【正文】 配的設(shè)備構(gòu)件，連接設(shè)備通道，確定數(shù)據(jù)變量的數(shù)據(jù)處理方式，完成設(shè)備屬性的設(shè)置。 采用智能型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用來進(jìn)行控制回路流量的調(diào)節(jié) 。 工 程需存放在 MCGS子目錄 WORK的目錄下，否則工程無法運(yùn)行。 （ 1）添加對(duì)象元件，如下圖所示： 圖 對(duì)象元件庫管理圖 （ 2）添加按鈕構(gòu)建，如圖 ： 電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級(jí)控制 6 圖 標(biāo)準(zhǔn)按鈕構(gòu)建屬性設(shè)置圖 （ 3）添加實(shí)時(shí)曲線構(gòu)建，并設(shè)置其屬性，如下圖所示： 圖 實(shí)時(shí)曲線構(gòu)建屬性設(shè)置圖 （ 4）整體畫面 最后生成的畫面如圖所示： 電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級(jí)控制 7 圖 工程效果圖 然后，一定要檢查組態(tài)設(shè)備是否正確。打開設(shè)備工具箱，將 OPC設(shè)備添加到設(shè)備組態(tài)窗口中，如圖 圖 添加設(shè)備 添加完設(shè)備以后還要進(jìn)行設(shè)備屬性的修改，使得能夠與計(jì)算機(jī)有很好的進(jìn)行通訊。為此， MCGS 引入運(yùn)行策略的概念，用以解決上述問題。 一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)有三個(gè)固定的運(yùn)行策略：?jiǎn)?dòng)策略、循環(huán)策略和退出策略。運(yùn)行后，在界面中點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)二十一、盤管出口水溫滯后控制實(shí)驗(yàn)”，如圖 所示。凡是用模型描述系統(tǒng)的因果關(guān)系或相互關(guān)系的過程都屬于建模。對(duì)于同一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)，人們可以根據(jù)不同的用途和目的建立不同的模型。 試驗(yàn)數(shù)據(jù) 過程的信息也能通過對(duì)對(duì)象的試驗(yàn)與測(cè)量而獲得。 3) 確定模型結(jié)構(gòu)：選擇一種適當(dāng)?shù)哪Ｐ徒Y(jié)構(gòu)。 測(cè)試法，是根據(jù)工業(yè)過程的輸入和輸出的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理后得到的模型。求出被控過程輸入量與輸出量之間的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)關(guān)系 —— 傳遞函數(shù)。 ②試驗(yàn)開始前確保被控對(duì)象處于某一選定的穩(wěn)定工況，并且在其期間避免其他 偶然性的擾動(dòng)。同樣條件下多次測(cè)試減少干擾因素的影響。 方法二：先測(cè)出控制量到盤管的溫度模型 G1(s)，再測(cè)出控制量到鍋爐內(nèi)膽的模型 G2（ s） ，如圖 所示，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中盤管與鍋爐內(nèi)膽是串接的。等水溢出后，確認(rèn)管路連接好以后將閥門 F1 F1 F1 F113 全開，其余閥門關(guān)閉，形成一個(gè)循環(huán)水的過程系統(tǒng)。 3. 管路、閥門、接線檢查無誤后接通總電源開關(guān)，打開 24V 電源開關(guān)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開關(guān)、溫控模塊開關(guān)、單相 I 開關(guān)，將磁力泵開關(guān)打到手動(dòng)位置。 6. 進(jìn)入運(yùn)行界面，記住開始的確切時(shí)間，并觀察盤管和鍋爐內(nèi)膽的溫度值的變化，直至穩(wěn)定不發(fā)生變化時(shí)，再記下其結(jié)束時(shí)間， 退出運(yùn)行環(huán)境。 初始時(shí)間下盤管溫度： ℃ ，鍋爐內(nèi)膽溫度： ℃。 電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級(jí)控制 13 0 20 40 60 80 100 120 1400123456t i m e ( m i n )y1 圖 內(nèi)膽的階躍響應(yīng)數(shù)據(jù) 0 20 40 60 80 100 120 14020212223242526t i m e ( m i n )y 圖 實(shí)際測(cè)得的內(nèi)膽階躍響應(yīng)數(shù)據(jù) 圖 。