周金荣测控测控系统专业课程设计

《测控系统课程设计》课程设计汇报题目：测控系统课程设计专业：测控技术和仪器班级：测控082学号：姓名：周金荣指导老师：吴晓1月11日设计目标：测控系统技术是一门包含新技术、新方法、新器件及经典应用系统实例等多方面知识课程。经过课程设计，能够验证、巩固和补充课堂讲授理论知识必需步骤。经过本课程设计，不仅要帮助学生巩固和加深了解专业基础课和专业课中所学理论知识，更关键是训练学生系统设计技能，培养学生初步方案设计、测试系统、分析并处理问题和处理数据能力。掌握本课程基础设计方法，使其树立工程见解和严谨科学作风，经过设计一个较为完整、面向应用系统，使其初步含有利用理论知识分析问题、处理问题能力。设计内容：设计一个温度测控系统。该系统经过温度传感器传输信号，该设定温度信号要求在25~55℃之间。系统要求用户输入一个恒定温度值。当实际温度靠近恒定温度时，要求控制器进行P调整、PI调整、PID调整。调整器控制固态继电器占空比，继电器再控制电加热器电流。当温差越大，则固态继电器占空比越高；频率越慢，则温度越低。本课题关键研究内容有：温度检测；采取PLC进行恒温控制；PID算法在PLC中怎样实现；PID参数对系统控制性能影响；温控系统人机界面实现。设计关键仪器设备：力控软件、PLC(欧姆龙C200)、温度传感器检测变送模块、热电阻、继电器、电机、水泵、水箱、PID调整器、PPI/PC模块等通讯用电缆线几根。设计原理方案1、PLC温度测控系统在温度测控系统中，温度控制是过程控制一个关键。PLC温度控制系统结构图所表示，PLC经过加热器对水箱进行加热。上位机则实现目标温度设定、动态显示、参数设定等功效，从而实现实时温度监控。上位机界面2、系统组成在一个温度测控系统通常含有温度信号采集、信号处理、温度调整等功效。PLC温度测控系统中信号采集能够使用常见温度传感器。因为设定温度只要求在25~55℃之间，所以采取热电阻温度传感器。由温度传感器检测来信号不是标准电压（电流）信号，不能直接送给A/D转换模块。所以温度传感器采集到温度信号要经过变送器处理后才能被A/D转换器识别并转换为对应数字信号。依据所使用温度传感器选择对应温度变送器。PLC对温度信号进行处理后，经过模拟量模块输出电流信号，电流信号能够经过调压器来控制电源开度（即一周期内导通比率），从而控制电源输出功率。加热器依据电源输出功率调整加热强度，从而温度调整效果。3、温度PID控制实现对于模拟量信号控制PID（百分比+积分+微分）算法控制。欧姆龙C200系列PLC有专门PID回路指令，对模拟量进行PID控制十分方便。PID算法：在实际控制过程中，不管是给定量还是过程量全部是工程实际值，它们取值范围是不相同。所以在进行PID运算前，必需将工程实际值标准化。PLC在对模拟量进行PID运算后，对输出产生控制作用是在[0.0，1]范围标准值，不能驱动实际驱动装置，必需将其转换成工程实际值。设计实现步骤1、PID控制器参数整定：PID控制器参数整定是测控系统设计关键内容。它是依据被控过程特征，确定PID控制器百分比系数、积分时间和微分时间大小。PID控制器参数整定方法很多，概括起来有以下两大类：一是理论计算整定法。它关键依据系统数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到计算数据未必能够直接使用，还必需经过工程实际进行调整和修改。二是工程整定法。它关键依靠于工程经验，直接在控制系统试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采取。PID控制器参数工程整定方法，关键有临界百分比法、反应曲线法和衰减法。这三种方法各有其特点，其共同点全部是经过试验法，然后根据工程经验公式对控制器参数进行整定。但不管采取哪一个方法所得到控制器参数，全部需要在实际运行中进行最终调整和完善。现在通常采取是临界百分比法，图所表示。利用该方法进行PID控制器参数整定步骤以下：临界百分比法首先预选择一个足够短采样周期让系统工作：设温度采样周期T=20S（2）PID控制器参数设定，参考之前《计算机工业控制技术》：百分比系数在Kp在1.6~5之间，取Kp=2，积分时间Ti在3~10之间，取Ti=5，微分时间Td在0.5~3之间，取Td=2。2、PLC编程采取是欧姆龙C200系列PLC对温度测控系统进行编程，程序有三段，以下：第一部分分析先是设定一个测控系统要求恒温温度值，即SV=50℃。因为在实际控制过程中，不管是给定量还是过程量全部是工程实际值，它们取值范围是不相同。所以在进行PID运算前，必需将工程实际值标准化。所以将50℃经过指令BIN（023）BCD码转换成HEX十六进制，然后用指令SCL（194）转换成标准值，得出是BCD码，再接着用指令BIN（023）BCD码转换成HEX十六进制。设定PID个参数值，设比列带P值为2，积分I值为4，微分D值为1，采样周期为20S。滤波系数设为0，时间范围设为898S。第二部分分析对传感器所测水温温度进行PID，因为PLC在对模拟量进行PID运算后，对输出产生控制作用是在[0.0，1]范围标准值，不能驱动实际驱动装置，必需将其转换成工程实际值。将所得出PID值用指令SCL（194）转换成标准值，得出是BCD码，再接着用指令BIN（023）BCD码转换成HEX十六进制。第三部分分析经过点（A1,B1）和点（A2,B2）制出温度跟电压线性关系，其中A1是电压信号最大值5V，B1是温度许可最低值25℃，转化成HEX十六进制值是19。A2是电压信号最小值0V，B2是温度许可最大值50℃。内存D5212里值是传感器测温度经过温度电压线性关系算出电压信号（电压输出范围在0~5V）,从而控制电源输出功率。加热器依据电源输出功率调整加热强度，从而温度调整效果。测试数据处理、测试结果因为条件不够，未能实现程序是否能实现要求。不过程序可能还存在部分问题，有待改善。只有经过组态自带模拟PLC进行模拟经过模拟PLC上位机界面设计心得体会：经过这次课程设计。使我们不仅了解测控系统在现实中关键性，还了解了电气技术，传感器等设备应用，更有理论联络实际基础知识。这么才能愈加好设计出符合客观实际条件设计。该次设计我选择是PLC来控制实现。因为在工作中有接触到PLC，所以设计起来还是有一定优势。经过设计，使我对PLC有了深入了解。在整个设计过程中，有部分收获，但也存在不足，可能程序不够完善。八、参考文件：[1]浦昭邦，王宝光，《测控仪器设计》，北京，机械工业出版社，[2]