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，結(jié)合串級(jí)控制系統(tǒng)的

2、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1 過程控制系統(tǒng)陳夕松，汪木蘭北京：科學(xué)出版社，2

3、0052 過程控制工程邵裕森北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20003 intouch hmi9.5應(yīng)用程序開發(fā)基礎(chǔ)課程，wonderware公司，20064 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.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)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

4、擇 .54組態(tài)畫面設(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)試過程.14總 結(jié).16參 考 文 獻(xiàn).171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

5、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?，F(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，配置一個(gè)如此高速的處理機(jī)沒有任何必要，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

6、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。21 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)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)

7、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

8、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，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

9、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43 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

10、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。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(guó) 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

11、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(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，

12、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(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 開關(guān)電源最大電流為 2a，滿足系統(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 1

13、5vdc，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

14、 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(zhǎng)距離傳輸?？刂苹芈分须姶砰y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。64 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

15、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 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

16、，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

17、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(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)畫面組態(tài)畫面本系統(tǒng)繪制的組態(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

18、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105 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

19、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)。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： tdipdttdetdttettektu01式中，e(t)：調(diào)節(jié)器輸入函數(shù)，

20、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、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)。pk0u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 0tpike t

21、dtt0puk eu11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)過程慢；較小，積分作用it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. pdktde td 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

22、-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 ttutt12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;本站點(diǎn)uk1=0;本站點(diǎn)ek1=0;本站點(diǎn)ek11=0;本

23、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;if(本站點(diǎn)ukp1000) if(本站點(diǎn)ukp0)13 本站點(diǎn)u

24、k1=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

25、。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(zhǎng)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)過程課程設(shè)計(jì)，以溫度單回路系統(tǒng)