東北大學過程控制系統(tǒng)課設

東北大學過程控制系統(tǒng)課設

(總21頁)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-CompanyOnel-CAL-本頁僅作為文檔封面，使用請直接刪除爐溫的單閉環(huán)控制系統(tǒng)設計作者姓名：學號：指導教師：學院名稱：專業(yè)名稱：東北大學2016年12月課程設計(論文)任務書課程設計(論文)題目:爐溫的單閉環(huán)控制系統(tǒng)設計—基本內(nèi)容:在基本掌握過程控制常規(guī)控制方案的工作原理及參數(shù)整定步驟的基礎上，針對一個電烤箱設計爐溫控制系統(tǒng)。課程設計(論文)專題部分:題目：電烤箱單回路爐溫控制基本要求：電烤箱控制系統(tǒng)的工作方案設計、設備選型及其連線;爐溫控制系統(tǒng)的對象-傳遞函數(shù)確定；單回路PID爐溫控制的實現(xiàn)；利用組態(tài)王軟件編制上位機監(jiān)控軟件；撰寫規(guī)范化的說明書一份。學生接受課程設計(論文)題目日期指導教師簽字：2016年1月爐溫的單閉環(huán)控制系統(tǒng)設計摘要爐溫控制系統(tǒng)是工業(yè)控制中比較典型的控制系統(tǒng)，但是溫度系統(tǒng)慣性大、滯后現(xiàn)象嚴重，難以建立精確的數(shù)學模型，給控制過程帶來很大難題。因此，針對每個不同的系統(tǒng)需要單獨研究一種最佳的控制方案，以達到系統(tǒng)穩(wěn)定、調(diào)節(jié)時間短且超調(diào)量小的性能指標。本次課程設計是以電烤箱為控制對象，利用PID控制算法實現(xiàn)電烤箱的恒溫控制。通過組態(tài)王軟件編寫PID控制程序以及實際調(diào)節(jié)PID參數(shù)，深刻理解控制系統(tǒng)的構建與調(diào)試以及PID各項參數(shù)的意義。本次設計是基于組態(tài)王的軟件平臺進行的，借此熟悉組態(tài)軟件的使用。關鍵詞：電烤箱溫度控制系統(tǒng)，組態(tài)王，PID整定，溫度曲線目錄課程設計（論文）任務書錯誤!未指定書簽。摘要錯誤!未指定書簽。第一章緒論錯誤!未指定書簽。1.1課題的提出與意義錯誤!未指定書簽。1.2設計目的錯誤!未指定書簽。1.3課程設計任務和要求錯誤!未指定書簽。第二章爐溫控制系統(tǒng)工作原理錯誤!未指定書簽。2.1爐溫控制系統(tǒng)原理圖錯誤!未指定書簽。2.2實驗操作方法與步驟錯誤!未指定書簽。2.2.1連線錯誤!未指定書簽。2.2.2設置儀表錯誤!未指定書簽。第三章爐溫控制系統(tǒng)的硬件組成錯誤!未指定書簽。3.1爐溫控制系統(tǒng)錯誤!未指定書簽。3.2智能控制儀表CD901錯誤!未指定書簽。3.2.1智能控制儀表CD901簡介錯誤!未指定書簽。3.2.2智能控制儀表CD901的規(guī)格型號說明錯誤!未指定書簽。3.2.3CD901工作原理錯誤!未指定書簽。3.3熱電阻pt100錯誤!未指定書簽。3.4固態(tài)繼電器錯誤!未指定書簽。3.4.1固態(tài)繼電器簡介錯誤!未指定書簽。3.4.2固態(tài)繼電器工作原理錯誤!未指定書簽。3.4.3固態(tài)繼電器特點及用途錯誤!未指定書簽。3.5RS-232/RS-485轉換器錯誤!未指定書簽。RS-232錯誤!未指定書簽。RS-485錯誤!未指定書簽。3.6電烤箱錯誤!未指定書簽。第四章人機界面制作錯誤!未指定書簽。4.1軟件設計目標錯誤!未指定書簽。4.2人機界面制作錯誤!未指定書簽。4.2.1建立新工程錯誤!未指定書簽。4.2.2畫面的制作錯誤!未指定書簽。4.2.3建立數(shù)據(jù)詞典錯誤!未指定書簽。4.2.4建立動畫連接錯誤!未指定書簽。第五章PID控制算法錯誤!未指定書簽。