基于plc水箱液位控制系統畢業設計畢業論文-免費閱讀

　　

【正文】 他們細心指導我的學習與研究，在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬。基于PLC的液位控制系統能讓我們在生活中遇到比較危險的場合中變得安全化、智能化。在輸入的偏差信號為階躍信號。當Ii=If時，電動機停止轉動，調節閥處于某一開度，即Q=KIi，式中Q為輸出軸的轉角，K為比例常數。執行單元是構成自動控制系統不可缺少的重要組成環節，它接受來自調節單元的輸出信號，并轉換成直角位移或轉角位移，以改變調節閥的流通面積，從而控制流入或流出被控過程的物料或能量實現過程參數的自動控制。它有兩個PID回路，分別是PID1和PID2。水箱的液位經過壓力變送器檢測轉換成相關的電信號輸入到PLC的輸入接口，再經過A/D轉換成控制量PV，給定值SP與控制量PV經過PLC的CPU的減法運算成了偏差信號e ,又輸入到PID調節器中，又開始了新的調節。 4 控制方案設計 系統設計當輸出由手動轉變為PID(自動)控制時，回路表中的輸出值可以用來初始化輸出值。跨度是最大可能值減去最小可能值：對于單極性數值(典型值)為32,000。由于計算機從第一次采樣開始，每有一個偏差采樣值必須計算一次輸出值，只需要保存偏差前值和積分項前值。偏差(e)是設定值(SP)和過程變量(PV)的差。[S3]+24：報警輸出 BIT0輸入變化量（增方）超出。[S3]+4：積分時間常數（），032767（*100ms），為0和時無積分。[S2]：存放當前值（PV）的地址。（3） 擴充臨界比例度法實驗經驗法調整PID參數的方法中較常用的是擴充臨界比例度法,其最大的優點是，參數的整定不依賴受控對象的數學模型，直接在現場整定、簡單易行。串級控制系統有兩個回路，主、副調節器作用方式的確定原則是要保證兩個回路均為負反饋。比值過高，即副回路的時間常數較主回路的時間常數小得太多，副回路反應靈敏，控制作用快，但副回路中包含的擾動數量過少，對于改善系統的控制性能不利；比值過低，副回路的時間常數接近主回路的時間常數，甚至大于主回路的時間常數，副回路雖然對改善被控過程的動態特性有益，但是副回路的控制作用缺乏快速性，不能及時有效地克服擾動對被控量的影響。 (4) 要將被控對象具有明顯非線性或時變特性的一部分歸于副對象中。（1） 主回路的設計 串級控制系統的主回路是定值控制，其設計單回路控制系統的設計類似，設計過程可以按照簡單控制系統設計原則進行。一次擾動：作用在主被控過程上的，而不包括在副回路范圍內的擾動。由分析可知，PID三作用調節質量最好，PI調節第二，PD調節有余差。比如當看到偏差變化很大時，就估計到即將出現很大的偏差而過量地打開（關閉）調節閥，以克服這個預計的偏差，這種根據偏差變化速度提前采取的行動，意味著有“超前”作用，因而能比較有效地改善容量滯后比較大的調節對象的調節質量。對于工藝條件要求較高余差不允許存在的情況下，比例作用調節器不能滿足要求了，克服余差的辦法是引入積分調節。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分（PD）控制器能改善系統在調節過程中的動態特性。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。PID控制，實際中也有PI和PD控制。產生階躍變化時，液位并不立即以最大的速度變化，由于中間具有容積和阻力。其被控量是第二只水箱的液位，輸入量為與上述分析方法相同，根據物料平衡關系可以列出下列方程 （29）為了消去雙容過程的中間變量、將上述方程組進行拉氏變換。這樣，其流出量與液位h無關。如皮帶運輸機的物料傳輸過程，管道輸送、管道反應和管道的混合過程等。這里，介紹后一種方法。其流出量為，它取決于用戶的需要改變閥2開度可以改變。 過程建模過程控制系統的品質，是由組成系統的過程和過程檢測控制儀表各環節的特性和系統的結構所決定。在PLC進入運行狀態后，從存儲器中逐條讀去用戶程序，按指令規定的任務，產生相應的控制信號，去起閉有關控制電路。四、調節器參數的整定，一個系統有了好的方案，但是如果參數整定錯誤那也是功虧一簣。液位控制系統它使我們的生活、生產都帶來了不可想象的變化。過程控制發展到現代過程控制的新階段，這是過程控制發展的第三階段。一些工廠企業實現了儀表化和局部自動化。過程控制是自動化技術的重要組成部分。 我國可編程控制器的引進、應用、研制、生產是伴隨著改革開放開始的。這個時期可編程控制器發展的特點是大規模、高速度、高性能、產品系列化。