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1、 江西理工大学电气工程与自动化学院基于S7-300 双容水箱液位控制系统电气工程与自动化学院数控技术课程实践题目：水箱液位控制系统专业班级:xxx学生姓名:xx指导老师：xxx日期：xxx摘要水箱作为工业控制当中经典控制对象，它所涉及的行业范围广,应用多,控制要求高，是当前工控行业比较常见的课题。这之中它所包含的控制目标多种，有流量,液位，压力等控制目标。总的来说,这三个控制目标虽然各有不同,但是所使用的控制算法，实现方式不尽相同，是以这三种控制目标其实是可以当做一种情况而言的。至于算法方面，PID作为经典应用算法，它所能实现的控制完全能够实现该场合。通过给定控制目标，PLC经由AD采集模块获
2、取当前的数据，将当前数据转化为可视的物理单位(流量，液位,压力）再根据PID控制算法确定给定量，通过DA输出到执行器中,实现一个闭环控制.在这过程当中,为了使得操作人员更方便更直观的知道当前的控制目标的动态情况，采用组态软件进行电脑监控，同时使用液晶屏控制终端,实现方便快捷的控制。通过组态界面,操作人员能很清楚的知道当前控制目标的各项动态情况,实现各种控制要求。关键词：流量液位计;PLC ；人机界面;控制系统； 流量液位调节; PID控制 WINCC；杰控；双容水箱。目录第1章 引言11.1。设计任务11。2。设计过程11。3。设计主要内容11.3.1。硬件模块设计11。3.2。组态软件选择考
3、量11。3。3。基于STEP7的程序设计21.3.4.综合设计2第2章 硬件选型32.1.硬件选型32。2。选型步骤32。3。选型的结果42。4.选型的技术参数4第3章 硬件结构设计53.1。整体结构设计53.2.硬件连接图53。3.系统I/O分配表63。4.硬件组态和变频参数设置63.4.1。硬件组态设置63.4.2.变频器参数设置7第4章 软件设计94。1。软件整体构架94。2。组态软件设计94。3。STEP7控制程序设计154.3.1.单环控制程序164.3。2.双环控制程序18第5章 整体调试245。1.组态调试245。2.软件调试245.2。1。参数整定24第6章 总结266。1.最
4、终存在的问题以及解决方案考量：266。2。项目的实现心得26参考文献29课程设计报告 16第1章 引言1.1. 设计任务本次课程设计是以西门子S7300 PLC作为控制器，实现双容水箱液位控制。为实现达到液位控制的目标,分为了几个子目标.1 单容水箱液位控制系统(杰控组态）；2 双容水箱液位控制系统（杰控组态);3 双容水箱液位控制系统（WINCC组态加液晶屏)。第三个任务其实就是最终任务，双容水箱的液位控制系统，之所以采用两种组态方式，个中原因后文会论述。1.2. 设计过程本次设计的设计过程，其实就是上面三个任务的设计实现过程。具体到工作方面而言，分为以下。第一步,过程控制柜模块选取，所选取
5、的液位传感器、电磁阀等硬件的连接和变频器的控制方式设置;第二步,基于杰控组态软件的上位机设计，我们需要根据资料学习的东西包括项目管理、设备通信、运行数据库、画面制作、画面显示、变量报警等，通过这些木块的学习进而组合形成一个我们需要的界面控制台;第三步,基于STEP7的S7300PLC程序的设计，使用FB41背景数据块和FC105、FC106模块实现整个环节的A/D、D/A、PID闭环控制系统的设计；第四步，所有部分的综合控制设计,将前期设计的所有模块进行所有的整合一体设计调试，最终实现我们的设计要求。第四步，加上WINCC组态和液晶屏，实现在现有设备中的最大化最优化设计。1.3. 设计主要内容
6、1.3.1. 硬件模块设计所需的硬件配置，一个储水箱、一个装水箱、流量计一个、电动阀一个、变频器一个，水泵一个和若干开关水管等材料构成。1.3.2. 组态软件选择考量为了能够更方便直观的检测控制系统的液位参数变化，需要对其进行实时动态监测，所以需要用到组态软件。杰控组态软件：该软件作为国产的组态软件,应用范围虽然不像其他组态软件那么广，但是应用的重要场合也是值得称道的,并且该软件提供30个I/O点以下的免费使用，这对于本次课设而言，是一个不错的选择,况且其本身的设计风格和其他组态软件相差不大，界面甚至比WINCC的更加优美,这是选择它的主要原因。WINCC组态软件：该软件作为西门子与微软合作开
