工业过程PLC控制软件PID参数调试实验平台的设计与开发

摘要

在以PLC为控制系统的工业过程控制中，寻找到合适的PID参数是控制器投入运行的重要条件和前提之一。尽管有多种PID参数整定算法报道，但在工业现场投运前仍需进行一定的参数凑试。工业现场的控制器参数调试和整定过程，需要控制系统与被控过程相连，需要被控设备启动、生产过程运行，而且调试过程不可避免会对生产过程引入扰动。如果在实验室环境中提前对PLC控制软件中的PID参数进行调试实验，指导工业现场的调试过程，对于缩短现场调试时间、节省现场人力投入、减少调试风险、降低调试成本，具有相当重要的现实意义。
　　本文依托国家科技支撑计划课题“选矿过程全流程先进控制技术”(2012BAF19G01)，对在实验室环境下的PLC控制软件PID控制器参数调试实验方法进行了初步的探讨，并设计和开发了一种基于Rockwell PLC软件和MATLAB软件的PID参数调试实验平台，以期为PID现场调试工作提供有效的技术支撑。具体工作包括:
　　1.在对PLC控制软件的参数整定技术进行综述的基础上，对PLC软件PID参数调试实验的问题要求和参数调试实验需求进行详细地讨论。
　　2.针对工业过程中常见的大惯性、大滞后被控对象，研究了PLC软件中的PID参数与虚拟对象模型参数同步进行时间尺度变换的实验方法，可以有效地缩短调试时间。
　　3.设计了基于人机交互的PID参数调试实验平台，该平台由虚拟对象模块、标签对接模块、时间尺度变换模块、性能指标判别模块、结果记录模块、人机界面模块、运行管理模块和通讯模块八个功能模块组成，可以模拟工业现场的参数调试过程，并自动生成调试实验报告。
　　4.基于Rockwell公司PLC软件和MATLAB软件的开发环境，采用DDE和OPC通讯技术，开发了工业过程PID参数调试实验平台。
　　5.以某铁选厂自动化工程的PLC回路控制程序作为案例，对本文提出的PID参数调试实验平台进行了应用验证，结果表明，借助于该实验平台，软件调试人员可以快速了解不同的PID参数对应的控制效果，有助于在现场调试期间缩短调试时间、节省现场人力投入、减少调试风险、降低调试成本。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 工业过程控制系统的研究现状

1．3 PID参数整定的研究现状

1．4 本文主要工作

第2章 工业过程PLC控制软件PID参数调试的问题描述与需求分析

2．1 过程控制系统简介

2．2 被测对象分析

2．2．1 PID控制技术

2．2．2 PLC回路控制程序

2．3 PLC控制软件PID参数调试的问题描述

2．4 PLC控制软件PID参数调试实验的需求分析

2．5 本章小结

第3章 PID参数调试实验平台的设计

3．1 PID参数调试实验平台的整体技术思路

3．2 PID参数调试实验平台的总体设计

3．3 PID参数调试实验平台功能模块的设计

3．3．1 标签对接功能的设计

3．3．2 虚拟对象的形式

3．3．3 时间尺度变换功能的设计

3．3．4 人机交互界面的设计

3．3．5 通信模块的设计

3．3．6 实验结果记录模块的设计

3．4 本章小结

第4章 PID参数调试实验平台的开发

4．1 软、硬件平台环境

4．2 标签对接功能的开发

4．3 虚拟对象的开发

4．4 通信接口的开发

4．4．1 DDE通讯方式

4．4．2 OPC通讯方式

4．4．3 通信模块的开发

4．5 时间尺度变换功能的开发

4．6 人机交互界面的开发

4．7 本章小结

第5章 PID参数调试实验平台的验证

5．1 实验总体设计

5．1．1 实验环境

5．1．2 实验内容

5．2 实验验证及结果分析

5．2．1 PID参数调试过程的时间尺度统一变换实验

5．2．2 PID参数调试实验

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的主要工作