基于plc的谷氨酸发酵过程控制系统设计

基于plc的谷氨酸发酵过程控制系统设计内容摘要：

表明，这种控制规律对许多工业过程进行控制时，都能得到满意的效果。 在工业控制系统中，常常采用如图 21所示的 PID控制，其控制规律为式 (21)。 D ( s )被 控 对 象+r ( t ) e ( t )u ( t )y ( t )图 2 1 模 拟 P I D 控 制 系 统 ])()(1)([)(0 dttdedttetetu TTK DtIp  (21) 对应的模拟 PID控制器的传递函数为 )11(E (s )U (s )(s ) ssD TTK DIp (22) 式中， Kp是比例增益， Kp 与比例带  成倒数关系即 1Kp； TI 为积分时间常数； TD 为微分时间常数， )(tu 为控制量， )(te 为偏差。 比例控制能迅速反应误差，从而减小误差，但比例控制不能消除稳 5 态误差， Kp 的加大会引起系统的不稳定；积分控制的作用是：只要系统存在误差，积分控制作用就 不断地积累，输出控制量以消除误差，因而，只要有足够的时间，积分控制将能完全消除误差，积分作用太强会使系统超调增大，甚至使系统出现振荡；微分控制可以减小超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。 在 PLC控制系统中， PID控制规律的实现必须用数值逼近的方法。 当采样周期相当短时，用求和代替积分，用后向差分代替微分，使模拟 PID离散化变为差分方程。 为了便于计算机实现，必须把式 (21)变换成差分方程，为此可作如下近似  t ki iTedtte0 )()( （ 23） T kekedttde )1()()(  （ 24） 式中， T 为采样周期； k 为采样序号。 由式 (21)、式 (23)、式 (24)可得数字 PID位置型控制算式为 ])1()()()([)( 0 T kekeTieTTkeKku DkiIp   （ 25） 式 (25)表示的控制算法提供了执行机构的位置 )(ku ，如阀门的开度，所以被称为数字 PID位置型控制算法。 y ( t )P I D 位 置 算 法 调 节 阀 被 控 对 象r ( t )e ( t )u+图 2 2 数 字 P I D 位 置 型 控 制 示 意 图 6 衰减曲线法确定 PID 参数 PID参数可以根据计算整定，也可以通过工程整定方法确定。 工程整定的方法有动态特性参数法、稳定边界法 、衰减曲线法。 本系统采用衰减曲线法来确定各个参数。 衰减曲线法是一种闭环整定的方法。 整定的依据是纯比例调解下的经验参数，利用一些经验公式，求取调节器的最佳参数值。 需要知指明的是衰减率为系统稳定后设定值阶跃扰动后前两个振荡波峰的比值，该系统采用 4： 1衰减率的曲线整定，步骤如下： 1） 在闭合系统中，置调节器积分时间为最大（ IT ），微分时间 DT置零，比例度  取较大数值反复做给定值扰动试验，并逐渐减少比例度，直至记录曲线出现 4： 1的衰减为止。 这时的比例度称为 4： 1衰减比例度 s ，两个相邻波峰间的距离称作 4： 1衰减周期 sT。 2） 根据 s 和 sT 值，按照经验公式计算出调节器各个参数  、 IT 和 DT的数值。 3） 根据上述计算结果设置调节器的参数值，观察系统的响应过程。 如果不够理想，再适当调整整定参数值，直到控制质量符合要求为止。 整体系统接线图 整体系统接线图和控制系统框图见附录。 其中温度检测送入 PLC的为输入信号，通过 PLC送入调节阀的信号为输出信号。 系统采用分散闭环控制，集中管理的方法实现。 7 过程静态特性分析 设单回路控制系统的框图如图 23所示。 图中 )(sWc 为控制器（调节器）与执行机构的传递函数； )(0sW 为控制通道的传递函数； )(sWf 为扰动通道的传递函数。 并设 1)(1)()(000sTKsWsTKs。