目录 摘要I ABSTRACT I 第1章绪论1 1.1 PLC的产生、定义及现状1 1.2过程工业控制算法的应用现状2 1.3 PID控制的历史和发展现状3 1.4的研究内容5 第2章S7-300中小型PLC和控制对象介绍6 2.1西门子PLC控制系统6 2.1.1 CPU模块7 2.1.2模拟量输入模块8 2.1.3模拟量输出模块9 2.1.4电源模块10 2.2控制对象特性11 2.2.1一阶单容上水箱特性11 2.2.2二阶双容下水箱对象特性14 第3章PID控制算法介绍18 3.1 PID控制算法18 3.2 PID调节的各个环节及其调节过程20 3.2.1比例控制与其调节过程21 3.2.2比例积分调节21 3.2.3比例积分微分调节22 3.3串级控制22 3.4扩充临界比例法24 3.5在PLC中的PID控制的编程25 3.5.1回路的输入输出变量的转换和标准化26 3.5.2变量的范围28 3.5.3控制方式与出错处理29 第4章控制方案设计31 4.1系统设计31 4.1.1上水箱液位的自动调节31 4.1.2上水箱下水箱液位串级控制系统32 4.2硬件设计33 4.2.1检测单元33 4.2.2执行单元34 4.2.3控制单元36 4.3软件设计36 第5章实验情况介绍39 5.1上水箱液位比例调节39 5.2上水箱液位比例积分调节40 5.3上水箱液位比例积分微分调节41 第6章结论43 参考文献44 致谢46 3.2.3比例积分微分调节 微分作用主要是用来产生提前的控制作用,改善动态特性,减小调整时间,使系统易于稳定。以上的比例调节和积分调节都是根据当时的偏差方向和大小进行调节的，不管被控对象中流入流出量之间有多大的不平衡，而这个不平衡正决定着此后被调量将如何变化的趋势。 由于被调量的变化速度(包括大小和方向)可以反映当时或稍前一些时间流入、流出量间的不平衡情况，因此，如果调节器能够根据被调量的变化速度来移动调节阀，而不要等被调量已经出现较大的偏差后才开始动作，那么调节的效果将会更好，等于赋予调节器以某种预见性，这种调节动作称为微分调节。单纯微分的调节器是不能工作的，这是因为实际的调节器都有一定的失灵区，如果被控对象的流入、流出量只相差很少以致被调量只以调节器不能察觉的速度缓慢变化时，调节器并不会动作。当时经过相当长的时间后，被调量偏差却可以积累到相当大的数字而得不到校正。这种情况是不被容许的。因此微分调节只能起辅助的调节作用，它可以与其它调节动作结合成PD和PID调节动作。 3.3串级控制 在大多数情况下，单回路控制系统能够满足工艺生产的基本要求。但是在有些情况下，例如有些被控过程的动特性决定了它很难控制，又例如有些工艺过程对控制质量的要求很高，此时单回路控制系统就满足不了要求，需要开发和运用新的控制系统，以进一步提高控制质量。 对于过程控制系统装置，双级水箱液位控制比单级水箱液位控制困难，会遇到许多的问题，滞后时间比较长，对于环境的变化多少会受一定的影响，如想要好的控制效果就要引入新的控制系统，运用单回路控制系统来控制是不能达到控制精度和要求。串级控制系统、前馈补偿控制、大时延预估控制等一类较为复杂的控制系统就是适应上述要求而产生的。