工業(yè)過程控制課程設(shè)計(jì)基于組態(tài)軟件的溫度單回路過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、i 工業(yè)過程控制工業(yè)過程控制 課課 程程 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 設(shè)計(jì)課題設(shè)計(jì)課題 ： 基于組態(tài)軟件的溫度單回路過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于組態(tài)軟件的溫度單回路過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱學(xué)院名稱 ： 專業(yè)班級(jí)專業(yè)班級(jí) ： 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 ： 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) ： 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 ： 設(shè)計(jì)地點(diǎn)設(shè)計(jì)地點(diǎn) ： 設(shè)計(jì)時(shí)間設(shè)計(jì)時(shí)間 ： ii 工業(yè)過程控制工業(yè)過程控制 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué)生姓名學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)學(xué)號(hào) 題題 目目基于組態(tài)軟件的溫度單回路過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課題性質(zhì)課題性質(zhì)工程設(shè)計(jì)課題來源課題來源自擬課題 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 選擇一種合適的組態(tài)軟件，使用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的過程控制設(shè)備

2、， 結(jié)合串級(jí)控制系統(tǒng)的控制要求和設(shè)計(jì)原則，合理選用 pid 控制規(guī)律， 設(shè)計(jì)一個(gè)組態(tài)功能合理，畫面美觀，組態(tài)控制程序完善的溫度單回 路過程控制系統(tǒng)。 任務(wù)要求任務(wù)要求 1. 根據(jù)溫度單回路過程控制系統(tǒng)的具體對(duì)象和控制要求，獨(dú)立設(shè)計(jì) 控制方案，正確選用過程儀表。 2. 根據(jù)溫度單回路過程控制系統(tǒng) a/d、d/a 和開關(guān) i/o 的需要，正 確選用過程模塊。 3. 根據(jù)與計(jì)算機(jī)串行通訊的需要，正確選用 rs485/rs232 轉(zhuǎn)換與通 訊模塊。 4. 運(yùn)用組態(tài)軟件，正確設(shè)計(jì)溫度單回路過程控制系統(tǒng)的組態(tài)圖、組 態(tài)畫面和組態(tài)控制程序。 5. 提交包括上述內(nèi)容的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。 主要參主要參 考資料考資料

3、 1 過程控制系統(tǒng)陳夕松，汪木蘭北京：科學(xué)出版社，2005 2 過程控制工程邵裕森北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000 3 intouch hmi9.5應(yīng)用程序開發(fā)基礎(chǔ)課程，wonderware公司，2006 4 過程可視化組態(tài)軟件 intouch 應(yīng)用技術(shù)馬正午，周德興北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2006 審查意見審查意見 指導(dǎo)教師簽字：指導(dǎo)教師簽字： 20102010 年年 6 月月 24 日日 iii 目 錄 引 言.1 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析.2 1.1 設(shè)計(jì)目的 .2 1.2 設(shè)計(jì)要求 .2 1.3 設(shè)計(jì)的內(nèi)容 .2 2 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)及控制規(guī)律的選擇 .2 2.1 系統(tǒng)控制方案 .2 2.2 系統(tǒng)

4、結(jié)構(gòu)框圖 .3 3 儀表與模塊的選擇 .4 3.1 儀器儀表的選擇 .4 3.2 模塊的選擇 .5 4組態(tài)畫面設(shè)計(jì).6 4.1組態(tài)王簡(jiǎn)介 .6 4.2組態(tài)軟件設(shè)計(jì) .6 43 組態(tài)畫面 .7 5 組態(tài)程序設(shè)計(jì).10 5.1 pid 控制算法.10 5.2pid 控制算法流程圖 .11 5.3 pid 腳本程序.12 6 組態(tài)王標(biāo)記名字典 .13 7 系統(tǒng)調(diào)試過程.14 總 結(jié).16 參 考 文 獻(xiàn).17 1 引引 言言 現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)、工程建設(shè)及日常生活中常常需要用到溫度控制,早期溫度控 制主要應(yīng)用于工廠中，例如鋼鐵的水溶溫度，不同等級(jí)的鋼鐵要通過不同溫度 的鐵水來實(shí)現(xiàn)，這樣就可能有效的利用溫度

