自动化毕业设计管道流量调节阀PID远程控制系统设计Word文档下载推荐.doc
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讲师
院系
自动化学院
专业
自动化
题目
管道流量调节阀PID远程控制系统设计
任务与要求
1、了解PID的基本原理。
2、熟练掌握组态王6.52软件。
3、掌握PID调节水箱液位的原理及作用。
4、了解用PLC编程的思想，并能够画组态界面。
5、会用S7-300编程，具有一定的编程能力。
开始日期
2011年01月10日
完成日期
2011年06月17日
院长（签字）
2011
年
01
月
10
日
毕业设计（论文）工作计划
学生姓名李紫鹏指导教师沈建冬职称讲师
院（系）自动化学院专业自动化
题目管道流量调节阀PID远程控制系统设计
_______________________________________________________
工作进程
起止时间
工作内容
1月10日~3月30日了解PID的基本原理
4月1日~4月26日熟悉S7-300软件编程环境及组态王软件
4月27日~5月8日画出组态王监控画面
5月9日~6月1日编写并并调试控制程序
6月1日~6月17日撰写毕业论文、答辩
主要参考书目（资料）
[1]胡寿松.自动控制原理.科学出版社,2002。
[2]邵裕森.过程控制工程.机械工业出版社，2002。
[3]A3000过程控制实验系统指导书.清华大学深圳研究院工程教育中心，2006。
[4]张运刚宋小春郭武强西门子S7-300/400PLC技术与应用人民邮电出版社，2007.
主要仪器设备及材料
A3000高级过程控制实验系统及S7-300软件、组态王软件、计算机
论文（设计）过程中教师的指导安排
每周检查一次设计进程，每周三下午、周五下午进行辅导答疑
对计划的说明
尽量在自己的努力下独立完成毕业设计。
西安邮电学院
毕业设计（论文）开题报告
自动化学院自动化专业07级03班
课题名称：
管道流量调节阀PID远程控制系统设计
学生姓名：
李紫鹏学号：
06071079
指导教师：
沈建冬
报告日期：
2011年03月28日
1．本课题所涉及的问题及应用现状综述
1.1过程控制是生产过程自动控制的简称，这是自动化技术的一个重要组成部分。
通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的进行的生产过程自动控制。
在现代工术正在为实现各种最优的技术经济指标、提或按一定周期与程序高经济效益和劳动生产率、改善劳动业生产过程中，过程控制技条件、保护生态环境等方面起着越来越大的作用近年来我国各企业采用多功能PID控制器生产各类产品，国内PID控制器产品技术工艺应用有很好的前景。
PID技术工艺的发展对行业项目也有一定的影响。
国外更大程度的发展PID技术，在美国、日本、欧盟等国家这方面的技术更是成熟，在控制方面有很大的贡献，还占有着相当大的市场，而且，这方面得知识技术也是日新月异，发展很快。
1.2PID控制是工业过程控制中应用最广泛的一种控制规律，PID控制表示比例、积分、微分控制。
其工作原理是：
由于来自外界的各种扰动不断产生，要想达到现场控制对象值保持恒定的目的，控制作用就必须不断进行。
若扰动出现使得现场控制对象值发生变化，现场检测原件就会将这种变化记录并传送给PID控制器，改变过程变量值，经变送器送至PID控制器的输入端，并与给定值SP进行比较得到偏差值e，调节器按此偏差以预先设定的整定参数控制规律发出控制信号，去改变调节器的开度，使调节器的开度增加或减少，从而使被调参数发生改变，并趋向于给定值SP，以达到控制的目的，用流量调节阀PID控制来调节流量有重要的研究价值。
2．本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析
重点研究的关键问题：
PID原理、A3000过程控制系统及软件的编写
解决思路：
见原理图
预期目标的可行性分析：
水介质由泵P102从水箱V104中加压获得压头，经由调节阀FT-102进入水箱V103，
通过手阀QV-116回流至水箱V104形成水循环；
通过FV—101获得当前流量经过PID整定来控制流量调节阀FT102的开度，本例为定值自动调节系统，FV-101为操作变量，FT-102为被控变量，采用PID调节来完成。
3．完成本课题的工作方案
首先了解PID调节流量的国内外现状以及本课题的可行性。
接着开始对PID原理和A3000过程控制系统的熟悉。
在开始熟悉软件编程环境及组态王软件。
然后画出管道容量PID过程控制系统的框图及流程图。
做好这些准备工作之后就进行程序的编写。
最后撰写毕业论文。
4．指导教师审阅意见
指导教师（签字）：
年月日
说明：
本报告必须由承担毕业论文（设计）课题任务的学生在毕业论文（设计）正式开始的第1周周五之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。
西安邮电学院毕业设计（论文）成绩评定表
性别
男
学号
专业班级
自动0703班
课题名称
管道流量调节阀PID远程控制系统设计
课题
类型
实际
应用
难度
一
般
毕业设计（论文）时间
2011年01月10日～06月17日
沈建冬（职称讲师）
课题任务
完成情况
论文（千字）；
设计、计算说明书（千字）；
图纸（张）；
其它（含附件）：
指导教师意见
分项得分：
开题调研论证分；
课题质量（论文内容）分；
创新分；
论文撰写（规范）分；
学习态度分；
外文翻译分
指导教师审阅成绩：
指导教师（签字）：
年月 日
评
阅
教
师
意见
选题分；
开题调研论证分；
创新分；
论文撰写（规范）分；
外文翻译分