PID控制器的參數(shù)整定錯誤!未指定書簽。一般PID控制算法錯誤!未指定書簽。第六章參數(shù)整定錯誤!未指定書簽。6.1淺談參數(shù)整定錯誤!未指定書簽。PID參數(shù)整定調(diào)試過程錯誤!未指定書簽。參考文獻錯誤!未指定書簽。心得體會錯誤!未指定書簽。第一章緒論1.1課題的提出與意義在工業(yè)生產(chǎn)過程中，控制對象各種各樣，溫度是生產(chǎn)過程和科學實驗中普遍而且重要的物理參數(shù)之一。在生產(chǎn)過程中，為了高效地進行生產(chǎn)，必須對它的主要參數(shù)，如溫度、壓力、流量等進行有效的控制。溫度控制在生產(chǎn)過程中占有相當大的比例，其關鍵在于測溫和控溫兩方面。溫度測量是溫度控制的基礎，技術已經(jīng)比較成熟。由于控制對象越來越復雜，在溫度控制方面，還存在著許多問題。如何更好地提高控制性能，滿足不同系統(tǒng)的控制要求，是目前科學研究領域的一個重要課題。溫度控制一般指對某一特定空間的溫度進行控制調(diào)節(jié)，使其達到工藝過程的要求。本文主要研究電烤箱溫度控制的方法。爐溫控制是指根據(jù)爐溫對給定溫度的偏差，接通或斷開供給爐子的熱源能量，或連續(xù)改變熱源能量的大小，使爐溫穩(wěn)定有給定溫度范圍，以滿足熱處理工藝的需要。應用傳統(tǒng)的模擬電路控制方法，由于電路復雜、器件太多、無法用精確的數(shù)學方法來建立模型并確定參數(shù)，往往很難達到理想的控制效果。本設計采用PID控制。PID控制器問世至今已有近70年歷史，PID控制是比例、積分、微分控制的簡稱，PID控制器是工業(yè)過程控制中最常見的一種過程控制器。由于PID控制器算法簡單、效果好，因而被廣泛應用于化工、冶金、機械、熱工和輕工等工業(yè)過程控制系統(tǒng)中。目前，PID算法一般是在順序程序結構的微處理器上實現(xiàn)。由于PID算法有一定的并行性，順序程序結構的微處理器限制了它的速度，對于實時性要求比較高的系統(tǒng)來說，是不太適合的。通過硬件描述語言VHDL在FPGA上實現(xiàn)的硬件電路具有強大的并行運算能力，可以解決這個問題，從而實現(xiàn)高速的PID控制。本文以電烤箱為研究對象，研究一種最佳的控制方案，以達到系統(tǒng)穩(wěn)定、調(diào)節(jié)時間短且超調(diào)量小的性能指標。1.2設計目的本課程是隸屬于實踐性教學環(huán)節(jié)。通過過程控制系統(tǒng)課程設計這一教學實踐環(huán)節(jié)，使學生能在學完自動檢測技術及儀表、過程控制儀表、過程控制系統(tǒng)等課程以后，能夠靈活運用相關基本知識和基本理論模擬設計一個過程控制系統(tǒng)，以期培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。1.3課程設計任務和要求在基本掌握過程控制常規(guī)控制方案的工作原理及參數(shù)整定步驟的基礎上，針對一個電烤箱設計爐溫控制系統(tǒng)。具體要求：電烤箱控制系統(tǒng)的工作方案設計、設備選型及其連線；爐溫控制系統(tǒng)的對象-傳遞函數(shù)確定；單回路PID爐溫控制的實現(xiàn)；利用組態(tài)王軟件編制上位機監(jiān)控軟件；撰寫規(guī)范化的說明書一份。第二章爐溫控制系統(tǒng)工作原理2.1爐溫控制系統(tǒng)原理圖計算機控制系統(tǒng)一般由控制計算機、A/D與D/A接口、執(zhí)行機構、被控對象、檢測元件和變送器組成。本爐溫控制系統(tǒng)的控制計算機采用普通奔騰PC機，A/D與D/A轉換由理化智能控制儀表CD901來實現(xiàn)，執(zhí)行功能由可控硅模塊來完成，檢測元件為熱電阻Pt100，溫度變送器為XMZ數(shù)字顯示儀。