单容下水箱液位调节阀PID控制

西安郵電大学PLC课程设计报告书题目：单容下水箱液位调节阀PID控制 院(系)名称：自动化学院学生姓名：1号:郭丽丽 9号:朱雅29号:宋党朋专业名称：测控技术与仪器班 级：测控1003班时间：2013 年 09 月 09 日 至2013 年 09 月22 日单容下水箱液位调节阀PID 单回路控制1.无原理图框；2无程序流程图；3.两组报告完全一样；一、艺过程 (1）单容下水箱液位 PID 控制流程图，如图1所示 图 1 控制流程图 水介质由泵P102从水箱V104中加压获得压头，经由调节阀FV-101进入水箱V103，通过手阀QV-116回流至水箱V104而形成水循环；其中，水箱V103的液位由LT-103测得，用调节手阀QV-116 的开启程度来模拟负载的大小。本例为定值自动调节系统，FV-101为操纵变量，LT-103为被控变量，采用PID调节来完成。 二、上位组态组态流程图界面，如图2所示图 2 组态流程图三、操作过程和调试 1）在现场系统上，打开手阀QV102、QV105，调节下水箱闸板QV116开度(可以稍微大一些)，其余阀门关闭。 2）在控制系统上，将IO面板的下水箱液位输出连接到AI0，IO面板的电动调节阀控制端连到AO0。 3）启动计算机组态软件，进入测试项目界面。启动调节器，设置各项参数，将调节器切换到自动控制。 4）设置比例参数，待系统稳定后，对系统加扰动信号(一般可通过改变设定值实现)，选择合适的P，得到较满意的过渡过程曲线。 5）固定比例P值，改变PI调节器的积分时间Ti，对系统加扰动信号选择合适的I，得到较满意的响应曲线。 6）固定I于某一中间值，微调P的大小，观察加扰动后被调量输出的动态波形，得到满意的响应曲线。7） 在PI调节器控制的基础上，再引入适量的微分作用（设置D参数），得到满意的响应曲线。四测试结果及分析 1）选择合适的P值，响应曲线图如图3、图4所示P=20，I=,D=0P=22，I=,D=0图 3 P值不同的组态P=22，I=,D=0P=24，I=,D=0图 4 P值不同的组态分析：根据图3.4、3.5可知，P=20、P=22与P=24的响应曲线相比较，峰值时间，即越小，响应速度越快；但P=24的响应曲线有振荡的趋势。综合考虑，选择P=22。 2）选择合适的I值，响应曲线图如图5、图6所示P=22，I=15，D=0P=22，I=20,D=0图 5 I值不同的组态P=22，I=8,D=0P=22，I=10,D=0图 6 I值不同的组态分析：根据图5、6可知，I=20、I=15、I=10与I=8的响应曲线相比较，超调量；稳态误差，同时I=8的曲线有振荡的趋势。综合考虑，选择P=22，I=20。 注意：I=20与I=15、I=10、I=8曲线所加的扰动不一样，需对I=20的扰动进行折合。 3）选择合适的D值，响应曲线图如图7、图8所示P=22，I=20,D=4P=22，I=20,D=8图 7 D值不同的组态P=22，I=20,D=2P=22，I=20,D=4图 8 D值不同的组态分析：根据图8和图9可知，D=8、D=4与D=2的响应曲线相比较，超调量，而D=2的微分作用较弱。综合考虑，选择P=22，I=20，D=4。注意：D=8与D=4、D=2曲线所加的扰动不一样，需对D=8的扰动进行折合。五、控制器的程序设计本节提供了对于使用STEP7V5.2开发、编辑和运行一个梯形图(LAD)示例程序，并与组态软件通信的循序渐进的指导。工程的开发被分为6个阶段，如表1所示。表1 工程开发阶段第1阶段第2阶段第3阶段第4阶段第5阶段第6阶段创建工程通信设置硬件组态程序编写程序调试组态通信1) 新建工程 1.单击File New，新建一个工程项目,例如Test。 2.单击“OK”按钮，生成新工程Test： 3.建立S7-300站。