ＴＨＥＰＩＤ ＣＯＮＴＲＯＬ ＳＹＳＴＥＭ ＢＡＳＥＤ ＯＮ ＰＬＣ ＦＯＲ ＡＳＴＯＲＡＧＥ删Ｋ ＯＦ ＴＨＥ ＬＩＱＵＩＤ ＮＩＴＲＯＧＥＮ ＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ Ｓｕｂｍｉｔｔｅｄ ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｆｏｒ ＡｃａｄｅｍｉｃＤｅｇｒｅｅ ＳｏｆｔｗａｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＢＹ Ｓｈｅｎ Ｓｈｕｏ－Ｊｉｎｇ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｅｄ Ｐｒｏｆ．ＬＩＵＹａ－ｊｕｎ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ＪＵＮＥ ２０１２ 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他入已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：蜒堕日 东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。

本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包 括刊登）授权东南大学研究生院办理。 日期：７．．ｏ／１．．，让 摘要 摘要 本文在分析了液氮储罐稳压供气项目的需求之后，以西门子Ｓ７—３００系列ＰＬＣ 为基础，实现了搭建采用软ＰＩＤ控制为核心的电气控制系统。液氮储罐恒压供气 系统是通过输出气体的压力调节输入液体的流量，达到输出气体的压力稳定的目 的，是一个非线性、长延时控制系统。本文讨论了在未知系统结构的情况下，设 计基于西门子Ｓ７—３００，通过控制比例阀，实现软ＰＩＤ控制，达到系统的恒压供 气，满足了液氮储罐稳压供气的需求。 论文的主要工作包括：搭建硬件架构和被控制的硬件对象、选择合适的ＰＬＣ 以及合适的外围电路、绘制硬件电路图和施工图、编制软件控制程序、搭建ＰＩＤ 仿真平台、设定合适的ＰＩＤ参数。 系统两年运行的实际情况表明ＰＩＤ控制参数达到了整个系统的控制要求，证 明控制系统完全符合实际要求。 关键词：恒压供气：软ＰＩＤ：非线性；长延时；比例阀 东南大学硕士学位论文 ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｌｉｑｕｉｄｎｉｔｒｏｇｅｎ ｔａｎｋ ｒｅｇｕｌａｔｏｒ ｇａｓ ｓｕｐｐｌｙ ｐｒｏｊｅｃｔ．Ｂａｓｅｄ ＳｉｅｍｅｎｓＳ７－３００ ｓｅｒｉｅｓ ＰＬＣ．Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｕｓｉｎｇ ｓｏｆｔ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｇａｓ ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ ｌｉｑｕｉｄｎｉｔｒｏｇｅｎ ｓｔｏｒａｇｅ ｔａｎｋ ｏｕｔｐｕｔｇａｓ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙｐｕｒｐｏｓｅｓ，ｔｈｅ ｉｎｐｕｔ ｌｉｑｕｉｄ ｆｌｏｗ ｔｈｒｏｕｇｈ ｏｕｔｐｕｔｐｒｅｓｓｕｒｅ ｇａｓｒｅｇｕｌａｔｏｒ．Ｉｔ ａｎｏｎ－ｌｉｎｅａｒｔｉｍｅ－－ｌａｐｓｅ ｃｏｎｔｒｏ ｓｙｓｔｅｍ．Ｄｅｓｉｇｎ ｂａｓｅｄ ＳｉｅｍｅｎｓＳ７－３００．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ａｓｏｆｔ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｋｎｏｗｎｓｙｓｔｅｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｂｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｖａｌｖｅ ａｃｈｉｅｖｅｃｏｎｓｔａｎｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｉｒ ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔ ｍｅｅｔｓ ｇａｓｓｕｐｐｌｙ ｌｉｑｕｉｄｎｉｔｒｏｇｅｎ ｔａｎｋ ｒｅｇｕｌａｔｏｒ Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ’Ｓ ｍａｉｎ ｗｏｒｋ ｉｎｃｌｕｄｅｓ：ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｈａｒｄｗａｒｅａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｈａｒｄｗａｒｅ ｏｂｊｅｃｔ，ｃｈｏｏｓｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｃｉｒｃｕｉｔｓ，ｔｏ ｄｒａｗ ｈａｒｄｗａｒｅ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｄｒａｗｉｎｇｓ，ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｏｇｒａｍ ＰＩＤｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｓｕｉｔａｂｌｅ ＰＩＤ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｔｕｎｉｎｇ． Ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｔｗｏｙｅａｒｓ ｓｈｏｗｅｄ ＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｃｏｎｔｒｏｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｅｎｔｉｒｅｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔ ｐｒｏｖｅｓ ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ ａｃｔｕａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ａｉ ｒＳｕｐｐＩＹ，Ｓｏｆｔｗａｒｅ ＰＩＤ。