系統(tǒng)原理圖如圖2.1所示圖2.1爐溫控制系統(tǒng)原理圖監(jiān)控計算機通過串行通訊與溫度控制器（單回路控制器）連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、操作和記錄的功能。溫度對象由烤箱改造而成，增設風扇冷卻裝置，加熱由烤箱原加熱部件實現(xiàn)。由溫度控制器輸出一路控制信號連接至固態(tài)繼電器，驅動電烤箱加熱單元；另一路控制信號連接至風扇用于冷卻。設計熱電阻檢測烤箱內(nèi)溫度，檢測輸入熱電阻信號連接至溫度控制器反饋端。其原理結構如圖2.2所示。圖2.2溫度實驗系統(tǒng)功能結構框圖2.2實驗操作方法與步驟2.2.1連線圖2.3面板上的連線原理圖硬手動（手動給定）連線：硬手動時分別連接至調(diào)壓模塊接線柱③、④；OUT1連線：非硬手動時分別連接至調(diào)壓模塊接線柱③、④；OUT2連線：當使用風扇制冷時使用。TC連線：當使用檢測元件作為反饋值時使用。2.2.2設置儀表當系統(tǒng)給電后，各個儀表開始工作，首先進行儀表的設置工作。（1）硬手動控制當儀表處于正常顯示時，將接線柱③、④與手動的③、④連接起來，使控制系統(tǒng)處于手動狀態(tài)。然后調(diào)整電位器按鈕，給定一個電壓值（順時針增大，逆時針減?。?，打開電烤箱，使之升溫，觀察各個儀表的數(shù)值。（2）軟手動控制（手動控制）控制器選擇手動模式時，將接線柱③、④與控制器OUT1的③、④連接起來，使控制系統(tǒng)處于軟手動-控制器手動狀態(tài)。然后調(diào)整控制器輸出值，打開電烤箱，使之升溫，觀察各個儀表的數(shù)值。(3)自動控制控制器選擇手動模式時，將接線柱③、④與控制器OUT1的③、④連接起來，使控制系統(tǒng)處于軟手動-控制器手動狀態(tài)。然后調(diào)整好控制器給定值，打開電烤箱，將控制器選擇自動模式，控制器將自動調(diào)整溫度。第三章爐溫控制系統(tǒng)的硬件組成3.1爐溫控制系統(tǒng)實驗控制系統(tǒng)主要由計算機、電烤箱、智能控制儀表、固態(tài)繼電器、通訊模塊、電壓數(shù)顯表等構成，其中智能控制儀表、固態(tài)繼電器、通訊模塊、電壓數(shù)顯表安裝于控制箱上。監(jiān)控計算機通過串行通訊與溫度控制器連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、操作和記錄的功能。溫度對象由烤箱改造而成，增設風扇冷卻裝置，加熱由烤箱原加熱部件實現(xiàn)。由溫度控制器輸出一路控制信號連接至固態(tài)繼電器，驅動電烤箱加熱單元；另一路控制信號連接至風扇用于冷卻。設計熱電阻檢測烤箱內(nèi)溫度，檢測輸入熱電阻信號連接至溫度控制器反饋端?？刂葡涿姘宀贾脠D如圖3.1所示。圖3.1控制箱面板布置圖3.2智能控制儀表CD9013.2.1智能控制儀表CD901簡介RKC溫控器，也叫RKC溫控表，是日本理化株式會社的核心產(chǎn)品，廣泛應用于塑膠、電爐等行業(yè)，是一種工業(yè)溫度控制器，是目前中國大陸工業(yè)溫控表的主流品牌，其精度高，質(zhì)量可靠耐用等特點贏得廣大用戶的口碑。溫控器的核心控制算法為PID控制，P(Proportional)比例+I(Integral)積分+D(Differential)微分控制。工業(yè)溫度控制器所控制的工業(yè)設備溫度范圍一般在-199C。--3000C。。加熱機構一般采用繼電器或者固體繼電器的形式來進行，溫控器根據(jù)熱電偶發(fā)回來的信號讀取實際溫度，然后把這個實際溫度值跟設定溫度值進行比較，產(chǎn)生溫度偏差，調(diào)節(jié)的方向朝著溫度偏差減少的方向進行，然后RKC溫控器輸出一個模擬量或者開關量驅動繼電器或者可控硅等執(zhí)行機構實現(xiàn)加熱或者冷卻控制。