5、控制來掌握所需要的產(chǎn)品了。將單 片機(jī)控制方法運(yùn)用到溫度控制系統(tǒng)中，可以克服溫度控制系統(tǒng)中存在的嚴(yán)重滯 后現(xiàn)象，同時(shí)在提高采樣頻率的基礎(chǔ)上可以很大程度的提高控制效果和控制精 度。 溫度的控制問題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問題。本文以它為例進(jìn)行 介紹，希望能收到舉一反三和觸類旁通的效果。 現(xiàn)代自動(dòng)控制越來越朝著智能化發(fā)展，在很多自動(dòng)控制系統(tǒng)中都用到了工 控機(jī)，小型機(jī)、甚至是巨型機(jī)處理機(jī)等，當(dāng)然這些處理機(jī)有一個(gè)很大的特點(diǎn)， 那就是很高的運(yùn)行速度，很大的內(nèi)存，大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。但隨之而來的是巨 額的成本。在很多的小型系統(tǒng)中，處理機(jī)的成本占系統(tǒng)成本的比例高達(dá) 20%， 而對(duì)于這些小型的系統(tǒng)來說，配置一

6、個(gè)如此高速的處理機(jī)沒有任何必要，因?yàn)?這些小系統(tǒng)追求經(jīng)濟(jì)效益，而不是最在乎系統(tǒng)的快速性，所以用成本低廉的單 片機(jī)控制小型的，而又不是很復(fù)雜，不需要大量復(fù)雜運(yùn)算的系統(tǒng)中是非常適合 的。 隨著電子技術(shù)以及應(yīng)用需求的發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，在高 集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的進(jìn)展。伴隨著科學(xué)技術(shù) 的發(fā)展，電子技術(shù)有了更高的飛躍，我們現(xiàn)在完全可以運(yùn)用單片機(jī)和電子溫度 傳感器對(duì)某處進(jìn)行溫度檢測(cè)，而且我們可以很容易地做到多點(diǎn)的溫度檢測(cè)，如 果對(duì)此原理圖稍加改進(jìn)，我們還可以進(jìn)行不同地點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)和控制。 2 1 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析 1.11.1 設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)目的 運(yùn)

7、用組態(tài)軟件“組態(tài)王 king view6.53” ，結(jié)合工業(yè)過程實(shí)驗(yàn)室已有設(shè)備， 按照定值系統(tǒng)的控制要求，應(yīng)用 pid 算法，自行設(shè)計(jì)，構(gòu)成單回路溫度控制系 統(tǒng)，并整定現(xiàn)相關(guān)的 pid 參數(shù)以使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，最終得到一個(gè)具有較美觀組 態(tài)畫面和較完善組態(tài)控制程序的溫度單回路控制系統(tǒng)。 1.21.2 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 利用電阻絲加熱器對(duì)流經(jīng)加熱罐中的水進(jìn)行加熱，使用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)控制監(jiān) 控，采用合理的控制規(guī)律，是管道中流動(dòng)水的溫度穩(wěn)定在設(shè)定值附近，以達(dá)到 整體系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的效果。水溫的測(cè)量范圍為 0100，測(cè)量精度1%。 1.31.3 設(shè)計(jì)的內(nèi)容設(shè)計(jì)的內(nèi)容 運(yùn)用組態(tài)軟件“組態(tài)王 6.53” ，結(jié)合工

8、業(yè)過程實(shí)驗(yàn)室已有設(shè)備，按照流量 比值控制系統(tǒng)的控制要求，應(yīng)用 pid 算法，自行設(shè)計(jì)，構(gòu)成單回路閉環(huán)控制系 統(tǒng)，并整定相關(guān)的 pid 參數(shù)以使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，最終得到一個(gè)具有較美觀組態(tài) 畫面和較完善組態(tài)控制程序的溫度單回路控制系統(tǒng)。 2 2 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)及控制規(guī)律的選擇系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)及控制規(guī)律的選擇 2.12.1 系統(tǒng)控制方案系統(tǒng)控制方案 為了取得較好的控制效果，基于組態(tài)軟件的溫度單回路過程控制系統(tǒng)在系統(tǒng) 設(shè)計(jì)時(shí)，采用 pid 控制規(guī)律。通過溫度傳感器將檢測(cè)到的實(shí)時(shí)溫度值與溫度設(shè) 定值的差值送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)運(yùn)用 pid 算法得到相應(yīng)的控制信號(hào)，并將其輸 3 出給執(zhí)行器，然后執(zhí)行器調(diào)節(jié)加熱器，

