《測(cè)控系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)匯報(bào)題目：測(cè)控系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)專業(yè)：測(cè)控技術(shù)和儀器班級(jí)：測(cè)控082學(xué)號(hào)：姓名：周金榮指導(dǎo)老師：吳曉1月11日設(shè)計(jì)目標(biāo)：測(cè)控系統(tǒng)技術(shù)是一門包含新技術(shù)、新方法、新器件及經(jīng)典應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)例等多方面知識(shí)課程。經(jīng)過課程設(shè)計(jì)，能夠驗(yàn)證、鞏固和補(bǔ)充課堂講授理論知識(shí)必需步驟。經(jīng)過本課程設(shè)計(jì)，不僅要幫助學(xué)生鞏固和加深了解專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課中所學(xué)理論知識(shí)，更關(guān)鍵是訓(xùn)練學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)技能，培養(yǎng)學(xué)生初步方案設(shè)計(jì)、測(cè)試系統(tǒng)、分析并處理問題和處理數(shù)據(jù)能力。掌握本課程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，使其樹立工程見解和嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)作風(fēng)，經(jīng)過設(shè)計(jì)一個(gè)較為完整、面向應(yīng)用系統(tǒng)，使其初步含有利用理論知識(shí)分析問題、處理問題能力。設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)溫度測(cè)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)過溫度傳感器傳輸信號(hào)，該設(shè)定溫度信號(hào)要求在25~55℃之間。系統(tǒng)要求用戶輸入一個(gè)恒定溫度值。當(dāng)實(shí)際溫度靠近恒定溫度時(shí)，要求控制器進(jìn)行P調(diào)整、PI調(diào)整、PID調(diào)整。調(diào)整器控制固態(tài)繼電器占空比，繼電器再控制電加熱器電流。當(dāng)溫差越大，則固態(tài)繼電器占空比越高；頻率越慢，則溫度越低。本課題關(guān)鍵研究內(nèi)容有：溫度檢測(cè)；采取PLC進(jìn)行恒溫控制；PID算法在PLC中怎樣實(shí)現(xiàn)；PID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制性能影響；溫控系統(tǒng)人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)關(guān)鍵儀器設(shè)備：力控軟件、PLC(歐姆龍C200)、溫度傳感器檢測(cè)變送模塊、熱電阻、繼電器、電機(jī)、水泵、水箱、PID調(diào)整器、PPI/PC模塊等通訊用電纜線幾根。設(shè)計(jì)原理方案1、PLC溫度測(cè)控系統(tǒng)在溫度測(cè)控系統(tǒng)中，溫度控制是過程控制一個(gè)關(guān)鍵。PLC溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所表示，PLC經(jīng)過加熱器對(duì)水箱進(jìn)行加熱。上位機(jī)則實(shí)現(xiàn)目標(biāo)溫度設(shè)定、動(dòng)態(tài)顯示、參數(shù)設(shè)定等功效，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控。上位機(jī)界面2、系統(tǒng)組成在一個(gè)溫度測(cè)控系統(tǒng)通常含有溫度信號(hào)采集、信號(hào)處理、溫度調(diào)整等功效。PLC溫度測(cè)控系統(tǒng)中信號(hào)采集能夠使用常見溫度傳感器。因?yàn)樵O(shè)定溫度只要求在25~55℃之間，所以采取熱電阻溫度傳感器。由溫度傳感器檢測(cè)來信號(hào)不是標(biāo)準(zhǔn)電壓（電流）信號(hào)，不能直接送給A/D轉(zhuǎn)換模塊。所以溫度傳感器采集到溫度信號(hào)要經(jīng)過變送器處理后才能被A/D轉(zhuǎn)換器識(shí)別并轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)數(shù)字信號(hào)。依據(jù)所使用溫度傳感器選擇對(duì)應(yīng)溫度變送器。PLC對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行處理后，經(jīng)過模擬量模塊輸出電流信號(hào)，電流信號(hào)能夠經(jīng)過調(diào)壓器來控制電源開度（即一周期內(nèi)導(dǎo)通比率），從而控制電源輸出功率。加熱器依據(jù)電源輸出功率調(diào)整加熱強(qiáng)度，從而溫度調(diào)整效果。3、溫度PID控制實(shí)現(xiàn)對(duì)于模擬量信號(hào)控制PID（百分比+積分+微分）算法控制。歐姆龍C200系列PLC有專門PID回路指令，對(duì)模擬量進(jìn)行PID控制十分方便。PID算法：在實(shí)際控制過程中，不管是給定量還是過程量全部是工程實(shí)際值，它們?nèi)≈捣秶遣幌嗤Ｋ栽谶M(jìn)行PID運(yùn)算前，必需將工程實(shí)際值標(biāo)準(zhǔn)化。PLC在對(duì)模擬量進(jìn)行PID運(yùn)算后，對(duì)輸出產(chǎn)生控制作用是在[0.0，1]范圍標(biāo)準(zhǔn)值，不能驅(qū)動(dòng)實(shí)際驅(qū)動(dòng)裝置，必需將其轉(zhuǎn)換成工程實(shí)際值。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)步驟1、PID控制器參數(shù)整定：PID控制器參數(shù)整定是測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵內(nèi)容。