7、发的监控系统软件，是当前世界最常用的三大SCADA之一。该产品的应用范围是杰控所不能比的,考虑到现有设备的情况和时间方面的因素,最终也做了该方案的实现。本次组态软件需要使用的功能有，首先，学会如何使用项目管理包括备份和调入等；完成设备通讯的设计，主要包括S7TCP驱动安装、启动驱动、定义设备数据表、监视设备数据表,设备数据表的定义至关重要，它是直接和我们的程序控制连接起来的纽带；紧接着就是画面制作了，按照设计的需求绘制一个相对美观的界面，然后添加一些静态文本、按键、文本框、曲线图、柱状图等,从而构成一个完整的控制界面；选择相应的画面，启动画面显示。1.3.3. 基于STEP7的程序设计本次程序
8、设计主要采用梯形图的方式，设计的过程首先使用模数转换模块FC105对液位计的数值进行实时采集，SCALE功能接受一个整型值（IN)，并将其转换为以工程单位表示的介于下限和上限（LO_LIM和HI_LIM)之间的实型值.将结果写入OUT.FC105转换得到的数值再作为FB41模块进行PID调节，然后将调节得出的结果送给数模转换模块FC106进行转换，SCALE功能接受一个整型值(IN)，并将其转换为以工程单位表示的介于下限和上限（LO_LIM和HI_LIM)之间的实型值。将结果写入OUT。输出的结果再送给变频器，从而实现变频器的外控模式调节，从而实现液位的控制。1.3.4. 综合设计在实现了上述
9、内容之后，加上组态软件进行调试,并对一些细节方面进行处理.完成了上述各个模块之后，再进行综合设计,整个过程控制系统就是由硬件外围电路和设备加软件控制部分控制的.我们通过PLC编程，再与组态软件进行链接，实现一个控制界面，继而控制物理设备的完整控制系统.第2章 硬件选型2.1. 硬件选型本设计硬件主要包括，过程控制系统设备一套(包括三个流动水箱、一个储水水箱、若干水管、开关若干、抽水泵一个等）、流量计一个、电动阀一个、变频器一套等。考虑到液位的精度和准确度，本设计采用上海艾特自动化仪表有限公司的MLF-1液位计。变频器采用西门子全新一代标准变频器MicroMaster420,它是全新一代模块化设
10、计的多功能标准变频器。它友好的用户界面，让你的安装、操作和控制象玩游戏一样灵活方便。全新的IGBT技术、强大的通讯能力、精确的控制性能、和高可靠性都让控制变成一种乐趣.水泵电动机采用浙江松久电机有限公司的A027112系列三项异步电动机，功率为370W，额定电压380伏，额定电流1.0A，额定频率50HZ,转速2780r/min,绝缘等级B，噪声65dB 硬件组态采用可编程控制器CPU 314C-2 PN/DP，CPU 314C-2 DP 是紧凑型 CPU,适合安装在分布式结构中。通过其扩展工作存储器，该紧凑型CPU也适用于中等规模的应用.集成的数字量和模拟量输入和输出可与过程信号直接连接。集
11、成的的PROFIBUS DP 主站/从站以及 PROFINET IO 控制器/I设备接口，用于 PROFIBUS 和 PROFINET 的分布式连接.这使得 CPU 314C-2 PN/DP 可作为进行快速处理的分布式单元使用,也可作为 PROFIBUS 和 PROFINET 系统中具有低端现场总线系统的上位控制器。采用西门子电源模块PS307/5A,6ES73071EA01-0AA0西门子PS307/5A/10A电源模块单元为S7300/ET 200M提供电源，将120/230伏交流电压转变到所需要的24伏直流工作电压输出电流2安、5安或10安。S7300需要24伏直流电源。PS 307负载
12、电源模块将120 或230伏交流电压转变为24伏直流工作电压。24伏直流电源用来为SIMATIC S7-300和传感器及执行元件供电模拟量输入采用SM331,命令地址为6ES7 3317KF02-OABO，标称型号是AI8*12Bit，光电隔离，U/I/热电偶/电阻中断，诊断;分辨率9、12、14位，八位模拟量输入。模拟量输出采用SM332，命令地址为6ES7 3325HD01OABO，标称型号是AO412Bit，光电隔离，U/I诊断；分辨率11、12位，四位模拟量输出.数字量模块 SM 323 数字量输入/ 输出模块，8 输入，8输出.24VDC；8出，24VDC,0。5A，晶体管输出，光电
