖 41 實驗結(jié)果分析： P 值過大導致調(diào)節(jié)閥開度 (曲線 MV反應過快 )變化過大， MV 震蕩過大說明 I值設(shè)置過大。 實驗二 實驗參數(shù)： P=10 I=10000 D=0 SP=20 實驗曲線如圖 42所示： 容器液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng) 的設(shè)計 22 圖 42 實驗分析： P值過大導致調(diào)節(jié)閥開度 (曲線 MV)變化過大， I值較為合理使曲線很快穩(wěn)定下來。 實驗三 試驗參數(shù)： P= I=10000 D=O SP=20 實驗曲線如圖 43所示： 容器液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng) 的設(shè)計 23 圖 43 試驗分析： P 值設(shè)置已經(jīng)非常合理使曲線控制速度平緩， I 值較為合理使曲線很快穩(wěn)定下來。 結(jié)論及展望 結(jié)論 a) 在 I 為一定值時， D 為 0 時， P 的范圍為 之間，在這個范圍內(nèi)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性良好，穩(wěn)態(tài)誤差較小。 b) 當把 P 值固定，進行 I 值范圍選取時， I值減小的時候，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，出現(xiàn)振蕩， I 減小的越多，振蕩越嚴重， I值在 800010000 之間是比較理想的范圍。 c) 微分時間常數(shù)增加，會使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，但是，調(diào)整得當，可 使過渡過程縮短，從而使系統(tǒng)既無余差存在，又能改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。 d) 本次調(diào)試，最終選擇的 P、 I、 D的時間常數(shù)為 Kp、 Ki、 Kd 分別為 ，8000， 0。在這些時間常數(shù)下，系統(tǒng)的穩(wěn)定性能很好，能夠達到控制系統(tǒng)穩(wěn)、快、準的要求，所以說，基于 A3000 的管道流量 PID 控制系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試是成功的。 展望 基于智能儀表、 PLC 與 HMI 組成的液位控制系統(tǒng)具有抗干擾能力強，控制精度高等優(yōu)點，實用性很強，可以應用于大量類似的液位控制場合。 隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對液位控制系統(tǒng)的要求愈來愈高，因此，高精 度、智能化、人性化的液位控制系統(tǒng)是國內(nèi)外必然發(fā)展趨勢。 容器液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng) 的設(shè)計 24 致謝 這次畢業(yè)設(shè)計能夠順利的完成，得益與老師的指導和同學們的幫助、鼓勵和支持。首先，感謝我的母校 — 西安郵電學院，給我提供了一個良好的學習環(huán)境以及豐富的學習資源。其次感謝我的指導老師沈建冬，還有實驗室的其他老師。他們對待工作認真負責，對待同學熱情而有耐心。最后感謝在一起愉快的度過本科生涯的自動化 0703 班的同學，感謝你們在學習和生活上給予我的幫助。 容器液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng) 的設(shè)計 25 參考文獻 [1] 廖常初 .S7300 PLC 編程及應用 .北京：機械工業(yè)出版社 ， 20xx [2] 鐘肇焱主編 .西門子 S7300 系列 PLC 及應用軟件 ：華南理工大學出版社， 20xx [3] 組態(tài)王 軟件資料 [4] 邱道伊等 .S7300/400 入門和應用分析 .北京：中國電力出版社， 20xx [5] 張萬忠主編 .可編程控制器入門與應用實例 . 北京：中國電力出版社， 20xx [6] 基于 S7300PLC 控制系統(tǒng) A3000 實驗和測試培訓、北京華昇高科教學儀器有限公司編制