【正文】 為中介環(huán)節(jié)，所以說數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。變量類型、連接設(shè)備、寄存器 型號(hào) 可以從 下圖中得知 。系統(tǒng)為用戶提供了矩形、直線、橢圓（圓）、扇形、多邊形、文本等基本圖形對(duì)象，及按鈕、趨勢(shì)曲線窗口、報(bào)警窗口、報(bào)表等復(fù)雜的圖形對(duì)象。 圖 41 豎直雙容 水箱 液位 遠(yuǎn)程 控制 系統(tǒng)回路 測試清單 水介質(zhì)由泵 P102 從水箱 V104 中加壓獲得壓頭，經(jīng)由調(diào)節(jié)閥 FV101 進(jìn)入水箱 V102，通過手閥 QV11水箱 103 測得，用調(diào)節(jié)手閥 QV116 或 QV117 的開啟程度來模擬負(fù)載的大小， QV118 全開。 ，將手閥 QV102,QV107 完全 打開，并使 QV116， QV117 閘板具有一定開度， QV116 開度高度比 QV117 低一些。所謂容器的截面積就是整個(gè)容器，輸出負(fù)載由 QV117 設(shè)定。 。這里不限制使用的 方法。 實(shí)驗(yàn)三 P I 10000 D 0 SP 、 水箱開度：上水箱 QV117 為 4，下水箱 QV116 為 。 實(shí)驗(yàn)曲線如下圖所示： 圖 46 參數(shù)實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析： 由圖可知系統(tǒng)動(dòng)作緩 慢，主要原因是 P值太小，應(yīng)將 P 值往大調(diào)。 實(shí)驗(yàn)四 P 2 I 600000 D 0 SP 、 實(shí)驗(yàn)曲線如下圖所示： 圖 49 參數(shù)實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析： SP=10 貌似很標(biāo)準(zhǔn) ， 但。加大 I值可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定。 就以上三次實(shí)驗(yàn)分析可知： 水箱開度：上水箱 QV117 為 4，下水箱 QV116 為 2較好。 實(shí)驗(yàn)二 P I 10000 D 0 SP 水箱開度：上水箱 QV117 為 4，下水箱 QV116 為 2。啟動(dòng)調(diào)節(jié)器，設(shè)置各項(xiàng) 參數(shù)，將調(diào)節(jié)器的手動(dòng)控制切換到自動(dòng)控制。 ，調(diào)節(jié)閥 (FV101)通電。 ，所以可以選擇容器大小。 測試清單如下表所示： 序列 位號(hào) 設(shè)備名稱 用途 原始信號(hào)類型 工作量 1 FV101 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 閥位反饋 2～ 10VDC AO 0～ 100﹪ 2 TL103 液位變送器 下水箱液位 4～ 20mADC AI 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 27 上位組態(tài)要求 組態(tài)流程圖界面 測試要求的組態(tài)流程圖界面，如 下 圖所示： 圖 42 組態(tài) 圖 儀器 參數(shù) 清單 儀器 清單表 如下圖 所示： 名稱 數(shù)據(jù)類型 功能描述 FV101 調(diào)節(jié)閥 I/O 實(shí)型 顯示調(diào)節(jié)器輸出值 MV LT103 液位變送器 I/O 實(shí)型 顯示水箱液位值（調(diào)節(jié)器 PV） SP 調(diào)節(jié)器設(shè)定值 I/O 實(shí)型 調(diào)節(jié)器自動(dòng)狀態(tài)些可改寫，同時(shí)讓手動(dòng)輸出值跟中這個(gè)數(shù)值 P 調(diào)節(jié)器比例系數(shù) I/O 實(shí)型 可改寫 I 調(diào)節(jié)器比例系數(shù) I/O 實(shí)型 可改寫 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 28 D 調(diào)節(jié)器微分系數(shù) I/O 實(shí)型 可改寫 手動(dòng) /自動(dòng) PID 調(diào)節(jié)器狀態(tài) I/O 實(shí)型 點(diǎn)擊，調(diào)節(jié)器狀態(tài)切換 M/MV PID 調(diào)節(jié)器手動(dòng) 輸出值 I/O 實(shí)型 調(diào)節(jié)器手動(dòng)狀態(tài)下，點(diǎn)擊則彈出輸入對(duì)話框（改變調(diào)節(jié)器輸出值），自動(dòng)狀態(tài)跟隨調(diào)節(jié)器輸出值 操作過程和調(diào)試 ，下裝調(diào)試；編寫測試組態(tài)工程，連接控制器，進(jìn)行 聯(lián)合調(diào)試?！敖M態(tài)王”提供了 21種動(dòng)畫鏈接方式： 一個(gè) 圖形對(duì)象可以同時(shí)定義多個(gè)鏈接，組合成復(fù)雜的效果，意識(shí)滿足實(shí)際中任意的動(dòng)畫現(xiàn)實(shí)需要。 新建畫面 進(jìn)入組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)后，就可以為每個(gè)工程建立數(shù)目不限的的畫面，在每個(gè)畫面上生成互相關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)圖形對(duì)象。 