基于PID的单容液位控制系统.doc

课程名称：综合实验2 项目名称：基于PLC的单容液位PID控制系统的设计 学 院：信息工程学院 专业班级：自动化112 同 组 人：李智良、刘彦锋、于振新 李金燕、张雪玉岚、吴昊 指导老师：谢新开老师 实验时间：2014-6-16至2014-6-20 2014 年 6 月 24日 摘要 PLC在工业自动化中应用的十分广泛。PID控制经过很长时间的发展，已经成为工业中重要的控制手段。本设计就是基于PLC的PID算法对液位进行控制。PLC经传感电路进行液位高度的采集，然后经过自动调节方式来确定完PID参数后，通过控制直流泵的工作时间来实现液位的控制。MCGS(监视与控制通用系统)是用于快速构造上位机监控系统的组态软件系统，在设计中用到的PID算法提到得较多。：PID算法 1 1.1课程设计内容 1 1.2课程设计要求分析 1 1.3 PID控制的原理和特点 1 1.3.1比例（P）控制及调节过程 2 1.3.2积分（I）控制及调节过程 2 1.3.3微分（D）控制及调节过程 3 1.4单容上水箱自衡过程的建摸 5 第二章 课程设计的方案 9 2.1 MCGS组态软件概述 9 2.2系统设计PLC程序 10 2.3 软件调试 13 2.3.1 设备之间安装与连接 15 2.3.2 系统的联机调试 15 第三章 课程设计总结 18 参考文献 19 附录 20 第一章 课程设计内容与要求分析 1.1课程设计内容 针对液位控制过程与要求实现模拟控制，其工艺过程如下：用泵作为原动力，把水从低液位池抽到高液位池，实现对高液位池液位高度的自动控制。具体设计内容是利用西门子S7-200PLC作为控制器，实现对单容水箱液位高度的定值控制，同时利用MCGS组态软件建立单容水箱液位控制系统的监控界面，实现实时监控的目的。 1.2课程设计要求分析 （1）以RTGK-2型过程控制实验装置中的单个水箱作为被控对象、PLC作为控制器、静压式压力表作为检测元件、电动调节阀作为执行器构成一个单容水箱单闭环控制系统，实现对水箱液位的恒值控制。 （2）PLC控制器采用PID算法，各项控制性能满足要求。 （3）组态测控界面上，实时设定并显示液位给定值、测量值及控制器输出值；实时显示液位给定值实时曲线、液位测量值实时曲线和PID输出值实时曲线；并能显示历史曲线。 （4）选择合适的整定方法确定PID参数，并能在组态测控界面上实时改变PID参数。 （5）通过S7-200PLC编程软件实现PLC程序设计与调试。 （6）分析系统基本控制特性，并得出相应的结论。 1.3 PID控制的原理和特点 工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。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。 （1-1） 式中 ——调节器的输出变化值； ——调节器的输入，即偏差； ——比例调节器的放大倍数。 放大倍数是可调的，所以比例调节器实际上是一个放大倍数可调的放大器。 比例调节作用虽然及时、作用强，但是有余差存在，被调参数不能完全回复到给定值，调节精度不高，所以有时称比例调节为“粗调”。纯比例调节只能用于干扰较小、滞后较小，而时间常数又不太小的对象。 1.3.2积分（I）控制及调节过程 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。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。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，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。 （1-2） 这里，表示PI调节作用的参数有