【正文】 同控制規(guī)律時(shí)具有相同衰減率的響應(yīng)過(guò)程。因此一般不用于流量和液位控制系統(tǒng)。其傳遞函數(shù)為 GC(s)= KP =?1 (31) 式中 KP為 比例系數(shù)，δ為比例帶。 圖 32 擾動(dòng)作用于不同位置的控制系統(tǒng) 三、控制規(guī)律的選擇 PID 控制規(guī)律及其對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響已在有關(guān)課程中介紹，在此將有關(guān)結(jié)論再簡(jiǎn)單歸納一下。 +南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告 干擾進(jìn)入系統(tǒng)中的不同位置。 干擾通道的放大系數(shù) Kf 會(huì)影響干擾加在系統(tǒng)中的幅值。 第三章 單回路控制系統(tǒng) 實(shí)訓(xùn) 第一節(jié)、單回路控制系統(tǒng)的概述 一、單回路控制系統(tǒng)的概述 圖 31 為單回路控制系統(tǒng)方框圖的一般形式，它是由被控對(duì)象、執(zhí)行器、調(diào)節(jié)器和測(cè)量變送器組成一個(gè)單閉環(huán)控制系統(tǒng)。 在改變相應(yīng)的閥門開(kāi)度后，對(duì)象可能會(huì)出現(xiàn)滯后特性，這時(shí)可由 S 形曲線的拐點(diǎn) P 處作一切線，它與時(shí)間軸的交點(diǎn)為 A， OA對(duì)應(yīng)的時(shí)間即為對(duì)象響應(yīng)的滯后時(shí)間 ? 。由圖 29可見(jiàn)，上水箱液位的響應(yīng)曲線為一單調(diào)上升的指數(shù)函數(shù)（圖 29 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告 (a)） ；而中水箱液位的響應(yīng)曲線則呈 S 形曲線（圖 29 (b)） ，即中水箱液位的響應(yīng)有滯后，其滯后的時(shí)間與閥 F110 和 F111 的開(kāi)度大小密切相關(guān)。 圖 28 雙容水箱對(duì)象特性測(cè)試系統(tǒng) (a)結(jié)構(gòu)圖 (b)方框圖 由圖 28 可知，被測(cè)對(duì)象由兩個(gè)水箱相串聯(lián)組成，故稱其為雙容對(duì)象。圖中 OB 即為對(duì)象的滯后時(shí)間τ， BC 為對(duì)象的時(shí)間常數(shù) T，所 得的南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告 傳遞函數(shù)為： H(S)= TsKes??1 ? 實(shí)訓(xùn) 控制系統(tǒng)流程圖 本 實(shí)訓(xùn) 控制系統(tǒng)的流程圖如圖 24所示。 若令 Q1（ S） =SR0 ， R0=常數(shù)，則式（ 25）可改為 H（ S） =TSTK1/? SR0 =KSR0 TSKR10? 對(duì)上式取拉氏反變換得 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告 h(t)=KR0(1et/T) （ 26） 當(dāng) t— ∞時(shí)， h（∞） =KR0，因而有 K=h（∞） /R0=輸出穩(wěn)態(tài)值 /階躍輸入 當(dāng) t=T 時(shí)，則有 h(T)=KR0(1e1)==(∞ ) 式（ 26）表示一階慣性環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線是一單調(diào)上升的指數(shù)函數(shù)，如圖 22所示。 第一節(jié)、單容水箱特性測(cè)試 實(shí)訓(xùn) 原理 圖 21 單容水箱特性測(cè)試結(jié)構(gòu)圖 由圖 21可知，對(duì)象的被控制量為水箱的液位 h，控制量（輸入量）是流入水箱中的流量 Q1，手動(dòng)閥 V1和 V2的開(kāi)度都為定值，Q2為水箱中流出的流量。 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告 第二章 被控對(duì)象特性測(cè)試 被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立通常用下列二種方法。 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告 圖 134 歷史 曲線對(duì)象屬性窗口 選擇“動(dòng)態(tài)對(duì)話框”項(xiàng)，按圖 135 進(jìn)行變量連接。 SetTagBit(sjbb,0)。 5．添加按鈕動(dòng)作 給畫面添加 6 個(gè)按鈕，其名稱分別為：歷史曲線，實(shí)時(shí)曲線，實(shí)訓(xùn) 流程，數(shù)據(jù)報(bào)表及退出 實(shí)訓(xùn) 。 