3.2.2智能控制儀表CD901的規(guī)格型號說明智能控制儀表CD901的面板如下圖3.2所示：圖3.2智能控制儀表CD901的面板表上面各符號簡介：PV：輸入值(如：讀入烤箱的溫度值)SV:設定值(如：手動給定或程序給定值)AT:自整定（綠）OUT1:第一控制輸出（加熱側）OUT2:第二控制輸出（冷卻側）ALM1:第一報警端ALM2:第二報警端SET:設置各種命令<R/S:位移及運行/停止V:下移減小數(shù)字八：上移減大數(shù)字CD901背面接線柱如圖3.3所示：圖3.3CD901背面接線圖CD901的技術數(shù)據(jù)說明：熱電阻：Pt100或JPt100電壓：0?5V,1?5V電流：0?20mA,4?20mA通訊：RS-232/RS-485轉換器控制類型：4種F:PID動作及自動演算（逆）D:PID動作及自動演算（正）W:加熱/冷卻動作及自動演算（水冷）A:加熱/冷卻動作及自動演算（風冷）設定數(shù)據(jù)：測定值（PV）：來自被控對象的當前值設定值（SV）：與輸入范圍同樣加熱側比例帶（P）：1?99999全距0.1?全距冷卻側比例帶（Pc）：為P的1?1000%積分時間⑴：1?3600秒微分時間（D）：1?3600秒加熱側比例周期（T）：1-100秒冷卻側比例周期（t）:1~100秒限制積分動作生效范圍（ARW）：加熱側比例帶（P）的1?100%3.2.3CD901工作原理CD901系列儀表可配置數(shù)字通訊接口，其接口為RS485，儀表與上位機通訊為被動方式。采用上位向儀表發(fā)出讀寫命令，儀表才會動作，通訊采用ASCII碼的形式。CD901具有PID控制、自動演算、自主校正、設定數(shù)據(jù)幀、加熱/制冷控制、數(shù)字通訊、正動作、逆動作、溫度報警（加熱器斷線報警、控制環(huán)斷線報警）等功能，可進行熱電偶、熱電阻輸入，采樣周期:0.5秒，過程值偏置：-1999?9999C。或-199.9-999.9^（溫度輸入）±全量程（電壓/電流輸入）。3.3熱電阻pt100本實驗的檢測元件為熱電阻pt100。熱電阻最大的特點是工作在中低溫區(qū)，性能穩(wěn)定，測量精度高。本系統(tǒng)中電爐的溫度被控制在0~300度之間，為了留有余地，我們要將溫度的范圍選在0~400度，它為中低溫區(qū)，所以本系統(tǒng)選用的是熱電阻pt100作為溫度檢測元件。pt100是以鉑作感溫材料的感溫元件，并由內(nèi)引線和保護管組成的一種溫度檢測器，通常還帶有與外部測量、控制裝置及機械裝置連接的部件。Pt100實物圖如圖3.4所示。pt100工作原理：它的阻值會隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在0°C時阻值為100歐姆，在100C時它的阻值約為138.5歐姆。它的工業(yè)原理：當PT100在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆，它的的阻值會隨著溫度上升它的阻值是成勻速增漲的。圖3.4Pt100實物圖3.4固態(tài)繼電器3.4.1固態(tài)繼電器簡介交流固態(tài)繼電器是一種無觸點通斷電子開關，為四端有源器件。其中兩個端子為輸入控制端，另外兩端為輸出受控端，中間采用光電隔離，作為輸入輸出之間電氣隔離（浮空）。在輸入端加上直流或脈沖信號，輸出端就能從關斷狀態(tài)轉變成導通狀態(tài)（無信號時呈阻斷狀態(tài)），從而控制較大負載。整個器件無可動部件及觸點，可實現(xiàn)相當于常用的機械式電磁繼電器一樣的功能。固態(tài)繼電器如圖3.5所示。圖3.5固態(tài)繼電器3.4.2固態(tài)繼電器工作原理固態(tài)繼電器工作原理基本上是相似的。