基于組態(tài)軟件溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、課課 程程 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì)基于組態(tài)軟件溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于組態(tài)軟件溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)生姓名 ：張新方：張新方學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) ：0803010136I課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)分院（系）分院（系）信息科學(xué)與工程學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)業(yè)自動(dòng)化自動(dòng)化學(xué)生姓名學(xué)生姓名張新方張新方學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào)08030101360803010136設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目基于組態(tài)軟件溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于組態(tài)軟件溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求：課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求：內(nèi)容：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(guò)程控制設(shè)備，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(huà)

2、面美觀，組態(tài)控制程序完善的溫度單回路過(guò)程控制系統(tǒng)。要求：要求：1. 根據(jù)溫度單回路過(guò)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(guò)程儀表。2. 根據(jù)溫度單回路過(guò)程控制系統(tǒng) A/D、D/A 和開(kāi)關(guān) I/O 的需要，正確選用過(guò)程模塊。3. 運(yùn)用組態(tài)軟件，正確設(shè)計(jì)溫度單回路過(guò)程控制系統(tǒng)的組態(tài)圖、組態(tài)畫(huà)面和組態(tài)控制程序。進(jìn)度及安排：（進(jìn)度及安排：（10 天）天）第一周：查閱相關(guān)資料對(duì)設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行一定程度上的了解第一周：查閱相關(guān)資料對(duì)設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行一定程度上的了解第 1-2 天：布置課程設(shè)計(jì)題目及任務(wù)，查找文獻(xiàn)，資料，確定設(shè)計(jì)方案。第 3-5 天：查閱相關(guān)資料，了解所需要設(shè)計(jì)內(nèi)容的大概情

3、況，確定課程設(shè)計(jì)的大致框架。第二周：軟，硬件設(shè)計(jì)，并進(jìn)行調(diào)試第二周：軟，硬件設(shè)計(jì)，并進(jìn)行調(diào)試第 1-2 天：硬件設(shè)計(jì)：選擇 PLC 型號(hào)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程示意圖，列出 I/O 分配表，畫(huà)出 I/O接線圖。第 3-4 天：軟件設(shè)計(jì)：利用 STEP-7 Micro/WIN 進(jìn)行梯形圖設(shè)計(jì)，并對(duì)設(shè)計(jì)程序進(jìn)行調(diào)試。第 5 天： 課程設(shè)計(jì)結(jié)果驗(yàn)收，針對(duì)課程設(shè)計(jì)題目進(jìn)行答辯，最后完成課設(shè)設(shè)計(jì)報(bào)告。 II指導(dǎo)教師（簽字）：年 月 日學(xué)院院長(zhǎng)（簽字）年 月 日目 錄摘 要.11 系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析.21.1 設(shè)計(jì)目的 .21.2 設(shè)計(jì)要求 .21.3 設(shè)計(jì)的內(nèi)容 .22 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)及控制規(guī)律的選擇 .22.1 系統(tǒng)

4、控制方案 .22.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 .33 儀表與模塊的選擇 .43.1 儀器儀表的選擇 .43.2 模塊的選擇 .54組態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì).64.1組態(tài)王簡(jiǎn)介 .64.2組態(tài)軟件設(shè)計(jì) .643 組態(tài)畫(huà)面 .75 組態(tài)程序設(shè)計(jì).105.1 PID 控制算法.105.2PID 控制算法流程圖 .115.3 PID 腳本程序.126 組態(tài)王標(biāo)記名字典 .137 系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程.14III總 結(jié).16參 考 文 獻(xiàn).170摘 要現(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(guò)不同溫度的鐵水來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣就可能有效的利用溫度控制來(lái)掌握所

5、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(wèn)題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題。本文以它為例進(jìn)行介紹，希望能收到舉一反三和觸類(lèi)旁通的效果。現(xiàn)代自動(dòng)控制越來(lái)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(lái)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(lái)說(shuō)，配置一個(gè)如此高速的處理機(jī)沒(méi)有任何必要，

6、因?yàn)檫@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。11 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)用組態(tài)軟件“組態(tài)王 King View6.53” ，結(jié)

7、合工業(yè)過(guò)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(huà)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)合工業(yè)過(guò)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

8、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(huà)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(guò)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(guò)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)，并將其輸出給執(zhí)行器，然后執(zhí)行器調(diào)節(jié)加熱器，以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的控制目的。22.22.2 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

9、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 7017DA 模塊 7024可控硅220VACTTCu50加熱罐圖 2-2 系統(tǒng)流程圖33 3 儀表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

10、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(guò)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(guò)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(lái)控制加熱器電阻絲的兩端電壓，從而控制加熱罐的溫度。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)

11、控制回路的水的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用德國(guó) PS 公司進(jìn)口的PSL202 型智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，無(wú)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?？刂茊卧c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(kāi)特性，閥門(mén)采用柔性彈簧連接，可預(yù)置閥門(mén)關(guān)斷力，保證閥門(mén)的可靠關(guān)斷防止

