沈阳理工大学课程设计论文
剧烈，稳定程度低；积分时间太大，积分作用不明显，余差消除就很慢。如果把积分时间放到最大，PI调节器就丧失了积分作用，成了一个纯比例调节器。 2.4.6 比例积分微分调节
微分调节的作用主要是用来克服被调参数的容量滞后。在生产实际中，有经验的工人总是既根据偏差的大小来改变阀门的开度大小（比例作用），同时又根据偏差变化速度的大小进行调节。比如当看到偏差变化很大时，就估计到即将出现很大的偏差而过量地打开（关闭）调节阀，以克服这个预计的偏差，这种根据偏差变化速度提前采取的行动，意味着有“超前”作用，因而能比较有效地改善容量滞后比较大的调节对象的调节质量。
微分调节是指调节器的输出变化与偏差变化速度成正比，可用数学表达式表示为：
?u?TDd(?e) ） （2.3dtd(?e)dt从上式可知，偏差变化的速度越大，微分时间TD越长，则调节器 的输出变化就越大。对于一个固定不变的偏差，不管其有多大，微分做用的输出总是零，这是微分作用的特点。 由于实际微分器的比例度不能改变，固定为100%，微分作用也只在参数变化时才出现，所以实际微分器也不能单独使用。一般都是和其它调节作用相配合，构成比例微分或比例积分微分调节器。
比例积分微分调节又称PID调节，它可由下式表示： ?u?11[?e?PTId(?e)] （2.4） dt??edt?TDPID调节中，有三个调节参数，就是比例度P、积分时间TI、微分时间TD。适当选取这三个参数值，就可以获得良好的调节质量。
由分析可知，PID三作用调节质量最好，PI调节第二，PD调节有余差。纯比例调节虽然动偏差比PI调节小，但余差大，而纯积分调节质量最差，所以一般不单独使用。图2.6表示了同一对象在相同阶跃扰动下，采用不同控制规律时
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具有相同衰减率的响应过程。
图2.6 各种控制规律对应的响应过程
2.5 调节器参数的整定方法
调节器参数的整定一般有两种方法：一种是理论计算法，即根据广义对象的数学模型和性能要求，用根轨迹法或频率特性法来确定调节器的相关参数；另一种方法是工程实验法，通过对典型输入响应曲线所得到的特征量，然后查照经验表，求得调节器的相关参数。工程实验整定法有以下两种：
（一）经验法
若将控制系统按照液位、流量、温度和压力等参数来分类，则属于同一类别的系统，其对象往往比较接近，所以无论是控制器的形式还是所整定的参数均可相互参考。表3-1为经验法整定参数的参考数据，在此基础上，对调节器的参数作进一步修正。若需加微分作用，微分时间常数按表达式（4）计算。
11TD=(～)TI (2.5)
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表2.1 经验法整定参数
参数 系统 温度 流量 压力 液位
（二）动态特性参数法
所谓动态特性参数法，就是根据系统开环广义过程阶跃响应特性进行近似计算的方法，即根据第二章中对象特性的阶跃响应曲线测试法测得系统的动态特性参数（K、T、τ等），利用表4所示的经验公式，就可计算出对应于衰减率为4：1时调节器的相关参数。如果被控对象是一阶惯性环节，或具有很小滞后的一阶惯性环节，若用临界比例度法或阻尼振荡法（4：1衰减）就有难度，此时应采用动态特性参数法进行整定。
表2.2 动态特性参数法计算公式
δ(%) 20～60 40～100 30～70 20～80 TI(min) 3～10 0.1～1 0.4～3 TD(min) 0.5～3 调节器参数 调节器名称 P δ（%） TI TD K?×100% T1.1 PI K?×100% T3.3τ PID K?0.85×100% T2τ 0.5τ
调节器的参数整定可采用上述任意一种整定方法。
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3 PLC控制系统的设计
3.1 S7-300PLC概述
SIMATIC S7-300是通用可编程控制器，它广泛地应用于自动化领域，涉及多个行业，可用于组建集中式或分布式结构的测控系统，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，性能优良，运行可靠。
S7-400PLC采用模块化结构，模块种类的品种繁多，功能齐全，应用范围十分广泛，可用于集中形式的扩展，也可用于带ET200M分布式结构的配置。S7系列PLC用DIN标准导轨安装，各模块用总线连接器连接在一起，系统配置灵活、维护简便、易扩展。S7-400PLC主要模块有中央处理器单元（CPU）模块、信号（SM）模块、通信（CP）模块、功能（FM）模块；辅助模块有电源（PS）模块、接口（IM）模块。每一类模块都有各种不同的型号可选择。CPU模块是PLC的核心，负责存储并执行用户程序，存取其他模块的数据，一般还具有某种类型的通信功能。信号模块用来传送数字量及模拟量信号。通信模块可提供PROFIBUS、以太网等通信连接形式。功能模块有高速计数模块等。
3.2 STEP 7软件的介绍
STEP 7是用于 SIMATIC S7-300/400站创建可编程逻辑控制程序的标准软件，可使用梯形逻辑图、功能块图和语句表。它是SIEMENS SIMATIC工业软件的组成部分。STEP 7以其强大的功能和灵活的编程方式广泛应用于工业控制系统。STEP7提供了几种不同的版本以适应不同的应用和需求，具体见表1：
表3.1 STEP 7软件版本
STEP 7版本 STEP 7Micro/DOS STEP 7Micro/WIN STEP 7 Lite STEP 7 Basis 适用场合 S7-200系列PLC的编程、组态软件包 S7-300、C7系列PLC、ET200X和ET200S系列分布式I/O的编程、组态软件包 S7-300/S7-400、M7-300/M7-400和C7系列的编程、组态标准软件包 16
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图3.1显示了STEP7软件是如何对PLC硬件进行编程和组态的，如图6所示：
图3.1 STEP 7编程过程
图中的编程设备可以是PG（编程器）或者PC，它通过编程电缆与PLC的CPU模块相连。用户可以在STEP 7中编写程序和对硬件进行组态，并将用户程序和硬件组态信息下载到CPU，或者从CPU上载到PG或者PC。当程序下载、调试完成以后，PLC系统就可以执行各种自动任务了。
3.3 硬件组态
3.3.1 硬件组成
硬件主要由以下几部分组成：
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