【正文】 同時也進一步驗證了選擇串級 PID 來控制雙容水箱能夠達到比較理想。 C 40～ 120。 （ 2）調(diào)節(jié)閥 采用 QSVP－ 16K 型電動調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)對雙容水箱液位系統(tǒng)進水量的控制。 C 輸出最大負載： 500Ω 死區(qū)： ≤ 177。其可以在誤差較大時運用模糊算法進行調(diào)節(jié)，以消除 PID 積分飽和現(xiàn)象；當誤差趨小時，采用改進后的 PID 算法調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)優(yōu)化效果。壓力變送器測定的下水箱液位值（電壓反饋信號）送到主調(diào)節(jié)器 (智能調(diào)節(jié)儀 1)輸入端。 (2)ADDR：通訊地址 用于定義儀表地址，有效范圍是 0~100。 (4)diL：輸入下限顯示值 用于定義線性輸入信號下限刻度值。 (6)SV：下水箱液位給定值，根據(jù)需要設(shè)置。 通過在 AI808 型儀表的內(nèi)部安裝 RS485 通訊接口模塊，可利用計算機實現(xiàn)對儀表的監(jiān)控和操作。 返 回 值：數(shù)值型。 DevOp 取值范圍及相應(yīng)含義： 1：啟動設(shè)備開始工作。 5：改變設(shè)備的工作周期， CmdStr 中包含新的工作周期，單位為 ms。所以副調(diào)節(jié)器按單回路系統(tǒng)方法整定后，可以將副回路作為主回路的一個環(huán)節(jié) ，按單回路控制系統(tǒng)的整定方法，整定主調(diào)節(jié)器的參數(shù)，而不再考慮主調(diào)節(jié)器參數(shù)變化對副回路的影響。 （ 2）將副調(diào)節(jié)器的比例度置于（ 1）中所求得的數(shù)值上，把副回路作為主回河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 建立儀表過程控制系統(tǒng) 24 路的一個環(huán)節(jié)，用同樣的方法整定主回路，求取主回路的比例度和操作周期。 對儀表控制系統(tǒng)設(shè)置下水箱液位給定值為 50mm，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，突加階躍擾動型號，設(shè)定下水箱液位值為 70mm，得到下水箱液位輸出響應(yīng)曲線。 ICP7000 系列采集模塊的作用是將傳感器檢測到的被控參數(shù)標準信號通過 A/D 轉(zhuǎn)換送入計算機，計算機同時也將通過控制運算發(fā)出的控制信號通過 D/A 轉(zhuǎn)換發(fā)給執(zhí)行機構(gòu)（調(diào)節(jié)閥、變頻器）。根據(jù)香農(nóng)采樣定理：對于一個具有有限頻譜的連續(xù)信號進行采樣，采樣頻率必須大于或等于信號所含最高頻率的兩倍，信號采樣所得的數(shù)值才可以完全復(fù)現(xiàn)原來的信號。 在遠程數(shù)據(jù)采集過程控制系統(tǒng)，將使用 ICP7017 數(shù)據(jù)采集模塊實現(xiàn)模擬量輸入通道的功能。 圖 7017 內(nèi)部示意圖 圖 7024 內(nèi)部示意圖 在計算機控制系統(tǒng)中，模擬量輸出通道一般包括接口電路﹑ D/A 轉(zhuǎn)換器﹑V/I 變換等。 7024D/A 轉(zhuǎn)換模塊技術(shù)指標： 模擬量輸出類型： V,mA. 帶寬： 準確率 :177。 MCGS 組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫 和運行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性 MCGS 組態(tài)軟件的工作方式 ： (1)MCGS 與設(shè)備通訊： MCGS 通過設(shè)備驅(qū)動程序與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換。每個驅(qū)動程序獨占一個線程，達到互不干擾的目 的。 (3)當工業(yè)現(xiàn)場中測控對象的狀態(tài)（如：水箱液位高度等）發(fā)生變化時，通過設(shè)備驅(qū)動程序?qū)⒆兓臄?shù)據(jù)采集到實時數(shù)據(jù)庫的變量中，該變量是與動畫屬性相關(guān)的變量，數(shù)值的變 化，使圖形的狀態(tài)產(chǎn)生相應(yīng)的變化（如高低變化）。