主要由輸入（控制）電路，驅動電路和輸出（負載）電路三部分組成。固態(tài)繼電器的輸入電路是為輸入控制信號提供一個回路，使之成為固態(tài)繼電器的觸發(fā)信號源。固態(tài)繼電器的輸入電路多為直流輸入，個別的為交流輸入。直流輸入電路又分為阻性輸入和恒流輸入。阻性輸入電路的輸入控制電流隨輸入電壓呈線性的正向變化。恒流輸入電路，在輸入電壓達到一定值時，電流不再隨電壓的升高而明顯增大，這種繼電器可適用于相當寬的輸入電壓范圍。固態(tài)繼電器的驅動電路可以包括隔離耦合電路、功能電路和觸發(fā)電路三部分。隔離耦合電路，目前多采用光電耦合器和高頻變壓器兩種電路形式。常用的光電耦合器有光-三極管、光-雙向可控硅、光-二極管陣列（光-伏）等。高頻變壓器耦合，是在一定的輸入電壓下，形成約10MHz的自激振蕩，通過變壓器磁芯將高頻信號傳遞到變壓器次級。功能電路可包括檢波整流、過零、加速、保護、顯示等各種功能電路。觸發(fā)電路的作用是給輸出器件提供觸發(fā)信號。固態(tài)繼電器的輸出電路是在觸發(fā)信號的控制下，實現(xiàn)固態(tài)繼電器的通斷切換。輸出電路主要由輸出器件（芯片）和起瞬態(tài)抑制作用的吸收回路組成，有時還包括反饋電路。3.4.3固態(tài)繼電器特點及用途固態(tài)繼電器是具有隔離功能的無觸點電子開關，在開關過程中無機械接件，因此固態(tài)繼電器除具有與電磁繼電器一樣的功能外，還具有邏輯電路兼容，耐振耐機械沖擊，安裝位置無限制，具有良好的防潮防霉防腐蝕性能，在防爆和防止臭氧污染方面的性能也極佳，輸入功率小，靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好，噪聲低和工作頻率高等特點。專用的固態(tài)繼電器可以具有短路保護，過載保護和過熱保護功能，與組合邏輯固化封裝就可以實現(xiàn)用戶需要的智能模塊，直接用于控制系統(tǒng)中。固態(tài)繼電器已廣泛應用于計算機外圍接口設備、恒溫系統(tǒng)、調(diào)溫、電爐加溫控制、電機控制、數(shù)控機械，遙控系統(tǒng)、工業(yè)自動化裝置；信號燈、調(diào)光、閃爍器、照明舞臺燈光控制系統(tǒng)；儀器儀表、醫(yī)療器械、復印機、自動洗衣機；自動消防，保安系統(tǒng)，以及作為電網(wǎng)功率因素補償?shù)碾娏﹄娙莸那袚Q開關等等，另外在化工、煤礦等需防爆、防潮、防腐蝕場合中都有大量使用。3.5RS-232/RS-485轉換器實驗裝置采用RS-232/RS-485轉換器來實現(xiàn)計算機與儀表和控制器的通訊。RS-232/RS-485轉換器如圖3.6所示。RS-232/RS-485轉換器，它按RS-232規(guī)定的協(xié)議工作。RS-232是規(guī)定連接電纜的機械、電氣特性、信號功能及傳送過程。目前在IBMPC機上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。當通信距離較近時，可不需要Modem，通信雙方可以直接連接，這種情況下，只需使用少數(shù)幾根信號線。最簡單的情況，在通信中根本不需要RS-232C的控制聯(lián)絡信號，只需三根線（發(fā)送線、接收線、信號地線）便可實現(xiàn)全雙工異步串行通信。圖3.6RS-232/RS-485轉換器3.5.1RS-232RS-232接口符合美國電子工業(yè)聯(lián)盟（EIA）制定的串行數(shù)據(jù)通信的接口標準，原始編號全稱是EIA-RS-232（簡稱232,RS232）。它被廣泛用于計算機串行接口外設連接。連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過程。RS-232接口如圖3.7所示。