【正文】 為系統(tǒng)實現(xiàn)選擇合適的硬件。應(yīng)用 PLC 編程實現(xiàn)本課題的控制要求。 液位控制的發(fā)展主要依賴于兩個方面，即檢測儀表的發(fā)展和控制算法的發(fā)展。將各種新技術(shù)、新方法應(yīng)用到儲罐測量領(lǐng)域。 就控制算法而言， 在傳統(tǒng)的 PID 算法 基礎(chǔ)上，人 們開始將模糊算法等一些高級算法加 入到控制器中，使控制器的性能得到大大的增強(qiáng)。正 常運行時綠燈亮。 其方框圖如圖 所示： 圖 該系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)方塊圖 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 3 系統(tǒng)硬件配置 電動 控制閥的選擇 控制閥是控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它接受控制器的命令執(zhí)行控制任務(wù)。一般來說，要根據(jù)以下幾條原則來進(jìn)行選擇： A. 首先要從 生產(chǎn)安全出發(fā)。 C. 從降低原料、成品、動力損耗來考慮。如果釜液是易凝結(jié)、易結(jié)晶、易聚合的物料時，控制閥則 應(yīng)選擇電關(guān)式，以防控制閥失去能源時閥門關(guān)閉，停止蒸汽進(jìn)入而導(dǎo)致釜內(nèi)液體的結(jié)晶和凝聚。 2) 口徑大小的選擇 控制閥口徑的大小直接決定著介質(zhì)流過它的能力。因此，從控制的角度來看，寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 6 控制閥口徑的選擇應(yīng)留有一定的余地，以適應(yīng)增加生產(chǎn)的需要。 圖 控制閥流量特性 控制閥流量特性的選用要根據(jù)具體的對象特性來考慮。然而負(fù)荷的變化往往具有隨機(jī)性，不可預(yù)知。這樣就不用考慮在負(fù)荷變化時修改控制器參數(shù)的問題。 表 不同結(jié)構(gòu)形式控制閥的特點及適用場合 閥結(jié)構(gòu)形式 特點及使用場合 直通單座 閥前后壓降低，適用于要求泄漏量小的場合 直通雙座 閥前后壓降大，適用于允許較大泄漏量的場合 角閥 適用于高壓降、高粘度、含懸浮物或顆粒狀物質(zhì)的場合 高壓閥 適用于高壓控制的特殊場合 蝶閥 適用于有懸浮物的流體、大流量氣體、壓差低、允許較大泄漏量的場合 隔膜閥 適用于有腐蝕性介 質(zhì)的場合 三角閥 適用于分流或合流控制的場合 根據(jù)上面的原則，在此選用直通單座閥。 B. 增大執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出功率，減少系統(tǒng)的傳遞滯后，加快閥桿移動速度。 聯(lián)系本 任務(wù) 研究內(nèi)容，從以下幾個三個方面綜合考慮，在此控制系統(tǒng)中，控制閥上不加裝閥門定位器： 1. 系統(tǒng)控制精度要求不高 。 綜上所述，根據(jù) 經(jīng)濟(jì)適用原則，在此 選擇由上海艾迪爾自控儀表有限公司生產(chǎn)的 ZAJP 精小型電動單座調(diào)節(jié)閥，型號 ： ZAJP 精小型電動單座調(diào)節(jié)閥 性能 和 技術(shù)參數(shù) 介紹 ZAJP 精小型電動單座調(diào)節(jié)閥，由 DDZ 型直行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和精小 型單座閥組成。 圖 ZAJP 精小型電動單座調(diào)節(jié)閥 1） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)詳細(xì)參數(shù)見表 表 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 型號 DKZ410/410C 輸出 推 力， N 6400 行程 L， mm 40 全行程時間 ， s 30 主要技術(shù)參數(shù) 電源電壓： 220V/50Hz 輸入電阻：Ⅲ 250Ω、Ⅱ 200Ω 輸入通道：3個 輸入信號： 420mA 或 輸出信號： 420mA 或 手操功能：手輪 環(huán)境溫度： 25～ +70℃ 環(huán)境濕度：≤ 95% 2） 調(diào)節(jié)閥性能指標(biāo)見表 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 11 表 性能 指標(biāo) 項目 技術(shù)指標(biāo) 基本誤差 % 177。 終點 177。這除了在性價比方面存在一定的優(yōu)勢外，還有設(shè)計和應(yīng)用的習(xí)慣問題。 差壓變送器的測量原理 如圖所示的密閉容器中，測量容 器下部的液位壓力除與液位高度有關(guān)外，還與其上部空間介質(zhì)壓力有關(guān)，這時液位的測量需采用兩個法蘭將液相和氣相壓力引至差壓變送器，利用 1p 和 2p 之差反映液位。 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 14 4） 對于被測對象有大量冷凝物或沉淀物析出時 ,宜選用雙法蘭式差壓液位變送器 。 