【正文】 位位數(shù)，停止位位數(shù)，數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式，這些設(shè)置可以按照設(shè)備的要求來設(shè)置。MCGS設(shè)備中一般都包含有一個(gè)或多個(gè)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。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(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。并調(diào)度用戶策略的運(yùn)行。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(xiàng)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)畫窗口的任意切換，控制系統(tǒng)的運(yùn)行流程和設(shè)備的工作狀態(tài)。同時(shí)，可利用MCGS提供的網(wǎng)絡(luò)功能，在工作站上直接對(duì)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行讀寫操作。(3)當(dāng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中測(cè)控對(duì)象的狀態(tài)（如：水箱液位高度等）發(fā)生變化時(shí)，通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒆兓臄?shù)據(jù)采集到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的變量中，該變量是與動(dòng)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）。每個(gè)驅(qū)動(dòng)程序獨(dú)占一個(gè)線程，達(dá)到互不干擾的目的。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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)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(dòng)程序與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。7024D/A 轉(zhuǎn)換模塊技術(shù)指標(biāo)： 模擬量輸出類型：V,mA. 帶寬： 準(zhǔn)確率:177。 7017內(nèi)部示意圖 7024內(nèi)部示意圖在計(jì)算機(jī)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。在遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)模擬量輸入通道的功能。根據(jù)香農(nóng)采樣定理：對(duì)于一個(gè)具有有限頻譜的連續(xù)信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣頻率必須大于或等于信號(hào)所含最高頻率的兩倍，信號(hào)采樣所得的數(shù)值才可以完全復(fù)現(xiàn)原來的信號(hào)。ICP7000系列采集模塊的作用是將傳感器檢測(cè)到的被控參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)同時(shí)也將通過控制運(yùn)算發(fā)出的控制信號(hào)通過D/A轉(zhuǎn)換發(fā)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥、變頻器）。對(duì)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(dòng)型號(hào)，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。（2）將副調(diào)節(jié)器的比例度置于（1）中所求得的數(shù)值上，把副回路作為主回路的一個(gè)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。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(gè)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(duì)副回路的影響。5：改變?cè)O(shè)備的工作周期，CmdStr中包含新的工作周期，單位為ms。DevOp取值范圍及相應(yīng)含義：1：啟動(dòng)設(shè)備開始工作。返 回 值：數(shù)值型。 通過在AI808型儀表的內(nèi)部安裝RS485通訊接口模塊，可利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀表的監(jiān)控和操作。(6)SV：下水箱液位給定值，根據(jù)需要設(shè)置。(4)diL：輸入下限顯示值 用于定義線性輸入信號(hào)下限刻度值。(2)ADDR：通訊地址 用于定義儀表地址，有效范圍是0~100。壓力變送器測(cè)定的下水箱液位值（電壓反饋信號(hào)）送到主調(diào)節(jié)器(智能調(diào)節(jié)儀1)輸入端。