RS-232特點：1、接口的信號內(nèi)容實際上RS-232-C的25條引線中有許多是很少使用的，在計算機與終端通訊中一般只使用3-9條引線。2、接口的電氣特性在RS-232-C中任何一條信號線的電壓均為負邏輯關系。即：邏輯“1”，-5--15V；邏輯“0”+5—+15V。噪聲容限為2V。即要求接收器能識別低至+3V的信號作為邏輯“0”，高到-3V的信號作為邏輯“1”3、接口的物理結構RS-232-C接口連接器一般使用型號為DB-25的25芯插頭座，通常插頭在DCE端,插座在DTE端.一些設備與PC機連接的RS-232-C接口，因為不使用對方的傳送控制信號，只需三條接口線，即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號地”。所以采用DB-9的9芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。圖3.7RS-232接口3.5.2RS-485RS485采用差分信號負邏輯，-2V--6V表示“0”，+2V~+6V表示"1”。RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實現(xiàn)點對點的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)在多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓撲結構在同一總線上最多可以掛接32個結點。在RS485通信網(wǎng)絡中一般采用的是主從通信方式，即一個主機帶多個從機。RS485總線拓撲圖如圖3.8所示。圖3.8RS485總線拓撲圖RS-485特點如下：1、RS-485的電氣特性：采用差分信號負邏輯，邏輯“1”以兩線間的電壓差為+(2?6)V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-(2?6)V表示。接口信號電平比RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。2、RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。3、RS-485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強，即抗噪聲干擾性好。4、RS-485最大的通信距離約為1219m，最大傳輸速率為10Mbps,傳輸速率與傳輸距離成反比，在100KbpS的傳輸速率下，才可以達到最大的通信距離，如果需傳輸更長的距離，需要加485中繼器。RS-485總線一般最大支持32個節(jié)點，如果使用特制的485芯片，可以達到128個或者256個節(jié)點，最大的可以支持到400個節(jié)點。3.6電烤箱溫度對象由烤箱改造而成，增設風扇冷卻裝置，加熱由烤箱原加熱部件實現(xiàn)。被控對象電烤箱實物圖如圖3.9所示。圖3.9電烤箱實物圖第四章人機界面制作4.1軟件設計目標軟件系統(tǒng)的開發(fā)要達到以下功能要求：1、采集溫度變送器的電壓輸出，其范圍為0?5V，即實現(xiàn)A/D功能；2、輸出控制量Uk,其范圍也為0?5V，即實現(xiàn)D/A功能；3、設計方便清晰的人機畫面；4、可以進行開環(huán)實驗，并繪制加熱爐升溫曲線；5、編程實現(xiàn)對采集到的數(shù)據(jù)進行濾波；6、編程實現(xiàn)采用一般PID控制。（由于我們組是采用的智能儀表，所以我們省去了部分編程過程）4.2人機界面制作4.2.1建立新工程1、點擊進入組態(tài)王工程管理器圖4.1組態(tài)王工程管理器2、點擊“新建”或在文件菜單中選擇“新建工程”圖4.2新建工程向導之一3、點擊“下一步”出現(xiàn)如下窗口，輸入將建立的工程路徑圖4.3新建工程向導之二4、點擊“下一步”，輸入所建新工程的名稱5、點擊“完成”，并選擇“是”，將新建的工程設為當前工程。