9、以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的控制目的。 2.22.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù)控制要求，溫度單回路控制系統(tǒng)的控制參數(shù)是水的溫度，測(cè)量便采用 溫度傳感器，被控參數(shù)是加熱器的功率，控制器是計(jì)算機(jī)，執(zhí)行器是加熱器， 所以溫度單回路控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 2-1 所示。 計(jì)算機(jī) 控制器 電阻絲加 熱器 加熱罐水 溫 水溫檢測(cè) 傳感器 一一 sp p t pt1 圖 2-1 溫度單回路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框 圖 根據(jù)系統(tǒng)組成框圖和組成的儀表單元，得到系統(tǒng)流程圖如圖 2-2 所示。 計(jì)算機(jī) ad 模 塊 7017 da 模 塊 7024 可控硅 220vac tt cu50 加熱罐 圖 2-2 系統(tǒng)流程圖 4 3 3 儀表

10、與模塊的選擇儀表與模塊的選擇 3.13.1 儀器儀表的選擇儀器儀表的選擇 3.1.1 溫度傳感器 測(cè)量水溫的傳感器采用電熱阻 cu50。熱電阻 cu50 在50150測(cè)量范圍 內(nèi)電熱阻和溫度之間呈線性關(guān)系，溫度系數(shù)越大，測(cè)量精度越高，熱補(bǔ)償性好， 在過程控制領(lǐng)域使用廣泛。系統(tǒng)采用三線制 cu50，溫度信號(hào)經(jīng)過變送單元轉(zhuǎn)換 成 420madc 電流信號(hào)，便于計(jì)算機(jī)采集。 3.1.2加熱器 采用電阻絲作為加熱器件，采用可控硅移相觸發(fā)單元調(diào)節(jié)電阻絲的發(fā)熱功 率，輸入控制信號(hào)為 420ma 標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，其移相觸發(fā)與輸入控制電流成正 比。輸出交流電壓來控制加熱器電阻絲的兩端電壓，從而控制加熱罐的溫度。

11、 輸入 4ma 電流時(shí)，加熱器電阻絲的兩端溫度為 0v，輸入為 20ma 電流時(shí)，加熱 器電阻絲的兩端溫度為 220v。 3.1.3電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 采用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥對(duì)控制回路的水的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用德國 ps 公司進(jìn)口的 psl202 型智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，無需配伺服放大器，驅(qū)動(dòng)電路采用高性能稀土磁性 材料制造的同步電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，體積小，力矩大，抗堵轉(zhuǎn)，控制精度高?？刂?單元與執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化，可靠性高、操作方便，并可與計(jì)算機(jī)配套使用，組成 最佳調(diào)節(jié)回路。由輸入控制信號(hào) 420ma 及單相電源即可控制運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力 流量溫度液位等參數(shù)的調(diào)節(jié)，具有體積小，重量輕，連線簡(jiǎn)單，泄漏量少的優(yōu) 點(diǎn)。采用 ps 電子

12、式直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)，420ma 閥位反饋信號(hào)輸出雙導(dǎo)向單座柱 塞式閥芯，流量具有等百分比特性，直線特性和快開特性，閥門采用柔性彈簧 連接，可預(yù)置閥門關(guān)斷力，保證閥門的可靠關(guān)斷防止泄露。性能穩(wěn)定可靠，控 制精度高，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。 3.1.4其他設(shè)備 在控制回路中所涉及到的設(shè)備還有水泵，變頻器，電磁閥，開關(guān)電源等。 5 水泵采用丹麥格蘭富循環(huán)水泵。噪音低，壽命長，揚(yáng)程可達(dá) 10 米，功耗小， 220v 即可供電，在水泵出水口裝有壓力變送器，與變頻器一起可構(gòu)成恒壓供水 系統(tǒng)。 所用到的電磁閥的工作電源為 dc24v，管段能力強(qiáng)，使用方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 所采用的 24v 開關(guān)電源最大電流為 2a，滿足