DP 系列 LT 型智能液位變送器產(chǎn)品介紹 如圖 所示為 DP 系列 LT 型智能 液位變送器實物，該變送器 采用美國 Dylix 公司技術(shù)生產(chǎn)的傳感器內(nèi)核，結(jié)合先進(jìn)數(shù)字技術(shù)生產(chǎn)的新一代智能化變送器，原理上采用了直接數(shù)字電容電路代替模擬信號放大電路及 A/D 轉(zhuǎn)換電路，利用數(shù)字化補(bǔ)償技術(shù)對溫度靜壓進(jìn)行補(bǔ)償，提高了測量精度，降低了溫度漂移，變送器整機(jī)具有體積小、可靠性高、長期穩(wěn)定性 、測量范圍寬、安裝簡便、易于維護(hù)等特點 。 在最小量程時，最大正遷移為 ；最大負(fù)遷移為 URL. 溫度范圍：介質(zhì)溫度 40~149℃ （灌充硅油） 儲存溫度 ： 18℃ ~204℃ （灌充惰性氣體） 整機(jī)工作溫 度： 20℃ ~70℃（帶數(shù)字表頭） 相對濕度： 0~100% 靜壓和超壓極限： 150b 法蘭； （絕對壓力） ~（在 37℃ ，充硅油） 容積變化量：小于 3cm 阻尼：時間常數(shù)在 ~ 之間可調(diào) 啟動時間： 3s，無需預(yù)熱 PLC 機(jī)型選擇 PLC 歷史及發(fā)展現(xiàn)狀 20 世紀(jì) 20 年代起，人們把各種繼電器、定時器、接觸器及其觸點按一定的邏 輯關(guān)系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機(jī)械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng)。為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)白熱化的市場競爭要求， 1968 年美國通用汽車公司公開向社會招標(biāo)。 20 世紀(jì) 70 年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實用化發(fā)展階段，計算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。這個階段的另一個特點是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。它采用了可編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)計算等面向用戶的指令，并通過數(shù)字量和 模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。正確選擇產(chǎn)品時，首先要選擇的是適合控制系統(tǒng)的機(jī)型， 1) 根據(jù)系統(tǒng)類型選擇機(jī)型 （ 1） 小系統(tǒng)的機(jī)型選擇 小系統(tǒng)一般使用一臺 PLC 就能完成控制要求，控制對象常常是一臺設(shè)備或多臺設(shè)備中的一個功能，系統(tǒng)對 PLC 間的通信要求不高，但有時功能要求全面，容量變化要求變化大。 三是有專門要求的設(shè)備，如飛剪，這時輸入 /輸出容量不是關(guān)鍵參數(shù)，更重要的是控制速度功能，選用高速計數(shù)功能模板。 方案一是整個控制系統(tǒng)由上位機(jī)或高檔 PLC 對系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，控制信息由現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線構(gòu)成的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞。 方案二是控制系統(tǒng)把計算機(jī)、 PLC、數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人等融合在一個龐大的通信網(wǎng)絡(luò)中，整個系統(tǒng)分成管理層控制層和執(zhí)行層等多個層次，最上面一層使用高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。有了這些初步估計，會使機(jī)型選擇的可行性更大。在此基礎(chǔ)上選擇控制器時還需注意兩個問題。手冊上給出的覆蓋距離，有時叫做最大距離，包括遠(yuǎn)程 I/O 板在內(nèi)達(dá)到的距離，但遠(yuǎn)程 I/O 板的 I/O 反應(yīng)速度大大下降，一般為 。內(nèi)存利用率與編程水平有關(guān)。一個模擬量輸入 接收測量變送器的 420mA 電流，一個模擬量輸出 用于驅(qū)動電動調(diào)節(jié)閥。 CPU224 配有 1 個 RS485 通信 /編程口，具有 PPI 通信、 MPI 通信和自由方式通信能力。該方案完全可以滿足設(shè)計需求，而且有一定的冗余。因此被稱為控制系統(tǒng)領(lǐng)域的常青樹。 PID 算法介紹 PID 是比例（ P）、積分（ I）、微分（ D）之 意。但同時過大的比例系統(tǒng)也容易引起系統(tǒng)超調(diào)量增大，導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩。式（ ）離散形式為 10()1n C n I D n nnM K e K e K e e Mii ?? ? ? ? ??? （ ） 式中 nM 在第 n 采樣時刻 PID 回路輸出的計算值； CK PID 控制回路增益 ne 在第 n 采樣時刻 PID 控制回路的偏差 1?ne 在第 1?n 采樣時刻 PID 控制回路的偏差 IK PID 控制回路積分項系數(shù) DK PID 控制回路微分項系數(shù) 0M PID 控制回路初始值 式（ ）中，積分項是包括從第 1 個采樣周期到當(dāng)前采樣周期的所有誤差。