右键单击工程名Test，单击Insert New Object SIMATIC 300 Station。 4.单击展开Test，双击Hardware（硬件），即可进入硬件组态环境。 5.硬件组态完毕后，SIMATIC 300(1) 中出现CPU型号。展开Block，即可进行程序编写 6.图中清晰地显示了项目的分层结构。在项目中，数据在分层结构中一对象的形式保存，左边窗口内的树（Tree）显示项目的结构。第一层为项目，第二层为站（Station），站是组态硬件的起点。“S7 Program”文件夹是编写程序的起点，所有的软件均存放在该文件夹中。用鼠标选中图中某一层的对象，在管理器右边的工作区将显示所选文件内的对象和下一级的文件夹。双击工作区中的图标，可以打开并编辑对象。 7.Blocks（块）对象包含程序块（Blocks）、用户定义的数据类型（UDT）、系统数据（System data）和调试程序用的变量表（VAT）。程序块包括逻辑块（OB、FB、FC）和数据块（DB），需要把它们下载到CPU中，用于执行自动控制任务，符号表、变量表和UDT不用下载到CPU。生成项目时会在块文件夹中自动生成一个空的组织块OB1。用户生成的变量表（VAT）在调试用户程序是用于监视和修改变量。系统数据块（SDB）中的系统数据含有系统组态和系统参数的信息，它是用户进行硬件组态时提供的数据自动生成的。如图2.2.6所示，是一个编辑完成的程序。2） 硬件组态与DP总线 硬件组态 在HW Config中，双击Hardware，从而进入HW Config窗口。如果要安装新的DP设备，则需要安装GSD文件。 在HW Config中，插入RACK-300机架。如图9所示。图 9 PACK-300机架 在HW Config中插入RACK-300，然后在机架第一栏中插入电源模块。选中机架第二栏，插入CPU，注意准确的编号。 如果CPU支持DP通讯，则可以建立DP通讯参数。 设置完毕后，可以随时在Rack-300中双击DP，选择Property按钮，设置DP总线地址和速率。 增加IO模块，有的CPU集成了IO，然后设定这些IO的地址。例如: DI 地址：256-263 DO 地址：256-259 单击Station Save保存设置。在SIMATIC Manager中，选择工程，选择PLC Clear/Reset， 可以清除原来的配置信息。如图10所示：图10 清除S7-300 CPU内存把CPU开关拨到STOP，再转到RUN位置。则CPU开始运行。在HW-CONFIG窗口中，选择Station Save and Compile，选择PLC Download，或者Ctrl+L快捷键。就可以下装调试，如果你没有硬件，则可以使用仿真软件来下装调试。3）DP总线 用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站（PLC）程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态诊断和报警处理。传输技术：RS485双绞线双线电缆或光缆。波特率从9.6K bit/s到12M bit/s。总线存取：各主站间令牌传递，主站与从站间为主从传送。支持单主或多主系统。总线上最站点（主从设备）数为126。通信：点对点（用户数据传送）或广播（控制指令）。循环主从用户数据传送和非循环主主数据传送。运行模式：运行清除停止。同步：控制指令允许输入和输出同步。同步模式：输出同步；锁定模式：输入同步。功能：DP主站和DP从站间的循环用户有数据传送。各DP从站的动态激活和可激活。DP从站组态的检查。强大的诊断功能，三级诊断诊断信息。输入或输出的同步。通过总线给DP从站赋予地址。通过部线对DP主站（DPM1）进行配置，每DP从站的输入和输出数据最大为246字节。可靠性和保护机制：所有信息的传输按海明距离HD进行。