同時，可利用 MCGS 提供的網(wǎng)絡(luò)功能，在工作站上直接對服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫進行讀寫操作。 MCGS 提供了豐富的功能構(gòu)件，供用戶選用，通過構(gòu)件配置和屬性設(shè)置兩項組態(tài)操作，生成各種功能模塊 ,使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件，操作實時數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對動畫窗口的任意切換，控制系統(tǒng)的運行流程和設(shè)備的工作狀態(tài)。并調(diào)度用戶策略的運行。 圖 主控窗口組態(tài) 結(jié)構(gòu) 圖 設(shè)備窗口是 MCGS 系統(tǒng)的重要組成部分，在設(shè)備窗口中建立系統(tǒng)與外部硬件設(shè)備的連接關(guān)系，使系統(tǒng)能夠從外部設(shè)備讀取數(shù)據(jù)并控制外部設(shè)備的工作狀態(tài)，實現(xiàn)對工業(yè)過程的實時監(jiān)控。 MCGS 設(shè)備中一般都包含有一個或多個用來讀取或者輸出數(shù)據(jù)的物理通道，MCGS 把這樣的物理通道稱為設(shè)備通道，如：模擬量輸入裝置的輸入通道、模擬量輸出裝置的輸出通道、開關(guān)量輸入輸出裝置的輸入輸出通道等等，這些都是設(shè)備通道。在基本屬性頁中，設(shè)置了串口的基本屬性，包括端口號，通訊波特率，數(shù)據(jù)位位數(shù)，停止位位數(shù)，數(shù)據(jù)校驗方式，這些設(shè)置可以按照設(shè)備的要求來設(shè)置。 在 MCGS 中父設(shè)備的含義：凡是使用計算機串口采集數(shù)據(jù)的設(shè)備（如 PLC，儀表，變頻器，智能模塊等）都必須掛在父設(shè)備下面 ,統(tǒng)一由父設(shè)備來管理通信。使用異步采集時，每個子設(shè)備可以設(shè)置自己的采集時間，在需要的時候采集。 （ 1）通用串口父設(shè)備設(shè)置 通用串口父設(shè)備是提供串口通訊功能的父設(shè)備，下面可以掛接所有通過串口連接的設(shè)備，提 供通過 Modem 進行遠程采集或遠程監(jiān)聽的功能。系統(tǒng)運行過程中，設(shè)備構(gòu)件由設(shè)備窗口統(tǒng)一調(diào)度管理，通過通道連接，向?qū)崟r數(shù)據(jù)庫提供從外部設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，從實時數(shù)據(jù)庫查詢控制參數(shù)，發(fā)送給系統(tǒng)其它部分，進行控制運算和流程調(diào)度，實現(xiàn)對設(shè)備工作狀態(tài)的實時檢測和過程的自動控制。在 MCGS 單機版中，一個應(yīng)用系統(tǒng)只允許有一個主控窗口，主控窗口是作為一個獨立的對象存在的，其強大的功能和復(fù)雜的操作都被封裝 在對象的內(nèi)部，組態(tài)時只需對主控窗口的屬性進行正確地設(shè)置即可。 在 MCGS 組態(tài)環(huán)境下的工程組態(tài)流程如下 主控窗口是工程的主窗口或主框架 ,是所有設(shè)備窗口和用戶窗口的父窗口。 MCGS把各種網(wǎng)絡(luò)形式，以父設(shè)備構(gòu)件和子設(shè)備構(gòu)件的形式，供用戶調(diào)用，并進行工作狀態(tài)、端口號、工作站地址等屬性參數(shù)的設(shè)置。用戶也可編寫程序來控制動畫界面，以達到滿意的效果。所謂動畫屬性是反映圖形大小、顏色、位置、可見度、閃爍性等狀態(tài)的特征參數(shù)。設(shè)備驅(qū)動程序是由 VB 程序設(shè)計語言編寫的 DLL（動態(tài)連接庫）文件，設(shè)備驅(qū)動程序中包含符合各種設(shè)備通訊協(xié)議的處理程序，將設(shè)備運行狀態(tài)的特征數(shù)據(jù)采集進來或發(fā)送出去。 30μ V/℃ 177。 在遠程數(shù)據(jù)采集過程控制系統(tǒng)，將使用 ICP7024 數(shù)據(jù)采集模塊實現(xiàn)模擬量輸入通道的功能。 