【正文】 必須為正數(shù) 24 微分時間 TD 雙字實數(shù) 輸入 單位為 min，必須為正數(shù) 28 上一次的積 分值 MX 雙字實數(shù) 輸入 /輸出 應(yīng)在 ~ 之 間 32 上一次過程變量 PVn1 雙字實數(shù) 輸入 /輸出 最近一次運算的過程變量值 24 4 控制方案設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計的課題的液位控制系統(tǒng)原理圖如圖 21 和 25 所示。進入 RUN 方式后 PID 指令首次有效時，沒有檢測到使能為的正跳變，就不會執(zhí)行無擾動的切換操作。 PID 指令對回路表內(nèi)的值進行下列操作，保證檢測到能流從 0 到 1 的正跳變時，從手動方式無擾動地切換到自動方式： 1) 令給定值 ( nSP )=過程變量 )( nPV 。回路表內(nèi)的過程變量的差值用于PID 計算的微分部分，用戶不應(yīng)修改它。 通過調(diào)整積分和 MX，使輸出 nM 回到 ~ 之間，可以提高系統(tǒng)的響應(yīng)性能。它被限制在 ~ 之間。對于增益為 的積分控制或微分控制，如果積分或微分時間為正，為正作用回路，反之為反作用回路。將回路輸出送給 D/A 轉(zhuǎn)換器之前，必須轉(zhuǎn)換成 16 位二進制整數(shù)。 L PIW0 //將待轉(zhuǎn)換的模擬量存入累加器 LDW= 0 //如果模擬數(shù)值為正 JMP 0 //直接轉(zhuǎn)換成實數(shù) NOT //反之 ORD 16FFFF0000 //將 AC0 內(nèi)的數(shù)值進行符號擴展，擴展為 32 位負數(shù) LBL 0 DTR //將 32 位整數(shù)轉(zhuǎn)換成實數(shù) 轉(zhuǎn)換的下一步是實數(shù)進一步轉(zhuǎn)換成 ~ 之間的標準化實數(shù)。過程變量是經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換和計算后得到的被控量的實測值，如水箱液位的測量值。 （ 3） 用自編的程序?qū)崿F(xiàn) PID 閉環(huán)控制 有的可編程控制器沒有 PID 過程控制模塊有的雖然有 PID 控制用的功能指 21 令，但是希望采用某種改進的 PID 控制算法。 5) 按所求的系統(tǒng)參數(shù)運行，觀察 系統(tǒng)的運行情況，得到一個滿意的曲線。 DDC 系統(tǒng)的控制品質(zhì)要低于模擬系統(tǒng)的控制品質(zhì)，即控制度總是大于 1，且控制度越大，相應(yīng)的 DDC 系統(tǒng)控制品質(zhì)越差。 （ 2） 令系統(tǒng)為純比例控制，逐漸加大比例增益 KC(縮小比例帶 ? )，使系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩，此時的比例增益為臨界比例增益 crK (對應(yīng)臨界比例帶 cr? ),值為1900，振蕩周期稱為臨界振蕩周期 crT ，值為 30s。這種方法實質(zhì)上是模擬調(diào)節(jié)器中采用的穩(wěn)定邊界法的推廣，用來整定離散 PID 算式中的 T、 KC、 TI和TD參數(shù)。而且這些參數(shù)選定，多都是憑經(jīng)驗，在現(xiàn)場調(diào)試中具體確定。 19 圖 34 上水箱下水箱液位控制系統(tǒng)框圖 串級系統(tǒng)和簡單系統(tǒng)有一個顯著的區(qū)別，即其在結(jié)構(gòu)上形成了兩個閉環(huán)。 串級控制特點及應(yīng)用范圍是： 特點： (1)能夠迅速克服進入副回路的干擾，抗干擾能力強，控制質(zhì)量強； (2)改善過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率； (3)對負荷和操作條件的變化適應(yīng)性強； 應(yīng)用范圍： (1)應(yīng)用于容量滯后較大的過程； (2)應(yīng)用于純時延較大的過程； (3)應(yīng)用于干擾變化激烈的而且幅度大的過程； (4)應(yīng)用于參數(shù)互相關(guān)聯(lián)的過程； (5)應(yīng)用于非線性過程； 采用串級可以大大提高調(diào)節(jié)品質(zhì)。