【课程设计】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、实验目的（1）学会操作A3000过程控制实验系统；（2）了解PID控制规律，学习初步整定参数。2、实验仪器，设备和工具（含件）A3000常规现场系统3、实验原理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FV101进入水箱V103，通过手阀QV116回流至水箱V104而形成水循环；其中，水箱V103的液位由LT103测得，用调节手阀QV116的开启程度来模拟负载的大小。本例为定值自动调节系统，FV101为操纵变量，LT103为被控变量，采用PID调节来完成。4、实验内容及步骤（1）、编写控制器算法程序，下装调试；编写测试组态工程，连接控制器，进行联合调试。（详细过程见附件1）（2）、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。（3）、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。注意具体那个通道连接指定的传感器和执行器依赖于控制器编程。对于全连好线的系统，例如DCS，则必须安装已经接线的通道来编程。（4）、打开设备电源。启动右边水泵P102和调节阀。（5）、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，可将调节器的手动控制切换到自动控制。（6）、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。（7）、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。（8）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。5、实验数据记录，处理及分析。（1）、组态流程图界面，如图2所示图2组态流程图（2）、选择合适的P值，响应曲线图如图3、图4所示图3P值不同的组态图4P值不同的组态分析根据图34、35可知，P20、P22与P24的响应曲线相比较，峰值时间，即越小，响应速度）（）（）（2022TTTPPPTP越快；但P24的响应曲线有振荡的趋势。综合考虑，选择P22。（3）、选择合适的I值，响应曲线图如图5、图6所示图5I值不同的组态P20，I,D0P22，I,D0P22，I,D0P24，I,D0P22，I20,D0P22，I15，D0图6I值不同的组态分析根据图5、6可知，I20、I15、I10与I8的响应曲线相比较，超调量；稳态误差）（）（）（）（810120IIII，同时I8的曲线有振荡的趋势。801520|E|E|I综合考虑，选择P22，I20。注意I20与I15、I10、I8曲线所加的扰动不一样，需对I20的扰动进行折合。（4）、择合适的D值，响应曲线图如图7、图8所示图7D值不同的组态P22，I10,D0P22，I8,D0P22，I20,D8P22，I20,D4图8D值不同的组态分析根据图8和图9可知，D8、D4与D2的响应曲线相比较，超调量，而D2的微分作用较弱。综合考）（）（4虑，选择P22，I20，D4。注意D8与D4、D2曲线所加的扰动不一样，需对D8的扰动进行折合。6、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S7300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P22，I20,D4P22，I20,D2P、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S7300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。而实践操作过程中，理论与实际是有很大差距的，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。这次的实验让我更好的体会到了这一点。附件1控制器的程序设计本节提供了对于使用STEP7V52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FILENEW，新建一个工程项目,例如TEST。2单击“OK”按钮，生成新工程TEST3建立S7300站。右键单击工程名TEST，单击INSERTNEWOBJECTSIMATIC300STATION。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，SIMATIC3001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。“S7PROGRAM”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。7BLOCKS（块）对象包含程序块（BLOCKS）、用户定义的数据类型（UDT）、系统数据（SYSTEMDATA）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226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HWCONFIG中，双击HARDWARE，从而进入HWCONFIG窗口。如果要安装新的DP设备，则需要安装GSD文件。在HWCONFIG中，插入RACK300机架。如图9所示。图9PACK300机架在HWCONFIG中插入RACK300，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RACK300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256263DO地址256259单击STATIONSAVE保存设置。在SIMATICMANAGER中，选择工程，选择PLCCLEAR/RESET，可以清除原来的配置信息。如图10所示图10清除S7300CPU内存把CPU开关拨到STOP，再转到RUN位置。则CPU开始运行。在HWCONFIG窗口中，选择STATIONSAVEANDCOMPILE，选择PLCDOWNLOAD，或者CTRLL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，PROFIBUSDP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96KBIT/S到12MBIT/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