雙擊新建的工程，由于未安裝加密狗，所以會有以下提示，只能在演示方式下進入開發(fā)環(huán)境，開發(fā)環(huán)境連續(xù)使用兩個小時后自動關閉，必須重新啟動組態(tài)王。按照相應的提示操作后，彈出工程瀏覽器窗口、畫面制作開發(fā)系統(tǒng)和組態(tài)王信息窗口，然后就可以進行下一步的工作了。4.2.2畫面的制作1、制作“進入系統(tǒng)”畫面，畫面內(nèi)容主要包括標題、系統(tǒng)簡要說明、系統(tǒng)實物示意圖和畫面選擇。選中工程瀏覽器左側的畫面，在右側窗口中雙擊“新建”，出現(xiàn)新畫面屬性對話框。設置好屬性后，點擊“確定”，利用畫面開發(fā)系統(tǒng)自帶的工具箱、調(diào)色板等工具進行畫面制作。做好的進入系統(tǒng)的畫面。2、制作“實時控制系統(tǒng)畫面”和“仿真控制系統(tǒng)畫面”，兩個畫面內(nèi)容基本相同，主要包括：標題、參數(shù)設定、主要參數(shù)顯示、控制按鈕和溫度曲線等，其中繪制實時溫度曲線是用“溫控曲線”控件來實現(xiàn)的，標題上的三角形是用來做動畫的，運行時不會影響上面的文字，其他都是用簡單的元素畫出來的。制作完成的“實時控制系統(tǒng)畫面”，“仿真控制系統(tǒng)畫面”只是改變了個別參數(shù)，畫面命令語言中加入了被控對象模型，整體構成幾乎沒有變化。4.2.3建立數(shù)據(jù)詞典在工程瀏覽器中單擊數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)詞典，在右邊窗體中雙擊“新建”，可以建立內(nèi)存離散、內(nèi)存整數(shù)、內(nèi)存實數(shù)、內(nèi)存字符串、I/O離散、I/O整數(shù)、I/O實數(shù)、I/O字符串和存儲器九種類型的變量，每種變量都有各自不同的屬性。變量可以事先建立，也可以在編程或建立動畫過程中根據(jù)所需隨時建立。在組態(tài)王中實現(xiàn)A/D、D/A功能不需要單獨編程，只要在工程瀏覽器中建立新設備，找到所用的板卡PCI-1711，并知道使用的通道號，便可以直接在數(shù)據(jù)詞典里建立I/O變量來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與輸出。建立I/O變量時需要填寫“連接設備”、“寄存器”和“數(shù)據(jù)類型”，這就要求首先在工程管理器的設備中建立所用的設備，并知道在硬件系統(tǒng)中所用的I/O通道號及與其對應的數(shù)據(jù)類型。系統(tǒng)中用到兩個I/O變量，一個是“控制量”，用來做DA輸出，其連接設備是“PCI1711”（事先建立好的設備邏輯名稱），寄存器選用“DA0”，數(shù)據(jù)類型為實型（float），讀寫屬性為“讀寫”；另一個是“反饋電壓1”，用來做AD輸入，其連接設備也是“PCI1711”，寄存器選用“AD0”，數(shù)據(jù)類型為實型（float），讀寫屬性為“只讀”，采集頻率為100毫秒。變量“控制量”的屬性窗口。圖4.4定義變量窗口4.2.4建立動畫連接在建立好的畫面上雙擊要建立動畫連接的對象，會彈出“動畫連接”窗口：可根據(jù)需要選擇要使用的動畫，其中一些動畫可同時在一個對象上實現(xiàn)，其他的只能選擇一種，例如選擇了水平移動，則滑動桿輸入變?yōu)椴豢蛇x，而特殊里的閃爍或隱含則可以繼續(xù)選擇。用得最多的是文本對象的“輸入”、“輸出”和按鈕對象的“命令語言連接”，例如要運行系統(tǒng)需點擊“開始”按鈕，可選中“彈起時”，輸入命令語言。