12、泄露。性能穩(wěn)定可靠，控制精度高，使用壽命長(zhǎng)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(kāi)關(guān)電源等。4水泵采用丹麥格蘭富循環(huán)水泵。噪音低，壽命長(zhǎng)，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(kāi)關(guān)電源最大電流為 2A，滿(mǎn)足系統(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(guò)程模塊。牛頓 7000 系列模塊體積小

13、，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?xún)r(jià)格方面比

14、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(lái)講，距離很近，且 RS232 就可滿(mǎn)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(zhǎng)距離傳輸?？刂苹芈分须姶砰y的開(kāi)關(guān)量輸出模塊采用牛頓 7043，16 通道非隔離集電極開(kāi)路輸出模塊。最大集電極開(kāi)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。54 4組態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì)組態(tài)畫(huà)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

15、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(kù)中，同時(shí)負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)的變化用動(dòng)畫(huà)的方式想象得表示出來(lái)，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 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(kù)及圖庫(kù)開(kāi)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(lèi)似 C 語(yǔ)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(hù)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)

16、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(kāi)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(guò)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(chēng)，此邏輯設(shè)備名就對(duì)應(yīng)著該 I/O 的生產(chǎn)廠家、實(shí)際設(shè)備名稱(chēng)、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 IN

17、4通道和 7024 模塊 i01 通道名稱(chēng)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6設(shè)置項(xiàng)推薦值波特率9600數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度/位7停止位長(zhǎng)度/位1奇偶校驗(yàn)位偶校驗(yàn)4 43 3 組態(tài)畫(huà)面組態(tài)畫(huà)面本系統(tǒng)繪制的組態(tài)畫(huà)面主要有開(kāi)機(jī)畫(huà)面，系統(tǒng)組成畫(huà)面等。開(kāi)機(jī)畫(huà)面主要顯示課題題目，制作人姓名，班級(jí)等相關(guān)信息。畫(huà)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(mén)等設(shè)備以及相關(guān)的操作提示按鈕等?；趧?dòng)畫(huà)連接，主界面可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)，手

18、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(huà)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(huà)面3：動(dòng)畫(huà)連接圖7所謂動(dòng)畫(huà)連接，就是建立畫(huà)面的圖素與數(shù)據(jù)庫(kù)變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立動(dòng)畫(huà)連接后，根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中變量的變化，圖形對(duì)象可以按動(dòng)畫(huà)連接的要求進(jìn)行改變。建立動(dòng)畫(huà)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(huà)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(huà)連接4：最終的組態(tài)畫(huà)面如下所示：系統(tǒng)主界面如下圖 4-3 所示。8 圖 4-3 溫度單回路控制系統(tǒng)組態(tài)

19、圖圖 4-4 退出界面95 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(guò)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)。PID 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(mǎn)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(guò)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(chēng)比例積分微分控制器，即過(guò)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

20、。它的控制規(guī)律的數(shù)學(xué)模型如下： tdIpdttdeTdtteTtektu01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(kāi)，調(diào)節(jié)器輸出函數(shù)可分成比例部分、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(guò)渡過(guò)程越快，迅速消除靜誤差；但 Kp 過(guò)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(guò)渡過(guò)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)。PK0U比例作用：迅速反應(yīng)誤差，但不能

21、消除穩(wěn)態(tài)誤差，過(guò)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 0tPIKe t dtT0PuK eu10出，要是系統(tǒng)誤差存在，控制作用就會(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ITIT弱，這時(shí)，系統(tǒng)消除誤差所需的時(shí)間會(huì)加長(zhǎng)，調(diào)節(jié)過(guò)程慢；較小，積分作用IT增強(qiáng)，這時(shí)可能使系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)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. pDkTde td t位置式 PID 控制算法 5.25.2PIDPID 控制算

22、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)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)001dddtPDIeuKee tTuTt11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

23、站點(diǎn)D=本站點(diǎn)Td/本站點(diǎn)Ts;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;運(yùn)行期間：if(本站點(diǎn)自動(dòng)開(kāi)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)

24、ek11; 本站點(diǎn)ek11=本站點(diǎn)ek1;if(本站點(diǎn)ukp1000) if(本站點(diǎn)ukp0)12 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(lèi)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(kāi)關(guān)的 I/O 離散變量，用于定以開(kāi)

25、關(guān)動(dòng)畫(huà)連接的內(nèi)存離散變量，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(huà)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。13圖 6-1 數(shù)據(jù)詞典7 7 系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程將系統(tǒng)按要求接線結(jié)束之后，檢查無(wú)誤后開(kāi)始電源，進(jìn)入了組態(tài)的控制畫(huà)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(guò)程如下：閥門(mén) 2 打開(kāi),水泵啟動(dòng),閥門(mén) 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(mén) 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(guò)程閥門(mén) 2 打開(kāi)，閥門(mén) 3 打開(kāi)，水14泵啟動(dòng)，對(duì)加熱器進(jìn)行加水，使加熱器液

26、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15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(guò)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(guò)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(zhǎng)且成熟了許多；通過(guò)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(guò)程