计算机控制系统及过程控制系统课程设计

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1、沈阳理工大学课程设计计算机控制系统及过程控制系统课程设计摘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

2、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、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：PID；西门子PLC；THJ-FCS型高级过程控制系统实验装置17沈阳理工大学课程设计目录1计算机控制系统部分31.1温度控制对象31.1.1功能特点与技术参数31.1.2控制手段31.2方案设计31.2.1现场总线概述31.2.2WinCC+S7-200温度控制系统的硬件组成31.3WinCC+S7

3、-200温度控制系统的软件配置31.3.1STEP7-Micro/WIN32的介绍31.3.2WinCC的介绍31.3.3PCACCESS的介绍31.3.4WinCC+S7-200温度控制系统的网络结构31.3.5温度控制算法31.4S7-200PLC控制程序的设计31.4.1控制程序的组成31.4.2温度采集程序设计31.4.3数字滤波程序设计31.4.4PID控制程序设计31.5WinCC组态31.5.1变量组态31.5.2画面组态317沈阳理工大学课程设计1.5.3变量连接31.6程序调试31.6.1

4、PLC调试方法与结果31.6.2WinCC调试方法与结果31.7PID参数的整定31.7.1整定方法31.7.2整定结果及分析31.8梯形图程序32过程控制系统部分32.1概述32.1.1设计目的32.1.2课程设计主要任务及要求32.1.3过程控制系统简介32.1.4单回路控制系统的概述32.2控制规律的选择32.3调节器参数的整定方法32.4实验原理32.5实验控制系统流程图32.6实验内容与步骤32.7测试结果32.7.1不同控制规律下的系统响应32.7.2结论3结束语3参考文献317沈阳理工大学课程

5、设计17沈阳理工大学课程设计1计算机控制系统部分1.1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，所以适时地对温

6、度进行控制具有重要的意义。1.1.1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控制手段通过以上的分析，系

7、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。综上所述PID调节器是最为理想的调节器，它具有各类调节器的优点，因而使系统具有更高的控制质量。17沈阳理工大学课

8、程设计1.2方案设计主要是通过实验的需要选择硬件。然后将选择的硬件组成控制系统，根据任务的要求选择西门子的S7-200的PLC，电阻炉加热器等硬件，硬件选择完成后，跟据所选择的硬件选择合适的软件进行程序设计，只有拥有完整的硬件和软件的系统才能所需要的功能。下面就仔细的介绍在设计中运用到的硬件和软件。1.2.1现场总线概述目前世界上存在着大约四十余种现场总线，如法国的FIP，英国的ERA，德国西门子公司Siemen