7017 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 技術(shù)指標：模擬輸入類型： mV,V,mA. 采樣率： 10 次 /s 帶寬： 準確率 :177。 在計算機控制系統(tǒng)中，模擬量輸入通道一般包括了 I/V 變換電路﹑多路轉(zhuǎn)換器﹑采樣保持器﹑ A/D 轉(zhuǎn)換器﹑接口﹑控制邏輯。 計算機過程控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 為了實現(xiàn)計算機控制，需要對輸入的模擬信號進行采樣，轉(zhuǎn)換為計 算機可以利用的數(shù)字信號。雖然仍然是基于“ THJ2高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置”組建，但是遠程數(shù)據(jù)采集過程控制系統(tǒng)不同于以智能儀表帶上位機監(jiān)控為主的儀表過程控制系統(tǒng)。 （ 4）按先副后主﹑先比例后積分﹑適當加入微分的整定程序，設(shè)置主﹑副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，再觀察過渡過程曲線，必要時進行適當調(diào)整，直到系統(tǒng)質(zhì)量達到最佳為止。設(shè)置副參數(shù)的目的是為了進一步提高主參數(shù)的控制質(zhì)量，只要通過主調(diào)節(jié)器參數(shù)整定保證主參數(shù)質(zhì)量，副參數(shù)的控制質(zhì)量可以犧牲一些。 根據(jù)液位串級控制系統(tǒng)的設(shè)計原則和被控過程模型，主副被控過程的時間常數(shù)之比在 ： 1 左右。 3：測試設(shè)備的工作狀態(tài)。 0：調(diào)用不正常。需要在計算機的 MCGS 軟件的用戶窗口添加腳本程序以實現(xiàn)計算機對儀表系統(tǒng)的監(jiān)控，時在設(shè)備窗口中完成設(shè)備通道連接設(shè)置。 (8)I：調(diào)節(jié)器積分時間，根據(jù)需要設(shè)置。 (5)CF：系統(tǒng)功能選擇 CF=A*1+B*2+C*4+D*8+E*16+F*32+G*64 調(diào)節(jié)儀 1中 CF=0，表示 A=0,調(diào)節(jié)儀 1 為反作用調(diào)節(jié)方式，輸入增大時，輸出趨向減??； B=0，儀表報警無上電； D=0，不允許外部給定， 程序時間以分為單位； E=0，無分段頻率限制功能； F=0，儀表光柱指示輸出值； G=0，儀表為 AI808P工作模式。 (3)diH：輸入上限顯示值，用于定義線性輸入信號上限刻度值。由于其輸出的信號為 4～ 20mA 的電流信號，需要經(jīng) I/V 轉(zhuǎn)換 電路轉(zhuǎn)化為 1～ 5V 電壓信號送到副調(diào)節(jié)儀的輸入端，與壓力變送器測定的上水箱液位值（電壓反饋信號）相比較后，輸出 4～ 20mA 的電流信號到電動調(diào)節(jié)閥控制信號輸入端，控制電動調(diào)節(jié)閥的開度，消除下水箱液位的測量值與給定值的偏差。 C 河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 建立儀表過程控制系統(tǒng) 19 表 AI808P 引腳說明 引腳號 引腳名稱 引腳定義 1 Vin 05V 15V 輸入 2 Iexec+ 作為 Vin 的地 3 Sense+ 05V 15V 輸入 4 Sense 作為 Sense+的地 5 Iout 420mA 輸出負端 7 Iout+ 420mA 輸出正端 9 ACL 電源火線 10 ACN 電源地線 11(13) AL1+(AL1) 與 AL1(AL2)構(gòu)成報警 14(16) AL2+(AL2) 與 AL1+(AL2+)構(gòu)成報警 18(17) Data+(Data) RS485 接口數(shù)據(jù)線 19(20) I/V 變換 內(nèi)接電阻將電 流變?yōu)殡妷? 6(12)(15) 無 分別與 5(13)(16)形成常閉觸點 儀表過程控制系統(tǒng)的組建 ： 根據(jù)電路原理圖可以連接出實際的儀表串級 PID 負反饋控制。 % 公稱直徑： 20mm 可調(diào)范圍： 50:1 公稱壓力： 防護等級： IP65 行程： 10mm 功耗： 5VA ．