1968年，美國最大的汽車制造商——通用汽車公司從用戶角度提出了新一代控制器應具備的十大條件后，立即引起了開發熱潮。本文的主要內容包括：PLC的產生和定義、過程控制的發展、水箱的特性確定與實驗曲線分析， FX2系列可編程控制器的硬件掌握，PID參數的整定及各個參數的控制性能的比較，應用PID控制算法所得到的實驗曲線分析，整個系統各個部分的介紹和講解PLC的過程控制指令PID指令來控制水箱水位。20世紀70年代中末期，可編程控制器進入實用化發展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發生了飛躍。 20世紀末期，可編程控制器的發展特點是更加適應于現代工業的需要。此外，無錫華光公司、上海鄉島公司等中外合資企業也是我國比較著名的PLC生產廠家。40年代以后，生產自動化發展很快。為了滿足定型、靈活、多功能的要求，有出現了組合儀表，它將各個單元劃分為更小的功能塊，以適應比較復雜的模擬和邏輯規律相結合的控制系統的需要。一個系統的液位是否穩定，直接影響到了工業生產的安全與否、生產效率的高低、能源是否能夠得到合理的利用等一系列重要的問題。一、一個系統是否能達到預期的控制效果，其系統的數學模型相當的重要，直接關系到控制結果的正確與否。其功能是：PLC中系統程序賦予的功能，接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數據。其中輸入信號要通過光電隔離，通過濾波進入CPU控制板，CPU發出輸出信號至輸出端。單容過程還可分為有自衡能力和無自衡能力兩類。但為了簡化起見，經線形變化，則可近似認為與h成正比關系，而與閥2的阻力成反比，即 （23）式中：——閥2的阻力，稱為液阻。（b）所示為單容液位被控過程的階躍響應曲線。二、無自衡過程的建模所謂無自衡過程，是指過程在擾動的作用下，其平衡狀態被破壞后，不需要操作人員或儀表等干預，依靠其自身能力不能重新恢復平衡的過程。 當過程具有純時延時，則其傳遞函數為 （28） 二階雙容下水箱對象特性在工業生產過程中，被控過程往往是由多個容積和阻力構成，這種過程稱為多容過程。產生容量時延的原因主要是兩個容積之間存在阻力，所以使的響應時間向后推移。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為工業控制的主要技術之一。（2）積分（I）控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。其原因是由于存在有較大慣性組件（環節）或有滯后（delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。放大倍數是可調的，所以比例調節器實際上是一個放大倍數可調的放大器。如果把積分時間放到最大，PI調節器就喪失了積分作用，成了一個純比例調節器。一般都是和其它調節作用相配合，構成比例微分或比例積分微分調節器。圖 串級控制系統方框圖前一個調節器稱為主調節器，它所檢測和控制的變量稱主變量（主被控參數），即工藝控制指標；后一個調節器稱為副調節器，它所檢測和控制的變量稱副變量（副被控參數），是為了穩定主變量而引入的輔助變量。二、能迅速克服進入副回路的二次擾動。 (1) 在設計中要將主要擾動包括在副回路中。副回路中如果包括的擾動越多，其通道就越長，時間常數就越大，副回路控制作用就不明顯了，其快速控制的效果就會降低。主回路一般要求無差，主調節器的控制規律應選取PI或PID控制規律；副回路要求起控制的快速性，可以有余差，一般情況選取P控制規律而不引入 I 或 D 控制。過程放大系數極性是：當過程的輸入增大時，即調節閥開大，其輸出也增大，則為正，反之，為負。 調節參數控制規律P2PI/PID（2）用選定的使系統工作。觀察系統的響應過程，若記錄曲線不符合要求時，再適當調整整定參數值。BIT2：0為無輸入變化量報警，1為輸出變化量報警有效。[S3]+21：輸入變化量（減方）報警設定值，032767。該指令可以用中斷、子程序、步進梯形指令和條件跳步指令。+ 微分項是在采樣時刻n，PID回路輸出的計算值；是回路增益；是采樣時刻n的回路誤差值； 是回路誤差的前一個數值(在采樣時刻n1)；是采樣時刻x的回路誤差值；是積分項的比例常數；是回路輸出的初始值；是微分項的比例常數；從這個公式可以看出，積分項是從第1個采樣周期到當前采樣周期所有誤差項的函數。是現實世界數值的未標準化的或原始的實數值表達式。第一步是使用下面給出的公式，將回路輸出轉換成一個標定的實數值：= (偏移量) * 跨度其中： 是回路輸出經過標定的實數值是回路輸出標準化的實數值，跨度值域大小，可能的最大值減去可能的