13、系統(tǒng)需要。 3.23.2 模塊的選擇模塊的選擇 3.2.1 d/a a/d 模塊的選擇 采用牛頓 7000 系列遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊作為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集通訊 過程模塊。牛頓 7000 系列模塊體積小，安裝方便，可靠性高。 d/a 模塊采用牛頓 7024，四通道模擬輸出模塊，電流輸出 420madc，電壓 輸出 15vdc，精度 14 位。使用 7024 模塊的 1 通道 i01 作為可控硅的電壓控 制通道。 a/d 模塊采用牛頓 7017，八通道模擬輸出模塊，電壓輸入 15vdc。 。使用 7024 模塊的 4 通道 in4 作為溫度信號(hào)檢測(cè)輸入通道。 3.2.2 通信模塊 系統(tǒng)常用的并行

14、總線有 rs232,rs485 等。rs485 更適合于多站連接，且距 離傳輸較遠(yuǎn)，為小于 1200 米，是雙端發(fā)雙端收，在傳輸線上允許接的驅(qū)動(dòng)器和 接收器數(shù)目較多，且數(shù)據(jù)傳輸速率較快，正因?yàn)樗哂腥绱藘?yōu)點(diǎn)所以價(jià)格方面 比較貴。而 rs232 一般適用于短距離，為小于 20 米。是單端發(fā)單端收。 對(duì)此實(shí)驗(yàn)來講，距離很近，且 rs232 就可滿足系統(tǒng)的要求，從價(jià)格方面和其他 方面考慮，本實(shí)驗(yàn)采用 rs232 通訊總線。 通信模塊采用牛頓 7520，rs232 轉(zhuǎn)換 485 通訊模塊。使用 rs-232/rs485 雙 向協(xié)議轉(zhuǎn)換，速度為 300115200bps，可長距離傳輸。 控制回路中電磁閥

15、的開關(guān)量輸出模塊采用牛頓 7043，16 通道非隔離集電極 開路輸出模塊。最大集電極開路電壓 30v，每通道輸出電流 100ma，可直接驅(qū)動(dòng) 電磁閥設(shè)備。 6 4 4組態(tài)畫面設(shè)計(jì)組態(tài)畫面設(shè)計(jì) 4.14.1組態(tài)王簡(jiǎn)介組態(tài)王簡(jiǎn)介 組態(tài)王是在 pc 機(jī)上建立工業(yè)控制對(duì)象人機(jī)接口的一種智能軟件包，該軟件 包從工業(yè)控制對(duì)象中采集數(shù)據(jù)，并記錄在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)的變 化用動(dòng)畫的方式想象得表示出來，還可以完成變量警報(bào)、操作記錄、趨勢(shì)曲線 等監(jiān)視功能，并按實(shí)際需要生成歷史數(shù)據(jù)文件，它以 windows 98/windows 2000/windows xp 中文操作系統(tǒng)為操作平臺(tái)，采用了多線程、com

16、 組態(tài)等新技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)多任務(wù)。它具有豐富的圖庫及圖庫開發(fā)工具，支持各種主流 plc、 智能儀表、板卡和現(xiàn)場(chǎng)總線等工控產(chǎn)品；有一種類似 c 語言的編程環(huán)境，便于 處理各種算法和操作，還內(nèi)嵌了許多函數(shù)供用戶調(diào)用，實(shí)現(xiàn)各種功能。 4.24.2組態(tài)軟件設(shè)計(jì)組態(tài)軟件設(shè)計(jì) 在 windows xp 環(huán)境下，控制系統(tǒng)軟件以組態(tài)王 6.01 作為開發(fā)平臺(tái)。整個(gè) 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，總體監(jiān)視，相關(guān)參數(shù)實(shí)時(shí)在線調(diào)整，顯示實(shí)時(shí)曲線， 歷史曲線等功能。 4.2.1設(shè)備設(shè)置 組態(tài)王對(duì)設(shè)備的管理是通過對(duì)邏輯設(shè)備名的管理實(shí)現(xiàn)的，具體將就是每一 個(gè)實(shí)際 i/o 設(shè)備都必須在組態(tài)王中指定一個(gè)唯一的邏輯名稱，此邏輯設(shè)備名