它是依據(jù)被控過程特征，確定PID控制器百分比系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間大小。PID控制器參數(shù)整定方法很多，概括起來有以下兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它關(guān)鍵依據(jù)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到計(jì)算數(shù)據(jù)未必能夠直接使用，還必需經(jīng)過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定法。它關(guān)鍵依靠于工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采取。PID控制器參數(shù)工程整定方法，關(guān)鍵有臨界百分比法、反應(yīng)曲線法和衰減法。這三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)全部是經(jīng)過試驗(yàn)法，然后根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但不管采取哪一個(gè)方法所得到控制器參數(shù)，全部需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最終調(diào)整和完善。現(xiàn)在通常采取是臨界百分比法，圖所表示。利用該方法進(jìn)行PID控制器參數(shù)整定步驟以下：臨界百分比法首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短采樣周期讓系統(tǒng)工作：設(shè)溫度采樣周期T=20S（2）PID控制器參數(shù)設(shè)定，參考之前《計(jì)算機(jī)工業(yè)控制技術(shù)》：百分比系數(shù)在Kp在1.6~5之間，取Kp=2，積分時(shí)間Ti在3~10之間，取Ti=5，微分時(shí)間Td在0.5~3之間，取Td=2。2、PLC編程采取是歐姆龍C200系列PLC對(duì)溫度測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行編程，程序有三段，以下：第一部分分析先是設(shè)定一個(gè)測(cè)控系統(tǒng)要求恒溫溫度值，即SV=50℃。因?yàn)樵趯?shí)際控制過程中，不管是給定量還是過程量全部是工程實(shí)際值，它們?nèi)≈捣秶遣幌嗤Ｋ栽谶M(jìn)行PID運(yùn)算前，必需將工程實(shí)際值標(biāo)準(zhǔn)化。所以將50℃經(jīng)過指令BIN（023）BCD碼轉(zhuǎn)換成HEX十六進(jìn)制，然后用指令SCL（194）轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)值，得出是BCD碼，再接著用指令BIN（023）BCD碼轉(zhuǎn)換成HEX十六進(jìn)制。設(shè)定PID個(gè)參數(shù)值，設(shè)比列帶P值為2，積分I值為4，微分D值為1，采樣周期為20S。濾波系數(shù)設(shè)為0，時(shí)間范圍設(shè)為898S。第二部分分析對(duì)傳感器所測(cè)水溫溫度進(jìn)行PID，因?yàn)镻LC在對(duì)模擬量進(jìn)行PID運(yùn)算后，對(duì)輸出產(chǎn)生控制作用是在[0.0，1]范圍標(biāo)準(zhǔn)值，不能驅(qū)動(dòng)實(shí)際驅(qū)動(dòng)裝置，必需將其轉(zhuǎn)換成工程實(shí)際值。將所得出PID值用指令SCL（194）轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)值，得出是BCD碼，再接著用指令BIN（023）BCD碼轉(zhuǎn)換成HEX十六進(jìn)制。第三部分分析經(jīng)過點(diǎn)（A1,B1）和點(diǎn)（A2,B2）制出溫度跟電壓線性關(guān)系，其中A1是電壓信號(hào)最大值5V，B1是溫度許可最低值25℃，轉(zhuǎn)化成HEX十六進(jìn)制值是19。A2是電壓信號(hào)最小值0V，B2是溫度許可最大值50℃。內(nèi)存D5212里值是傳感器測(cè)溫度經(jīng)過溫度電壓線性關(guān)系算出電壓信號(hào)（電壓輸出范圍在0~5V）,從而控制電源輸出功率。加熱器依據(jù)電源輸出功率調(diào)整加熱強(qiáng)度，從而溫度調(diào)整效果。測(cè)試數(shù)據(jù)處理、測(cè)試結(jié)果因?yàn)闂l件不夠，未能實(shí)現(xiàn)程序是否能實(shí)現(xiàn)要求。不過程序可能還存在部分問題，有待改善。只有經(jīng)過組態(tài)自帶模擬PLC進(jìn)行模擬經(jīng)過模擬PLC上位機(jī)界面設(shè)計(jì)心得體會(huì)：經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)。使我們不僅了解測(cè)控系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)中關(guān)鍵性，還了解了電氣技術(shù)，傳感器等設(shè)備應(yīng)用，更有理論聯(lián)絡(luò)實(shí)際基礎(chǔ)知識(shí)。這么才能愈加好設(shè)計(jì)出符合客觀實(shí)際條件設(shè)計(jì)。該次設(shè)計(jì)我選擇是PLC來控制實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵诠ぷ髦杏薪佑|到PLC，所以設(shè)計(jì)起來還是有一定優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過設(shè)計(jì)，使我對(duì)PLC有了深入了解。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，有部分收獲，但也存在不足，可能程序不夠完善。八、參考文件：[1]浦昭邦，王寶光，《測(cè)控儀器設(shè)計(jì)》，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，[2]