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告 圖 131 控件選項(xiàng)窗口 在窗口中，點(diǎn)擊“ WinCC Online Trend Control”項(xiàng)，在組態(tài)窗口中，拖 一個(gè)長(zhǎng)方形的區(qū)域，歷史曲線顯示控件被放置到窗口中。 選中其中一個(gè)長(zhǎng)方形圖形，單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“屬性”項(xiàng)，彈出一對(duì)話框，在對(duì)話框中，選擇“填充”項(xiàng)，在右側(cè)的擴(kuò)展項(xiàng)中，選擇“填充量”，單擊鼠標(biāo)右鍵，打開(kāi)如圖 129 所示的對(duì)象屬性窗口，選擇“動(dòng)態(tài)對(duì)話框”項(xiàng)。類型選擇“輸出”，單擊“確定”按鈕。點(diǎn)擊圖 126（對(duì)象選項(xiàng)板）窗口中“智能對(duì)象”前的“ ”，在其打開(kāi)的擴(kuò)展項(xiàng)中，選擇輸入輸出域，并拖到窗口中。 圖 123 圖形編輯器 點(diǎn)擊工具欄上的圖標(biāo)，彈出如圖 124 所示圖庫(kù)窗口。 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告 圖 121 選擇變量地址 圖 122 組態(tài)好的變量 用同樣的方法可以建立內(nèi)部變量。在 DB 號(hào)中輸入“ 41”，在地址中選擇“雙字”，在 DD項(xiàng)中輸出“ 90”，點(diǎn)擊“ OK”按鈕。返回圖 116所示的窗口，雙擊“ TCP/IP”項(xiàng)，打開(kāi)如圖 118 所示的窗口。 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告 圖 114 WINCC 資源管理器界面 3．組態(tài)變量 選中變量管理器，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的對(duì)話框中選擇“添加新的驅(qū)動(dòng)程序”，在彈出的對(duì)話框中，選擇“ SIMATIC S7 Protocol ”項(xiàng)，單擊“ OPEN”按鈕，打開(kāi)如圖 115 所示窗口。 圖 111 WINCC 組 態(tài)畫面 2．新建一工程 點(diǎn)擊菜單“文件” “新建”，打開(kāi)如圖 112 所示窗口。 用鼠標(biāo)左鍵單擊 WINCC 變量管理器窗口中的“圖形編輯器”條目，再在右邊窗口空白處右鍵單擊，選擇“新建畫面”條目，右邊窗口就會(huì)出現(xiàn)新建的畫面，鼠標(biāo)左鍵雙擊，進(jìn)入圖形編輯器。 WINCC 變量 要獲得 PLC 中的某個(gè)數(shù)據(jù)，必須組態(tài) WINCC 變量，相對(duì)于沒(méi)有過(guò)程驅(qū)動(dòng)程序連接的內(nèi)部變量，我們稱這些變量為外部變量。通過(guò)右鍵單擊相應(yīng)的通訊連接條目，從彈出式菜單中選擇“系統(tǒng)參數(shù)”來(lái)打開(kāi)對(duì)話框 ，其操作如圖 19所示。通訊驅(qū)動(dòng)程序是具有 .chn 擴(kuò)展名的文件，計(jì)算機(jī)上安裝的通訊驅(qū)動(dòng)程序位于 WINCC 安裝文件夾的 BIN 子文件夾內(nèi)，每個(gè)通訊驅(qū)動(dòng)程序只能被添加到變量 管理器中一次，添加通訊驅(qū)動(dòng)程序 的界面如圖 18 所示。 通訊驅(qū)動(dòng)程序 WINCC 中的通訊通過(guò)使用各種通訊驅(qū)動(dòng)程序來(lái)完成，對(duì)于不同總線系統(tǒng)上不同 PLC 的連接，會(huì)有相應(yīng)的通訊驅(qū)動(dòng)程序可用。 PROFIBUS（過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線）和工業(yè)以太網(wǎng)都是一種用于單元級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的子網(wǎng)。 一旦安裝了 WINCC，在開(kāi)始菜單的 Simatic\WiCC 文件夾下就建立了幾個(gè)與輔助程序的連接如圖 17所示。 WINCC 的顯著特性就是全面開(kāi)放，它很容易結(jié)合用戶的下位機(jī)程序建立人機(jī)界面，精確的滿足控制系統(tǒng)的要求。 第三節(jié)、上位機(jī)組態(tài)軟件簡(jiǎn)介 本套控制系統(tǒng) 上位機(jī)監(jiān)控軟件采用 SIEMENS 公司的上位監(jiān)控組態(tài)軟件 SIMATIC WINCC。 如果你要加 入某種塊，可在右邊窗口（即出現(xiàn)“ OB1”的窗口）空白處單擊鼠標(biāo)右鍵選擇“ Insert New Object” 選項(xiàng)，在其下拉菜單中鼠標(biāo)左鍵單擊你所要的塊即可。 數(shù)據(jù)類型（ Data Type,簡(jiǎn)稱 UDT）。 