17、就 對(duì)應(yīng)著該 i/o 的生產(chǎn)廠家、實(shí)際設(shè)備名稱、設(shè)備通信方式、設(shè)備地址、與上位 計(jì)算機(jī)的通訊方式等信息內(nèi)容。 系統(tǒng)中與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換外部的設(shè)備主要是 ad 設(shè)備牛頓 7017 模 塊和 da 設(shè)備牛頓 7024 模塊。在組態(tài)王軟件工程瀏覽器中，設(shè)置 7017 模塊 in4 通道和 7024 模塊 i01 通道名稱分別為 ad 和 da，與計(jì)算機(jī) com1 串口通信，通 信地址分別為 0 和 1。 通信參數(shù)的設(shè)置如下表所示： 表 1 通信參數(shù)的設(shè)置表 7 設(shè)置項(xiàng)推薦值 波特率 9600 數(shù)據(jù)位長度/位 7 停止位長度/位 1 奇偶校驗(yàn)位偶校驗(yàn) 4 43 3 組態(tài)畫面組態(tài)畫面 本系統(tǒng)繪制的

18、組態(tài)畫面主要有開機(jī)畫面，系統(tǒng)組成畫面等。 開機(jī)畫面主要顯示課題題目，制作人姓名，班級(jí)等相關(guān)信息。畫面上設(shè)置 有兩個(gè)提示按鍵，分別提示操作員進(jìn)入主界面或退出操作系統(tǒng)等。 系統(tǒng)主界面主要繪制的溫度單回路控制系統(tǒng)的工藝組成圖。包括水箱，管 道，加熱罐和閥門等設(shè)備以及相關(guān)的操作提示按鈕等?；趧?dòng)畫連接，主界面 可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)，手動(dòng)切換，以及顯示 pid 參數(shù)整定框和實(shí)時(shí)曲線框以方便操作員 在線調(diào)節(jié) pid 參數(shù)觀察控制效果。 組態(tài)畫面設(shè)計(jì)的大致步 驟如下： 1：創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目 圖 4-1 新建項(xiàng)目 2：創(chuàng)建一個(gè)新畫面 3：動(dòng)畫連接 圖 8 所謂動(dòng)畫連接，就是建立畫面的圖素與數(shù)據(jù)庫變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立動(dòng)畫

19、連接后，根據(jù)數(shù)據(jù)庫中變量的變化，圖形對(duì)象可以按動(dòng)畫連接的要求進(jìn)行改變。 建立動(dòng)畫連接的基本步驟：1 創(chuàng)建或選擇連接對(duì)象，2 雙擊與變量相關(guān)的圖形對(duì) 象，彈出動(dòng)畫連接對(duì)話框 3 選擇對(duì)象想要進(jìn)行的連接 4 為鏈接定義輸入詳細(xì)資 料 圖 4-2 動(dòng)畫連接 4：最終的組態(tài)畫面如下所示： 系統(tǒng)主界面如下圖 4-3 所示。 9 圖 4-3 溫度單回路控制系統(tǒng)組態(tài)圖 圖 4-4 退出界面 10 5 5 組態(tài)程序設(shè)計(jì)組態(tài)程序設(shè)計(jì) 5.15.1 pidpid 控制算法控制算法 pid 是一種工業(yè)控制過程中應(yīng)用較為廣泛的一種控制算法，它具有原理簡(jiǎn)單， 易于實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定性好，適用范圍廣，控制參數(shù)易于整定等優(yōu)點(diǎn)。pi

20、d 控制不需 了解被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型,只要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)調(diào)整控制器參數(shù) ,便可獲得滿意的結(jié)果。 其不足之處是對(duì)被控參數(shù)的變化比較敏感。但是通過軟件編程方法實(shí)現(xiàn) pid 控 制 ,可以靈活地調(diào)整參數(shù)。 連續(xù) pid 控制器也稱比例積分微分控制器，即過程控制是按誤差的比 例（p-proportional） 、積分（i-integral）和微分（d-derivative）對(duì)系統(tǒng)進(jìn) 行控制。 它的控制規(guī)律的數(shù)學(xué)模型如下： t d i p dt tde tdtte t tektu 0 1 式中，e(t)：調(diào)節(jié)器輸入函數(shù)，即給定量與輸出量的偏 u(t)：調(diào)節(jié)器輸出函數(shù)。 將式展開，調(diào)節(jié)器輸出函數(shù)可分成比例部分、

