基于西門子plc的溫度pid調節畢業設計論文-文庫吧

【正文】 是：“能感受規定的被測量件并按照一定的規律(數學函數法則)轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”。“傳感器”在新韋式大詞典中定義為：“從一個系統接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個系統中的器件”。 隨著新的技術的發展，世界開始進入信息時代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產領域中信息的主要途徑與手段。在現代工業生產尤其是自動化生產過程中，要用各種傳感器來監視和控制生產過程中的各個參數，使設備工作在正常狀態或最佳狀態，并使產品達到最好的質量。因此可以說，沒有眾多的優良的傳感器，現代化生產也就失去了基礎。在基礎學科研究中，傳感器更具有突出的地位。現代科學技術的發展，進入了許多新領域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到fm的粒子世界，縱向上要觀察長達數十萬年的天體演化，短到 s的瞬間反應。此外，還出現了對深化物質認識、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強磁場、超弱磁場等等。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相適應的傳感器是不可能的。許多基礎科學研究的障礙，首先就在于對象信息的獲取存在困難，而一些新機理和高靈敏度的檢測傳感器的出現，往往會導致該領域內的突破。一些傳感器的發展，往往是一些邊緣學科開發的先驅。傳感器早已滲透到諸如工業生產、宇宙開發、海洋探測、環境保護、資源調查、醫學診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其之泛的領域。可以毫不夸張地說，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復雜的工程系統，幾乎每一個現代化項目，都離不開各種各樣的傳感器。由此可見，傳感器技術在發展經濟、推動社會進步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國都十分重視這一領域的發展。相信不久的將來，傳感器技術將會出現一個飛躍，達到與其重要地位相稱的新水平。傳感器的特點包括：微型化、 數字化、智能化、多功能化、系統化、 網絡化，它不僅促進了傳統產業的改造和更新換代，而且還可能建立新型工業，從而成為21世紀新的經濟增長點。微型化是建立在微電子機械系統（MEMS）技術基礎上的，已成功應用在硅器件上做成硅壓力傳感器 。 PLC技術可編程控制器的英文名稱是Programmable Logic Controller，即可編程邏輯控制器，簡稱PLC。現代制造業必須對市場需求做出快速反應，生產小批量、多品種、多規格、低成本和高質量的產品，這便要求生產設備和自動化生產線的控制系統必須具有極高可靠性和靈活性。可編程控制器正是順應這一潮流而出現的，以微處理器為基礎的通用工業控制裝置。在20世紀60年代的汽車制造業，傳統繼電接觸器控制裝置廣泛應用于生產流水線的自動控制系統中。這套裝置設備體積龐大，可靠性差，同時維護不便，而且，完全由邏輯硬件構成，接線十分復雜。一旦生產過程某一環節發生改變，控制裝置就要重新設計改造。隨著汽車生產工業的迅猛發展，對于汽車型號頻繁改進，傳統控制系統捉襟見肘，弊端日益放大，最終PLC 應運而生。它開創性地引入程序控制功能，使計算機科學技術進入工業生產控制領域應用。早期PLC僅僅是替代繼電器控制裝置完成順序控制、定時等任務，但是其簡單易懂、安裝方便、體積小、能耗低、有故障顯示、能重復使用的特點，使得PLC很快就得到了推廣應用。隨著超大規模集成電路技術和微處理器性能的飛速發展，PLC的軟、硬件功能不能豐富、完善。 PID回路算法 在過程控制中，按偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進行控制的PID控制器（亦稱 PID調節器）是應用最為廣泛的一種自動控制器。它具有原理簡單，易于實現，適用面廣，控制參數相互獨立，參數的選定比較簡單等優點；而且在理論上可以證明，對于過程控制的典型對象──“一階滯后+純滯后”與“二階滯后+純滯后”的控制對象，PID控制器是一種最優控制。PID調節規律是連續系統動態品質校正的一種有效方法，它的參數整定方式簡便，結構改變靈活。 控制點包含三種比較簡單的PID控制算法，分別是：增量式算法，位置式算法，微分先行。 這三種PID算法雖然簡單，但各有特點，基本上能滿足一般控制的大多數要求。 PID算法控制器的輸出： 公式（21） 注：各符號含義如下u(t)。 控制器的輸出值。e(t)。 