【正文】 統(tǒng)的設計 》是本人在指導教師指導下獨立研究、寫作的成果，論文中所引用他人的文獻、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標注；對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式注明并表示感謝。 掌握 PID 調節(jié)水箱液位的原理及作用。 [2]邵裕森 . 過程控制工程 . 機械工業(yè)出版社， 2020。我們今天 所熟知的 PID 控制器產(chǎn)生并發(fā) 展于 19151940 年期間。最早的 PID 參數(shù)工程 整定方法是在 1942 年由 Ziegler 和 Nichols 提出的 簡為 ZN 的整定公式，盡管時間已經(jīng)過去了半個世紀，但至今還在工業(yè)控制中普 遍應用。 （ 3）智能 PID 控制技術有待進一步研究，將自適應、自整定和增益計劃設定 有機結合，使其具有自診斷功能；結合專家經(jīng)驗知識、直覺推理邏輯等專家系統(tǒng) 思想和方法對原有 PID 控制器設計思想及整定方法進行改進；將預測控制、模糊 控制和 PID 控制相結合，進一步提 高控制系統(tǒng)系能。 液位控制，在豎直雙容下水箱液位調節(jié)過程中，下水箱液位受到管道壓力、流量和調節(jié)閥開度的影響，為了很好 的調節(jié)下水箱液位和管道壓力、流量和調節(jié)閥開度之間的關系，應用 PID 算法來達到調節(jié)要求。同時，它也是控制理論應用的一個重要領域，因此對于時滯系統(tǒng)的研究有其很重要的意義。 由于液體本身的屬性及控制機構 (電機、閥門等 )摩擦等因素的影響，控制對象具有一定純滯后和容量滯后的特點，水位上升的過程緩慢，呈現(xiàn)非線性。由于雙容水箱所固有的特性決定了其控制的復雜性，因此對雙容水箱的模型設計和控制方法研究是有必要的。 4． 指導教師審閱意見 指導教師 (簽字 )： 年 月 日 說明： 本報告必須由承擔畢業(yè)論文 (設計 )課題任務的學生在畢業(yè)論文 (設計 ) 正式開始的第 1周周五之前獨立撰寫完成，并交指導教師審閱。表征過程的主要參量有 溫度、壓力、流量、液位、成分、濃度等。單容液位控制系統(tǒng)具有非線性，滯后，耦合等特征，能夠很好的模擬工業(yè)過程特征。 關鍵詞：液位控制 A3000 控制系統(tǒng) S7300 控制 PID 雙容水箱液位調節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設計 II Abstract Process control in the production process of parameter is characterized by control that close to a given value amount in a given range or to maintain the automatic control system. Here process refers to the production device or equipment of matter and energy in the interaction and conversion process. The main process parameters have characterized the temperature, pressure, and flow, liquid level, ponents, concentration, etc. Through the control of process parameter, can make the production process production increase, to enhance the quality and reduce energy consumption. The general process control system usually adopts feedback control form, this is the main way process control. Liquid level control is industrial process control, mon in the influence on production can not be ignored. Single let liquid level control system with nonlinear and coupling, lag can be good features, such as simulated industrial process characteristics. For liquid level control system, the conventional PID control adopts fixed parameters, difficult to ensure control of adaptive system parameter variations and working conditions change, not the ideal effect, the fuzzy control is not sensitive to parameter variations and robust control precision characteristics, but not very good. If the fuzzy control and the traditional PID control both union, using the fuzzy control theory to setting the proportional, integral PID controller, differential system, can better adapt to control the parameters of the system change and working conditions change. This topic design vertical double let next cistern level regulator control system, mainly using PID algorithm to realize the vertical double let next cistern level and regulator opening with the automatic adjustment, A3000 process control system to realize control. Keywords: level control S7300 A3000 control system of PID 雙容水箱液位調節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設計 1 1 緒論 本課題研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀 在過去幾十年里， PID 控制器在工業(yè)控制中得到了廣泛應用。 PID 控制器作為早實用化的控制器已有 70 多年歷史，它的算法簡單易懂、使用中參數(shù)容易整定，也正是由于這些優(yōu)點， PID 控制器現(xiàn)在仍然是應用最廣泛的工業(yè)控制器。從目前 PID 參數(shù)整定方法的研究和應用現(xiàn)狀來看，以下幾個方面將是今后一段時間內(nèi)研究和實踐的重點： 本課題水箱液位控制采用調節(jié)閥控制液位， 基于 A3000 的豎直雙容下水箱液位調節(jié)閥 PID 控制大體可以分為三種分別是非調節(jié)的開 /關液位控制、可調的開 /關液位控制、調節(jié)型液位控制。