【正文】 統(tǒng)的設(shè)計(jì) 》是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立研究、寫作的成果，論文中所引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標(biāo)注；對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)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(diào)節(jié)水箱液位的原理及作用。 [2]邵裕森 . 過程控制工程 . 機(jī)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(jiǎn)為 ZN 的整定公式，盡管時(shí)間已經(jīng)過去了半個(gè)世紀(jì)，但至今還在工業(yè)控制中普 遍應(yīng)用。 （ 3）智能 PID 控制技術(shù)有待進(jìn)一步研究，將自適應(yīng)、自整定和增益計(jì)劃設(shè)定 有機(jī)結(jié)合，使其具有自診斷功能；結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、直覺推理邏輯等專家系統(tǒng) 思想和方法對(duì)原有 PID 控制器設(shè)計(jì)思想及整定方法進(jìn)行改進(jìn)；將預(yù)測(cè)控制、模糊 控制和 PID 控制相結(jié)合，進(jìn)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(diào)節(jié)過程中，下水箱液位受到管道壓力、流量和調(diào)節(jié)閥開度的影響，為了很好 的調(diào)節(jié)下水箱液位和管道壓力、流量和調(diào)節(jié)閥開度之間的關(guān)系，應(yīng)用 PID 算法來達(dá)到調(diào)節(jié)要求。同時(shí)，它也是控制理論應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，因此對(duì)于時(shí)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(jī)構(gòu) (電機(jī)、閥門等 )摩擦等因素的影響，控制對(duì)象具有一定純滯后和容量滯后的特點(diǎn)，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(fù)雜性，因此對(duì)雙容水箱的模型設(shè)計(jì)和控制方法研究是有必要的。 4． 指導(dǎo)教師審閱意見 指導(dǎo)教師 (簽字 )： 年 月 日 說明： 本報(bào)告必須由承擔(dān)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )課題任務(wù)的學(xué)生在畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 正式開始的第 1周周五之前獨(dú)立撰寫完成，并交指導(dǎo)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(guān)鍵詞：液位控制 A3000 控制系統(tǒng) S7300 控制 PID 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 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(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 1 緒論 本課題研究的國(guó)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(yīng)用。 PID 控制器作為早實(shí)用化的控制器已有 70 多年歷史，它的算法簡(jiǎn)單易懂、使用中參數(shù)容易整定，也正是由于這些優(yōu)點(diǎn)， PID 控制器現(xiàn)在仍然是應(yīng)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(yīng)用現(xiàn)狀來看，以下幾個(gè)方面將是今后一段時(shí)間內(nèi)研究和實(shí)踐的重點(diǎn)： 本課題水箱液位控制采用調(diào)節(jié)閥控制液位， 基于 A3000 的豎直雙容下水箱液位調(diào)節(jié)閥 PID 控制大體可以分為三種分別是非調(diào)節(jié)的開 /關(guān)液位控制、可調(diào)的開 /關(guān)液位控制、調(diào)節(jié)型液位控制。組態(tài)軟件實(shí)際上是一個(gè)專為工控開發(fā)的工具軟件。液位控 制雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2 和人們的生活息息相關(guān)，我們有必要對(duì)其進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的研究。為了提高我在進(jìn)入自動(dòng)化專業(yè)工作崗位之前的實(shí)際動(dòng)手能力，提前接觸和適應(yīng)自動(dòng)化專業(yè)工作崗位中可能遇到的問題，本課題通過學(xué)習(xí)和使用自動(dòng)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(xué)習(xí)并掌握自動(dòng)化專業(yè)的相關(guān)軟件。 實(shí)驗(yàn)過程中，下水箱液位受到管道壓力、流量和調(diào)節(jié)閥開度的影響，為了很 好的調(diào)節(jié)下水箱液位和管道壓力、流量和調(diào)節(jié)閥開度之間的關(guān)系，應(yīng)用 PID 算法 來達(dá)到調(diào)節(jié)要求。同時(shí)，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(gè)階段。控制器的輸出經(jīng)過輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，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(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)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(diào)節(jié)器 (intelligent regulator)，其中PID 控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的 其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用 PID控制技術(shù)最為方便。 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 比例（ P）控制 比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的 或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)。因此，比例 +積分 (PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)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(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。它具有原理簡(jiǎn)單 ，易于實(shí)現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨(dú)立，參數(shù)的選定比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；而且在理論上可以證明，對(duì)于過程控制的典型對(duì)象 ──“ 一階滯后＋純滯后 ” 與 “ 二階滯后＋純滯后 ” 的控制對(duì)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(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)。如果Ｋｃ的符號(hào)選擇不當(dāng)對(duì)象狀態(tài) (pv 值 )就會(huì)離控制目標(biāo)的狀態(tài) (sv 值 )越來越遠(yuǎn)，如果出現(xiàn)這樣的情況Ｋ p 的符號(hào)就一定要取反。只有Ｔｄ合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時(shí)間。 （ 3）接口模塊（ IM） 接口模塊將各個(gè)機(jī)架連接在一起。測(cè)量輸入信號(hào)并控制輸出設(shè)備。后三個(gè)模塊在機(jī)架上可以任意放置，系統(tǒng)可以自動(dòng)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(gè)，配一個(gè) 64k 存儲(chǔ)卡。 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8 圖 33 命名及存儲(chǔ)路徑的選擇 點(diǎn)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(xiàng)目，第二層為站（ Station），站是組態(tài)硬件的開始。 “塊”對(duì)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(diào)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(yùn)行硬件組態(tài)時(shí)提供的數(shù)據(jù) 自動(dòng)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(shè)備所需的值，并可在程序的任何點(diǎn)直接使用。 其中： IN: 需要進(jìn)行轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成的目標(biāo)變量的下限值 OUT_MAX: 轉(zhuǎn)換成的目標(biāo)變量的上限值 OUT： 輸出目標(biāo)變量 轉(zhuǎn)換公式為： 輸入流程如下圖所示： 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15 圖 315 流程圖 PID 為 FB41 功能塊。在手動(dòng)時(shí)， SP 跟隨 MV， MV 等于 MAN（手操作值），自動(dòng)時(shí) MAN（手操作值）跟隨MV。對(duì)于 FC202 流程圖如 下 圖所示： 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 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(dòng)控制系統(tǒng) ，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)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(dòng)畫。它還具有豐富的 設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 18 應(yīng)用程序 過程中要考慮以下三個(gè)方面 : (1)圖形 ,是用抽象的圖形畫面來模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和相應(yīng)的 工 控 設(shè)備。 組態(tài)王建立工程的一般過程 通常情況下，建立一個(gè)工程大致可分為以下幾個(gè)步驟： 第一步：創(chuàng)建新工程 創(chuàng)建一個(gè)文件夾將 工程先關(guān)的文件 存放其中 。 第四步：編寫命令語(yǔ)言 通過 腳本程序的編寫以完成較復(fù)雜的操作上位控制。 運(yùn)行組態(tài)王 。如下圖所示： 圖 318 設(shè)備配置導(dǎo)向 在設(shè)備配置導(dǎo)向中選擇“ PLC”→“西門子” →“ S7300” →“ MPI（電纜） ” 。 填寫設(shè)備地址，輸入“ ”。 圖 320 新建的“雙容水箱液位調(diào)節(jié)” 組態(tài)王定義變量 數(shù)據(jù)庫(kù)是“組態(tài)王”軟件的核心部分，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況要以動(dòng)畫的形式 反映在屏幕上，操作者在計(jì)算機(jī)前發(fā)布的指令也要迅速送達(dá)生產(chǎn) 現(xiàn)場(chǎng)，所以這一 切都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)