13、隔离,扩展温度范围PS 307 5AAI8*12Bit 6ES7 3317KF02OABOAO4*12Bit 6ES7 3325HD01-OABODI8/DO8*DC24V/0,5A 6ES7 323-1BH010AA02.2. 选型步骤硬件的选型是从本设计的核心去实现的，硬件方面要符合标准输入电压、电流、频率等。因此选型的步骤可以分为如下几步来进行：(1）了解设计所提供的硬件资源，根据所有的设备进行实践选型;（2）确定流量最大时流量计的最大值，以确定所选AD采集设备符合要求；（3）确定电源模块是否符合设备的规格；(4)确定变频器所能设置的最大频率值；（5）确定DA采集到的数据值是否符合设备要
14、求；2.3. 选型的结果最终确定采用的硬件设备主要有,上海艾特自动化仪表有限公司的MLF-1流量计，变频器采用西门子全新一代标准变频器MicroMaster420，水泵电动机采用浙江松久电机有限公司的A027112系列三项异步电动机，硬件组态采用可编程控制器CPU 314C2 PN/DP。2.4. 选型的技术参数一、变频器MicroMaster420200V-240V 10,单相/三相，交流，0。12kW-5。5kW；380V480V10，三相，交流，0。37kW11kW；模块化结构设计，具有最多的灵活性;标准参数访问结构，操作方便。二、可编程控制器西门子可编程控制器6ES73146EH04-
15、0AB0SIMATIC S7-300, CPU 314C2PN/DP COMPACT CPU WITH 192 KBYTE WORKING MEMORY， 24 DI/16 DO， 4AI， 2AO, 1 PT100, 4 FAST COUNTERS (60 KHZ）， 1. INTERFACE MPI/DP 12MBIT/S， 2。 INTERFACE ETHERNET PROFINET, WITH 2 PORT SWITCH， INTEGRATED 24V DC POWER SUPPLY, FRONT CONNECTOR (2 X 40PIN） AND MICRO MEMORY CARD
16、REQUIRED，三、电源模块PS 307电源模块是西门子公司为S7-300专配的DC24V电源，PS 307系列模块除输出额定电流不同外（有2、5、10A)，其工作原理和参数都一样。系统选用5A的电源模块。PS 307 5A模块基本电路如图21所示。PS 307 5A模块的输入接单相交流系统,输入电压120/230V,50/60HZ，在输入和输出之间有可靠的隔离。输出电压允许范围20(）V,最大上升时间2.5s，最大残留纹波150mV，PS 307可安装在导轨上，除了给S7300供电，也可给I/O模块提供负载电源。第3章 硬件结构设计3.1. 整体结构设计系统硬件设计总体框图如下图 3。1所
17、示。图 3。1 系统设计总体框图3.2. 硬件连接图下图所示的位在组态软件中的硬件连接图，在设计的过程中，其实是分为两种硬件连接的，一种是单环的情况，一种是双环的情况。在这里由于各方面的原因，给出双环杰控组态的硬件连接图。见图 3。Error! Bookmark not defined.所示。图 3。Error! Bookmark not defined. 双环硬件组态图主要部分系统控制图连接如下，这里画出的是单环液位控制的情况,具体如下图 3.2示.图 3.2 硬件设备连接图3.3. 系统I/O分配表控制系统的输入/输出信号的名称、代码及地址编号如下表所示：符号地址备注FC105_INPIW
18、262模拟量输入FC105_OUTMD102模拟量输出BIPOLARI8。0启动转换模式SP_INTMD200初始给定值PV_INMD102反馈输入GAINDB1。DBD14比例值TIMD160积分时间LMNMD150PID调节输出FC106_INMD150数字量输入FC106_OUTMW250数字量输出PQW276MW250变频器给定值PQW27827648电动阀给定值3.4. 硬件组态和变频参数设置3.4.1. 硬件组态设置由于三个任务的硬件都是一样的,唯一的区别在于双容水箱多了一个水箱的检测环节，其余的和单容水箱一致.是以下面的硬件泽太部分其实是一致的，具体见如下图 3.Error! B
19、ookmark not defined.。图 3.Error! Bookmark not defined. 硬件组态图3.4.2. 变频器参数设置电动机的额定参数：功率0.37KW电压380V电流1。0A转速2780r/min快速调试：步骤参数名设定值参数说明备注1P00101进入快速调试2P01000电网频率3P0304380额定电压4P03051.8额定电流5P03070。37额定频率6P031050额定频率7P03112780额定转速8P07002内控1；外控2内控/外控选择9P10001内控1；外控210P10800最小频率11P108250最大频率12P112010斜坡上升时间13P