組態(tài)軟件實際上是一個專為工控開發(fā)的工具軟件。液位控 制雙容水箱液位調節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設計 2 和人們的生活息息相關，我們有必要對其進行一些簡單的研究。為了提高我在進入自動化專業(yè)工作崗位之前的實際動手能力，提前接觸和適應自動化專業(yè)工作崗位中可能遇到的問題，本課題通過學習和使用自動化專業(yè)可能用到的編程軟件 S7300 和組態(tài)王，使我能夠提前學習并掌握自動化專業(yè)的相關軟件。 實驗過程中，下水箱液位受到管道壓力、流量和調節(jié)閥開度的影響，為了很 好的調節(jié)下水箱液位和管道壓力、流量和調節(jié)閥開度之間的關系，應用 PID 算法 來達到調節(jié)要求。同時，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理 論三個階段。控制器的輸出經(jīng)過輸出接口、執(zhí)行機構，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。 目前， PID 控制及其控制器或智能 PID 控制器 （儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實際中得到了廣泛的應用，有 各種各樣的 PID 控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有 PID 參數(shù)自整定功能的智能調節(jié)器 (intelligent regulator)，其中PID 控制器參數(shù)的自動調整是通過智能化調整或自校正、自適應算法來實現(xiàn)。當被控對象的結構和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的 其它技術難以采用時，系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調試來確定，這時應用 PID控制技術最為方便。 雙容水箱液位調節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設計 4 比例（ P）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的 或簡稱有差系統(tǒng)。因此，比例 +積分 (PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。它具有原理簡單 ，易于實現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨立，參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點；而且在理論上可以證明，對于過程控制的典型對象 ──“ 一階滯后＋純滯后 ” 與 “ 二階滯后＋純滯后 ” 的控制對象， PID 控制器是一種最優(yōu)控制。Ｋ p偏大，振蕩次數(shù)加多，調節(jié)時間加長。如果Ｋｃ的符號選擇不當對象狀態(tài) (pv 值 )就會離控制目標的狀態(tài) (sv 值 )越來越遠，如果出現(xiàn)這樣的情況Ｋ p 的符號就一定要取反。只有Ｔｄ合適，才能使超調量較小，減短調節(jié)時間。 （ 3）接口模塊（ IM） 接口模塊將各個機架連接在一起。測量輸入信號并控制輸出設備。后三個模塊在機架上可以任意放置，系統(tǒng)可以自動分配模塊的地址。其中 CPU 313C2DP自帶 16DI/16DO，內(nèi)含 40 針前連接器一個，配一個 64k 存儲卡。 雙容水箱液位調節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設計 8 圖 33 命名及存儲路徑的選擇 點擊“確定”按鈕，生成如下圖所示的新工程。展開至“塊”，即可在塊內(nèi)編程。第一層為項目，第二層為站（ Station），站是組態(tài)硬件的開始。 “塊”對象包含程序塊 (Blocks)、用戶定義的數(shù)據(jù)類型（ UDT）、系統(tǒng)數(shù)據(jù)（ System data）和調試程序用的變量表（ VAT）。系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊 (SDB)中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)含有系統(tǒng)組態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)的信息，它是用戶運行硬件組態(tài)時提供的數(shù)據(jù) 自動生成的。 （ 1）組織塊（ OB）：是操作系統(tǒng)和用戶程序的接口 。 （ 4） 數(shù)據(jù)塊：它不附屬于任 何邏輯塊，含有生產(chǎn)線或設備所需的值，并可在程序的任何點直接使用。 其中： IN: 需要進行轉換的原始輸入變量 IN_MIN: 原始變量的下限值 IN_MAX: 原始變量的上限值 OUT_MIN: 轉換成的目標變量的下限值 OUT_MAX: 轉換成的目標變量的上限值 OUT： 輸出目標變量 轉換公式為： 輸入流程如下圖所示： 雙容水箱液位調節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設計 15 圖 315 流程圖 PID 為 FB41 功能塊。在手動時， SP 跟隨 MV， MV 等于 MAN（手操作值），自動時 MAN（手操作值）跟隨MV。對于 FC202 流程圖如 下 圖所示： 雙容水箱液位調節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設計 17 組態(tài)王 組態(tài)王的 定義 組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng) 軟件 ，是新型的工業(yè) 自動控制系統(tǒng) ，它以標準的工業(yè)計算機軟、硬件平臺構成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。它還具有豐富的 設備驅動程序 和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。 雙容水箱液位調節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設計 18 應用程序 過程中要考慮以下三個方面 : (1)圖形 ,是用抽象的圖形畫面來模擬實際的工業(yè)現(xiàn)場和相應的 工 控 設備。 組態(tài)王建立工程的一般過程 通常情況下，建立一個工程大致可分為以下幾個步驟： 第一步：創(chuàng)建新工程 創(chuàng)建一個文件夾將 工程先關的文件 存放其中 。 第四步：編寫命令語言 通過 腳本程序的編寫以完成較復雜的操作上位控制。 運行組態(tài)王 。如下圖所示： 圖 318 設備配置導向 在設備配置導向中選擇“ PLC”→“西門子” →“ S7300” →“ MPI（電纜） ” 。 填寫設備地址，輸入“ ”。 圖 320 新建的“雙容水箱液位調節(jié)” 組態(tài)王定義變量 數(shù)據(jù)庫是“組態(tài)王”軟件的核心部分，工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況要以動畫的形式 反映在屏幕上，操作者在計算機前發(fā)布的指令也要迅速送達生產(chǎn) 現(xiàn)場，所以這一 切都是以實時數(shù)據(jù)庫