21、積分部分和微分部分，它們 分別是: 比例部分 比例部分的數(shù)學(xué)表達(dá)式是,p 在比例部分中，kp 是比例 tekp 系數(shù)，kp 越大，可以使系統(tǒng)的過渡過程越快，迅速消除靜誤差；但 kp 過大， 易使系統(tǒng)超調(diào)，產(chǎn)生振蕩，導(dǎo)致不穩(wěn)定。因此，此比例系數(shù)應(yīng)選擇合適，才能 達(dá)到使系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間短而穩(wěn)定的效果。 其中： u 控制器的輸出，比例系數(shù)，e 調(diào)節(jié)器輸入偏差， 控制量的基準(zhǔn)。 p k 0 u 比例作用：迅速反應(yīng)誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，過大容易引起不穩(wěn)定 積分部分 積分部分的數(shù)學(xué)表達(dá)式是從它的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以看 0 t p i k e t dt t 0p uk eu 11 出，要是系統(tǒng)誤差存在，控制

22、作用就會(huì)不斷增 加或減少，只有 e(t)=0 時(shí)，它的積分才是一個(gè)不變的常數(shù)，控制作用也就 不會(huì)改變，積分部分的作用是消除系統(tǒng)誤差。 積分時(shí)間常數(shù)的選擇對(duì)積分部分的作用影響很大。較大，積分作用較i t i t 弱，這時(shí)，系統(tǒng)消除誤差所需的時(shí)間會(huì)加長，調(diào)節(jié)過程慢；較小，積分作用i t 增強(qiáng)，這時(shí)可能使系統(tǒng)過渡過程產(chǎn)生振蕩，但可以較快地消除誤差。 微分部分 微分部分的數(shù)學(xué)表達(dá)式是. p d k t de t d t 位置式 pid 控制算法 5.25.2pidpid 控制算法流程圖控制算法流程圖 取 sp , pv 形 成偏差 e(k) 取 a0 , e(k) 做乘法 取 a1 , e(k-1)

23、做乘法 取 a2 , e(k-2) 做乘法 做 a2e(k-2) 減 a1e(k-1) 做 a2e(k-2)-a1e(k-1)+ a0e(k) 做 a2e(k-2)-a1e(k-1)+ a0e(k)+u(k-1) 輸出 u(k) 數(shù)據(jù)傳送：u(k)u(k-1) 數(shù)據(jù)傳送：e(k)e(k-1) e(k-1) e(k-2) 0 0 1d d d t pd i e ukee ttu tt 12 圖 5-1 pid 控制算法流程圖 5.35.3 pidpid 腳本程序腳本程序 啟動(dòng)時(shí)： 本站點(diǎn)ts=20; 本站點(diǎn)i=本站點(diǎn)ti/本站點(diǎn)ts; 本站點(diǎn)d=本站點(diǎn)td/本站點(diǎn)ts; 本站點(diǎn)ukp=0; 本站

24、點(diǎn)uk1=0; 本站點(diǎn)ek1=0; 本站點(diǎn)ek11=0; 本站點(diǎn)ek12=0; 運(yùn)行期間： if(本站點(diǎn)自動(dòng)開關(guān)=1) 本站點(diǎn)ts=15; 本站點(diǎn)i=本站點(diǎn)ti/本站點(diǎn)ts; 本站點(diǎn)d=本站點(diǎn)td/本站點(diǎn)ts; 本站點(diǎn)a0=本站點(diǎn)p*(1+1/本站點(diǎn)i+本站點(diǎn)d); 本站點(diǎn)a1=本站點(diǎn)p*(1+2*本站點(diǎn)d); 本站點(diǎn)a2=本站點(diǎn)p*本站點(diǎn)d; 本站點(diǎn)ek1=本站點(diǎn)sp-本站點(diǎn)溫度; 本站點(diǎn)ukp=本站點(diǎn)a0*本站點(diǎn)ek1-本站點(diǎn)a1*本站點(diǎn) ek11+本站點(diǎn)a2*本站點(diǎn)ek12+本站點(diǎn)uk11; 本站點(diǎn)uk11=本站點(diǎn)ukp; 本站點(diǎn)ek12=本站點(diǎn)ek11; 本站點(diǎn)ek11=本站點(diǎn)ek1;