20、112110斜坡下降时间14P39001结束快速调试电机类型修改为异步电机步骤：步骤参数名设定值参数说明备注1P00101进入快速调试2P00032设置访问级别3P03001异步，2同步异步/同步选择异步4P13000线性，2抛物线控制方式选择线性5P00031设置访问级别6P39001结束快速调试第4章 软件设计由于本次课设分为三个项目目标，所以,在这里我将分别介绍三个任务的具体实现情况.4.1. 软件整体构架任务总体软件设计构架见下图 4。1所示。图 4。1 软件构架图如上图所示，软件构架图分为两个部分，一个是组态软件的设计，这里设计到两个不同的组态软件的使用，另外一个是STEP7程序的设
21、计，这里主要分为两个，一个是单容，一个是双容.根据以上的任务有下表表格 4。1任务组态软件环数单容水箱液位控制杰控1双容水箱液位控制1杰控2双容水箱液位控制2WINCC24.2. 组态软件设计组态软件分为两个，一个是杰控组态,一个是WINCC组态。但是总体而言，两种组态软件的使用方式是一致的,具体的可见图 4。Error! Bookmark not defined.的组态总体图.图 4。Error! Bookmark not defined. 组态总体图如上所示，组态软件的只用主要分为三个部分，分别是项目管理，设备通讯，画面制作。下面以杰控组态为例进行细致介绍，至于WINCC组态,由于与此类似
22、故而略过，只给出最终的成品图。详情见整个工程。1、新建项目点击新建项目图标，出现下面图4。1.3所示对话框： 项目内容缺省在组态软件系统目录及相应子目录下，新建项目就是清除或更新系统目录下有关内容;所以在创建新项目时,应先备份当前项目到其他目录下(缺省为“我的项目备份”子目录）;如果当前项目还没有备份保存,建议先进行备份,否则当前的项目会丢失; 按下确定按钮，会两次出现确定清除当前项目的提示。之后便开始创建新的项目。图 4.Error! Bookmark not defined.新建项目2、项目备份备份项目就是将当前项目形成副本,要养成经常备份项目的习惯,避免项目内容丢失。使用菜单中“项目-备
23、份”命令保存项目内容到指定目录下，项目备份的界面如下图4。1。4所示。图 4。2 项目备份3、项目调入没有打开项目的概念，因为项目管理器运行后,所管理和使用的项目就是当前系统目录下的内容； 若需管理和运行另外的项目,就需要清除当前项目，调入另外一个项目（调入的目的是将备份的数据库和画面等文件拷贝到系统的当前目录下); 调入项目之前,要先去备份项目，避免当前项目丢失； 调入某项目,请执行“项目-调入”命令,界面所示:4、运行项目可以在两种方式下运行：组态方式和运行方式； 项目管理器被单独启动后,进入组态方式，通讯驱动和实时数据库不被启动，只能对系统进行设置和组态； 通过“项目启动监控系统”菜单命
24、令或单击工具条运行按钮，可以使系统工作在“运行方式”下,在运行方式下的某些内容被修改后，必须退出监控系统重新启动,通过“项目退出监控系统”的菜单命令可实现。二、设备通讯1、安装驱动要使用某个驱动程序，首先进行选择安装，才能在项目中使用; 可以同时最多安装 32 种驱动程序； 安装驱动程序的步骤如下:1.选择功能;2。执行1。安装驱动任务，出现下面对话框： 3。从驱动列表中选择要使用的通讯驱动程序；4。选择列表中包含常用驱动程序，如果其中没有包含要使用的驱动程序,可以手动添加;5。驱动程序版本或参数常有更新，通过执行更新驱动按钮进行更新6。选择列表右边显示此驱动程序提供的数据类型，不同设备驱动有
25、不同数据类型,只有被选择的数据类型才能真正被访问，根据具体需求进行选择,最多可以支持 24 种数据类型；7.双击选择的驱动程序名称，或执行安装按钮,可以把当前选择的驱动程序安装到系统中;8。安装完所需驱动后,执行按钮结束安装；9.已被安装的驱动程序,如要修改，重新进行安装即可;2、添加驱动安装驱动程序界面选择列表中只列出了最常用的主流驱动程序，可以被直接安装使用; 手动添加驱动程序的步骤如下：1.需要添加的驱动程序多由开发商提供,也可由高级用户根据公布的驱动模板自行编写;2.串口驱动模板的内容参考用户编程章节；3.驱动程序由两个文件组成,即配置文件(.ini)和程序执行文件(*.exe）；3.
