周金榮測控測控系統(tǒng)專業(yè)課程設(shè)計

《測控系統(tǒng)課程設(shè)計》課程設(shè)計匯報題目：測控系統(tǒng)課程設(shè)計專業(yè)：測控技術(shù)和儀器班級：測控082學號：姓名：周金榮指導(dǎo)老師：吳曉1月11日設(shè)計目標：測控系統(tǒng)技術(shù)是一門包含新技術(shù)、新方法、新器件及經(jīng)典應(yīng)用系統(tǒng)實例等多方面知識課程。經(jīng)過課程設(shè)計，能夠驗證、鞏固和補充課堂講授理論知識必需步驟。經(jīng)過本課程設(shè)計，不僅要幫助學生鞏固和加深了解專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課中所學理論知識，更關(guān)鍵是訓練學生系統(tǒng)設(shè)計技能，培養(yǎng)學生初步方案設(shè)計、測試系統(tǒng)、分析并處理問題和處理數(shù)據(jù)能力。掌握本課程基礎(chǔ)設(shè)計方法，使其樹立工程見解和嚴謹科學作風，經(jīng)過設(shè)計一個較為完整、面向應(yīng)用系統(tǒng)，使其初步含有利用理論知識分析問題、處理問題能力。設(shè)計內(nèi)容：設(shè)計一個溫度測控系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)過溫度傳感器傳輸信號，該設(shè)定溫度信號要求在25~55℃之間。系統(tǒng)要求用戶輸入一個恒定溫度值。當實際溫度靠近恒定溫度時，要求控制器進行P調(diào)整、PI調(diào)整、PID調(diào)整。調(diào)整器控制固態(tài)繼電器占空比，繼電器再控制電加熱器電流。當溫差越大，則固態(tài)繼電器占空比越高；頻率越慢，則溫度越低。本課題關(guān)鍵研究內(nèi)容有：溫度檢測；采取PLC進行恒溫控制；PID算法在PLC中怎樣實現(xiàn)；PID參數(shù)對系統(tǒng)控制性能影響；溫控系統(tǒng)人機界面實現(xiàn)。設(shè)計關(guān)鍵儀器設(shè)備：力控軟件、PLC(歐姆龍C200)、溫度傳感器檢測變送模塊、熱電阻、繼電器、電機、水泵、水箱、PID調(diào)整器、PPI/PC模塊等通訊用電纜線幾根。設(shè)計原理方案1、PLC溫度測控系統(tǒng)在溫度測控系統(tǒng)中，溫度控制是過程控制一個關(guān)鍵。PLC溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所表示，PLC經(jīng)過加熱器對水箱進行加熱。上位機則實現(xiàn)目標溫度設(shè)定、動態(tài)顯示、參數(shù)設(shè)定等功效，從而實現(xiàn)實時溫度監(jiān)控。上位機界面2、系統(tǒng)組成在一個溫度測控系統(tǒng)通常含有溫度信號采集、信號處理、溫度調(diào)整等功效。PLC溫度測控系統(tǒng)中信號采集能夠使用常見溫度傳感器。因為設(shè)定溫度只要求在25~55℃之間，所以采取熱電阻溫度傳感器。由溫度傳感器檢測來信號不是標準電壓（電流）信號，不能直接送給A/D轉(zhuǎn)換模塊。所以溫度傳感器采集到溫度信號要經(jīng)過變送器處理后才能被A/D轉(zhuǎn)換器識別并轉(zhuǎn)換為對應(yīng)數(shù)字信號。依據(jù)所使用溫度傳感器選擇對應(yīng)溫度變送器。PLC對溫度信號進行處理后，經(jīng)過模擬量模塊輸出電流信號，電流信號能夠經(jīng)過調(diào)壓器來控制電源開度（即一周期內(nèi)導(dǎo)通比率），從而控制電源輸出功率。加熱器依據(jù)電源輸出功率調(diào)整加熱強度，從而溫度調(diào)整效果。3、溫度PID控制實現(xiàn)對于模擬量信號控制PID（百分比+積分+微分）算法控制。歐姆龍C200系列PLC有專門PID回路指令，對模擬量進行PID控制十分方便。PID算法：在實際控制過程中，不管是給定量還是過程量全部是工程實際值，它們?nèi)≈捣秶遣幌嗤?。所以在進行PID運算前，必需將工程實際值標準化。PLC在對模擬量進行PID運算后，對輸出產(chǎn)生控制作用是在[0.0，1]范圍標準值，不能驅(qū)動實際驅(qū)動裝置，必需將其轉(zhuǎn)換成工程實際值。設(shè)計實現(xiàn)步驟1、PID控制器參數(shù)整定：PID控制器參數(shù)整定是測控系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵內(nèi)容。