【正文】 的因素，擾動總是不可避免的。所以系統(tǒng)能實時地調(diào)節(jié)水箱的液位。當液位升高到設定高度時，設定值與控制變量平衡，PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號為零，電動調(diào)節(jié)閥就維持在那個開度，流量也不變，同時水箱的液位也維持不變。 在這個部分中控制的是上水箱的液位。用戶可以在執(zhí)行PID指令以前修改回路表中積分項前值。如果使用積分控制，積分項前值要根據(jù)PID運算結(jié)果更新。第一步是使用下面給出的公式，將回路輸出轉(zhuǎn)換成一個標定的實數(shù)值：= (偏移量) * 跨度其中： 是回路輸出經(jīng)過標定的實數(shù)值是回路輸出標準化的實數(shù)值，跨度值域大小，可能的最大值減去可能的最小值對于單極性為32,000 (典型值)對于雙極性為64,000 (典型值)過程變量和設定值是PID運算的輸入值。對于雙極性數(shù)值(典型值)為64,000。是現(xiàn)實世界數(shù)值的未標準化的或原始的實數(shù)值表達式。作為數(shù)字計算機解決的重復性的結(jié)果，可以得到在任何采樣時刻必須計算的方程的一個簡化算式。+ 微分項是在采樣時刻n，PID回路輸出的計算值；是回路增益；是采樣時刻n的回路誤差值； 是回路誤差的前一個數(shù)值(在采樣時刻n1)；是采樣時刻x的回路誤差值；是積分項的比例常數(shù)；是回路輸出的初始值；是微分項的比例常數(shù)；從這個公式可以看出，積分項是從第1個采樣周期到當前采樣周期所有誤差項的函數(shù)。PID控制的原理基于下面的算式；輸出M(t)是比例項、積分項和微分項的函數(shù)。該指令可以用中斷、子程序、步進梯形指令和條件跳步指令。 BIT1輸入變化量（減方）超出。[S3]+21：輸入變化量（減方）報警設定值，032767。[S3]+5：微分增益（），0100%。BIT2：0為無輸入變化量報警，1為輸出變化量報警有效。[D]：存放控制回路調(diào)節(jié)值（MV）即輸出值的地址。觀察系統(tǒng)的響應過程，若記錄曲線不符合要求時，再適當調(diào)整整定參數(shù)值。 臨界振蕩整定計算公式代入 調(diào)節(jié)參數(shù)控制規(guī)律P2PI/PID（2）用選定的使系統(tǒng)工作。過程放大系數(shù)極性是：當過程的輸入增大時，即調(diào)節(jié)閥開大，其輸出也增大，則為正，反之，為負。確定過程是首先判定為保證內(nèi)環(huán)是負反饋副調(diào)節(jié)器應選用那種作用方式，然后再確定主調(diào)節(jié)器的作用方式。主回路一般要求無差，主調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律應選取PI或PID控制規(guī)律；副回路要求起控制的快速性，可以有余差，一般情況選取P控制規(guī)律而不引入 I 或 D 控制。嚴重時會出現(xiàn)主、副回路“共振”現(xiàn)象，系統(tǒng)不能正常工作。副回路中如果包括的擾動越多，其通道就越長，時間常數(shù)就越大，副回路控制作用就不明顯了，其快速控制的效果就會降低。 (5) 在需要以流量實現(xiàn)精確跟蹤時，可選流量為副被控量。 (1) 在設計中要將主要擾動包括在副回路中。這里主要解決串級控制系統(tǒng)中兩個回路的協(xié)調(diào)工作問題。二、能迅速克服進入副回路的二次擾動。二次擾動：作用在副被控過程上的，即包括在副回路范圍內(nèi)的擾動。圖 串級控制系統(tǒng)方框圖前一個調(diào)節(jié)器稱為主調(diào)節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱主變量（主被控參數(shù)），即工藝控制指標；后一個調(diào)節(jié)器稱為副調(diào)節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱副變量（副被控參數(shù)），是為了穩(wěn)定主變量而引入的輔助變量。純比例調(diào)節(jié)雖然動偏差比PI調(diào)節(jié)小，但余差大，而純積分調(diào)節(jié)質(zhì)量最差，所以一般不單獨使用。一般都是和其它調(diào)節(jié)作用相配合，構(gòu)成比例微分或比例積分微分調(diào)節(jié)器。什么是微分調(diào)節(jié)？微分調(diào)節(jié)是指調(diào)節(jié)器的輸出變化與偏差變化速度成正比，可用數(shù)學表達式表示為： （33）式中： ——調(diào)節(jié)器的輸出變化值；——微分時間；——偏差信號變化的速度。如果把積分時間放到最大，PI調(diào)節(jié)器就喪失了積分作用，成了一個純比例調(diào)節(jié)器。因為單純的積分作用使過程緩慢，并帶來一定程度的振蕩，所以積分調(diào)節(jié)很少單獨使用，一般都和比例作用組合在一起，構(gòu)成比例積分調(diào)節(jié)器，簡稱PI調(diào)節(jié)器，其作用特性可用下式表示： （32）這里，表示PI調(diào)節(jié)作用的參數(shù)有兩個：比例度P和積分時間。放大倍數(shù)是可調(diào)的，所以比例調(diào)節(jié)器實際上是一個放大倍數(shù)可調(diào)的放大器。