基于PLC的汽車(chē)主副油路流量控制的研究

1.引言

隨著(zhù)工業(yè)信息化時(shí)代的不斷發(fā)展，PLC控制在信息自動(dòng)化領(lǐng)域中起到很大的作用，PLC對流量的控制技術(shù)運用越來(lái)越廣泛，生產(chǎn)中始終占有相當的比例。matlaB在圖像處理，數據建模，信號分析仿真中也有著(zhù)得天獨厚的優(yōu)勢，由于資金條件有限和本著(zhù)研究開(kāi)發(fā)的態(tài)度大多采用仿真來(lái)進(jìn)行模仿。而對于噴霧角的角度測量，大多采用攝像對比的方式，而不經(jīng)過(guò)matlaB圖像處理，本文直接把得到噴嘴噴霧圖像經(jīng)行攝影，經(jīng)過(guò)圖像采集卡，通過(guò)matlaB進(jìn)行處理，與不經(jīng)過(guò)圖像處理的噴霧圖像進(jìn)行對比，獲得的效果更好，精度更高，更能滿(mǎn)足經(jīng)濟效益的要求，本文主要介紹PLC選擇，控制電路的設計，matlaB系統仿真實(shí)現分析，先通過(guò)電機鏈接變頻器，在主油路上安裝流量計，流量變送器傳輸到PLC,給定一個(gè)流量，此流量設定是可以任意變化的，在主油路噴嘴處設置壓力表，觀(guān)察噴油過(guò)程壓力變化，達到參數標準。

2.PLC的選型及流量控制

2.1 PLC選型

系統的選型：PLC控制器一臺，變頻器兩臺，觸摸屏顯示器，泵兩臺。

根據系統的選型和控制的要求，PLC主要負責整個(gè)系統的溫度，壓力，流量調節。

所需要的資源如下所示：

數字量輸入點(diǎn)(DI)：PLC啟動(dòng)和停止，油泵1、2啟動(dòng)和停止，變頻器1、2啟停，共計：10點(diǎn);數字量輸出點(diǎn)(DO)：流量閥動(dòng)作線(xiàn)圈，量杯處閥動(dòng)作線(xiàn)圈，冷卻轉向閥，共計：6點(diǎn);模擬量輸入點(diǎn)(AI)：壓力信號：主副油路各1點(diǎn)，主副油路單件各1點(diǎn)，流量信號：

主副油路各1點(diǎn)，單件各1點(diǎn);溫度信號：

溫控器處1點(diǎn);共計：9點(diǎn);模擬量輸出點(diǎn)(AO)：變頻器1、2共計：2點(diǎn);綜合上述：

PLC需要控制的系統數字量輸入輸出點(diǎn)DI/DO為10/6.模擬量輸入輸出點(diǎn)AI/AO為9/2.

根據控制系統實(shí)際所需端子數目，考慮PLC端子數目要有一定的預留量，因此選用的S7-200型PLC的主模塊為CPU224,由于還需要擴展模擬模塊，選用三個(gè)外擴模塊模擬模塊EM235.

2.2 流量控制

本實(shí)驗主要通過(guò)主副油路兩個(gè)部分進(jìn)行實(shí)驗，試驗使用的為航空煤油，實(shí)驗條件為25°C左右，噴嘴為20個(gè)，主油路單獨試驗，單個(gè)噴嘴流量控制，20個(gè)噴嘴同時(shí)開(kāi)啟流量控制，然后對噴嘴噴出的油進(jìn)行角度控制，噴灑角度控制在兩度范圍內。同理副油路也是如此控制進(jìn)行單獨試驗，本實(shí)驗由于主副油路同時(shí)進(jìn)行試驗，可能會(huì )存在流量的不穩定情況，而PLC的PID控制恰恰可以彌補這一點(diǎn)。

采用PID,具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)增量算法控制誤動(dòng)作影響小。(2)增量算法控制易于實(shí)現手動(dòng)/自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換。(3)不產(chǎn)生積分失控，易獲得較好的調節品質(zhì)。

流量控制系統通過(guò)安裝在管道的流量變送器實(shí)施測量油的流量，并將其轉化為4-20mA的電信號，然后通過(guò)PLC的A/D轉化模塊讀取測量值并與設定值進(jìn)行對比，偏差值進(jìn)行PID運算，在將運算后的數字量轉化為模擬量作為變頻器的輸入信號，控制變頻器的輸出頻率，從而控制油泵電機的轉速。

3.PID流量控制

3.1 PID控制的原理

PID控制器是用輸出y(t)和給定r(t)之間的誤差的時(shí)間函數e(t)=r(t)-y(t)的比例， 積分， 微分的線(xiàn)性表示， 構成控制量u(t)，稱(chēng)為比例(Proportional)積分(Integrating)微分(Differentiation)控制，簡(jiǎn)稱(chēng)PID控制。在實(shí)際的應用中，可據受控對象特性和控制要求，靈活地采用不同的線(xiàn)性控制組合，構成比例(P)控制器：

式中p K --比例放大系數;TI--積分時(shí)間; D T --微分時(shí)間。

3.2 PID控制的作用

比例環(huán)節能迅速反應誤差，從而減小穩態(tài)誤差但不能消除穩態(tài)誤差。比例放大環(huán)節系數的加大，會(huì )引起系統的不穩定。

積分環(huán)節的作用是，只要有足夠的時(shí)間，積分控制將能完全消除誤差，使系統誤差為零，從而消除穩態(tài)誤差。積分作用太強會(huì )使系統超調加大，使系統出現振蕩。

微分控制可減小超調量，克服振蕩，提高系統的穩定性，同時(shí)使系統的反應速度加快，減小調整時(shí)間，從而改善系統的動(dòng)態(tài)性能。

應用PID控制，必須適當地調整比例放大系數KP,積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD,這樣使系統達到穩定狀態(tài)。

3.3 PID控制的流程

PID流量控制有一下流程：

(1)主程序調用模塊，如圖2.

(2)主程序調用子程序1:

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