用 作圖法確定參數(shù) T、 τ ，簡(jiǎn)單，但誤差大，適用于 PID參數(shù)的工程整定 。 選取兩個(gè)不同時(shí)刻 t1和 t2， t2 t1τ ,帶入公式 ? ? ? ?? ?120 1 2 10211tTtTy t e t ty t e?????????? ? ? ? ??????? （ ） 兩邊取對(duì)數(shù)： ? ?? ?101202ln 1ln 1t ytTt ytT?????? ??? ? ?????? ????? ? ????? （ ） 聯(lián)解得： ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?210 1 0 22 0 1 1 0 20 1 0 2l n 1 l n 1l n 1 l n 1l n 1 l n 1ttTy t y tt y t t y ty t y t??????? ?? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ??? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ??? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? （ ） 電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級(jí)控制 17 本文選取的分別是 14: 15:00時(shí)刻下的盤管溫度數(shù)值 、 t1和 t2，帶入公式 4 45中，算出 T=63,τ =5。 模型校驗(yàn) 通過 參數(shù)估計(jì) 得到的模型，雖然按某種準(zhǔn)則在選定的模型類中是最好的，但是并不一定能達(dá)到建模的目的，所以還必須進(jìn)行 模型 檢驗(yàn)。 式中 x為輸出量， y 為被測(cè)物理量 。在控制要求不太苛刻的情況下，本文 分別采用單回路 PID控制、串級(jí) PID控制以及串級(jí)結(jié)合 Smith預(yù)估補(bǔ)償?shù)姆椒?，進(jìn)行研究與仿真， 針對(duì)該系統(tǒng)選用可行的控制方案 。為了獲得滿意的控制效果，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應(yīng)選擇 PID 控制，并且 PID 調(diào)節(jié)器的比例度δ和積分時(shí)間常數(shù) TI應(yīng)設(shè)的比較大 [7]。本文中的被控過程的滯后較大，采用單回路控制系統(tǒng)控制品質(zhì)較差，滿足不了工藝控制精度要求。主回路是一個(gè)定制控制系統(tǒng)，副回路則是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)。當(dāng)然這些頻率主要取決于調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，但也與主、副調(diào)節(jié)器的整定情況有關(guān)。 由于受到副參數(shù)選擇的限制，主、副回路的頻率比較接近時(shí)，它們之間的影響就比較大了。它計(jì)算繁瑣，工作量很大，所以目前在工程上較少采用。 經(jīng)驗(yàn)試湊法不需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，而是根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和先驗(yàn)知識(shí)，確定一組調(diào)節(jié)參數(shù)，然后加入階躍擾動(dòng)，觀察被控參數(shù)的響應(yīng)曲線，并按照調(diào)節(jié)器各參數(shù)對(duì)調(diào)節(jié)過程的影響，逐次改變響應(yīng)的整定參數(shù)值，一般先按比例度，再積分時(shí)間、微分時(shí)間的順序逐一進(jìn)行整定，直到 獲得滿意的控制品質(zhì)為止。可按單回路系統(tǒng)的整定。 主回路中有只比例控制是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足控制要求的。比例度過大或積分時(shí)間過長，都使過渡過程變化緩慢。 Smith 控制的原理為 :與 PID 控制器并接一個(gè) Smith 預(yù)估器作為補(bǔ)償環(huán)節(jié)，它能很好地對(duì)純滯后系統(tǒng)進(jìn)行有效控制。 根據(jù) Smith 預(yù)估控制原理，設(shè)被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為： k =G ( )PGS（ S） se?? （ ） 式 ()中： ()PGS為被控對(duì)象中不含純滯后的部分， se?? 