计算机控制系统、过程控制系统课程设计

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1、 I 摘摘 要要 在工业生产过程控制中，常需要用闭环控制方式来实现温度、流量的控制。 因为 PID（比例、积分、微分）调节不需要精确的控制系统数学模型而且易于 实现，所以单闭环温度 PID 控制、单闭环流量 PID 控制是常见的闭环控制方式， 工程上易于实现。比例作用可以对系统作出快速响应积分作用可以消除系统的 静差，微分作用有助于减小超调，克服震荡。比例、积分、微分三者有效地结 合可以满足不同的控制要求。 PLC 作为一种新型的工业控制装置，在工业控制、生产生活的诸多领域得 到了越来越广泛的应用。本次设计利用西门子 PLC 实现对温度和流量的 PID 的 闭环控制，具有用户使用方便，可靠性高

2、、抗干扰能力强等优点。本次课程设 计在 THJ-FCS型高级过程控制系统实验装置上做实验， 配套计算机及相关软件。 关键词：关键词：PID；西门子 PLC；THJ-FCS型高级过程控制系统实验装置 II 目录目录 1 计算机控制系统部分 1 1.1 温度控制对象 . 1 1.1.1 功能特点与技术参数 . 1 1.1.2 控制手段 . 1 1.2 方案设计 . 2 1.2.1 现场总线概述 . 2 1.2.2 WinCC+S7-200 温度控制系统的硬件组成 2 1.3 WINCC+S7-200 温度控制系统的软件配置 4 1.3.1 STEP7-Micro/WIN32 的介绍 . 4 1.3

3、.2 WinCC 的介绍 . 4 1.3.3 PC ACCESS 的介绍 . 5 1.3.4 WinCC+S7-200 温度控制系统的网络结构 6 1.3.5 温度控制算法 6 1.4 S7-200 PLC 控制程序的设计 9 1.4.1 控制程序的组成 9 1.4.2 温度采集程序设计 9 1.4.3 数字滤波程序设计 . 10 1.4.4 PID 控制程序设计 12 1.5 WINCC 组态 13 1.5.1 变量组态 . 13 1.5.2 画面组态 . 13 1.5.3 变量连接 . 14 1.6 程序调试 . 16 III 1.6.1 PLC 调试方法与结果 16 1.6.2 WinC

4、C 调试方法与结果 16 1.7 PID 参数的整定 17 1.7.1 整定方法 . 17 1.7.2 整定结果及分析 . 18 1.8 梯形图程序 . 19 2 过程控制系统部分 . 25 2.1 概述 25 2.1.1 设计目的 . 25 2.1.2 课程设计主要任务及要求 . 25 2.1.3 过程控制系统简介 . 25 2.1.4 单回路控制系统的概述 . 27 2.2 控制规律的选择 . 29 2.3 调节器参数的整定方法 . 30 2.4 实验原理 . 33 2.5 实验控制系统流程图 . 34 2.6 实验内容与步骤 . 35 2.7 测试结果 37 2.7.1 不同控制规律下的

5、系统响应 37 2.7.2 结论 . 41 结束语. 42 参考文献. 43 1 1 计算机控制系统部分计算机控制系统部分 1.1 温度控制对象温度控制对象 温度控制对象，在工业控制过程中，是相当重要的控制对象，因为温度直 接的影响到了燃烧、化学反应、发酵、烘烤、蒸馏、浓度，结晶以及空气流动 等物理的和化学的变化过程。温度控制的不好很有可能引起严重的安全事故， 产品质量和产量等一系列的问题。温度控制是许多设备的重要的构成部分，它 的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，以利于进行工件的加工与处理。 不论是在生活中还是在工业生产过程中，温度的变化对生活、生产的某些细节 环节都会造成不同程度的影响

6、，所以适时地对温度进行控制具有重要的意义。 1.1.1功能特点与技术参数功能特点与技术参数 实践证明温度对象的特点是:时间常数大，滞后现象严重，反应在控制系统 上，就是被控温度的变化滞后于调节器的输出。我们知道热量的传递是需要一 定时间的，温度上升的快慢与其热容量的大小有关，通常温度的上升与下降和 时间的关系是一个指数曲线关系。而产生滞后则与热量的传递过程有关，再者 测温元件也有一定的惯性，这些都会产生滞后现象。 本次设计选用的是电阻炉加热器，该加热器同样的具有滞后大和惯性大的 特点。该加热器用的是 0V到 5V的电压加热。 1.1.2控制手段控制手段 通过以上的分析，系统的总的滞后时间比较大，升温的滞后时间相对降温 来说是比较小的。因此，在 PID调节中，要使系统的品质变好，除了加入适当 的积分以消除静态误差外，还应该加强比例作用使调节更加灵敏，减小调节时 间，同时还应该加入适当的微分作用，引入微分作用之后，由于微分的超前作 用，能增加系统的稳定度，加快系统的调节过程，减小动态误差。但微分抗干 扰能力较差，且微分过大，易导致调节阀动作向两端饱和调节变快，调节阀变 化速度加快。综上