基于plc的压力过程控制系统设计论文

基于plc的压力过程控制系统设计论文内容摘要：

串级系统由主、副两个控制回路组成，主、副调节其相串联工作。 以一阶回路为外环，二阶回路为内环设计串级控制系统 （ 3） 串级系统的优点 ①改善被控对象的特性 ②能及时克服进入副回路的各种二次扰动，提高了系统的抗扰动能力 ③ 提高了系统的鲁棒性 ④具有一定的自适应能力 （二） 控制算法 1 控制算法的选择 PID 控制器由比例单元（ P）、积分单元（ I）和微分单元（ D）组成。 其输入 e (t)与输出 u (t)的关系为 )/)(*)(/1)((()(0dttdeTdtteTtektu DtIp ??? ? 因此它的传递函数为： )*)*/(11()(/)()( sTsTksEsUsG DIp ???? 其中 ,kp 为比例系数； TI为积分时间常数； TD为微分时间常数 它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（ Kp， Ki 和 Kd）即可。 在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取 其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。 PID 应用范围广。 虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样 PID 就可控制了。 PID 参数较易整定。 也就是， PID 参数 Kp， Ki和 Kd 可以根据过程的动态特性及时整定。 如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化， PID 参数就可以重新整定。 2 PID 控制的原理和特点 在工程实际中，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。 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。 3 PID 控制器的参数整定 PID 控制器的参数整定是控制系 统设计的核心内容。 它是根据被控过程的特性确定 PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。 PID 控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。 它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。 这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。 二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。 PID 控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。 现在一般采用的是 衰减曲线法。 衰减比 例法是指：在闭环系统中，在纯比例的情况下，按比例度 ? 从大到小的变化规则，对于某一 ? 值做小幅度的设定值阶跃干扰，直至出现 4：1 的衰减为止。 利用该方法进行 PID 控制器参数的整定步骤如下： (1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作； (2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现4： 1的衰减曲线。 记下这时的比例放大系数和 衰减 周期； (3)在一定的控制度下通过公式计算得到 PID 控制器的参数。 三 、 硬件部分实现 （ 一 ） FX2N 特殊功能模块的应用 为了扩大 PLC 的应用范围， FX2N 系列 PLC 开发出各种特殊功能 I/O 模块，以满足各种工业控制的不同需求。 特殊功能 I/O 模块的类型有：模拟量输入、输出处理模块、高速处理模块、定位控制模块、 PID 模块、数字控制模块、联网通信模块、多参数输入模块、温度传感器输入模块、语言输出模块等等。 1 FX2N4AD 模拟量转换模块 （ 1） FX2N4AD 的结构： ① FX2N4AD 模拟特殊模块有四个输入通道，输入通道接收模拟信号并将其转换成数字量，这称为 A/D 转换。 FX2N4AD 最大分辨率 是 12 位。 ② 基于电压或电流的输入 /输出的选择通过用户配线来完成，可选用的模拟值范围是 10V 到 10VDC（分辨率 5mV）。 并且 /或者 4到 20mA， 20到 20mA(分辨率： 20uA)。 ③ FX2N4AD 和 FX2N 主单元之间通过缓冲存储器交换数据， FX2N4AD 共有 32个缓冲存储器（每个 16位） ④ FX2N4AD 占用 FX2N 扩展总线的 8个点。 这 8个点可以分配成输入或输出。 FX2N4AD 消耗 FX2N 主单元或有源扩展单元 5V电源槽 30mA 的电流 （ 2） FX2N4AD 的安装注意事项： ① 模拟输入通过双绞 屏蔽电缆来接收，电缆应远离电源线或其他可能产生的电线 Z如果输入有电压波动，或在外部接线中有电气干扰，可以接一个平滑电容器（ 到 ， 25V） ③ 如果使用电流输入，请互连 V+和 I+端子。 ④ 如果存在电气干扰，请连接 FG 的外壳地端和 FX2N4AD 的接地端。 ⑤ 连接 FX2N4AD的接地端与主单元的接地端。 可行的话，在主单元使用 3 级接地。 （ 3） 使用说明 ① 环境指标 项目 说明 环境指标（除下面一项之外） 与 FX2N 主单元相同 耐压绝缘电压 5000VAC， 1 分钟（在所有端子和地之间） ② 电源指标 项目 说明 模拟电路 24VDC177。 10%， 55mA（源于主单元的外部电源） 数字电路 5VDC， 30mA（源于主单元的内部电源） ③ 性能指标 模拟输入 项目 电压输入 电流输入 电压或电流输入的选择基于对输入端子的选择，一次可同时使用 4 个输入点 模拟输入范围 DC10 到 10V（输入阻抗： 200 千欧） DC20 到 20mA（输入阻抗： 250欧） 数字输出 12 位的转换结果以 16 位二进制补码方式储存。 2048~2047 分辨率 5mV 20uA 总体精度 177。 1% 177。 1% 转换速度 15ms/通道（常速）， 6ms/通道（高速） （ 4） 缓冲存储器（ BFM）的分配 BFM 内容 *0 通道初始化，缺省值 =H0000 *1 通道 1 包含采样数（ 14096），用于得到平均结果，缺省值就为正常速度，高速操作可选择 *2 通道 2 *3 通道 3 *4 通道 4 5 通道 1 这些缓冲区包含采样数的平均输入值，这些采样数十分别输入在缓冲区中的通道数据 6 通道 2 7 通道 3 8 通道 4 9 通道 1 这些缓冲区包含每个输入通道读入的当前值 10 通道 2 11 通道 3 12 通道 4 1314。