PID在工業(yè)生產過程自動控制中的應用

王敏源

【摘 要】 工業(yè)生產過程自動化系統(tǒng)經過長期不斷的發(fā)展，尤其是在充分利用計算機技術的基礎上取得了特別大的進步，在生產過程中已經發(fā)揮著重要的作用，成為了生產過程安全，穩(wěn)定，自動化運行不可缺少的一種工具。我們能夠利用所學的數(shù)字量輸入輸出、模擬量輸入輸出方面知識，同時在此基礎之上更深層次使用，PAC中的PID功能控制指令、IFIX組態(tài)軟件、觸摸屏。

【關鍵詞】 PLC過程控制；實訓裝置GE Rx3i系統(tǒng)；PID上位機監(jiān)控

【中圖分類號】 G64.23 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2095-3089（2017）14-00-01

工業(yè)過程及其自動化，它其實是在生產中以各個參數(shù)為控制目的，成多種的過程控制方案，在生產中，最少的使用人力操作，因此充分的利用動物的能源以及各種各樣的資訊來進行生產性工作.自動控制是按輸入量的變化規(guī)律來分類的，可分恒值控制系統(tǒng)（Fixed Set-Point Control System）、隨動控制系統(tǒng)（Follow-Up Control System）和過程控制系統(tǒng)（Process Control System）。

溫度、壓力、流量和液位是工業(yè)過程控制的四個主要測控參數(shù)，在實際教學過程中，具體涉及到的課程主要包括“自動檢測技術”、“熱工測量儀表”、“控制儀表與裝置”、“過程控制工程”以及“計算機控制系統(tǒng)”等。為了讓學生在理論學習的基礎上，進一步了解工業(yè)過程控制現(xiàn)場，本課題設計了過程參數(shù)測量與控制綜合實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)在保證過程參數(shù)測量與控制基本實驗的基礎上，合理利用現(xiàn)有的實驗設備資源，并結合教學改革的需要，開展了兼具綜合性和設計性課程實驗，以利于提高學生的實際動手能力和系統(tǒng)設計能力。

一、國內外研究現(xiàn)狀

主要體現(xiàn)在五個階段：

1、半導體技術和集成電路技術推動了微處理器和微控制器的發(fā)展，伴隨著微控制器的發(fā)展及單片機的性價比的不斷提高，各種控制器、控制裝置、PLC更新速度的加快。

2、分布式控制系統(tǒng)的不斷完善和改進，進一步的促進了現(xiàn)代工業(yè)過程系統(tǒng)的發(fā)展，分布式的過程控制系統(tǒng)（Distributed Control System，簡稱DCS）又稱為集散系統(tǒng)。

3、PLC技術在20世紀80年代走向成熟，開創(chuàng)了工業(yè)過程控制系統(tǒng)的新局面，它無論是在處理速度方面，還是功能強化、通訊能力方面都提高到了一個新水平，小型PLC逐步向小型化、成本低、簡單、多用方向發(fā)展，大中型PLC不斷向多功能、高速度、大容量、網絡化方向發(fā)展。

4、自動化控制理論技術的成熟，使得先進控制技術的模糊控制、人工神經網絡、人工智能技術和專家系統(tǒng)等已在工業(yè)過程控制中得到大量應用。

5、如今工業(yè)過程控制系統(tǒng)已沿著基地式儀表控制，模擬集中控制，計算機集中控制，集散式控制，現(xiàn)場總線控制發(fā)展得到網絡化控制的新階段。網絡化控制系統(tǒng)是控制、計算機和通訊等3c技術相交叉的產物，網絡化控制系統(tǒng)近年來已經成為控制領域的研究方向。

二、過程參數(shù)測量與控制系統(tǒng)的總體設計

1、實驗對象

本系統(tǒng)的實驗對象為三容水箱，長，寬，高分別為28cm，42cm，30cm，水箱是整個系統(tǒng)水循環(huán)有機部分組成。當誰想的水上升到一定的高度，水箱里的水會通過水箱上面的溢流管把水排出，使水箱里的水不會溢出來，水泵是整個系統(tǒng)供水的保證，也是液位測量與控制，流量測量與控制，壓力測量與控制環(huán)節(jié)不可或缺的組成部分。需恒流時：可設定固定流量值，要求系統(tǒng)按照設定流量供水，只需改變控制終端流量數(shù)值，通過控制變頻器來增大或者改變系統(tǒng)流量大小。恒液位時：當上端功能箱液位超出設定液位時，可通過調節(jié)電動比例閥的開度來放走一部分液體，來達到恒定液位的效果。恒溫時：設定水箱溫度，要求水箱內水溫恒定，溫度傳感器將進行實時檢測，未達到設定溫度時，加溫棒工作開始加溫，等加熱到設定溫度時，停止加溫。若更深層次需做到恒壓（模擬量）、恒流量（模擬量）、恒液位（模擬量）、恒溫度（模擬量）時，系統(tǒng)通過壓力、流量、液位、溫度4個參數(shù)之間的配合，完成任務。

2、測控系統(tǒng)總體方案設計

測控系統(tǒng)主要由管路系統(tǒng)和各種變送器，智能儀表，多功能數(shù)據(jù)采集卡和測控系統(tǒng)軟件組成，系統(tǒng)控制方案如下：

（1）計算機控制調節(jié)閥，各個測量工具測量壓力，流量，液位，溫度。上位機軟件控制程序運算后輸出控制信號經PCI板卡控制調節(jié)閥開度，來達到水箱水位，流量的目的。

（2）變頻調速壓力表測量水的壓力大小。設定值由手動設定或者計算機遠程，通過變頻達到供水壓力，流量的恒定，上位機可以遠程調節(jié)。

（3）儀器儀表調節(jié)閥渦輪流量計，液位計檢測，吧檢測到的信號送入智能調節(jié)器中國，通過智能調節(jié)器調節(jié)電動閥開度，控制水流量，水箱液位，也可以由計算機遠程來設定。

在工程實際中，應用最為廣泛的調節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分和微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調節(jié)。PID控制的優(yōu)點：結構的簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便。工作中當不能完全掌握被控對象的結構和參數(shù)，或者數(shù)學模型得不到精確的數(shù)據(jù)，控制理論的技術很難用到現(xiàn)實時，這時應用PID控制技術最為方便。

三、結論

此次試驗主要研究溫度，壓力，液位，流量這四個參數(shù)。需恒流時：可設定固定流量值，要求系統(tǒng)按照設定流量供水，只需改變控制終端流量數(shù)值，通過控制變頻器來增大或者改變系統(tǒng)流量大小。恒液位時：當上端功能箱液位超出設定液位時，可通過調節(jié)電動比例閥的開度來放走一部分液體，來達到恒定液位的效果。

設定水箱溫度，要求水箱內水溫恒定，溫度傳感器將進行實時檢測，未達到設定溫度時，加溫棒工作開始加溫，等加熱到設定溫度時，停止加溫。若更深層次需做到恒壓（模擬量）、恒流量（模擬量）、恒液位（模擬量）、恒溫度（模擬量）時，系統(tǒng)通過壓力、流量、液位、溫度4個參數(shù)之間的配合，完成任務。

參考文獻：

[1]張詩曼.[電子信息＼09990467]單位資源庫，2016

[2]楊奕.FMS物料傳輸系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)Tonda學術論文庫，2005