摘 要:随着科学技术的发展，在许多工程实际中，PID控制器都起到了很重要的作用，它对温度，流量，速度等重要参数有着很好的调节。PID的发展时间已经有60多年的历史了，它结构简单、稳定性好、工作可靠性高、调整方便，成为工业控制主要的技术工具。速度这个参数在许多工业生产中是一个重要的参数，而控制速度的器件有伺服电机，步进电机，变频电机等等。要想控制伺服电机和变频器需要用到操作软件，常见的有PLC，单片机等等。要使电机输出一个稳定的速度则需要用到PID算法。基于PLC的PID速度控制在许多工程实际中运用，加了PID控制器的系统具有良好的实时性，还有很高的精度。

本文介绍一种采用PLC的超细线拉丝机自动控制系统，利用PLC 的功能指令，可以方便地实现拉丝机的张力控制。PID控制器是一种闭环控制系统，由于它形式简单固定，在很宽的操作范围内都能保持较好的鲁棒性，同时工程技术人员能够用简单直接的方式来调节系统，所以在工业控制领域得到了广泛的应用。本系统是一个串级控制系统，使系统具备更好的抗干扰性、快速性、适应性和控制质量。

本文对拉丝机速度PID控制进行了研究，利用了S7-200与张力臂传感器构成PID闭环自动控制系统，可实现电机根据负荷的变化而变速运行。利用张力臂传感器测量出距离模拟量信息，自动调节收线速度，间接控制排线速度。要实现拉丝、收丝的速度控制，首先要测出速度信号。定速轮线速反映了拉丝速度，排线导轮由细丝带动旋转，其线速反映了收线轮的线速，即收丝速度。因为定速轮与排线导轮之间的细丝存在一定的张力，细丝与两轮都存在摩擦力，由于摩擦打滑因素，排线导轮的线速与定速轮的线速并不相等，而是存在一定的比例关系K（由拉丝工艺确定）。因而在定速轮和排线导轮两端设置两只光电测速传感器，测出实际的定速轮转速和排线导轮转速值，间接反映拉丝、收丝线速度。并利用MATLAB对控制对象数学模型进行了仿真。

关键词：PLC；PLD；速度；变频电机；伺服电机；拉丝机；串级控制系统

 

目录

摘要

abstract

第1章 绪论-1

1.1 引言-1

1.2 研究背景-1

1.2.1 拉丝机的发展-1

1.2.2 可编程逻辑控制器的发展与应用-3

1.2.3 PID的控制器发展与应用-4

1.3 课题来源-5

1.4 研究内容-5

1.5 研究意义-6

第2章 PLC的介绍-7

2.1 概述-7

2.2 可编程控制器的组成-7

2.2.1 CPU模块-7

2.2.2 I/O模块-7

2.2.3 电源-8

2.2.4 编程器-8

2.2.5 输入/输出扩展单元-8

2.2.6 外部设备接口-8

2.3 可编程控制器的工作原理-8

2.4 可编程控制器的内存区域的分布及I/O配置-9

2.5 可编程控制器的编程语言概述-10

2.6 可编程控制器的编程步骤-11

2.7 PLC-PID控制-11

第3章 闭环控制系统及PID调节器-13

3.1 概念-13

3.2 PID控制器的优点-13

3.3 PID控制器的种类-13

3.3.1 P控制-13

3.3.2 PI控制-13

3.3.3 PD控制-13

3.3.4 PID控制-14

3.3.5 模糊PID-14

3.4 S7-200中的PID算法-15

3.5 PID在串级系统中的运用-16

3.5.1 概念-16

3.5.3 串级系统通用方框图-17

3.5.4 串级控制系统的设计-17

第4章 变频调速和伺服调速的基本原理-19

4.1 变频器原理-19

4.2 变频器控制电路组成-19

4.3 伺服控制方式-20

4.4 伺服速度控制-20

第5章 基于MATLAB 对控制对象的PID仿真-21

5.1 直流伺服电机模型-21

5.1.1直流伺服电机的物理模型-21

5.1.2 直流电机的数学模型-21

5.2 仿真系统的要求-22

5.3 系统阶跃输入响应仿真-22

5.4 PID校正-23

5.4.1 比例控制校正-24

5.4.2 比例微分控制校正-25

5.4.3 PID控制器校正-26

5.5 结论-28

第6章 基于PLC对拉丝工艺的PID速度调节的设计-29

6.1 工艺模型及工艺流程图-29

6.1.1 工艺模型-29

6.1.2 工艺流程图-29

6.2 基于PLC的PID控制流程图-30

6.3 拉丝工艺电器原理图-31

6.4 元器件选择-33

6.5 拉丝工艺控制方式-34

6.6 PID回路及地址分配-34

6.6.1 PID回路定义表-34

6.6.2 系统参数-35

第7章 基于S7-200的PID控制系统的参数整定-37

7.1 PID控制器参数的整定-37

7.2 PLC的 PID变化曲线-38

7.3 PID 参数自整定-39

第8章 结论与展望-42

参考文献-43

致  谢-45