串級控制系統(tǒng)、前饋補償控制、大時延預(yù)估控制等一類較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)就是適應(yīng)上述要求而產(chǎn)生的。 由于被調(diào)量的變 化速度 (包括大小和方向 )可以反映當(dāng)時或稍前一些時間流入、流出量間的不平衡情況，因此，如果調(diào)節(jié)器能夠根據(jù)被調(diào)量的變化速度來移動調(diào)節(jié)閥，而不要等被調(diào)量已經(jīng)出現(xiàn)較大的偏差后才開始動作，那么調(diào)節(jié)的效果將會更好，等于賦予調(diào)節(jié)器以某種預(yù)見性，這種調(diào)節(jié)動作稱為微分調(diào)節(jié)。為保持控制系統(tǒng)原來的衰減率， PI調(diào)節(jié)器的比例帶必須適當(dāng)加大。然而與此同時，調(diào)節(jié)器的輸出卻可以停在任何值上。但積分作用如果太強 ,會引起較大超調(diào)或振蕩 ,且在實際當(dāng)中會經(jīng)常碰到積分飽和現(xiàn)象。 ? 很大意味著調(diào)節(jié)閥的動作幅度很小，因此被調(diào)量的變化比較平穩(wěn)，甚至沒有超調(diào)，但殘差很大，調(diào)節(jié)時間也很長；減小 ? 就加大了調(diào)節(jié)閥的動作幅度，引起被調(diào)量來回波動，但系統(tǒng)仍可能是穩(wěn)定的，殘差相應(yīng)減小。根據(jù) P調(diào)節(jié)器的的輸入輸出測試數(shù)據(jù)，很容易確定它的比例帶的大小。 在比例調(diào)節(jié)中調(diào)節(jié)器的輸出信號 M(n)與偏差信號 e成比例，比例系數(shù)為 KC，稱為比例增益。 PID 調(diào)節(jié)的各個環(huán)節(jié)及其調(diào)節(jié)過程 水箱液位控制系統(tǒng)目前主要采用 PID(比例積分微分 )控制方式，這種方式，對不同的控制對象要用不同的 PID參數(shù)。因此第 n時刻的實際控制量為 )()1()( nMnMnM ???? (37) 其中 M(n－ 1)為第 (n－ 1)時刻的控制量。由式 (34)可知，數(shù)字 PID控制器的輸出控制量 M(n)也和閥門位置對應(yīng)，所以式 (34)即是位置型算式。 )， e(n1)和 e(n)分別為第 (n1)和第 n控制周期所得的偏差。比例作用則最終達不到設(shè)定值，而有余差。需要較好的動態(tài)品質(zhì)和較高的穩(wěn)態(tài)精度時，可以選用 PI 控制方式；控制對 31 模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng) 象的慣性滯后較大時，應(yīng)選擇 PID 控制方式。 14 3 PID 控制算法介紹 PID 控制算法 典型的 PID 模擬控制系統(tǒng)如圖 31 所示。 圖 212 達到新的平衡的曲線 由曲線 211 上得出 h2(t)穩(wěn)態(tài)值的漸近線 h2(∞ )為 ， )()( 212 ??? hth tt時曲線上的點和對應(yīng)的時間 t1 為 3`17``， )()( 222 ??? hth tt 時曲線上的點和對應(yīng)的時間 t2 為 7`35``。系統(tǒng)的被調(diào)量 — 水箱的水位趨于平衡后，紀錄 PLC 的輸出值、水箱液位 h2和 PLC 的測量顯示值如表 25 所示。在圖中 S 型曲線的拐角 P 上作切線，它在時間軸上截出一段時間 OA，這段時間可以近似地衡量由于多了一個容量而使飛升過程向后推遲的程度，因此稱容量滯后，通常以τ c代表之。當(dāng)輸入量有一個階 躍增加 ΔQ1時。 表 23 新的平衡狀態(tài)的數(shù)據(jù) PLC 輸出值 水箱水位高度 h1 組態(tài)顯示值 0~100 cm cm 51 再將輸出儀表調(diào)回到系統(tǒng)第一次平衡前的位置，紀錄階躍響應(yīng)過程參數(shù)的曲線如圖 28 所示，階躍響應(yīng)過程參數(shù)如表 24。