单闭环流量PID控制

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1、摘要木文简要介绍了PID调节的工作原理，详细论述了调节器PID参数的整定,对于PID单回路调节器在工业中的应用具有很重要的现实意义。提出一种对液体流量进行实时的精确控制的设计方案.该方案以PLC控制为基础，由上位机、PLC.触摸屏、靶式流量计、屯动调节阀组成.它不仅适用于流量控制，在改变动作设备后同样适用于对温度、液位、速度、高度等模拟量的控制.关键词：PLC；PID调节器；流量控制系统；参数整定；1设计目的与要求21.1设计目的21.2设计要求22系统结构设计32.1控制方案32.2系统结构43实验系统

2、组成63.1系统简介63.2系统组成74下位机软件104.1STEP7简介104.2STEP7的安装104.3STEP7的硬件配置和程序结构115上位机组态软件简介155.1W1NCC概述155.2W1NCC的安装155.3W1NCC的通讯连接和画面组态方法1617176PID作用与整定6.1实验结果6.2P1D调节作用196.2.1比例作用(P)19206.2.3微分作用(D)204.2.2积分作用(1)6.3控制器P1D参数的整定216.3.1经验法216.3.2临界比例度法22总结24参考文献251

3、设计目的与要求1.1设计目的通过某种组态软件，结合实验己有设备，按照定值系统的控制要求，根据较快较稳的性能要求，采用但闭环控制结构和PID控制规律，设计一个具有美观组态画面和较完善组态控制程序的流量单回路过程控制系统。1.2设计要求(1)根据流量单回路过程控制系统的具体对象和控制要求，独立设计控制方案，止确选用过程仪表。(2)了解单闭环流量控制系统的结构组成与原理。(3)进行单闭环流量控制系统调节器参数的整定。(4)分析调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。(5)研究P、PI、PD和PID四种控制

4、分别对流量系统的控制作用。2系统结构设计2.1控制方案整个过程控制系统由控制器、调节器、测量变送、被控对象组成。在木次控制系统中控制器为计算机，采用算法为PID控制规律（见附录A和附录B）,调节器为电磁阀，测量变送为HB、FT两个组成，被控对象为流量PV。结构组成如下图2.2所zjlO当系统启动后，水泵开始抽水，通过管道分别将水送到上水箱和下水箱，由HB返回信号，是否还需要放水到下水箱。若还需要（即水位过低），则通过电磁阀控制流量的大小，加大流量，从而使下水箱水位达到合适位置；若不需要（即水位过高或刚好合

5、适），则通过电磁阀使流量保持或减小。其整个流程图如图2」所示。上木箱流晟单回歸控制条统HB”il帥L—

6、—IT图2-1流量单回路控制系统流程图2.2系统结构过程控制系统由四大部分组成，分别为控制器、调节器、被控对象、测量变送。本次设计为流量回路控制，即为闭环控制系统，如下图224计算机A电动A管道PV控制器-■调节阀A流量检测，SPPV1传感器图2-2流量单冋路控制系统框图本实验系统结构图和方框图如图2.2所示。被控量为气动调节阀支路（也可采用变频器支路）的流量，实验要求气动阀支路流量稳定至给定值。将电磁

7、流量计FT1检测到的流量信号作为反馈信号，并与给定量比较，其差值通过调节器控制气动调节阀的开度，以达到控制管道流量的口的。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI控制，并在实验屮P、I参数设置要比较大。本实验控制系统流程图如图3-23所示。控制系统流程图图2-3实验控制系统流程图本实验屮的流量检测装置（电磁流量计）和执行机构（阀门定位器）均为带PROFIBUS-PA通讯接口的部件，挂接在PROFIBUS-PA总线上，PROFIBUS-PA总线通过LINK和COUPLER组成

8、的DP链路与PROFIBUS-DP总线交换数据，PROFIBUS-DP总线上挂接有控制器CPU315-2DP,由于PROFIBUS-PA总线和PROFIBUS-DP总线中信号传输是双向的，这样既完成了现场检测信号向CPU的传送,又使得控制器CPU315-2DP发出的控制信号经由PROFIBUS-DP总线到达PROFIBUS-PA总线来控制执行机构阀门定位器。实验内容与步骤：本实验选择气动阀支路流量作为被控对象。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门Fl-1、Fl-2、Fl-8、F1-11全开,其余阀门均

9、关闭。1、接通控制系统电源，打开用作上位监控的的PC机，进入的实验主界面如本实验指导书第二章第一节中的图2-5所示。2、在实验主界面中选择本实验项即“单回路流量P1D控制实验”，系统进入正常的测试状态，呈现的实验界而如图3-24所示。图2-4实验界面3实验系统组成3.1系统简介本现场总线控制系统是基于PROFIBUS和工业以太网通讯协议、在传统过程控制实验装置的基础上升级而成的新一代过程控制系统。整个实验装置分为上位控制系统和