评阅成绩：
评阅教师（签字）：
年 月 日
验收小组意见
准备情况分；
毕业设计（论文）质量分；
（操作）回答问题分
验收成绩：
验收教师（组长）（签字）：
年 月 日
答
辩
小组
意
见
准备情况分；
陈述情况分；
回答问题分；
仪表分
答辩成绩：
答辩小组组长（签字）：
年月日
成绩计算方法
（填写本系实用比例）
指导教师成绩（％）评阅成绩（％）验收成绩（％）答辩成绩（％）
学生实得成绩（百分制）
指导教师成绩评阅成绩验收成绩
答辩成绩总评
答辩委员会意见
毕业论文（设计）总评成绩（等级）：
答辩委员会主任（签字）：
院（系）（签章）
年月日
备
注
西安邮电学院毕业论文（设计）成绩评定表（续表）
管道流量调节阀PID远程控制系统设计
目录
摘要 I
ABSTRACT II
引言 1
1.现状及发展趋势 2
1.1本课题研究的国内外现状 2
1.2本课题研究的意义 3
1.3本论文的研究内容 3
2．原理 4
2.1单回路控制系统的组成及原理 4
2.2PID原理及PID控制器 4
2.3PID被调参数的选定 8
2.4PID参数的整定 9
2.5PLC的PID控制器实现 10
2.6小结 10
3.程序及组态设计 11
3.1S7-300介绍 11
3.2程序设计 12
3.3组态介绍 16
3.4组态设计 16
3.5小结 23
4.调试过程及结果分析 24
4.1调试过程 24
4.2结果分析 25
5.结论及展望 29
5.1结论 29
5.2展望 29
致谢 30
参考文献 31
摘要
本文介绍了PID原理、组态王、PLC（可编程控制器）的国内外现状和发展趋势，以A3000过程控制实验系统为平台，采用西门子S7-300PLC为控制器，PID控制原理，在STEP7编程软件和组态王软件的基础上，实现了单回路流量调节阀PID的控制，最终实现管道流量的PID控制。
可编程控制器，简称PLC（ProgrammableLogicController）,是指以计算机为基础的新型工业控制装置。
在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编程控制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计算和算术运算等操作的指令，并能通过数学式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PID控制规律是一种教理想的控制规律，它在比例的基础上引入积分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系统的稳定性。
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。
关键词：
PID；
组态王；
PLC；
Abstract
ThisarticledescribestheprincipleofthePID,Kingview,PLC（programmablelogiccontroller）ofthestatusquoathomeandabroadanddevelopmenttrends,basedonA3000experimentalsystemforprocesscontrolplatform,useSiemensS7-300PLCcontrollerandPIDcontrolprinciple,onthebasisoftheSTEP7.
ProgrammableLogicController,whichreferstothecomputertechnology-basednewindustrialcontroldevices.In1987,InternationalElectricalCommitteeissuedadraftstandardforPLClikethefollowingdefinition:
PLCisaspecializedinindustrialenvironmentsforapplicationsdesignedtooperateelectronicdigitalcomputingdevice.ItusesthememorywhichcanbeprogrammedtostoreimplementationlogicoperatingInstructions,theorderofoperations,timing,countingandarithmeticoperations,andoperatinginstructionsinitsinternal,italsocandigitaloranaloginputandoutputtocontrolofvarioustypesofmachineryortheproductionprocess.PIDcontrollawisidealcontrolled.Itisbasedontheintroductionoftheproportionofpoints,whichcaneliminatetheresidualerror,andthenjoinedthedifferentialrole,butalsoimprovesystemstability.PIDcontrollerparametertuningcontrolsystemisthecoreofthedesign.ItisaprocessinaccordancewiththecharacteristicsoftheaccusedtodeterminetheratioofcoefficientofPIDcontroller,integrationtimeandthesizeofthetimedifferential.