上水箱的水位趨于平衡，平衡后輸出值、水箱水位高度和測量顯示值如表 21 所示。 當(dāng) t=T 時， 有 ）（）（）（ ??????? ? hKReKRTh 632063201 010 (24) 即 )1()( 0 TteKRth ??? (25) 當(dāng) t→∞時， h(∞ )=KR0，因而有 K=h(∞ )/R0=輸出穩(wěn)態(tài)值 /階躍輸入。 圖 26 一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線 如圖 25 所示，設(shè)水箱進水口的進水量為 Q1，出水口出水量 Q2，水箱液面高度為 h。同時，記錄對象的輸出數(shù)據(jù)或階躍響應(yīng)曲線，然后根據(jù)已給定對象模型的結(jié)構(gòu)形式，對實驗數(shù)據(jù)進行處理，決定模型中各參數(shù)。 PS 307 10A 模塊的輸入接單相交流系統(tǒng)，輸入電壓 120/230V， 50/60HZ，在輸入和輸出之間有可靠的隔離。 4 線回路的精度高，因此采用 4 線回路，它與負載的接線如圖 23 所示。 SM 332 模擬量輸出 [簡稱模出 (AO)]模塊目前有 3 種規(guī)格型號： 124 ?AO 位模塊、 122 ?AO 位模塊和 164 ?AO 位模塊。 SM 331 的每兩個輸入通道構(gòu)成一個輸入通道組，可以按通道組任意選擇測量 5 方法和測量范圍。被測模擬量的精度是所設(shè)定的積分時間的正函數(shù)。 SM 331 模擬量輸入 [簡稱模入 (AI)] 模塊目前有三種規(guī)格型號，即 128 ?AI 位模塊、 168 ?AI 位模塊和 122 ?AI 位模塊 。在此位置可以拔出鑰匙。 CPU不掃描用戶程序，可以用變成裝置讀出并監(jiān)控 PLC的 CPU中的程序，但不能改變裝置存儲器中的程序。 1) RUNP：可編程運行方式。 CPU 模塊 系統(tǒng)選用的 CPU模塊為 CPU 313。 ? 快速，極其快速的指令處理大大地縮短了循環(huán)周期。每個 CPU都有一個編程用的 RS485 接口，可以和計算機連接， PLC 作為下位機，利用計算機作為上位機進行編程。品種繁多的 CPU模塊和功能模塊能滿足各種領(lǐng)域的自動控制任務(wù)，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選擇合適的模塊，維修時更換模塊也很方便。 2) 適應(yīng)性強，可 以廣泛應(yīng)用于化工、熱工、冶金、煉油以及造紙、建材等 3) 魯棒性強，即其控制品質(zhì)對被控對象特性的變化不大敏感。一方面，各種新的控制思想不斷被應(yīng)用于 PID 控制器的設(shè)計之中，或者是用新的控制思想設(shè)計出具有 PID 結(jié)構(gòu)的新控制器， PID 控制技術(shù)被注入了新的活力。第一個階段為發(fā)明階段 (1900～1940)PID 控制的思想逐漸明確，氣動反饋放大器被發(fā)明，儀表工業(yè)的重心放在實際 PID 控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計上。智能控制對于復(fù)雜的工業(yè)過程往往可以取得很好的控制效果。 (3) 自適應(yīng)控制 在過程工業(yè)中，不少的過程是時變的， 如采用參數(shù)與結(jié)構(gòu)固定不變的控制器，則控制系統(tǒng)的性能會不斷惡化，這時就需要采用自適應(yīng)控制系統(tǒng)來適應(yīng)時變的過程。 過程工業(yè)控制算法的應(yīng)用現(xiàn)狀 過程控制在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，在理論的研究與生產(chǎn)的實踐中發(fā)展出很多的控制算法，主要有下列幾種： (1) PID控制算法 大量的事實證明，傳統(tǒng)的 PID控制算法對于絕大部分工業(yè)過程的被控對象 (高達90%)可取得較好的控制結(jié)果， 可以進一步提高控制質(zhì)量。