PID在工业生产过程自动控制中的应用

    王敏源

    【摘 要】 工业生产过程自动化系统经过长期不断的发展，尤其是在充分利用计算机技术的基础上取得了特别大的进步，在生产过程中已经发挥着重要的作用，成为了生产过程安全，稳定，自动化运行不可缺少的一种工具。我们能够利用所学的数字量输入输出、模拟量输入输出方面知识，同时在此基础之上更深层次使用，PAC中的PID功能控制指令、IFIX组态软件、触摸屏。

    【關键词】 PLC过程控制；实训装置GE Rx3i系统；PID上位机监控

    【中图分类号】 G64.23 【文献标识码】 A 【文章编号】 2095-3089（2017）14-00-01

    工业过程及其自动化，它其实是在生产中以各个参数为控制目的，成多种的过程控制方案，在生产中，最少的使用人力操作，因此充分的利用动物的能源以及各种各样的资讯来进行生产性工作.自动控制是按输入量的变化规律来分类的，可分恒值控制系统（Fixed Set-Point Control System）、随动控制系统（Follow-Up Control System）和过程控制系统（Process Control System）。

    温度、压力、流量和液位是工业过程控制的四个主要测控参数，在实际教学过程中，具体涉及到的课程主要包括“自动检测技术”、“热工测量仪表”、“控制仪表与装置”、“过程控制工程”以及“计算机控制系统”等。为了让学生在理论学习的基础上，进一步了解工业过程控制现场，本课题设计了过程参数测量与控制综合实验系统。该系统在保证过程参数测量与控制基本实验的基础上，合理利用现有的实验设备资源，并结合教学改革的需要，开展了兼具综合性和设计性课程实验，以利于提高学生的实际动手能力和系统设计能力。

    一、国内外研究现状

    主要体现在五个阶段：

    1、半导体技术和集成电路技术推动了微处理器和微控制器的发展，伴随着微控制器的发展及单片机的性价比的不断提高，各种控制器、控制装置、PLC更新速度的加快。

    2、分布式控制系统的不断完善和改进，进一步的促进了现代工业过程系统的发展，分布式的过程控制系统（Distributed Control System，简称DCS）又称为集散系统。

    3、PLC技术在20世纪80年代走向成熟，开创了工业过程控制系统的新局面，它无论是在处理速度方面，还是功能强化、通讯能力方面都提高到了一个新水平，小型PLC逐步向小型化、成本低、简单、多用方向发展，大中型PLC不断向多功能、高速度、大容量、网络化方向发展。

    4、自动化控制理论技术的成熟，使得先进控制技术的模糊控制、人工神经网络、人工智能技术和专家系统等已在工业过程控制中得到大量应用。

    5、如今工业过程控制系统已沿着基地式仪表控制，模拟集中控制，计算机集中控制，集散式控制，现场总线控制发展得到网络化控制的新阶段。网络化控制系统是控制、计算机和通讯等3c技术相交叉的产物，网络化控制系统近年来已经成为控制领域的研究方向。

    二、过程参数测量与控制系统的总体设计

    1、实验对象

    本系统的实验对象为三容水箱，长，宽，高分别为28cm，42cm，30cm，水箱是整个系统水循环有机部分组成。当谁想的水上升到一定的高度，水箱里的水会通过水箱上面的溢流管把水排出，使水箱里的水不会溢出来，水泵是整个系统供水的保证，也是液位测量与控制，流量测量与控制，压力测量与控制环节不可或缺的组成部分。需恒流时：可设定固定流量值，要求系统按照设定流量供水，只需改变控制终端流量数值，通过控制变频器来增大或者改变系统流量大小。恒液位时：当上端功能箱液位超出设定液位时，可通过调节电动比例阀的开度来放走一部分液体，来达到恒定液位的效果。恒温时：设定水箱温度，要求水箱内水温恒定，温度传感器将进行实时检测，未达到设定温度时，加温棒工作开始加温，等加热到设定温度时，停止加温。若更深层次需做到恒压（模拟量）、恒流量（模拟量）、恒液位（模拟量）、恒温度（模拟量）时，系统通过压力、流量、液位、温度4个参数之间的配合，完成任务。

    2、测控系统总体方案设计

    测控系统主要由管路系统和各种变送器，智能仪表，多功能数据采集卡和测控系统软件组成，系统控制方案如下：

    （1）计算机控制调节阀，各个测量工具测量压力，流量，液位，温度。上位机软件控制程序运算后输出控制信号经PCI板卡控制调节阀开度，来达到水箱水位，流量的目的。

    （2）变频调速压力表测量水的压力大小。设定值由手动设定或者计算机远程，通过变频达到供水压力，流量的恒定，上位机可以远程调节。

    （3）仪器仪表调节阀涡轮流量计，液位计检测，吧检测到的信号送入智能调节器中国，通过智能调节器调节电动阀开度，控制水流量，水箱液位，也可以由计算机远程来设定。

    在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分和微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制的优点：结构的简单、稳定性好、工作可靠、调整方便。工作中当不能完全掌握被控对象的结构和参数，或者数学模型得不到精确的数据，控制理论的技术很难用到现实时，这时应用PID控制技术最为方便。

    三、结论

    此次试验主要研究温度，压力，液位，流量这四个参数。需恒流时：可设定固定流量值，要求系统按照设定流量供水，只需改变控制终端流量数值，通过控制变频器来增大或者改变系统流量大小。恒液位时：当上端功能箱液位超出设定液位时，可通过调节电动比例阀的开度来放走一部分液体，来达到恒定液位的效果。

    设定水箱温度，要求水箱内水温恒定，温度传感器将进行实时检测，未达到设定温度时，加温棒工作开始加温，等加热到设定温度时，停止加温。若更深层次需做到恒压（模拟量）、恒流量（模拟量）、恒液位（模拟量）、恒温度（模拟量）时，系统通过压力、流量、液位、温度4个参数之间的配合，完成任务。

    参考文献：

    [1]张诗曼.[电子信息＼09990467]单位资源库，2016

    [2]杨奕.FMS物料传输系统的设计与实现Tonda学术论文库，2005