為時(shí)延部分。圖中 R(S)為給定輸入， Y（ S） 為系統(tǒng)輸出。副調(diào)節(jié)器起隨動(dòng)控制作 用，它的設(shè)置是為了保證參數(shù)的控制質(zhì)量，可在一定范圍內(nèi)變化，允許有余差。圖中的 Gc（ s） 是傳統(tǒng)的 PI算式。組態(tài)軟件容易實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)畫仿真界面的制作，但通常只能實(shí)現(xiàn)數(shù)值計(jì)算 分析和簡(jiǎn)單的控制策略。由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的種類繁多，且產(chǎn)品的不斷升級(jí)， 往往給用戶和 軟件開發(fā) 商帶來了巨大的工作負(fù)擔(dān) 。通過 OPC 接口 , 各 OPC 客戶與 OPC 服務(wù)器之間形成即插即用的鏈接關(guān)系 , OPC 服務(wù)器組件提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口給 OPC 的對(duì)象 , 并且通過這些接口進(jìn)行管理 , 客戶通過 COM 提供的 API 創(chuàng)建和管理服務(wù)器 , 通過接口方法訪問服務(wù)器中的數(shù)據(jù)對(duì)象。 MATLAB OPC Toolbox 提供了豐富的 OPC 工具函數(shù) ,使得我們可以簡(jiǎn)單方便地創(chuàng)建客戶端對(duì)象 , 建立連接 , 實(shí)現(xiàn)添加對(duì)象 , 組和項(xiàng)等操作 , 省去了復(fù)雜的語言編程 , 節(jié)省了軟件開發(fā)時(shí)間 , 大量豐富的 OPC函數(shù)省去了復(fù)雜的語言編程，能夠更方便的建立服務(wù)器和客戶端的連接， 數(shù)據(jù)訪問和歷史數(shù)據(jù)的創(chuàng)建等。 MCGS 可以作為 OPC 服務(wù)器與作為 OPC 客戶端的其他軟件相連接 , 為其他軟件提供讀寫 MCGS 內(nèi)部變量的功能 , 在 MCGS 中 , 組對(duì)象一級(jí)對(duì)用戶來說是隱藏起來的 , 用戶只需要指定服務(wù)器 , 就可以通過直接瀏覽來察看所有可用的數(shù)據(jù)項(xiàng)。 組對(duì)象的創(chuàng)建和管理由 MCGS在后臺(tái)進(jìn)行 ,即組對(duì)象一級(jí)對(duì)用戶來說 ,是隱藏起來的 ,用戶只需指定服務(wù)器 ,就可以通過直接瀏覽來察看所有可用的數(shù)據(jù)項(xiàng)。 1) OPC 基金會(huì)提供了一套可 以在網(wǎng)絡(luò)上瀏覽其他計(jì)算機(jī)并能與之通訊的核心組件 , 但這些核心組件并沒有安裝 , 在使用 OPC Toolbox 之前需要安裝到計(jì)算機(jī)中去 , 在 MATLAB 環(huán)境中我們可以使用 opcregister( ‘ install’ )來安裝。 服務(wù)器端 d的設(shè)置方法： 在 MCGS組態(tài)環(huán)境“設(shè)備窗口”中添加 OPC服務(wù)器。 圖 MATLAB中通過 opctoolbox GUI 進(jìn)行服務(wù)器的連接 3) 建立一個(gè) MCGS 工程 , 創(chuàng)建工程的數(shù)據(jù)輸入輸出對(duì)象之后 , 在設(shè)備窗口中選擇相應(yīng)的設(shè)備 , 建立相應(yīng)的通道連接。 掌握了 PCI數(shù)據(jù)采集卡和智能儀表模塊的應(yīng)用。給出了三個(gè)比較完整控制算法，如單回路 PID算法、串級(jí) PID算法 Smith預(yù)估算法在控制過程中的實(shí)現(xiàn)方案，較大提高了系統(tǒng)的時(shí)效性、魯棒性，有效地改善了大滯后系統(tǒng)所帶來的不利影響。 電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級(jí)控制 31 致謝 衷心感謝我的恩師。藉此論文完成之際，學(xué)生謹(jǐn)以崇敬的心情向恩師致以深切的謝意與祝福！ 其次，同樣感謝老師在中期檢查中對(duì)我提出的寶貴建議。 電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級(jí)控制 32 參考文獻(xiàn) [1] 余勇，萬德鈞 .一種基于 Smith 預(yù)估器的溫度控制系統(tǒng) [J].自動(dòng)化與儀器儀表， 2020，（ 1）610. 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