ＮｏｎＩ ｉｎｅａｒ． Ｔｉｍ—Ｉａｐｓｅ．ＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎａＩ ＶａＩｖｅ 目录 目录 摘要……………………………………………………．Ｉ ＡＢＳＴＲＡＣＴ…………………………………………………．ＩＩ 第一章绪论………………………………………………．．１ １－１课题背景……………………………………………１ １．２现状分析……………………………………………２ １．３论文的主要工作………………………………………２ １．４论文结构……………………………………………３ 第二章液氮储罐系统ＰＩＤ控制的需求分析…………………………２ ２．１概述………………………………………………．．２ ２．２数据检测需求………………………………………．．２ ２．２．１贮罐压力、液位检测和报警…………………………２ ２．２．２气化后压力检测及温度检测、报警……………………３ ２．２．３阀位检测………………………………………．３ ２．２．４气源压力过高过低报警……………………………．４ ２．３工作状态需求…………………………………………４ ２．３．１调试状态………………………………………．４ ２．３．２运行状态………………………………………．４ ２．３．３停止状态………………………………………．４ ２．４控制回路需求………………………………………．．５ ２．４．１贮罐压力控制回路………………………………．．５ ２．４．２气化后压力控制回路………………………………６ 第三章液氮储罐控制系统设计及实现……………………………．８ ３．１设计概述…………………………………………．．８ ３．２控制系统硬件设计……………………………………８ ３．２．１执行机构………………………………………．９ ３．２．２主控系统………………………………………１２ ３．２．２．１系统构成…………………………………１２ ３．２．２．２ ｈａｒｔ应用…………………………………１９ ３．３控制系统软件设计…………………………………．．２３ ３．３．１控制程序设计及实现……………………………．．２４ ３．３．１．１软件平台…………………………………２４ ３．３．１．２数据点的分配设计…………………………．２５ ３．３．１．３程序模块的配置……………………………２８ ３．３．１．４主程序流程设计……………………………３１ ３．３．１．５逻辑程序设计编制…………………………．３３ ３．３．１．６报警及数据信息程序流程设计…………………３４ ３．３．１．７调试中问题的处理…………………………．．３６ ３．３．２人机界面的设计及实现…………………………．．３７ ３．３．２．１工作状态界面………………………………４０ ３．３．２．２调试界面…………………………………．４ｌ ３．３．２．３ ＰＩＤ参数界面………………………………４２ ３．３．２．４报警信息…………………………………４３ ＩＩＩ 东南大学硕士学位论文 ３．３．２．５输入输出点………………………………．４４ ３．３．２．７输入输出变化量…．………………………．．４６ 第四章ＰＩＤ动态控制设计及实现………………．………………４７ ４．１理论研究…………………………………………．．４７ ４．１．１ ＰＩＤ控制……………………………………．．．４７ ４．１．２ ＰＩＤ控制系统特点………………．………………４９ ４．１．３ ＰＩＤ控制参数整定………………………………．５０ ４．１－４ ＰＩＤ控制的实现方式……………………………．．５ｌ ４．１．５ ＰＩＤ控制程序参数设定……………………………５２ ４．１．６ ＰＩＯ程序输入输出控制……………………………５４ ４．１．７调试方法………………………………………５６ ４．２实验室仿真试验………………………………．……．６０ ４．３软件试验结论………………………………………，．６３ 第五章现场安装调试………………………………………．．６５ ５．１现场施工…………………………………………．．６５ ５．２现场调试…………………………………………．．６５ ５．３系统运行情况分析……………………………………６７ ５．４工程验收…………………………………………．．６８ 第六章总结与展望…………………………………………．６９ ６．１总结……………．…………………………………６９ ６．２展望………………………………………………６９ 致谢……………………………………………………．７１ 参考文献………………．………………………………．．．７３ 附录……………………………………………………．．７５ 目录 图表目录 图２－１系统图……………………………………………３ 图３—１管路系统原理图……………………………………ｌＯ ＳＭＣ的智能定位器…………………………………．１１图３－３现场比例阀工作……………………………………１２ 图３－４控制系统硬件连接示意图……………………………．１３ ＰＬＣ硬件…………………………………………１７图３－６电气安装图………………………………………．１８ 图３－７电气控制柜外部……………………………………１８ 图３－８电气控制柜内部……………………………………１９ 图３－９ ＨＡＲＴ硬件组态……………………………………２１ 图３—１０ ＨＡＲＴ输入模块（ＳＭ３３１）分配信息……………………．２２ 图３—１ｌ ＨＡＲＴ输出模块（ＳＭ３３２）分配信息……………………．２３ 图３—１２ ＳＴＥＰ７软件信息…………………………………．．２５ 图３—１３程序模块………………………………………．．２８ 图３－１４主控程序流程图…………………………………．．３２ 图３—１５程序界面示意……………………………………．３３ 图３—１６ ＦＢ４１参数调配……………………………………３４ 图３—１７报警以及数据显示程序流程…………………………．３５ 图３—１８ ＷｉｎＣＣ ｆｌｅｘｉｂｌｅ软件信息…………………………．．３７ 图３—１９ ＷｉｎＣＣ ｆｌｅｘｉｂｌｅ编程界面…………………………．．３８ 图３—２０人机界面实物……………………………………．３９ 图３—２１工作状态界面……………………………………．４０ 图３—２２调试界面………………………………………．．４１ 图３—２３ ＰＩＤ参数界面……………………………………．４２ 图３—２４报警信息界面……………………………………．４３ 图３—２５输入输出点界面…………………………………．．４４ 图３—２６帮助说明界面……………………………………．４５ 图３—２７输入输出变化量界面………………………………．４６ ＰＩＤ程序块输入输出数据……………………………．５５图４－２ ＰＩＤ调试工具……………………………………．．５６ 图４—３调用调试界面……………………………………．．５７ ＰＩＤ调试设置参数窗口………………………………５８图４—５监控窗口…………………………………………５９ ＰＩＤ曲线记录窗口…………………………………．５９图４－７ ＰＩＤ曲线设置参数窗口………………………………６０ ＰＩＤ曲线显示窗口…………………………………．６０图４－９部分实验室曲线图１………………………………．．６１ 图４一１０部分实验室曲线图２………………………………．６２ 图４－１１软ＰＩＤ仿真理想曲线………………………………．６３ 图５—１现场……………………………………………６１ 图５—２硬件组态链接……………………………………．６６ 图５—３系统液氮罐子总体…………………………………６７