中原工学院信息商务学院毕业论文（设计）
4.4 电气原理图设计
图6电气原理图
注：1L为公共端接220V电源，KA1为泵启动；Q0.1-Q0.3分别为自动方式指示，手动方式指示，自动运行指示；I0.0-I1.0分别为启动，停止，急停，上水箱上液位，上水箱下液位，下水箱上液位，下水箱下液位，自动手动，，手动启动泵；M0端接电动调节阀，AIW0和AIW2分别接的是压力变送器;C+,C-,D+,D-短接。
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4.5 S7-200PLC PID指令简介
（1）PID回路指令
指令格式：LAD和STL格式如下图
功能描述：该指令利用回路表中的输入信息和组态信息，进行PID运算。
数据类型：回路表中的起始地址TBL为VB指定的字节数据；回路号LOOP是0~7的常数。
PIDENENOTBLLOOPPID指令格式图7 PID指令格式
（2）PID回路号
用户程序中最多可有8条PID回路，不同意的PID回路指令不能使用相同的回路号；否则会产生意外的后果。 （3）PID指令的使用 使用PID指令的关键有3步： a) 建立PID回路表；
b) 对输入采样数据进行归一化处理； c) 对PID输出数据进行工程量转换。
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5调试
1．信号采集
为了实现计算机控制，需要对输入的模拟信号进行采样，转换为计算机可以利用的数字信号。应从技术和经济的角度综合考虑信号采集速度和信号数字化精度这两个问题。根据香农采样定理：对于一个具有有限频谱的连续信号进行采样，采样频率必须大于或等于信号所含最高频率的两倍，信号采样所得的数值才可以完全复现原来的信号。需要依据液位对象的特性﹑加入对象的扰动大小和频率和系统性能指标要求综合选择适当采样周期。 2．模拟量输入通道
在PLC控制系统中，模拟量输入通道一般包括了I/V变换电路﹑多路转换器﹑采样保持器﹑A/D转换器﹑接口﹑控制逻辑。模拟量输入通道的任务是把通过压力变送器检测到的模拟信号（4～20标准电流信号），经过I/V变换转换成对应的1～5电压信号，在经过采样为离散的模拟信号并量化成为二进制的数字信号，经接口送到计算机中。在远程数据采集过程控制系统，将使用ICP-7017数据采集模块实现模拟量输入通道的功能。7017 A/D转换模块：数据采集程序存储在EEPROM中，由内部控制器控制逻辑执行，控制转换开关在8路模拟信号间转换，模拟量送入A/D通道后，转换为数字信号并将其与模拟量输入通道号对应，等待查询，数据通过RS-485接口传送至PLC。 3．模拟量输出通道
在计算机控制系统中，模拟量输出通道一般包括接口电路﹑D/A转换器﹑V/I变换等。模拟量输出通道的任务是将计算机输出的数字量转换成模拟电压或电流信号，以便驱动相应的执行机构（电动调节阀）。
在远程数据采集过程控制系统，将使用ICP-7024数据采集模块实现模拟量输入通道的功能。7024D/A 转换模块：数据采集程序存储在EEPROM中，计算机将数据通过RS-485接口送给7024D/A 转换模块，由内部控制器按控制程序将数据送入对应DAC通道，转换为模拟电压/电流输出。 4、整定参数
将双容水箱液位控制系统实验所用的设备，按电气原理图接好实验线路。实验接线原则是：先断电、后接线；先检查、后通电。压力变送器输出的4～20mA标准电流信号（上下水箱液位检测信号）串联250Ω电阻[20]，转变为1～5V的标准电压信号使用时只要把该设备对应的黑色航空插头，和控制屏相应的设备航空插座相连接即可使用，控制屏面板上对应的输出端口就有4~20mA电流输出给电动调节阀。接通总电源，各仪表电源，使水泵工作在恒压供水的状态下。
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（1）采用两部整定法整定调节器参数
在工作状态稳定下，主回路闭合，主副调节器都在纯比例作用的条件下，主调节器的比例度置于100%，用单回路控制系统的衰减曲线法整定，求取副调节器比例度和操作周期。将副调节器的比例度置于①中所求得的数值上，把副回路作为主回路的一个环节，用同样的方法整定主回路，求取主回路的比例度和操作周期。根据以上求得的数据，按单回路系统衰减曲线法整定公式计算主副调节器的比例度、积分时间和微分时间的数值。按先副后主、先比例后积分、适当加入微分的整定程序，设置主、副调节器的参数，再观察过渡过程曲线，必要时进行适当调整[21],直到系统质量达到最佳为止。主副调节器参数整定结果如下：主调节器比例系数P=5，积分时间I=45，微分时间D=10；副调节器比例系数P=36。在远程数据采集系统中，下水箱液位设定值为60mm，得到下水箱液位输出响应曲线
（2）采用一部整定法整定调节器参数
利用单回路控制系统的衰减曲线整定方法来整定主调节器参数。如果出现振荡现象，只要适当加大主、副调节器的任意一个比例带，即可消除振荡。副调节器参数整定结果如下：主调节器比例系数P=5，积分时间I=45，微分时间D=10；副调节器比例系数P=36。在远程数据采集系统中，下水箱液位设定值为80mm，得到下水箱液位输出响应曲线待系统稳定后，给定值（SP）加个阶跃信号，观察记录液位变化情况。
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6结论
通过本次毕业设计，我将书本上学过的知识（自动控制原理、过程控制原理、微机控制技术等）应用于实际控制系统的组建之中，在实际的工程实践中，我受益非浅，学习到了许多新的知识，掌握了实际操作的技能，特别是能够将书中的知识与实际设计联系起来，使对自动控制的理解上升到一个新的台阶。
在实际控制系统的组建中，控制方案的设计是系统设计的核心，一个好的设计方案能够使系统的设计事半功倍，应当根据被控过程的特性和工程要求综合设计系统。对于设计的两种控制系统，可以做进一步的改进。在设计方案方面，由于是通过控制电动调节阀的开度以改变水箱液位，可以增加输入的水流量作为控制对象，使得对调节阀的控制更加直接。同时上下水箱间的输水阀和下水箱与总出水箱输水阀的开度大小也会对液位的控制造成影响，应当考虑如何对他们进行控制。在硬件设备方面，可以使用采集速度更快的仪表，加强控制器的调节能力，改善电动调节阀的工作性能。在条件允许的情况下，采用更高精度的采集模块。在控制器方面，可以对控制方法进行改善，虽然电动调节阀的控制信号是位置信号，但调节阀动作仍是通过控制电机改变阀位，可考虑能否采用增量算法直接控制电机，克服位置算法中因需要累加偏差而造成执行机构动作过大的缺点。
在实际的工作岗位上，将要设计不同的控制系统，工业现场的过程控制系统不同于实验室中的控制系统的设计，更不同于书本中的理论和公式，要根据工业生产的实际情况进行设计，将面临远比实验室复杂的多的现场环境，设计系统未必是最先进的、最现代化，但必须是有效、可行、可靠。
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