函數(shù)（ Function,簡(jiǎn)稱 FC）。組織塊控制程序執(zhí)行的循環(huán)和中斷、 PLC 的啟動(dòng)、發(fā)送錯(cuò)誤報(bào)告等。 如果 CPU 的 SF 燈亮，則表明配置出錯(cuò)，點(diǎn)擊硬件配置窗口中圖標(biāo)，則配置錯(cuò)的模塊將有紅色標(biāo)記，反復(fù)修改出錯(cuò)模塊參數(shù)，保存并下載到 CPU，直到 CPU 的 SF 燈不亮，亮的只有綠燈為止。 要配置一個(gè)新模塊，首先要確定模塊放置 在機(jī)架上的什么地方，再在硬件列表中找到相對(duì)應(yīng)的模塊，雙擊模塊或者按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)模塊到安放位置，放好后，會(huì)自動(dòng)彈出模塊屬性對(duì)話框，設(shè)置好模塊的地址和其他參數(shù)即可。 圖 14 STEP 7 新項(xiàng)目創(chuàng)建向?qū)? 按照向?qū)Ы缑嫣崾?，點(diǎn)擊“ NEXT”，選擇好 CUP 型號(hào)，本示例選擇的 CPU 型號(hào)為 CPU3152DP，設(shè)置 CPU 的 MPI 地址為 2，點(diǎn)擊“ NEXT”，在出現(xiàn)的界面中選擇好你所熟悉的編程語(yǔ)言（有梯形圖、編程指令、流程圖等可供選擇），點(diǎn)擊“ FINISH”，項(xiàng)目生成完畢，啟動(dòng)后 STEP 7 管理器界面如圖 15 所示。 圖 13 程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)流程圖 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告 從其流程圖來(lái)看，設(shè)計(jì)自動(dòng)化 任務(wù)解決方案是首要的，它是根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，本 實(shí)訓(xùn) 指導(dǎo)書對(duì)此不做過(guò)多地闡述。 MS Windows XP Professional，推薦使用 MS Windows XP Professional SP1， MS Windows XP 家庭版操作系統(tǒng)不支持 STEP 7 。 MS Windows 98SE。 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告 第二節(jié) 、下位機(jī)軟件中的硬件配置和程序結(jié)構(gòu) 本套控制系統(tǒng)下位機(jī)編程軟件采用 SIEMENS 公司的下位編程軟件 STEP 7。 控制屏設(shè)有服務(wù)管理器（即定時(shí)器兼報(bào)警記錄儀），為指導(dǎo)老師對(duì)學(xué)生 實(shí)訓(xùn) 技能的考核提供一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)?？?電源設(shè)有通電指示燈和三相指示表。 ? 能進(jìn)行單變量到多變量控制系 統(tǒng)及復(fù)雜過(guò)程控制系統(tǒng) 實(shí)訓(xùn) 。 ? 真實(shí)性、直觀性、綜合性強(qiáng)，控制對(duì)象組件全部來(lái)源于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。 控制站：控制站主要包含 CPU、以太網(wǎng)通訊模塊、 DP鏈路、分布式 I/O DP 從站和變頻器 DP 從站構(gòu)成。 空壓機(jī)設(shè)有氣量自 動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)的氣壓超過(guò)額定排氣壓力時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)會(huì)自動(dòng)切斷電源使空壓機(jī)自動(dòng)停止工作，當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)的氣體壓力因外部設(shè)備的使用而下降到額定排壓以下 時(shí)，氣壓開(kāi)關(guān)自動(dòng)復(fù)位，空壓機(jī)又重新工作，使儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓縮空氣壓力保持在一定范圍內(nèi)。 電磁閥： 在本裝置中作為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的旁路，起到階躍干擾的作用。 泵體完全采用不銹鋼材料，以防止生銹，使用壽命長(zhǎng)。它具有精度高、體積小、重量輕、推動(dòng)力大、耗氣量少、可靠性高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。渦輪流量計(jì)型號(hào)：LWGY10，流量范圍： 0～ ，精度： %。 