单容水箱PI控制系统设计实习报告

1、过程控制糸统设计卖习掖告 学院名称：电子与信息工程学院 班级名称：测控091 学生姓名：程喜 学 号：120093107066 指导教师：张庆思 提交日期：2012年11月15日 过程控制系统设计 一、设计题目：单容水箱PI控制系统设计 二、设计目的： 1、掌握液位传感器的零点和增益调整方法。 2、掌握西门子200PLC PI控制程序的编写方法。 3、掌握MCGS组态软件的使用方法。 三、设计原理： 1 PID调节原理： PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳左性好、工作可靠、 调整方便而成为工业控制的主要技术之一。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID 控制器就是根据

2、系统的误差，利用比例、积分、微分讣算出控制量进行控制的。 比例(P)控制： 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。 当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error). 积分(I)控制： 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制 系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差 系统(System with Steady-state Error)0为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“枳分 项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差 很小

3、,积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步 减小,直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分(D)控制： 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关 系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于 存在有较大惯性组件(环右)或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落 后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化超前，即在误差接近零时，抑 制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入比例”项往往是不够的，比例项 的作用仅是放大误差的幅值，

4、而目前需要增加的是“微分项，它能预测误差变化的趋势，这 样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从 而避免了被控量的严重超涮。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制 器能改善系统在调节过程中的动态特性。 PID控制器的参数整定： PID控制器的参数整泄是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确 左PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整圧的方法 很多,概括起来有两大类：一是理论计算整左法。它主要是依据系统的数学模型,经过理 论计算确定控制器参数。这种方法所得到的汁算数据未必可以直接用，还必须通过工程 实

5、际进行调整和修改。二是工程整左方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验 中进行，且方法简单、易于掌握,在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整左 方法,主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有英特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整龙。但无论采用哪一种方法所得到 的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例 法。利用该方法进行PID控制器参数的整定。 PID参数整定步骤如下： 首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作;(2)仅加入比例控制环节，直到系统 对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界

6、振荡周期;(3)在一左 的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。 在实际凋试中，只能先大致设定一个经验值,然后根据调盯效果修改。 对于温度系统:P (%) 20-60,1 (分)3-10,D (分)0.5-3 对于流量系统:P (%) 40 -100,1 (分)0.1-1 对于压力系统：P (%) 30-70,1 (分)0.4-3 对于液位系统：P (%) 20-80,1 (分)1-5 参数整泄找最佳，从小到大顺序查 先是比例后积分，最后再把微分加 曲线振荡很频繁，比例度盘要放大 曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳 曲线偏离回复慢，积分时间往下降 曲线波动周期长，积分时间再加长 曲线振荡频率

7、快，先把微分降下来 动差大来波动慢。微分时间应加长 理想曲线两个波，前髙后低4比1 一看二调多分析，调石质量不会低。 GK-O3 2、本次实习面板连接图: GK-O2 37-MO nc 电忌 cm IMfi EO 四、实习内容： 1、调整液位传感器参数，使其能够准确检测水箱液位。 、调零点：启动THKGK-1型试验台,查看液位显示面板数值与实际零点 液位是否相同，如果不同则取下液位传感器后盖旋转调零旋钮进行调零。 (2).调增益：关闭上水箱出水阀同时向上水箱抽入一定量的水。待液位 稳定后调整增益旋钮，使液位显示面板与实际液位相同即完成增益调零。 2.设计基于西门子200PLC的水箱液位PI控制

8、程序 、启动STEP 7-Micro/WIN SP3程序，首先进行通信连接设置。正确设置 PG/PC接口类型(确保PLC处于运行状态)。如下图： (2)、待设置完成，双击刷新地址，待刷新完全部地址后，无错误提示即 连接成功。 r STEP 7 Iicro/TIH单客木綺P丄榕制系统後计 IPX 丈件疋)蹄合舟切?() vflia (D) T.Hdj窗帝助 也址 斗地： S： PLC类型： CPU 224 R EL 02 03 ifiiH 2 POPPI cabtlPFIJ 地址:0 I 燔益 10 PID0_0ulpt/ VD124 碰化A侗空嫡出廿51值 11 PIDO.SP VD120 掠

9、准化换経给定值 12 e. PID0.FV VD116 砒化换程唾 13 PIDO.Icbk: VBI16 F1D 0的回陥表起多自地址 U 1 廉 5 2）倉看）押汕19寇希UH 1AII）扇口叩肋足 *珈療立（F ） 日践 Nl cxgs. 实时曲线构件属性设置，如下图: eCGS组态幵境话酉组态实时曲线】 二丈H D疾坊2】召者卫符讣IP 1-三场口业J怖创QP 副创刎題底I !_刘已轴汐睥_ I坐 实只曲线构件尺件设置 lOO 75 50 25 实时裁位 基本，膚悝I标注届1生 画笔席性|可见庚居性| 画笔对应的耘达式和属性 曲线1： HD辙出TOO ? 曲线2: 11*200 曲线3

10、：卩时阎0200 曲线4： 1线型 ! 线型 二縊型 1境型 曲线6： |线型 |施查凶|确认凶鬼消帮助 J n MM:SS 0 MM:SS 沪ss MM：SS；g中丄。邑會# 卫开始 G f 花地翻8 （P：） 应FICGSiS衣环国-. 日惹型 Nihom. .E I JS 0:21 历史曲线窗口构建设置。双击历史曲线构件后在数据来源选项中选择之前建 立的数据组，然后切换到曲线标识做如下图设置完成历史曲线设置。 置，首先勾选允许警报处理，并勾选上限警报.下线警报，并修改其警报值。 之后再警报记录新建警报记录构件完成。如下图： 至此完成数据连接。 (9)、环境系统运行，点击工具栏中的运行系统

11、环境按钮。进入组态系统环境 控制界面(山于软件问题流动块消失)。在运行状态下，可以通过修改相应的 PID参数得到满意的响应曲线，同时可以浏览存盘数据、警报记录、历史曲 线等内容。以下为部分截图： 阳绍态工稈亟区I 单容水箱PI控制 -3* X Jl 4.UU 00 iiii 西输入目标液位: 枳井时时 比丙系数I 磋新值 磋新值 设定新值 转抵楼式|出 I当甫模式：| |丰动| |毎制9式 WTOT 给定祓位值匕 设定新值 设定新值 I设定新值 单容水箱PI控制 输入目标液隹(cm) 1 2 3 1 5 - 确认 6 7 8 9 0 一 CE 取消 Pto-*= 7 c f tr扛 *】23摩新 *本. 也 JV 1:15 0.00 PLC自动模式下调节: 国绍态工稈匚冈 单容水箱PI控制 :1 历史曲线窗口: 数据存盘窗口: 內组态工程口莎|玄| .毎自定义宙n 数据存盘 * 123 警报记录窗口: 00 I5JSH.本 野截 m1:CH (10)、退出运行环境，到这里已经完成本次实习的全部内容。 五、实习总结与体会： 通过本次实习，我对PLC在实际的应用有了更多的了解。将课本中的知识运用到实践。 同时可以独立编写一些基本的PLC程序。用于实现一些简单的功能。对组态环境的软件也有 一些认识，熟悉了一个完整地工程的建立与运行的步骤。并能熟练地独自完成本次实习的所 有内容。