該項可以寫為 ()n C n n nM P K e SP PV?? () 式中 nSP 在第 n 采樣時刻的給定值 nPV 在第 n 采樣時刻的過程變量 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 22 積分項 nMI 與偏差的和成正比。采樣周期 sT 是重新計算輸出的時間間隔，而積分時間常數(shù) IT 控制積分項在整個輸出結(jié)果中影響的程序。） PID 回路指令 PID 回路指令（包括比例、積分、微分回路）在邏輯堆棧棧頂（ TOS）值為 1 的前提下用來進(jìn)行 PID 運算。在程序中最多可以用 8條 PID 指令?；芈繁砀袷饺绫? 所示 若要以一定的采樣頻率進(jìn)行 PID 運算，采樣時間必須輸入到回路表中，且 PID 指令必須編入定時發(fā)生的中斷程序中，或者在主程序中由定時器控制 PID 指令的執(zhí)行頻率。同計數(shù)器指令相似， PID 指令有一個使能位。 （ 1）置給定值（ nSP ） =過程變量（ nPV ） （ 2）置過程變量當(dāng)前值（ 1?nPV ） =過程變量現(xiàn)值（ nPV ） （ 3）置積分項前項（ MX ） =輸出值（ nM ） PID 使能位的默認(rèn)值是 1，在 CPU 啟動或從 STOP 方式轉(zhuǎn)到 RUN 方式時建立。選擇期望的環(huán)路控制類型通過設(shè)置常量參數(shù)的數(shù)值來進(jìn)行。如果 PID 計算的算術(shù)運算發(fā)生錯誤，那么特殊存儲器標(biāo)志位 （溢出或非法值）會被置 1，并且中止 PID 指令的執(zhí)行。給定 值和過程變量都可能是現(xiàn)實世界的值，它們的大小、范圍和工程單位都可能不一樣。下面的寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 25 算式可以用于標(biāo)準(zhǔn)化給定值或過程變量值： ( / )Ra w Pa n setN o rmR R S Off?? () 式中 NormR 標(biāo)準(zhǔn)化的實數(shù)值 RawR 沒有標(biāo)準(zhǔn)化的實數(shù)值或原值 setOff 單極性為 ，雙極性為 PanS 值域大小，可能的最大值減去可能的最小值，單極性為 32021（典型值），雙極性為 64000（典型 值）。這一過程，是給定值或過程變量的標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換的逆過程。液體流入量 1Q 由調(diào)節(jié)閥開度 u 加以控制，流出量 0Q 則由用戶根據(jù)需要通過負(fù)載閥來改變。根據(jù)物料平衡關(guān)系，在正常工作情況狀態(tài)下，初始時刻處于平衡狀態(tài)： i?0 ， 0hh? ，當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度發(fā)生變化 u?時，液位隨之發(fā)生變化。 可得有純延遲儲罐的微分方程為 ()dhT h K u tdt ?? ? ? ? ? ? （ ） 在零初始條件下，對上式兩端進(jìn)行拉氏變換，即可得到有純延遲儲罐的傳遞函數(shù) ()() ( ) 1H s K sGs eU s Ts ?? ????? （ ） 取其典型參數(shù)代入上式，得該儲罐的傳遞函數(shù)為 1 3() 3 0 1 sG s es ?? ? （ ） 系統(tǒng)仿真 ,1 MATLAB 語言中 Simulink 交互式仿真環(huán)境簡介 MATLAB 語言是一種用于科學(xué)和工程計算的高級語言，在科學(xué)計算、自動控制、動態(tài)系統(tǒng)仿真、信號處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)化、小波分析、圖形處理等領(lǐng)域提供了強(qiáng)大的處理功能，具有很高的編程效率。 本工程的特點是：在系統(tǒng)中，被控對象的慣性比較大，故系統(tǒng)僅采用比例和積分控制，其增益和時間常數(shù)可以通過工程計算初步確定。 其仿真結(jié)果如 圖 ： Scope1 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 30 圖 儲罐液位控制曲線 由圖 所示的仿真曲線可知，該系統(tǒng)在 200s 時已達(dá)到穩(wěn)定，為了檢驗該系統(tǒng)的抗干擾性能，我們在 300s 時 分別在對象前后加一幅值為 的階躍干擾 如圖 ，得到系統(tǒng)的仿真曲線如圖 所示 ： Scope4 圖 階躍干擾時儲罐液位控制曲線 由上面的仿真結(jié)果可以得出： 當(dāng) P、 I、 D 參數(shù)選擇合適時， 該控制器可以對被控對象起到很好的控制作用 。 STEP 7Micro/WIN SP6 可以完全兼容所有 S7200 CPU (CPU21x 和 22x)． STEP 7Micro/WIN SP6 可以毫無限制的打開老版本軟件 STEP 7Micro/WIN 或 所編寫的程序． STEP 7Micro/WIN SP6 創(chuàng)建的項目不能使用老版本的軟件打開或上載． STEP 7Micro/WIN SP6 的主要新功能和改進(jìn)為： 1. 支持新的 TD400 C 2. 支持 TS Adapter IE teleservice adapter 3. 優(yōu)化了 modem 向?qū)?，支?modem 模塊 EM241 新功能