810707215-周金荣-测控082-测控系统课程设计

1、 测控系统课程设计课程设计报告题 目： 测控系统课程设计 专 业： 测控技术与仪器 班 级： 测控082 学 号： 姓 名： 周金荣 指导教师： 吴晓 2010年 1 月 11 日一、 设计目的：测控系统技术是一门涉及新技术、新方法、新器件及典型应用系统实例等多方面知识的课程。通过课程设计，可以验证、巩固和补充课堂讲授的理论知识的必要环节。通过本课程设计，不仅要帮助学生巩固和加深理解专业基础课和专业课中所学的理论知识，更重要的是训练学生的系统设计技能，培养学生初步的方案设计、测试系统、分析并解决问题和处理数据的能力。掌握本课程的基本设计方法，使其树立工程观点和严谨的科学作风，通过设计一个较为完

2、整的、面向应用的系统，使其初步具有运用理论知识分析问题、解决问题的能力。二、 设计内容： 设计一个温度测控系统。该系统通过温度传感器传输信号，该设定温度信号要求在2555之间。系统要求用户输入一个恒定温度值。当实际温度接近恒定温度时，要求控制器进行P调节、PI调节、PID调节。调节器控制固态继电器的占空比，继电器再控制电加热器的电流。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。本课题主要研究的内容有：1） 温度的检测；2） 采用PLC进行恒温控制；3） PID算法在PLC中如何实现；4） PID参数对系统控制性能的影响；5） 温控系统人机界面的实现。三、 设计主要仪器设备：力控软

3、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调节器、PPI/PC模块等通讯用电缆线几根。四、 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的一个重点。PLC温度控制系统的结构如图所示，PLC通过加热器对水箱进行加热。上位机则实现目标温度的设定、动态显示、参数的设定等功能，从而实现实时温度监控。上位机界面2、系统构成 在一个温度测控系统一般具有温度信号采集、信号处理、温度调节等功能。PLC的温度测控系统中信号的采集可以使用常用的的温度传感器。由于设定的温度只要求在2555之间，所以采用热电阻温度传感器。由温度传感器检

4、测来的信号不是标准的电压（电流）信号，不能直接送给A/D转换模块。因此温度传感器采集到的温度信号要经过变送器的处理后才能被A/D转换器识别并转换为相应的数字信号。根据所使用的温度传感器选用对应的温度变送器。PLC对温度信号进行处理后，通过模拟量模块输出电流信号，电流信号可以通过调压器来控制电源的开度（即一周期内的导通比率），从而控制电源的输出功率。加热器根据电源输出功率调节加热强度，从而温度调节的效果。3、温度PID控制实现 对于模拟量信号的控制PID（比例+积分+微分）算法控制。欧姆龙C200系列PLC有专门的PID回路指令，对模拟量进行PID控制十分方便。PID的算法： 在实际控制过程中，

5、无论是给定量还是过程量都是工程实际值，它们的取值范围是不相同的。因此在进行PID运算前，必须将工程实际值标准化。PLC在对模拟量进行PID运算后，对输出产生的控制作用是在0.0，1范围的标准值，不能驱动实际的驱动装置，必须将其转换成工程实际值。五、 设计实现步骤1、PID控制器的参数整定： PID控制器的参数整定是测控系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性，确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有如下两大类： 一是理论计算整定法。它主要根据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接使用，还必须通过

6、工程实际进行调整和修改。 二是工程整定法。它主要依赖于工程经验，直接在控制系统的实验中进行，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定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。这三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验法，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。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的调整与完善。现在一般采用的是临界比例法，如图所示。利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下：临界比例法（1） 首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作： 设温度的采样周期T=20S（2）PID控制器参数的设定，参考之前计算机工业控制

7、技术： 比例系数在Kp在1.65之间，取Kp=2， 积分时间Ti在310之间，取Ti=5， 微分时间Td在0.53之间，取Td=2。2、PLC编程 采用的是欧姆龙C200系列PLC对温度测控系统进行编程，程序有三段，如下：第一部分分析1、 先是设定一个测控系统要求的恒温温度值，即SV=50。由于在实际控制过程中，无论是给定量还是过程量都是工程实际值，它们的取值范围是不相同的。因此在进行PID运算前，必须将工程实际值标准化。所以将50通过指令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

8、制。2、 设定PID个参数的值，设比列带P的值为2，积分I的值为4，微分D的值为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的水温温度进行PID，由于PLC在对模拟量进行PID运算后，对输出产生的控制作用是在0.0，1范围的标准值，不能驱动实际的驱动装置，必须将其转换成工程实际值。将所得出的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。第三部分分析通过点（A1,B1）和点（A2,B2）制出温度跟电压的线性关系，其中A1是电压信号的最大值5V，B1是温度允许的最低值25，转化成HEX十

9、六进制值是19。A2是电压信号的最小值0V，B2是温度允许的最大值50。内存D5212里的值是传感器测的温度通过温度电压线性关系算的出电压信号（电压的输出范围在05V）,从而控制电源的输出功率。加热器根据电源输出功率调节加热强度，从而温度调节的效果。六、 测试数据处理、测试结果 由于条件不够，未能实现程序是否能实现要求。不过程序可能还存在一些问题，有待改善。只有通过组态自带的模拟PLC进行模拟通过模拟PLC的上位机界面七、 设计心得体会： 通过这次的课程设计。使我们不仅了解测控系统在现实中的重要性，还了解了电气技术，传感器等设备的应用，更有理论联系实际的基本知识。这样才能更好的设计出符合客观实际条件的设计。该次设计我选用的是PLC来控制实现的。由于在工作中有接触到PLC，所以设计起来还是有一定的优势的。通过设计，使我对PLC有了进一步了解。在整个设计过程中，有一些收获，但也存在不足，可能程序不够完善。 八、 参考文献： 1 浦昭邦，王宝光，测控仪器设计，北京，机械工业出版社，2010年 2 王时军，欧