美國數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)中標，并于 1969 年研制出第一臺可編程控制器 PDP14，在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，并取得了滿意的效果，可編程控制器自此誕生。 7) 輸入可為市電 8) 輸出可為市電，容量要求在 2A 以上，可直接驅(qū)動接觸器等。 3) 可靠性高于繼電器控制裝置。 20 世紀 60 年代，計算機技術(shù)開始應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，但由于價格高、輸入輸出電路不匹配、編程難度大以及難以適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境等原因，未能在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得推廣。 關(guān)鍵詞： S7300 西門子 PLC、控制對象特 性、 PID 控制算法、擴充臨界比例法、壓力變送器、電動調(diào)節(jié)閥、 PID 指令。 可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller， PLC），它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 技術(shù)參數(shù)：（ 1） 利用定時中斷功能實現(xiàn) PID 控制的定時采樣及輸出控制。 煙 臺 南 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 題目 PLC 的液位控制設(shè)計 姓 名 ： __ _______ 所在學(xué)院 ： 自動化工程學(xué)院 ___ ______ 所學(xué)專業(yè) ： 電氣工程及其自動化 ___ 班 級 ： _08 級三班 __ ____ 學(xué) 號 ： ___ _ 指導(dǎo)教師 ： _ ___ _____ 完成時間 ： 2021 年 3 月 16 日 __ 畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書 論文題目 PLC的液位控制設(shè)計 院部 自動化工程學(xué)院 專業(yè) 電氣工程及其自動化 班級 08 級 3班 畢業(yè)論文（設(shè)計）的要求： 本系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)能源的充分利用和生產(chǎn)的需要，需要對電機進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，考慮到電機的啟動、運行、調(diào)速和制動的特性，采用 ABB 公司的 ABB ACS800 變頻器，系統(tǒng)中由S7300 系列 PLC 完成數(shù)據(jù)的采集和對變頻器、電機等設(shè)備的控制任務(wù)。 畢業(yè)論文（設(shè)計）的內(nèi)容與技術(shù)參數(shù) 本設(shè)計使用的是軟件是 STEP7Micro/WIN,該軟件主要協(xié)助用戶開發(fā)應(yīng)用程序，除了具有創(chuàng)建程序的相關(guān)功能，還有一些文檔管理等工具性功能，還可直接通過軟件設(shè)置 PLC 的工作方式、參數(shù)和運行監(jiān)控等 。 畢業(yè)論文（設(shè)計）工作計劃 2021． 12 看關(guān)于單片機原理的書籍； 看關(guān)于自動控制關(guān)于比例積分微分有關(guān)書籍； 看有關(guān)顯示電路，輸出控制電路和故障報警電路的書籍； 制定開題報告； 開始編寫論文： a 編寫所用到的各種元器件的原理和簡單介紹 b 完成主題設(shè)計思路 完成電路圖設(shè)計； 編寫主程序； 完成裝置的調(diào)試工作； 完成設(shè)計總結(jié) 接受任務(wù)日期 2021 年 12 月 6 日