26、得到这两个文件,并拷贝到系统安装根目录下；4.选择设备通讯功能;5。执行任务；6。从选择列表中找到并选择其他添加双击,并鼠标双击；7.列出了允许添加的驱动程序,选择其中的某个驱动程序,执行添加按钮;8。添加完成后，新的驱动程序会出现在驱动列表中；3、启动驱动如果某驱动程序被安装后且被选择，则在系统启动过程中，自动启动此驱动程序；1。如果驱动程序被安装但没有被选择，则在系统启动过程中,不能启动此驱动程序，但在这种情况下,通过设备数据表,可以进行仿真调试；2。选择功能,执行3.启动驱动任务；3.显示在列表框中的驱动程序，是被安装过的驱动程序； 4.如果没有被选择(），则在系统启动过程中,不被启动；
27、 5。只有被选择以后(）,才能在系统启动过程中被启动；4、定义设备数据表选择功能，执行4。定义设备数据表任务，出现设备表对话框：图 4。Error! Bookmark not defined. 双环组态数据4。1.7定义设备数据表选中设备数据表的某个设备号,用鼠标双击,会出现下面的设置对话框:4.1.8定义设备号三、画面制作1、启动画面制作程序有 3 种方法可以启动画面制作程序：1.选择功能,执行任务,出现画面文件管理窗口,可以启动画面制作程序，新建或修改某画面;2、画面制作平台画面制作程序启动之后，提供的制作界面如下图 4。Error! Bookmark not defined.所示:图 4
28、。Error! Bookmark not defined. 杰控双环控制组态图 至于WINCC双环组态图见下图 4。3所示。图 4。3 WINCC双环组态图画面制作窗口主要由 7 部分组成,可以同时制作多幅画面，并通过窗口进行切换。1.制作窗口,是画面制作的台面，在上面可以放置所需要的任何图形组件；2.菜单，提供了所有画面制作与操作的命令; 3。滚动条，尺寸可以无限大,画面尺寸超出屏幕显示范围时,通过滚动条漫游画面; 4.状态条，屏幕最下方是状态条,它显示状态提示，键盘状态及当前图形对象位置; 5.工具箱，由多个操作按钮组成，实现了常用的菜单操作，是为了方便对画面进行操作;当鼠标指向工具条上的
29、按钮时,会在其下方显示对应的功能提示; 6.组件,以分栏列表的方式提供所有可用组件;3、画面属性/参数在画面窗口的空白区， 鼠标双击, 出现对话框设置画面属性如图4。1。10所示:可以定义如下参数:画面标题、画面颜色、高度、宽度、刷新间隔、编辑口令、动态只读、打开任务、关闭任务、初始脚本、关闭脚本、循环脚本、自定义脚本、自适应分辨率、无级缩放。4.3. STEP7控制程序设计下面控制框图是单环和双环的控制闭环图。图 4.4 双环控制系统图图 4。Error! Bookmark not defined. 单环控制系统图整个程序设计的过程，其实就是上面两个程序框图的程序化的过程。4.3.1. 单环
30、控制程序下图为共享数据块的数据定义见图 4。Error! Bookmark not defined.。图 4。Error! Bookmark not defined. 单环共享数据块Network1: 打开调节阀，地址是 PQW272.Network2： 采集当前液位的数据，将其存入共享数据块DB1。DBD6中。图 4。Error! Bookmark not defined. 单环程序1将共享数据块中的数据写入背景数据块中。分别是时间常数TI和TD，图 4。5 单环程序2给定液位值并且更具检测到的当前值进行PID计算DB41为PID模块，MAN_ON是PID使能,为0时使能；SEL是积分使能,