它是依據(jù)被控過程特征，確定PID控制器百分比系數(shù)、積分時間和微分時間大小。PID控制器參數(shù)整定方法很多，概括起來有以下兩大類：一是理論計算整定法。它關(guān)鍵依據(jù)系統(tǒng)數(shù)學模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到計算數(shù)據(jù)未必能夠直接使用，還必需經(jīng)過工程實際進行調(diào)整和修改。二是工程整定法。它關(guān)鍵依靠于工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采取。PID控制器參數(shù)工程整定方法，關(guān)鍵有臨界百分比法、反應(yīng)曲線法和衰減法。這三種方法各有其特點，其共同點全部是經(jīng)過試驗法，然后根據(jù)工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。但不管采取哪一個方法所得到控制器參數(shù)，全部需要在實際運行中進行最終調(diào)整和完善?，F(xiàn)在通常采取是臨界百分比法，圖所表示。利用該方法進行PID控制器參數(shù)整定步驟以下：臨界百分比法首先預(yù)選擇一個足夠短采樣周期讓系統(tǒng)工作：設(shè)溫度采樣周期T=20S（2）PID控制器參數(shù)設(shè)定，參考之前《計算機工業(yè)控制技術(shù)》：百分比系數(shù)在Kp在1.6~5之間，取Kp=2，積分時間Ti在3~10之間，取Ti=5，微分時間Td在0.5~3之間，取Td=2。2、PLC編程采取是歐姆龍C200系列PLC對溫度測控系統(tǒng)進行編程，程序有三段，以下：第一部分分析先是設(shè)定一個測控系統(tǒng)要求恒溫溫度值，即SV=50℃。因為在實際控制過程中，不管是給定量還是過程量全部是工程實際值，它們?nèi)≈捣秶遣幌嗤Ｋ栽谶M行PID運算前，必需將工程實際值標準化。所以將50℃經(jīng)過指令BIN（023）BCD碼轉(zhuǎn)換成HEX十六進制，然后用指令SCL（194）轉(zhuǎn)換成標準值，得出是BCD碼，再接著用指令BIN（023）BCD碼轉(zhuǎn)換成HEX十六進制。設(shè)定PID個參數(shù)值，設(shè)比列帶P值為2，積分I值為4，微分D值為1，采樣周期為20S。濾波系數(shù)設(shè)為0，時間范圍設(shè)為898S。第二部分分析對傳感器所測水溫溫度進行PID，因為PLC在對模擬量進行PID運算后，對輸出產(chǎn)生控制作用是在[0.0，1]范圍標準值，不能驅(qū)動實際驅(qū)動裝置，必需將其轉(zhuǎn)換成工程實際值。將所得出PID值用指令SCL（194）轉(zhuǎn)換成標準值，得出是BCD碼，再接著用指令BIN（023）BCD碼轉(zhuǎn)換成HEX十六進制。第三部分分析經(jīng)過點（A1,B1）和點（A2,B2）制出溫度跟電壓線性關(guān)系，其中A1是電壓信號最大值5V，B1是溫度許可最低值25℃，轉(zhuǎn)化成HEX十六進制值是19。A2是電壓信號最小值0V，B2是溫度許可最大值50℃。內(nèi)存D5212里值是傳感器測溫度經(jīng)過溫度電壓線性關(guān)系算出電壓信號（電壓輸出范圍在0~5V）,從而控制電源輸出功率。加熱器依據(jù)電源輸出功率調(diào)整加熱強度，從而溫度調(diào)整效果。測試數(shù)據(jù)處理、測試結(jié)果因為條件不夠，未能實現(xiàn)程序是否能實現(xiàn)要求。不過程序可能還存在部分問題，有待改善。只有經(jīng)過組態(tài)自帶模擬PLC進行模擬經(jīng)過模擬PLC上位機界面設(shè)計心得體會：經(jīng)過這次課程設(shè)計。使我們不僅了解測控系統(tǒng)在現(xiàn)實中關(guān)鍵性，還了解了電氣技術(shù)，傳感器等設(shè)備應(yīng)用，更有理論聯(lián)絡(luò)實際基礎(chǔ)知識。這么才能愈加好設(shè)計出符合客觀實際條件設(shè)計。該次設(shè)計我選擇是PLC來控制實現(xiàn)。因為在工作中有接觸到PLC，所以設(shè)計起來還是有一定優(yōu)勢。經(jīng)過設(shè)計，使我對PLC有了深入了解。在整個設(shè)計過程中，有部分收獲，但也存在不足，可能程序不夠完善。八、參考文件：[1]浦昭邦，王寶光，《測控儀器設(shè)計》，北京，機械工業(yè)出版社，[2]