控制器 在儀表過程控制系統(tǒng)中，使用智能調(diào)節(jié)儀表作為控制器。通過將壓力變送器檢測到的電壓 /電流信號輸入到 QSL 電動執(zhí)行機構(gòu) 的智能放大器，和來自位置信號發(fā)生器產(chǎn)生的開河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 建立儀表過程控制系統(tǒng) 18 度信號相比較并放大后 ,向消除其偏差的方向驅(qū)動并控制電機轉(zhuǎn)動 ,以改變調(diào)節(jié)閥的開度 ,同時將閥門開度的隔離信號反饋給控制系統(tǒng)。 C 過載極限： 額定量程的 ～ 3倍 滿程溫度系數(shù) : 小于 %/。當水箱中注水導致液位變化時， BP800 壓力變送 器對被控過程中的流體壓力進行測量 ,過程壓力通過壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號 ,經(jīng)差分放大器、輸出放大器放大后 ,再經(jīng)過 V/A 轉(zhuǎn)換器 ,轉(zhuǎn)換為與輸入壓力成線性對應(yīng)關(guān)系的標準電流輸出信號。 河南 城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)控制方案設(shè)計與仿真 15 維持初始階躍信號不變，并在副回路中加入擾動信號，觀察響應(yīng)曲線 . 在100s 經(jīng)過慣性環(huán)節(jié)向副回路加入階躍值為 70的擾動信號。 河南 城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)控制方案設(shè)計與仿真 14 圖 SIMULINK 仿真框圖 在時間為 0 時對系統(tǒng)加入大小為 30 的階躍信號，設(shè)置主控制器 PID 參數(shù)KP=60 TI=50 TD=3 。它用結(jié)構(gòu)框圖代替程序智能化地建立和運行仿真，適應(yīng)線性、非線性系統(tǒng)；連續(xù)、離散及混合系統(tǒng)；單任務(wù)，多任務(wù)離散事件系統(tǒng)。 (5)MATLAB 應(yīng)用程序接口 (API) 這是 MATLAB 為用戶提供的一個函數(shù)庫 ，使得用戶能夠在 MATLAB 環(huán)境中使用 c 程序或 FORTRAN 程序，包括從 MATLAB 中調(diào)用于程序 (動態(tài)鏈接 )，讀寫 MAT 文件的功能。利用它既可以進行小規(guī)模編程，完成算法設(shè)計和算法實驗的基本任務(wù)，也可以進行大規(guī)模編程，開河南 城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)控制方案設(shè)計與仿真 13 發(fā)復(fù)雜的應(yīng)用程序。新的版本集中了日常數(shù)學處理中的各種功能，包括高效的數(shù)值計算、矩陣運算、信號處理和圖形生成等功能。 (4) 控制器的選擇 根據(jù)雙容水箱液位系統(tǒng)的過程特性和數(shù)學模型選擇控制器的控制規(guī)律。 (3) 主副回路設(shè)計 為了實現(xiàn)液位串級控制，使用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)。 (2) 控制參數(shù)的選擇 m2 m1 e1 c1 擾動f1(t) e2 設(shè)定值 R c2 擾動f2(t) 主調(diào)節(jié)器 副調(diào)節(jié)器 執(zhí)行器 副對象 主對象 測量與 變送器 2 測量與 變送器 1 河南 城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)控制方案設(shè)計與仿真 12 從雙容水箱系統(tǒng)來看，影響液位有兩個量，一是通過上水箱流入系統(tǒng)的流量，二是經(jīng)下水箱流出系統(tǒng)的流量。當有擾動 f1(t)作用于副對象時，副調(diào)節(jié)器能在擾動影響主控參數(shù)之前動作，及時克服進入副回 路的各種二次擾動，當擾動 f2(t)作用于主對象時，由于副回路的存在也應(yīng)使系統(tǒng)的響應(yīng)加快，使主回路控制作用加強。 (4) 調(diào)節(jié)時間：從過渡過程開始到被控參數(shù)進入穩(wěn)態(tài)值 5%