Keywords:
PID；
Kingview；
PLC；
II
引言
随着科学技术的发展，现代工业生产工艺中的控制问题也日趋复杂。
在人们的沈国中以及木屑刮宫和能源的生产过程中，常常设计一些液位或流量控制的问题，例如居民胜过用水的供应，通常需要使用蓄水池，蓄水池中的液位需要维持合适的高度，还有一些水处理的过程也需要对蓄水池中的液位实施控制，另外涉及蓄液容器的生产过程液很多见，例如在核动力蒸汽发生器工作过程中以及乙稀工程污水处理厂的自动排水处理场等，因此，需要涉及合适的控制器自动调整容器的出入液流量，使的容器内液位保持正常水平。
工业生产过程是流量控制应用的一大领域，流量与温度、压力和物位一起统称为过程控制中的四大参数，人们通过这些参数对生产过程进行监视与控制。
对流体流量进行正却测量和调节是保证生产过程安全经济运行、提高产品质量、降低物质消耗、提高经济效益、实现科学管理的基础。
在科学试验领域，对中流体的高温、高压、高黏度以及变组分、脉动流和微小流量等都是经常要面对的流量控制对象。
除了上述的应用领域之外，流量控制在现代农业、水利建设、生物工程、管道输送、航天航空、军事领域等也都有广泛的应用。
由于PID控制器易操作、鲁棒性能、易于整定控制参数等有点。
因此利用PID控制算法不仅简单而且可以达到满意的控制效果。
1.现状及发展趋势
1.1本课题研究的国内外现状
随着工业自动化技术的发展，人们对自动化检测、测控系统的要求越来越高。
一方面希望可靠性、实施性强，界面友好，操作简单，另一方面又要求开发周期短，系统便于升级改造。
因此最好的办法就是在系统中利用各种控制软件包，即组态软件，并以此为平台进行二次开发。
组态软件实际上是一个专为工控开发的工具软件。
它为用户提供了多种通用工具模块，用户不需要掌握太多的编程语言技术，就能很好地完成一个复杂工程所要求的多个功能。
另外，用组态软件开发的系统具有与Windows一致的图形化操作界面，非常便于生产的组织和管理。
21世纪，PLC会有更好更广的发展。
从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的新型产品出现；
从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型的方向发展；
从产品的配套性上看，产品的品种会更加丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通讯设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；
从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；
从网络的发展情况来看，可编程控制器和其他工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械构造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个领域。
目前的挑战在于1）硬件上如何适应工业恶劣环境；
2）通讯机制如何提高其可靠性。
以太网能否顺利进入工控领域，还存在争论。
但以太网在工控系统的应用却日益增多，适应这一过程，各PLC厂商纷纷推出适应以太网的产品或中间产品。
S7-300是模块化小型PLC系统，各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。
与S7-200PLC比较，S7-300采用模块化结构，具备高速（0.6~0.1us）的指令运算速度；
用浮点数运算比较有效的实现了更为复杂的算术运算；
一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；
方便的人机界面服务已经集成在S7-300的操作系统内，人机对话的编程要求大大减小。
SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。
S7-300操作系统自动地处理数据的传送；
CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（超时，模块更换等）；
多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改；
S7-300PLC设有操作方式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。
具备强大的通讯功能，S7-300可通过编程软件STEP7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。
S7-300PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来完成连接AS-1总线接口和工业以太网总线系统；
串行通信处理器用来连接点到点的通信系统；
多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编辑器、PC人机界面系统及其他SIMATICS7/M7/C7等自动化控制系统。
S7-300能满足中等性能要求的应用，是S7系列PLC中应用最广的产品，它以成功的用于范围广泛的自动化领域。
S7-300的重点在于为生产制造工程中的系统解决方案提供一个通用的自动化平台。
这就是说，S7-300是用于集中式或分布式结构的优化解决方案。
1.2本课题研究的意义
液位作为工业过程中的重要参数，广泛应用于化工、冶金、医药、航空灯领域，对流量的控制效果直接影响到产品的质量，甚至影响生产设备的安全性。
流量控制和人们的生活息息相关，我们有必要对其进行一些简单的研究。
为了提高我再进入自动化专业工作岗位之前的实际动手能力，提前接触和适应自动化专业工作岗位中可能遇到的问题，本课题通过学习和使用自动化专业可能用到的编程软件S7-300和组态王，使我能够提前学习并掌握自动化专业的相关软件。
1.3本论文的研究内容
本次实验所用的A3000过程控制实验系统是以工业现场工艺设备为背景，以自动化教学要求和自动化工程师认证技能测试要求为依据推出的实验、培训和测试平台。
本论文主要介绍了PID的原理、S7-300介绍、S7-300编程、组态王6.5介绍、组态王6.5制图。
本次实验具体需要应用组态王6.5软件来建立控制组态，并且通过S7-300来进行编程，然后将上位机软件系统与现场系统相连接，实现对流量的控制。
2．原理
2.1单回路控制系统的组成及原理
单回路调节系统，一般是指用一个控制器来控制一个被控对象，其中控制器只接收一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。
单回路流量PID控制系统就是一种单回路调节系统，典型的单回路流量PID控制系统如图2-1所示
图2-1单回路流量PID控制系统方框
在图2-1中单回路流量PID控制系统，控制的任务是使水箱液位等于给定值所要求的高度（液位为被控量）；
减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响。
其中，测量电路主要功能是测量对象的液位并对其进行归一化等处理；
PID控制器是整个控制系统的核心，它根据设定值和测量值的偏差信号来进行调节，从而控制单回路的流量达到期望的设定值。
单回路调节系统可以满足大多数工业生产的要求，只有在单回路调节系统不能满足生产更高要求的情况下，才采用复杂的调节系统。
2.2PID原理及PID控制器
PID控制是工业过程控制中应用最广泛的一种控制规律，PID控制表示比例、积分、微分（Proportional，Integral，Differential）控制。
由于来自外界的各种扰动不断产生，要
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