31、在这里为了方便后期的积分分离调试，进行手动操作；P_INT是给定值,也就是我们所期望达到的数值；PV_IN是反馈值，也就是当前液位的检测值。GAIN：是PID中的P，也就是比例部分.右边部分书输出：LMN：PID计算输出LNM_P:比例部分输出LMN_I：积分部分输出LMN_D：微分部分输出图 4.6 PID计算图 4.7 单环程序4FC106：将调节器的输出值DA,输出到MW250中，再将MW250的值送给变频器PQW276，。IN：需要送的数。HI_LIM：输出最高限值.LO_LIM：输出最低限值。这两个高低限制其实也是单位换算的一个设置，在这里不太明显，双环的程序中还有这个，后文有较为详
32、细的解释。4.3.2. 双环控制程序作为本次设计的最终目标，我们需要达到的是一个双容水箱的液位控制,给定下水箱的液位值，通过水泵将水从储水池里面抽到上水箱中，再经过上水箱的出水口到达下水箱。在下水箱达到预定值时,实现上水箱的出水与下水箱的出水相等，即可保持下水箱的液位。上水箱的出水速度受到它本身的水的压力影响，该环节相对于下水箱的控制目标来说,其实是一个扰动的因素，所以，在设计时应该对其进行一个闭环处理，也就是内环，同时内环的输出作为外环的给定,通过外环的控制，这样一种双闭环的操作，使得系统能够正常快速的达到我们所需的目标。至于本次课程设计为什么选择PID控制算法，是因为PID算法在这里能够很
33、好的实现控制要求。对于PID算法的具体情况，这里就不再赘述。详情可参考相关资料。综上:有下图 4.7.图 4.8 双环闭环图下图是双环共享数据块图图 4.Error! Bookmark not defined. 双环共享数据块具体的程序代码见下:图 4.Error! Bookmark not defined. 双环程序1程序段Network:打开调节阀.其次是检测当前水箱的水位值，也就是反馈环节。图 4。Error! Bookmark not defined. 双环程序2注意到这里的上限值HI_LIM为450，是指水箱液位最大能达到的高度.图 4.9 双环共享数据块3该部分程序的功能是将共享数
34、据块中的外环的TI和TD写入背景数据块DB41也就是PID环节中。而下图则是PID1也就是外环主控环节。值得注意的是这里的LMN_HIM和LMN_LLM，这两个值分别是上下限，它是水箱在当前的物理状态下所能达到实际范围。这个数据是在阀门全开,全速工作时水箱最终稳定值。该部分的程序的意思是通过外环的检测进行PID计算，并将计算的结果结合内环水箱所能达到的实际值进行调整。输出值LMN作为内环的给定。图 4。10 双环程序5上面的程序段的作用和程序段3的一样，不过这里是将内环的TI和TD写入。这两个值是在组态界面进行修改的，在程序段中无法操作。下面的程序段则是PID内环的调节，该部分也就是前面所说的
35、将上水箱作为扰动环节考虑所加的一个控制效果。至于其它的参数,参见外环PID程序段，大部分和它是一致的。该部分程序段的作用是将外环计算的数据和上水箱当前的值进行PID计算，用来抑制上水箱作为扰动环节的处理.它的上下限值的获取和上面是一样的。图 4。11 双环程序段6在经过内外双环的计算之后，将计算的结果进行输出.但是在这个过程中有一个是必须处理的,就是输出配比问题，同时也可以认为它是在进行一个DA输出的过程。具体的见下图 4.12所示.图 4.12 双环程序7 至此,整个程序就结束了.以上PID环节的具体参数表可自行参考相应的资料。限于篇幅的因素在这里就不给出了。如上所述，整个程序的实现其实就是
36、上述控制框图的程序化的过程。第5章 整体调试其实整个一个过程，花的时间最多的也就是在系统整体的调试上面.从硬件的接线，到组态软件再到程序控制算法的参数调节,最后再到系统整体功能的调试。在这里我们主要讨论组态和控制算法PID的参数整定。5.1. 组态调试 组态调试分为两个部分,一个部分是硬件组态，一个是组态软件的调试。至于硬件组态其实都是一样的，因为几个任务所用到的硬件设备是一致的。所以这里主要讨论的是组态软件的调试.组态软件又分为两个,一个是WINCC一个是杰控.杰控的前文已经讲得比较详细，因此这里也不再重复,是以主要讲讲WINCC调试。图 5。Error! Bookmark not defi