溫度傳感器： 本裝置采用六個(gè) Pt100 傳感器，分別用來(lái)檢測(cè)上水箱出口、鍋爐 內(nèi)膽、鍋爐夾套以及 盤管 的 水溫。有效提高了 實(shí)訓(xùn) 裝置 的使用年限。 盤管： 長(zhǎng) 37 米（ 43 圈）， 可做溫度純滯后 實(shí)訓(xùn) ，在盤管上有兩個(gè)不同的溫度檢測(cè)點(diǎn)，因而有兩個(gè)不同的滯后時(shí)間。 儲(chǔ)水箱內(nèi)部有兩個(gè)橢圓 形塑料過(guò)濾網(wǎng)罩，防止兩套動(dòng)力支路進(jìn)水時(shí)有雜物進(jìn)入泵中。 上、中、下水箱采用 淡藍(lán)色 圓筒型有機(jī)玻璃，不但堅(jiān)實(shí)耐用，而且透明度高，便于學(xué)生直 能 接觀察 到 液位的變化和 記錄結(jié)果 。 圖 12 控制對(duì)象總貌圖 二、系統(tǒng)組成 本 實(shí)訓(xùn) 裝置由被控對(duì)象和上位控制系統(tǒng)兩部分組成。 隨著近年來(lái) 現(xiàn)場(chǎng)總線控制 技術(shù)的日益成熟和完善，其在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，如何把這種能體現(xiàn)現(xiàn)代控制主流的技術(shù)應(yīng)用到教學(xué) 實(shí)訓(xùn) 裝置，是本套 實(shí)訓(xùn) 裝置所要解決的問(wèn)題。其關(guān)鍵標(biāo)志是能支持雙向、多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通信?，F(xiàn)場(chǎng)總線是連接設(shè)置在控制現(xiàn)場(chǎng)的儀表與設(shè)置在控制室內(nèi)的控制設(shè)備的數(shù)字化、串行、多站通信的網(wǎng)絡(luò)。 所以 可以 很方便地 與因特網(wǎng)（ Inter）、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)（ Intera）相連。 整個(gè) 實(shí)訓(xùn) 裝置分為上 位控制系統(tǒng)和控制對(duì)象兩部分，上位控制系統(tǒng)流程圖如圖 11所示： 圖 11 上位控制系統(tǒng)流程圖 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告 控制對(duì)象總貌圖如圖 12所示。 水箱： 包括上水箱、中水箱、下水箱和儲(chǔ)水箱。儲(chǔ)水箱尺寸為：長(zhǎng) 寬 高 =68cm52 ㎝ 43 ㎝ 。冷卻層和加熱層都裝有溫度傳感器檢測(cè)其溫度。 管道： 整個(gè)系統(tǒng)管道采用敷塑不銹鋼管組成，所有的水閥采用優(yōu)質(zhì)球閥，徹底避免了管道系統(tǒng)生銹的可能性。壓力傳感器 用來(lái)對(duì)上、中、下水箱的液位進(jìn)行檢測(cè) ，其精度為 級(jí)，因?yàn)闉槎€制，故工作時(shí)需串接 24V 直流電源。 流量傳感器、轉(zhuǎn)換器： 流量傳感器分別用來(lái)對(duì)調(diào)節(jié)閥支路、變頻支路及盤管出口支路的流量進(jìn)行測(cè)量。 3．執(zhí)行機(jī)構(gòu) 調(diào)節(jié)閥： 采用 SIEMENS 帶 PROFIBUSPA 通訊協(xié)議的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用來(lái)進(jìn)行控制回路流量的調(diào)節(jié)。 水泵： 本裝置采用磁力驅(qū)動(dòng)泵，型號(hào)為 16CQ8P，流量為 32南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告 升 /分，揚(yáng)程為 8米，功率為 180W。輸出電壓用來(lái)控制加熱器加熱，從而控制鍋爐的溫度。 空氣壓縮機(jī) 用于給氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥提供氣源，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過(guò)三角膠帶傳帶動(dòng)空壓機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)，經(jīng)連桿帶動(dòng)活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使汽缸、活塞、閥組所組成的密閉空間容積產(chǎn)生周期變化，完成吸氣、壓縮、排氣的空氣壓縮過(guò)程，壓縮空氣經(jīng)繞有冷卻翅片的排氣銅管、單向閥進(jìn)入儲(chǔ)氣罐。 四、總線控制柜 總線控制柜有以下幾部分構(gòu)成： 控制系統(tǒng)供電板：該板的主要作用是把工頻 AC220V 轉(zhuǎn)換為 DC24V，給主控單元和 DP 從站供電。 ? 本裝置由控制對(duì)象、綜合上位控