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22 圖 321 數(shù)據(jù)詞典 點(diǎn)擊“新建”彈出定義變量窗口，點(diǎn)擊基本屬性欄輸入變量名“ PID0_PV”→選擇變量類型“ I/O 實(shí)數(shù)” →描述變量等進(jìn)行變量的設(shè)置，如下圖所示： 圖 322 定義變量 點(diǎn)擊確定完成變量“ PID0_PV”的定義。一般 PLC 默認(rèn)的地址（即站號(hào)）為 2，槽號(hào)為 2，故將組態(tài)王設(shè)備地址定義為 后點(diǎn)擊下一步→完成 。如果讀者使用的是有多個(gè)串口的電腦，請(qǐng)根據(jù) MPI 電纜所插實(shí)際位置選擇串口號(hào)。 工程瀏覽器是組態(tài)王的一個(gè)重要組成部分，他將圖形畫面、命令語言、設(shè)備雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 驅(qū)動(dòng)程序、配方、報(bào)警、網(wǎng)絡(luò)等工程元素集中管理，工程人員可以一目了然地查看工程的各個(gè)組成部分。 第六步：保存工程并運(yùn)行 完成以上步驟后，一個(gè)可以拿到現(xiàn)場運(yùn)行的工程就制作完成了。 第二步： 設(shè)置端口、 添加工程變量 并定義數(shù)據(jù)庫 添加工程中需要的硬件設(shè)備和工程中使用的變量，包括內(nèi)存變量和 I/O 變量。 (3)連接 ,就是畫面上的圖素以怎樣的動(dòng)畫來模擬現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行 ,以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。 (2)該系統(tǒng)是中文界面 ,具有 人機(jī)界面 友好、結(jié)果可視化的優(yōu)點(diǎn)。 組態(tài)軟件 也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場監(jiān)控。通常可以把這 樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。而輸出則相反，要將（ 0～ 100） Real 值輸出成為 Word 格式（ 5530～27648）數(shù)據(jù)。如圖313 所示。因此我們需要編寫一個(gè)專門用來進(jìn)行數(shù)值轉(zhuǎn)換的功能（ FC，類似于函數(shù)，可以被其他程序調(diào)用），把 5530～ 27648 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 PID 控制所需 0～ 100 的數(shù)據(jù)，并通過組態(tài)軟件監(jiān)控 0～ 100 的數(shù)據(jù)，符合人們的日常 習(xí)慣。 （ 3）背景數(shù)據(jù)塊：它是直接附屬于某邏輯塊，例如，功能塊。本控制系統(tǒng)用戶程序，主要有四類程序塊：組織塊 OB、功能塊 FB、功能 FC 和數(shù)據(jù)塊 DB。生成項(xiàng)目時(shí)會(huì)再塊文件夾中自動(dòng)生成一個(gè)空的組織塊 OB1。用鼠標(biāo)選中圖中某一層的對(duì)象，在管理器右邊的工作區(qū)將顯示所選文件內(nèi)的對(duì)象和下一級(jí)的文件夾。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) 12 圖 311 組織快命名 圖中清晰地顯示了項(xiàng)目的分層結(jié)構(gòu)。 添加方法如下：右鍵單 擊“雙容水箱液位控制 系統(tǒng) ” →“插入 新 對(duì)象”→ “ SIMATIC 300 站點(diǎn)”，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) 9 圖 35 建立 SIMATIC S7300 站點(diǎn) 單擊 SIMATIC 300(1) 站點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)“硬件 ”組態(tài)圖標(biāo) ，雙擊此圖標(biāo)進(jìn)入“硬件組態(tài)”環(huán)境，如下圖所示： 圖 36 硬件組態(tài) 硬件組態(tài) 雙擊硬件組態(tài) 后出現(xiàn) HW Config 窗口 。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) 7 圖 31 CPU 模塊 S7300編程 S7300 編程主要分為：創(chuàng)建工程、硬件組態(tài)、程序編寫三個(gè)方面。如果系統(tǒng)任務(wù)超過了 8 個(gè)，則可以擴(kuò)展機(jī)架（每個(gè)帶 CPU 的中央機(jī)架可以擴(kuò)展 3 個(gè)機(jī)架）。 （ 5）功能模塊（ FM） 用于進(jìn)行復(fù)雜的、重要的但獨(dú)立于 CPU 的過程，如：計(jì)算、位置控制和閉環(huán)控制。置于 3 號(hào)機(jī)架，沒有接口模塊時(shí)，機(jī)架位置為空。 （ 2）中央處理器（ CPU） CPU 存儲(chǔ)并處理用戶程序，為模塊分配參數(shù)，通過嵌入的 MPI 總線處理編程設(shè)備和 PC、模塊、其它站點(diǎn)之間的通訊，并可以為進(jìn)行 DP主站或從站操作裝配一個(gè)集成的 DP接口。 (3) 微分控制Ｔｄ對(duì)系統(tǒng)性能的影響 微分作用可以改善動(dòng)態(tài)特性，Ｔｄ偏大時(shí)，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較短。Ｋ p 太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。 