在人工調(diào)節(jié)的實踐中，如果能使閥門的開度與被調(diào)參數(shù)偏差成比例的話，就有可能使輸出量等于輸入量，從而使被調(diào)參數(shù)趨于穩(wěn)定，達到平衡狀態(tài)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。（2）積分（I）控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。對擾動的響應有他、一定的時延和慣性。產(chǎn)生容量時延的原因主要是兩個容積之間存在阻力，所以使的響應時間向后推移。雙容過程的數(shù)學模型為 （210） 1/C1s1/R21/C2s1/R3——— 雙容過程方框圖式中：——第一只水箱的時間常數(shù)，；——第二只水箱的時間常數(shù)，；——過程的放大系數(shù)，；——分別是兩只水箱的容量系數(shù)。 當過程具有純時延時，則其傳遞函數(shù)為 （28） 二階雙容下水箱對象特性在工業(yè)生產(chǎn)過程中，被控過程往往是由多個容積和阻力構(gòu)成，這種過程稱為多容過程。當流入量發(fā)生階躍變化時，液位h即發(fā)生變化。二、無自衡過程的建模所謂無自衡過程，是指過程在擾動的作用下，其平衡狀態(tài)被破壞后，不需要操作人員或儀表等干預，依靠其自身能力不能重新恢復平衡的過程。，流量通過長度為l的管道流入貯罐。（b）所示為單容液位被控過程的階躍響應曲線。將式（22）、式（23）拉氏變換后,。但為了簡化起見，經(jīng)線形變化，則可近似認為與h成正比關(guān)系，而與閥2的阻力成反比，即 （23）式中：——閥2的阻力，稱為液阻。,h為其輸出變量,則該被控過程的數(shù)學模型就是h與之間的數(shù)學表達式。單容過程還可分為有自衡能力和無自衡能力兩類。在構(gòu)成控制系統(tǒng)的分析和設計中，過程的數(shù)學模型是極其重要的基礎資料。其中輸入信號要通過光電隔離，通過濾波進入CPU控制板，CPU發(fā)出輸出信號至輸出端。 I/O模塊I/O模塊是CPU與現(xiàn)成I/O裝置或其他外部設備之間的連接部件。其功能是：PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能，接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。2 FX2系列PLC和控制對象介紹一、一個系統(tǒng)是否能達到預期的控制效果，其系統(tǒng)的數(shù)學模型相當?shù)闹匾?，直接關(guān)系到控制結(jié)果的正確與否。它使在控制中更加的安全，節(jié)約了更多的勞動力，更多的時間。一個系統(tǒng)的液位是否穩(wěn)定，直接影響到了工業(yè)生產(chǎn)的安全與否、生產(chǎn)效率的高低、能源是否能夠得到合理的利用等一系列重要的問題。在新型的自動化技術(shù)工具方面，開始采用微處理器為核心的智能單元組合儀表；在測量變送器方面，教為突出的成分在線檢測與數(shù)據(jù)處理的應用日益廣泛；在模擬式調(diào)節(jié)儀表方面，不僅Ⅲ型儀表產(chǎn)品品種增加，可靠性提高，而且是本質(zhì)安全防爆，適應了各種復雜控制系統(tǒng)的要求。為了滿足定型、靈活、多功能的要求，有出現(xiàn)了組合儀表，它將各個單元劃分為更小的功能塊，以適應比較復雜的模擬和邏輯規(guī)律相結(jié)合的控制系統(tǒng)的需要。這是過程控制發(fā)展的第一階段。40年代以后，生產(chǎn)自動化發(fā)展很快。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動化中，過程控制技術(shù)正在為實現(xiàn)各種最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟指標、提高經(jīng)濟效益和勞動生產(chǎn)率、節(jié)約能源、改善勞動條件、保護環(huán)境衛(wèi)生等方面起著越來越大的作用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的PLC生產(chǎn)廠家。最初是在引進設備中大量使用了可編程控制器。 20世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應于現(xiàn)代工業(yè)的需要。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。20世紀70年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。二、可編程控制器的定義國際工委員會（IEC）曾于1982年11月頒布了可編程控制器標準草案第一稿，1985年1月又發(fā)表了第二稿，1987年2月頒布了第三稿。本文的主要內(nèi)容包括：PLC的產(chǎn)生和定義、過程控制的發(fā)展、水箱的特性確定與實驗曲線分析， FX2系列可編程控制器的硬件掌握，PID參數(shù)的整定及各個參數(shù)的控制性能的比較，應用PID控制算法所得到的實驗曲線分析，整個系統(tǒng)各個部分的介紹和講解PLC的過程控制指令PID指令來控制水箱水位。在設計中，筆者主要負責的是數(shù)學模型的建立和控制算法的設計，因此在論文中設計用到的PID算法提到得較多，PLC方面的知識較少。1968年，美國最大的汽車制造商——通用汽車公司從用戶角度提出了新一代控制器應具備的十大條件后，立即引起了開發(fā)熱潮?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、易于擴充其功能的原則設計。