37、ned. WINCC连接这里的连接是指PLC和液晶屏进行连接，这里指的注意的是便是组态软件的各项操作,由于前面的硬件组态已经完成，所以它能自动识别一些相应的必备东西。最终所达到的组态效果图可见附录。5.2. 软件调试所谓的软件调试，其实就是软件的实现过程,其中最主要的是两个,一个是实际值和检测值的换算，一个是控制算法PID参数整定。前者的调试获取方法前文已经讲明，这里不再赘述。所以这里主要讲的是参数整定部分。5.2.1. 参数整定PID参数的整定，其实是有很多种方法的。诸如简易工程法,优选法，凑试法,自整定法等多种方法。结合各种情况,这里采用的是凑试法。具体的过程如下：u(t）=kp(e(t）
38、+1/TIe(t)dt+TD*de(t)/dt）（1）首先只整定比例部分：将微分和积分部分关闭，将比例系数由小变大，并观察相应的动态先进去曲线，直到达到反应快，超调小的响应曲线，如果系统没用静差或者静差很小到允许范围内，那么便调试好了.只需比例部分即可。（2）通常而言，单纯的比例在双闭环的情况下是不太可能得带比较好的曲线的，所以需要加上积分部分.整定时，将前面获得的K值先缩小到原先的0.8倍然后逐步加入一个很大的积分时间再慢慢减小直到静差消除。（3）通常而言，PI便能达到一个比较好的曲线，但是若还是不满意则可以加上微分环节。先将微分置0，然后缓慢增加直到得到满意的曲线。通常而言，这种方法是一个
39、比较好的实现方法，这里采用这种方法成功的实现了控制要求。如下图所示：由图可已看出整定曲线已经比较好了.这里，我没有使用微分。第6章 总结6.1. 最终存在的问题以及解决方案考量：该项目最终结束时其实还有一些方面的不足，倒不是说控制要求没有实现，而是在实现了控制要求的基础上还存在一些不足。主要有两点：(1）控制曲线的稳定时间过长，由于算法使然，又或者是参数不够好，最终成品时，控制曲线稳定的时间过长，我尝试过 许多种解决方法，但是都不成功。解决方案的考量有两个，一个是换一种更为先进的算法，一种是继续整定参数，虽然该系统本身具有极大的滞后,但是继续整定参数还是可以获得一个更好点的曲线。（2）程序规范
40、化不足：由于时间原因，没有对程序进行一个规范化处理，使得程序阅读起来存在一定的障碍.解决方法就是程序的模块化。6.2. 项目的实现心得本次课设所花费的时间其实不多，拿到题目之后的第二天我就将第一个任务完成了。其实也就是一个PID而已,时间主要是用在组态软件的学习上。从某种程度上来说，本次课设最大的守护不是对于这个项目所学到的经验，而是在这个项目中学得的学习方法.任何一个工程,经验能够让人快速的完成项目，但是对于一些我们未曾涉及的领域或者知识，最终获得成功依靠的是学习能力，在现有的状态下，如何利用当前可利用的方法去获取项目的成功，这样的方法其实也就是学习方法。通常而言,有以下几种：；利用网络，请
41、教别人，但是最主要的还是靠自己的坚持和静下心来的学习。往往能成功最基本的就是靠第三种方法。当然，本次课程设计中遇到了许多问题，诸如硬件组态，通信，参数整定等，最终还是被我解决了。这之中需要感谢的人有许多。在这个过程中，朱老师对我的帮助挺大,这里是值得感谢的。本次课设收获有很多,至此我可以很自信的告诉自己，今后遇到相应的项目，我可以很有信心的区完成。当然对于个人来说，这之中所获得的积累是一个立志于技术方面的人所最开心的.附录A 附录参考文献1 于海生. 计算机控制技术. 北京：机械工业出版社, 2007.5. 2 廖常初。 跟我动手学S7300/400PLC。 北京:机械工业出版社 2010。93 吉顺平. 西门子PLC与工业网络技术。 北京 机械工业出版社 2008。2