其可以在誤差較大時(shí)運(yùn)用模糊算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，以消除PID積分飽和現(xiàn)象；當(dāng)誤差趨小時(shí)，采用改進(jìn)后的PID算法調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)優(yōu)化效果。C輸出最大負(fù)載：500Ω死區(qū)：≤177。（2）調(diào)節(jié)閥采用QSVP－16K型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)對(duì)雙容水箱液位系統(tǒng)進(jìn)水量的控制。C 40～120。 加入擾動(dòng)后的SIMULINK仿真框圖 加入擾動(dòng)后的雙閉環(huán)階躍響應(yīng)仿真曲線 加入擾動(dòng)后的單閉環(huán)階躍響應(yīng)仿真曲線，能夠滿足系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)的需要，同時(shí)也解決了雙容水箱大滯后的缺點(diǎn)，使系統(tǒng)穩(wěn)定快速的運(yùn)行，同時(shí)也進(jìn)一步驗(yàn)證了選擇串級(jí)PID來控制雙容水箱能夠達(dá)到比較理想。 雙閉環(huán)階躍響應(yīng)仿真曲線通過手動(dòng)切換開關(guān)將副回路切除成單閉環(huán)可得其仿真圖像。下面根據(jù)前文的水箱模型傳遞函數(shù)對(duì)串級(jí)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，以模擬實(shí)際中的階躍響應(yīng)曲線，考察串級(jí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案是否合理。MATLAB具有豐富的可用于控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的函數(shù)，MATLAB的控制系統(tǒng)工具箱(Control System Toolbox)提供對(duì)線性系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和建模的各種算法；MATLAB的系統(tǒng)辨識(shí)工具箱（System Identification Toolbox）可以對(duì)控制對(duì)象的未知對(duì)象進(jìn)行辨識(shí)和建模。 (3)圖形圖像系統(tǒng) 這是MATLAB圖形系統(tǒng)的基礎(chǔ)，包括完成2D和3D數(shù)據(jù)圖示、圖像處理、動(dòng)畫生成、圖形顯示等功能的高層MATLAB命令，也包括用戶對(duì)圖形圖像等對(duì)象進(jìn)行特性控制的低層MATLAB命令，以及開發(fā)GUI應(yīng)用程序的各種工具。 MATLAB提供了一個(gè)人機(jī)交互的數(shù)學(xué)系統(tǒng)環(huán)境，該系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是復(fù)數(shù)矩陣，在生成矩陣對(duì)象時(shí)，不要求作明確的維數(shù)說明，使得工程應(yīng)用變得更加快捷和便利。 MATLAB軟件介紹MATLAB軟件是由美國MathWorks公司開發(fā)的，是目前國際上最流行、應(yīng)用最廣泛的科學(xué)與工程計(jì)算軟件，它廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制、數(shù)學(xué)運(yùn)算、信號(hào)分析、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖形圖象處理、語音處理、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)工程和航天工業(yè)等各行各業(yè)，也是國內(nèi)外高校和研究部門進(jìn)行許多科學(xué)研究的重要工具。主副回路時(shí)間常數(shù)之比應(yīng)在3到10之間，以使副回路既能反應(yīng)靈敏，又能顯著改善過程特性。但當(dāng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥突然斷電關(guān)斷時(shí)，后一種控制方式會(huì)造成長流水，導(dǎo)致水箱中水過多溢出，造成浪費(fèi)或事故。在雙容水箱控制系統(tǒng)中選擇下水箱的液位為系統(tǒng)被控參數(shù)，因?yàn)橄滤涞囊何皇钦麄€(gè)控制作用的關(guān)鍵，要求液位維持在某給定值上下。副回路中的調(diào)節(jié)器稱副調(diào)節(jié)器，控制副對(duì)象。為了保證系統(tǒng)足夠的穩(wěn)定程度。根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)： 調(diào)節(jié)器參數(shù)控制規(guī)律δTITDPδS PISS PIDSSS若被控對(duì)象為一階慣性環(huán)節(jié)或具有很小的純滯后，則可根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)廣義過程測(cè)量變送器階躍響應(yīng)特性進(jìn)行近似計(jì)算。在閉合控制系統(tǒng)中，把調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間TI置于最大，微分時(shí)間TD置零，比例度δ置于較大數(shù)值，把系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，將調(diào)節(jié)器的比例度δ由大到小逐漸減小，得到臨界振蕩過程，記錄下此時(shí)的臨界比例度δk和臨界振蕩周期Tk。