PID參數(shù)整定 對(duì)于純滯后對(duì)象的補(bǔ)償控制點(diǎn)采用了 Smith 預(yù)測器，使控制對(duì)象與補(bǔ)償環(huán)節(jié)一起構(gòu)成一個(gè)簡單的慣性環(huán)節(jié)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例 +微分 (PD)控制器能改善系統(tǒng)在 調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（ Steadystate error）。 PID控制，實(shí)際中也有 PI和 PD 控制。 PID 控制原理 及 特點(diǎn) 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。 自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 實(shí)驗(yàn)最終結(jié)果是通過對(duì)水箱開度和 P、 I、 D 三個(gè)參數(shù)的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱液位 的控制。 本論文主要介紹了 PID 的原理、 S7300 介紹、 S7300 編程、組態(tài)王 介 紹、組態(tài)王 制圖、基于 A3000 的豎直雙容下水箱液位調(diào)節(jié)閥 PID 控制實(shí)驗(yàn)過 程和對(duì)實(shí)驗(yàn)的分析。以液位過程構(gòu)成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可靈活地進(jìn)行過程組態(tài)，實(shí)施各種不同的控制方案，可以構(gòu)成一階系統(tǒng)，二階系統(tǒng)、三階系統(tǒng)和雙入雙出系統(tǒng)。另外，用組態(tài)軟件開發(fā)的系統(tǒng)具有與 Windows 一致的圖形化操作界面，非常便于生產(chǎn)的組織和管理。一方面希望可靠性、實(shí)施性強(qiáng)，界面友好，操作簡單，另一方面又要求開發(fā)周期短，系統(tǒng)便于升級(jí)改造。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(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。我們今天所熟知的 PID 控制器產(chǎn)生并發(fā)展于 19151940 年期間。如果將模糊控制和傳統(tǒng)的 PID 控制兩者結(jié)合，用模糊控制理論來整定 PID 控制器的比例，積分，微分系統(tǒng)，就能更好的適應(yīng)控制系統(tǒng)的參數(shù)變化和工作條件的變化。一般的過程控制系統(tǒng)通常采用反饋控制的形式，這是過程控制的主要方式。 1 緒論 .......................................................................................................................... 1 本課題研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀 .............................................................................. 1 本課題研究的意義 .......................................................................................... 1 本論文的研究內(nèi)容 .......................................................................................... 2 2 PID ........................................................................................................................... 3 PID 調(diào)節(jié)原理 ................................................................................................... 3 PID 概述 ................................................................................................. 3 PID 控制原理及特點(diǎn) ............................................................................. 3 PID 算法 ........................................................................................................... 4 PID 算法概述 ......................................................................................... 4 3 PLC 和組態(tài)王軟件 ................................................................................................. 6 PLC S7300 介紹 .............................................................................................. 6 S7300 硬件介紹 .......................................