控制器輸入與設定值之間的誤差。Kp。 比例系數。Ti。 積分時間常數。Td。 微分時間常數。T。 調節周期。對于增量式算法，可以選擇的功能有：(1) 濾波的選擇可以對輸入加一個前置濾波器，使得進入控制算法的給定值不突變，而是有一定慣性延遲的緩變量。(2) 系統的動態過程加速在增量式算法中，比例項與積分項的符號有以下關系：如果被控量繼續偏離給定值，則這兩項符號相同，而當被控量向給定值方向變化時，則這兩項的符號相反。由于這一性質，當被控量接近給定值的時候，反號的比例作用阻礙了積分作用，因而避免了積分超調以及隨之帶來的振蕩，這顯然是有利于控制的。但如果被控量遠未接近給定值，僅剛開始向給定值變化時，由于比例和積分反向，將會減慢控制過程。為了加快開始的動態過程，我們可以設定一個偏差范圍v，當偏差|e(t)| β時，即被控量接近給定值時，就按正常規律調節，而當|e(t)|= β時，則不管比例作用為正或為負，都使它向有利于接近給定值的方向調整，即取其值為|e(t)e(t1)|，其符號與積分項一致。利用這樣的算法，可以加快控制的動態過程。(3) PID增量算法的飽和作用及其抑制在PID增量算法中，由于執行元件本身是機械或物理的積分儲存單元，如果給定值發生突變時，由算法的比例部分和微分部分計算出的控制增量可能比較大，如果該值超過了執行元件所允許的最大限度，那么實際上執行的控制增量將時受到限制時的值，多余的部分將丟失，將使系統的動態過程變長，因此，需要采取一定的措施改善這種情況。糾正這種缺陷的方法是采用積累補償法，當超出執行機構的執行能力時，將其多余部分積累起來，而一旦可能時，再補充執行PID位置算法離散公式： 公式（22）對于位置式算法，可以選擇的功能有：a、濾波：同上為一階慣性濾波b、飽和作用抑制：遇限削弱積分法一旦控制變量進入飽和區，將只執行削弱積分項的運算而停止進行增大積分項的運算。具體地說，在計算Ui時，將判斷上一個時刻的控制量Ui1是否已經超出限制范圍，如果已經超出，那么將根據偏差的符號，判斷系統是否在超調區域，由此決定是否將相應偏差計入積分項。積分分離法在基本PID控制中，當有較大幅度的擾動或大幅度改變給定值時， 由于此時有較大的偏差，以及系統有慣性和滯后，故在積分項的作用下，往往會產生較大的超調量和長時間的波動。特別是對于溫度、成份等變化緩慢的過程，這一現象將更嚴重。為此可以采用積分分離措施，即偏差較大時，取消積分作用；當偏差較小時才將積分作用投入。另外積分分離的閾值應視具體對象和要求而定。若閾值太大，達不到積分分離的目的，若太小又有可能因被控量無法跳出積分分離區，只進行PD控制，將會出現殘差。離散化公式：Δu(t) = q0e(t) + q1e(t1) + q2e(t2) 公式（23）當|e(t)|≤β時q0 = Kp(1+T/Ti+Td/T)q1 = Kp(1+2Td/T)q2 = Kp Td /T當|e(t)|β時q0 = Kp(1+Td/T)q1 = Kp(1+2Td/T)q2 = Kp Td /Tu(t) = u(t1) + Δu(t)注：各符號含義如下u(t)。 控制器的輸出值。e(t)。 控制器輸入與設定值之間的誤差。Kp。 比例系數。Ti。 積分時間常數。Td。 微分時間常數。（有的地方用Kd表示）T。 調節周期。β。 積分分離閾值當控制系統的給定值發生階躍時，微分作用將導致輸出值大幅度變化，這樣不利于生產的穩定操作。因此在微分項中不考慮給定值，只對被控量（控制器輸入值）進行微分。微分先行PID算法又叫測量值微分PID算法。離散化公式：公式（24）參數說明同上對于純滯后對象的補償控制點采用了Smith預測器，使控制對象與補償環節一起構成一個簡單的慣性環節。PID參數整定：(1) 比例系數Kp對系統性能的影響：比例系數加大，使系統的動作靈敏，速度加快，穩態誤差減小。Kp偏大，振蕩次數加多，調節時間加長。Kp太大時，系統會趨于不穩定。Kp太小，又會使系統的動作緩慢。Kp可以選負數，這主要是由執行機構、傳感器以控制對象的特性決定的。如果Kc的符號選擇不當對象狀態(pv值)就會離控制目標的狀態(sv值)越來越遠，如果出現這樣的情況Kp的符號就一定要取反。(2) 積分控制Ti對系統性能的影響：積分作用使系統的穩定性下降，Ti小（積分作用強）會使系統不穩定，但能消除穩態誤差，提高系統的控制精度。(3) 微分控制Td對系統性能的影響微分作用可以改善動態特性，Td偏大時，超調量較大，調節時間較短。Td偏小時，超調量也較大，調節時間也較長。只有Td合適，才能使超調量較小，減短調節時間。第三章 硬件設計本控制系統硬件設計由PLC控制系統硬件、監視系統硬件以及其他輔助硬件設計組成。在設計中應考慮以下原則:。可靠性是控制系統的生命，系統不可靠，即使功能再完善，經濟性再好也沒有用，可靠性不好的設備是沒有市場的。在設計中，盡可能選擇可靠的元件和產品，雖然初始投資可能多一點但是考慮到因為可靠性不好造成的生產和維修費用，還是值得的。在保