DP从站带看门狗定时器（Watchdog Timer）。对DP从站的输入输出进行存取保护。DP主站上带可变定时器的用户数据传送监视。设备类型：第二类DP主站（DPM2）是可进行编程组态诊断的设备。第一类DP主站（DPM1）是中央可编程控制器，如PLCPC等。DP从站是带二进制值或模拟量输入输出的驱动器阀门等. 4）功能块的程序设计 4.1） DB的参数值图 11 DB参数设定4.2）DB3的设置图 12 DB3的参数设定4.3）功能块的程序图图 13 功能块程序图图片14 功能块程序图六、实验心得宋党朋：在本次课程设计过程当中，通过对实验整个过程的认识，了解到许多在控制生产过程当中需要注意的事项和研究方法。首先熟悉了S7-300的整体架构，了解到相关的仪器设备，例如传感器、执行器，AI、AO、DI、DO模块，调节阀，流量计等。对于实现一个工程的目的，不仅仅是了解硬件结构就可以的，必须通过相应的软件设计来结合硬件实现。然后熟悉了程序制作过程当中所需要的软件，例如组态王软件，STEP7。在实验过程中，我们接触的是一个已经调试完，在使用中的一个系统。通过改变这个系统的参数，使得系统输出变化，还通过对PID参数的调节加深了数字式PID控制技术及其改进策略在应用领域中的作用。 通过这次实验室调试，我了解到了PID调节器的参数整定的方法，深化了我对过程控制系统的理解。在实验里，我们观摩模拟真实环境的过程控制，了解了现场系统的结构，以及对现场系统进行几个控制规律具体调试操作的实践。在实验中，我们利用课本上学到的比例、积分及微分作用对系统性能的影响的相关知识，根据所获得的响应曲线进行P、I、D参数地整定，从而进一步得到满意的响应曲线。同时，在PID调节器整定的过程中，我对比例积分微分对系统性能的影响有更深的理解，提高了对课本知识的融合。在实践操作过程中，我认识到理论与实际的差距，再好的理论设计也需要通过实践来检验和校正，这样才能更好地作用于实践。总之，经过这次实验操作，我受益匪浅。朱雅：在设计过程中，由于课题是针对工业现场的设计。所以我们不仅要考虑到实验环境下的一些条件，还要考虑工业是的经济、实用、可靠、智能等一系列问题。课程设计是一个综合的设计，尤其它不仅仅涵盖了我们过程控制仪表这一门课的所学内容，同样还要求我们具备电气知识、计算机控制计数知识、单片机知识、PLC知识等。采用经验法调节输出结果，最后曲线图如上组态王软件设计结果。当发现输出曲线逐步趋于稳定，变化不大，可以视为最后结果，最后记录相关PID数值。总之，对于给定的值，我们要想办法通过PID等相关调节方法来使输出结果快、准、稳，这就是过程控制工程的目的。在最后的调试过程，也是最需要耐心的一个过程。真正的设计，绝大部分时间是花在了调试上。通过这次实验室调试，我了解到了PID调节器的参数整定的方法，深化了我对过程控制系统的理解。在实验里，我们观摩模拟真实环境的过程控制，了解了现场系统的结构，以及对现场系统进行几个控制规律具体调试操作的实践。在实验中，我们利用课本上学到的比例、积分及微分作用对系统性能的影响的相关知识，根据所获得的响应曲线进行P、I、D参数地整定，从而进一步得到满意的响应曲线。郭丽丽：通过曲线图对比,我知道PID 控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是控制实验中常用的一种实验方法。我们要在老师的指导下认真学习这种方法。为以后的学习打下坚实的基础。在曲线图中。当我们改变其中的某一个值时。曲线也会发生相应的变化，我们能直接看出来。而不必经过计算。这都是PID 参数整定的好处。在本次课程设计过程当中，通过对实验整个过程的认识，了解到许多在控制生产过程当中需要注意的事项和研究方法。首先熟悉了S7-300的整体架构，了解到相关的仪器设备，例如传感器、执行器，AI、AO、DI、DO模块，调