25、 if(本站點(diǎn)ukp1000) if(本站點(diǎn)ukp0) 13 本站點(diǎn)uk1=0; else本站點(diǎn)uk1=本站點(diǎn)ukp; else本站點(diǎn)uk1=1000; 關(guān)閉時(shí)： 本站點(diǎn)ukp=0; 本站點(diǎn)uk1=0; 本站點(diǎn)ek1=0; 本站點(diǎn)ek11=0; 本站點(diǎn)ek12=0; 6 6 組態(tài)王標(biāo)記名字典組態(tài)王標(biāo)記名字典 根據(jù)控制系統(tǒng)的需要建立數(shù)據(jù)詞典，以便確定內(nèi)存變量與 i/o 數(shù)據(jù)，運(yùn)算 數(shù)據(jù)的關(guān)系。只有在數(shù)據(jù)詞典中定義的變量才能在系統(tǒng)的控制程序中使用。本 系統(tǒng)中所涉及到的變量的類型主要有 ad，da 設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的 i/o 實(shí)型變量， 控制電磁閥開關(guān)的 i/o 離散變量，用于定以開關(guān)動(dòng)畫連接的內(nèi)存

26、離散變量，參 于 pid 運(yùn)算的內(nèi)存實(shí)型變量和實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)畫效果所用到的內(nèi)存實(shí)型及內(nèi)存整型 變量等。具體的參數(shù)詞典如下表所示。 14 圖 6-1 數(shù)據(jù)詞典 7 7 系統(tǒng)調(diào)試過程系統(tǒng)調(diào)試過程 將系統(tǒng)按要求接線結(jié)束之后，檢查無誤后開始電源，進(jìn)入了組態(tài)的控制畫 面，并且調(diào)入了 pid 的控制窗口， 根據(jù)溫度單回路控制系統(tǒng)的原理,其控制過 程如下：閥門 2 打開,水泵啟動(dòng),閥門 3 關(guān)閉,加熱器對(duì)液體進(jìn)行加熱,溫度計(jì)儀 表對(duì)液體溫度進(jìn)行檢測(cè)，反饋給調(diào)節(jié)閥門 2 進(jìn)行調(diào)節(jié),使液體溫度能又快又穩(wěn)達(dá) 到給定值。液體溫度高于給定值時(shí)的控制過程閥門 2 打開，閥門 3 打開，水 15 泵啟動(dòng)，對(duì)加熱器進(jìn)行加水，使

27、加熱器液體溫度下降到給定值 實(shí)時(shí)曲線及歷史記錄曲線如下： 圖 7-1 實(shí)時(shí)曲線 圖 7-2 歷史曲線 16 總總 結(jié)結(jié) 轉(zhuǎn)眼間為期一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)就結(jié)束了，在這短暫的一周之中，通過自 己不斷地學(xué)習(xí)，不斷地自我發(fā)現(xiàn)、感到自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)水平提出高了許多，對(duì) 計(jì)算機(jī)控制方面的知識(shí)的掌握程度也加深了許多，對(duì)知識(shí)之間的相互聯(lián)系也有 了更深的了解；通過不斷地提高自己的認(rèn)識(shí)水平與能力、不斷地學(xué)習(xí)新方法、 新思想、新的思維方式、不斷地改變自己的人生觀和方法論、感到自己不但成 長且成熟了許多；通過不斷地把課本知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際，不斷地把查閱到的資料 與文獻(xiàn)中有用的東西應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)，不斷地把所學(xué)的理論與方法應(yīng)用于設(shè)計(jì)之中， 從而提高了自己理論聯(lián)系實(shí)際的能力。 本次工業(yè)過