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減曲線法。PID控制器參數(shù)整定的方法分為兩大類：一是理論計(jì)算整定法。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。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。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。PID控制器各控制規(guī)律的作用如下：（1）比例控制（P）：比例控制是一種最簡單的控制方式?，F(xiàn)在有利用PID控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實(shí)現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器(PLC)，還有可實(shí)現(xiàn)PID控制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等。3) 系統(tǒng)內(nèi)存在激烈且幅值較大的干擾作用。3) 串級(jí)控制系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力。串級(jí)控制系統(tǒng)從總體上看，是定 值控制系統(tǒng)，因此主被控變量在擾動(dòng)作用下的過度過程和單回路定值控制系統(tǒng)的過度過程，具有相同的品質(zhì)指標(biāo)和類似的形式。通過液位的檢測(cè)與控制，了解容器中的原料﹑半成品或成品的數(shù)量，以便調(diào)節(jié)容器內(nèi)的輸入輸出物料的平衡，保證生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)的物料搭配得當(dāng)。 階躍響應(yīng)擾動(dòng)值為10,靜態(tài)放大系數(shù)為階躍響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)值與階躍擾 動(dòng)值之比 ，所以下水箱傳遞函數(shù)為 在實(shí)驗(yàn)建模的過程中，實(shí)驗(yàn)測(cè)取的被控對(duì)象為廣義的被控對(duì)象，其動(dòng)態(tài)特性包括了調(diào)節(jié)閥和測(cè)量變送器，即廣義被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為，為調(diào)節(jié)閥的傳遞函數(shù)，Gm(s)為測(cè)量變送器的傳遞函數(shù)。r39。數(shù)據(jù)點(diǎn)與曲線基本擬合[1]：上述測(cè)量數(shù)據(jù)來源：姜秀英，如圖所示，利用四階多項(xiàng)式近似擬合上水箱響應(yīng)曲線，得到多項(xiàng)式的表達(dá)式：P(t)≈(009)t4+(006)t3 ++ 式 ()根據(jù)曲線采用切線作圖法計(jì)算上水箱特性參數(shù)，當(dāng)階躍響應(yīng)曲線在輸入量x(t)產(chǎn)生階躍的瞬間，即t=0時(shí)，其曲線斜率為最大，然后逐漸上升到穩(wěn)態(tài)值，該響應(yīng)曲線可用一階慣性環(huán)節(jié)近似描述，需確定K和T。在MATLAB的命令窗口輸入曲線擬合指令： x=0:30:420； y=[0 ]； p=polyfit(x,y,4)； xi=0:3:420； yi=polyval(p,xi)； plot(x,y,’b:o’xi,yi,39。施加階躍信號(hào)(2)改變調(diào)節(jié)閥開度,控制水箱進(jìn)水量的大小，從而改變水箱液位，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的階躍信號(hào)輸入。但為了簡便起見，做線性化處理得 Q2=△h/R2，經(jīng)拉氏變換得單容液位過程的傳遞函數(shù)為W0(s)=H(s)/Q1(s)=R2/(R2Cs+1)=K/(Ts+1)注：△Q1 ﹑△Q2﹑△h:分別為偏離某一個(gè)平衡狀態(tài)Q10﹑Q20﹑h0的增量。液位h的變化反映了Q1和Q2不等而導(dǎo)致水箱蓄水或?yàn)a水的過程。下水箱尺寸為：d=35cm,h=240mm，每個(gè)水箱分為三個(gè)槽：緩沖槽、工作槽、出水槽。在液位串級(jí)控制系統(tǒng)中，我們所關(guān)心的是如何控制好水箱的液位。對(duì)于計(jì)算機(jī)控制，采用的是組態(tài)軟件MCGS來實(shí)現(xiàn)的，通過對(duì)軟件進(jìn)行編程使組態(tài)軟件模擬出雙容水箱液位控制系統(tǒng)的手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作狀態(tài)。對(duì)于控制器的選擇，從經(jīng)濟(jì)以及控制效果考慮采用智能儀表實(shí)現(xiàn)控制，并應(yīng)用組態(tài)軟件對(duì)系統(tǒng)實(shí)施監(jiān)控。 經(jīng)過比較和篩選，串級(jí)控制系統(tǒng)PID控制無論是從操作性、經(jīng)濟(jì)性還是從系統(tǒng)的控制效果均有比較突出的特性，因此采用串級(jí)控制系統(tǒng)PID控制對(duì)雙榮水箱液位控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制。然后，設(shè)計(jì)并組建儀表過程控制系統(tǒng)，通過智能調(diào)節(jié)儀表實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的串級(jí)PID控制。