圖4.5上位機人機界面圖第五章PID控制算法比例控制能迅速反應誤差，從而減小誤差，但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，比例系數(shù)Kp太小不容易達到給定，Kp過大，會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定；積分控制的作用是，只要系統(tǒng)存在誤差，積分控制作用就不斷的積累，輸出控制量以消除誤差，因而，只要有足夠的時間，積分控制將能完全消除誤差，積分作用太強會使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；微分控制可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時加快系統(tǒng)的動態(tài)響應速度，減小調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。對于爐溫控制來說，由于加熱爐的降溫完全依靠自然散熱，微分控制的作用并不明顯。5.1PID控制器的參數(shù)整定PID控制器的參數(shù)可以在被控對象模型未知的情況下采用試湊法來整定，試湊法的步驟為：先比例、再加積分、最后加微分。首先只整定比例部分，由小到大調(diào)節(jié)比例系數(shù)直到系統(tǒng)輸出反應較快，超調(diào)較小，穩(wěn)態(tài)誤差達到允許范圍內(nèi)，即可確定比例系數(shù)；然后加入積分作用，積分系數(shù)應由小到大，并將已整定好的比例系數(shù)略微縮小，觀察系統(tǒng)輸出響應，直到動態(tài)特性較好，而且完全消除靜差，即可確定積分系數(shù)；最后加入微分作用，微分系數(shù)仍然是由小到大，同時配合修改比例系數(shù)和積分系數(shù)，以獲得良好的調(diào)節(jié)效果，確定微分系數(shù)。如果獲得被控對象模型，則可以采用仿真試驗來整定，可以節(jié)約時間。對于傳遞函數(shù)可近似為一階慣性加滯后環(huán)節(jié)的被控對象：K*e-ts..、Wd(s)=t^71式(5.1)f采用典型PID控制器：Wc(s)=Kp*(1+1Tjs+TDs)，可以用Z-N(Zieglor-Nichols)經(jīng)驗公式：比例系數(shù)：Kp=1.2*T/tf積分時間常數(shù)：T=2*t式(5.2)微分時間常數(shù)：Td=0.5*t進行初步整定，然后用試湊法進行微調(diào)整定。5.2一般PID控制算法PID控制器的微分方程為：u(t)=Kp*[e(t)+-!-je(t)dt+T*屁(‘)]式(5.3)Tddti在計算機控制系統(tǒng)中，使用數(shù)字PID,將上式離散化，寫成差分方程：=Kp*e(k)+Kiie(j)+Kd\e(k)一e(k-1)]式(5.4)j=。式中：Ki=Kp*TTr—積分系數(shù)；Kd=Kp*TJT—微分系數(shù)。上式是位置式PID算式，也可以寫成增量式，其差分方程：Au(k)=KpL(k)一e(k-1)]+Ki*e(k)+Kdle(k)一2*e(k-1)+e(k一2)]式(5.5)位置型PID控制算式因為要累加偏差，計算量大，不僅要占用較多的存儲單元，而且不便于編寫程序，計算機的任何故障都可能引起u(k)的大幅度變化；增量式算法不需要做累加，控制量增量的確定僅與最近幾次誤差采樣值有關，計算誤差或計算精度問題對控制量的計算影響較小。這里采用增量式表示的位置式PID，其差分方程為：式(5.6)程序流程圖如圖5.1所示：圖5.1一般PID算法流程圖第六章參數(shù)整定6.1淺談參數(shù)整定進行初步整定，然后用試湊法進行微調(diào)整定通過計算開始輸入數(shù)值，先比例，再加積分，最后加微分。觀察圖形，適當調(diào)整改變參數(shù)。并根