摘要雙容水箱液位控制系統(tǒng)是采用先進(jìn)的控制算法完成對(duì)過程液位的控制的控制系統(tǒng)，它在飲料、食品加工、溶液過濾、化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過程中均有廣泛應(yīng)用。其次，根據(jù)被控對(duì)象模型和被控過程特性設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)，采用動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)對(duì)控制系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析。通過液位的檢測(cè)與控制從而調(diào)節(jié)容器內(nèi)的輸入輸出物料的平衡，以便保證生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)的物料搭配得當(dāng)。采用復(fù)雜控制系統(tǒng)中的串級(jí)控制系統(tǒng)列寫出系統(tǒng)框圖，根據(jù)串級(jí)控制系統(tǒng)PID參數(shù)整定的方法整定出主控制器和副控制器的P、I、D的數(shù)值，從而滿足控制系統(tǒng)對(duì)各項(xiàng)性能的要求。整個(gè)控制系統(tǒng)的控制算法及監(jiān)控功能都在控制計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)。被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型（動(dòng)態(tài)特性）是指過程在各輸入量（包括控制量和擾動(dòng)量）作用下，其相應(yīng)輸出量（被控量）變化函數(shù)關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。上水箱尺寸為：d=25cm,h=240mm。液位h越高，水箱內(nèi)的靜壓力增大,Q2也越大。由流體力學(xué)可知，液位h與流量之間為非線性關(guān)系。在測(cè)定模型參數(shù)中可以通過以下兩種方法控制調(diào)節(jié)閥，對(duì)被控對(duì)象施加階躍信號(hào)：(1) 通過智能調(diào)節(jié)儀表改變調(diào)節(jié)閥開度，增減水箱的流入水量大小，從而改變水箱液位實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的階躍信號(hào)輸入。兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中將階躍響應(yīng)初始點(diǎn)的值作為Y軸坐標(biāo)零點(diǎn)，后面的數(shù)據(jù)依次減去初始值處理，作為Y軸上的各階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)，采樣時(shí)間作為X軸[1]。 注：圖中曲線為擬合曲線，圓點(diǎn)為原數(shù)據(jù)點(diǎn)。 階躍響應(yīng)擾動(dòng)值為10,靜態(tài)放大系數(shù)為階躍響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)值與階躍擾動(dòng)值之比，所以上水箱傳遞函數(shù)為 式（）在MATLAB的命令窗口輸入曲線擬合指令：x=0: 30:1650；y=[0 ]； p=polyfit(x,y,4)； xi=0:3:1650； yi=polyval(p,xi)； plot(x,y,’b:o’xi,yi,39。數(shù)據(jù)點(diǎn)與曲線基本擬合如圖所示，利用四階多項(xiàng)式近似擬合下水箱的響應(yīng)曲線，得到多項(xiàng)式的表達(dá)式P(t)= (011)t4+(e008)t3 + 式（）根據(jù)曲線采用切線作圖法計(jì)算下水箱特性參數(shù)，當(dāng)階躍響應(yīng)曲線在輸入量x(t)產(chǎn)生階躍的瞬間，即t=0時(shí)，其曲線斜率為最大，然后逐漸上升到穩(wěn)態(tài)值，該響應(yīng)曲線可用一階慣性環(huán)節(jié)近似描述，(t)在t=0的導(dǎo)數(shù)P`(0)=,以此做切線交穩(wěn)態(tài)值于A點(diǎn),映射在t軸上的B點(diǎn)的值為T。在工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化中，常常需要對(duì)某些設(shè)備和容器的液位進(jìn)行測(cè)量和控制。 在液位串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用THJ2高級(jí)過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，展開設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及工程實(shí)現(xiàn)的工作。2) 由于副回路的存在，明顯改善了對(duì)象的特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率。2) 調(diào)節(jié)對(duì)象的純滯后比較長。先進(jìn)的PID控制方案和智能PID控制器（儀表）已經(jīng)很多，并且在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。++r(t) 比例P積分I微分D被控對(duì)象 y(t) PID控制基