【正文】 這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。 我國可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。過程控制是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分。因此，當(dāng)時(shí)的勞動(dòng)效率是很低的。一些工廠企業(yè)實(shí)現(xiàn)了儀表化和局部自動(dòng)化。在儀表方面，開始大量采用單元組合儀表。過程控制發(fā)展到現(xiàn)代過程控制的新階段，這是過程控制發(fā)展的第三階段。在自動(dòng)化控制的工業(yè)生產(chǎn)過程中，一個(gè)很重要的控制參數(shù)就是液位。液位控制系統(tǒng)它使我們的生活、生產(chǎn)都帶來了不可想象的變化。還在黃河治水中也的到了利用，通過液位控制系統(tǒng)檢測(cè)黃河的水位的高低，以免由于黃河水位的過高而在不了解的情況下，給我們?nèi)嗣駧砩ｋU(xiǎn)和財(cái)產(chǎn)損失。四、調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，一個(gè)系統(tǒng)有了好的方案，但是如果參數(shù)整定錯(cuò)誤那也是功虧一簣。外存接口其他接口中央處理器CPUROMRAM編輯器CPROMEPROMRAM其他設(shè)備計(jì)算機(jī)A/D D/A輸入接口光電耦合輸出接口繼電器或晶體管 PLC的原理圖 CPU模塊 CPU是PLC的核心組成部分，與通用微機(jī)的CPU一樣，它在PLC系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，故稱為“電腦”。在PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器中逐條讀去用戶程序，按指令規(guī)定的任務(wù)，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去起閉有關(guān)控制電路。I/O模塊將外部輸入信號(hào)變換成CPU能接受的信號(hào)，或?qū)PU的輸出信號(hào)變換成需要的控制信號(hào)去驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象，以確保整個(gè)系統(tǒng)正常的工作。 過程建模過程控制系統(tǒng)的品質(zhì)，是由組成系統(tǒng)的過程和過程檢測(cè)控制儀表各環(huán)節(jié)的特性和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)所決定。 一階單容上水箱對(duì)象特性所謂單容過程，是指只有一個(gè)貯蓄容量的過程。其流出量為，它取決于用戶的需要改變閥2開度可以改變。由流體力學(xué)可知，流體在紊流情況下，液位h與流量之間為非線形關(guān)系。這里，介紹后一種方法。其物理意義:是：引起單位被控量變化時(shí)被控過程貯存兩變化的大小。如皮帶運(yùn)輸機(jī)的物料傳輸過程，管道輸送、管道反應(yīng)和管道的混合過程等。具有純時(shí)延單容過程的微分方程和傳遞函數(shù)為 （25）式中：——過程的時(shí)間常數(shù)，； ——過程的放大系數(shù)，； ——過程的純時(shí)延時(shí)間。這樣，其流出量與液位h無關(guān)。 過程的傳遞函數(shù)為 （27）式中：——過程的積分時(shí)間常數(shù)。其被控量是第二只水箱的液位，輸入量為與上述分析方法相同，根據(jù)物料平衡關(guān)系可以列出下列方程 （29）為了消去雙容過程的中間變量、將上述方程組進(jìn)行拉氏變換。即多容過程對(duì)于擾動(dòng)的響應(yīng)在時(shí)間上存在時(shí)延，被稱為容量時(shí)延。產(chǎn)生階躍變化時(shí)，液位并不立即以最大的速度變化，由于中間具有容積和阻力。PID控制的原理和特點(diǎn)工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steadystate error）。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分（PD）控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。如果用一個(gè)數(shù)學(xué)式來表示比例調(diào)節(jié)作用，可寫成： （31）式中 ——調(diào)節(jié)器的輸出變化值； ——調(diào)節(jié)器的輸入，即偏差； ——比例調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)。對(duì)于工藝條件要求較高余差不允許存在的情況下，比例作用調(diào)節(jié)器不能滿足要求了，克服余差的辦法是引入積分調(diào)節(jié)。但是，積分時(shí)間太小，積分作用就太強(qiáng)，過程振蕩劇烈，穩(wěn)定程度低；積分時(shí)間太大，積分作用不明顯，余差消除就很慢。比如當(dāng)看到偏差變化很大時(shí)，就估計(jì)到即將出現(xiàn)很大的偏差而過量地打開（關(guān)閉）調(diào)節(jié)閥，以克服這個(gè)預(yù)計(jì)的偏差，這種根據(jù)偏差變化速度提前采取的行動(dòng)，意味著有“超前”作用，因而能比較有效地改善容量滯后比較大的調(diào)節(jié)對(duì)象的調(diào)節(jié)質(zhì)量。由于實(shí)際微分器的比例度不能改變，固定為100%，微分作用也只在參數(shù)變化時(shí)才出現(xiàn)，所以實(shí)際微分器也不能單獨(dú)使用。由分析可知，PID三作用調(diào)節(jié)質(zhì)量最好，PI調(diào)節(jié)第二，PD調(diào)節(jié)有余差。串級(jí)控制系統(tǒng)采用兩套檢測(cè)變送器和兩個(gè)調(diào)節(jié)器，前一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出作為后一個(gè)調(diào)節(jié)器的設(shè)定，后一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出送往調(diào)節(jié)閥。一次擾動(dòng)：作用在主被控過程上的，而不包括在副回路范圍內(nèi)的擾動(dòng)。其特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：一、改善了過程的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)控制質(zhì)量。（1） 主回路的設(shè)計(jì) 串級(jí)控制系統(tǒng)的主回路是定值控制，其設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)類似，設(shè)計(jì)過程可以按照簡單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則進(jìn)行。 歸納如下。 (4) 要將被控對(duì)象具有明顯非線性或時(shí)變特性的一部分歸于副對(duì)象中。 （3） 主、副回路的匹配 1) 主、副回路中包含的擾動(dòng)數(shù)量、時(shí)間常數(shù)的匹配 設(shè)計(jì)中考慮使二次回路中應(yīng)盡可能包含較多的擾動(dòng)，同時(shí)也要注意主、副回路擾動(dòng)數(shù)量的匹配問題。比值過高，即副回路的時(shí)間常數(shù)較主回路的時(shí)間常數(shù)小得太多，副回路反應(yīng)靈敏，控制作用快，但副回路中包含的擾動(dòng)數(shù)量過少，對(duì)于改善系統(tǒng)的控制性能不利；比值過低，副回路的時(shí)間常數(shù)接近主回路的時(shí)間常數(shù)，甚至大于主回路的時(shí)間常數(shù)，副回路雖然對(duì)改善被控過程的動(dòng)態(tài)特性有益，但是副回路的控制作用缺乏快速性，不能及時(shí)有效地克服擾動(dòng)對(duì)被控量的影響。系統(tǒng)對(duì)二個(gè)回路的要求有所不同。串級(jí)控制系統(tǒng)有兩個(gè)回路，主、副調(diào)節(jié)器作用方式的確定原則是要保證兩個(gè)回路均為負(fù)反饋。則為正，氣關(guān)為負(fù)。 擴(kuò)充臨界比例度法實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)法調(diào)整PID參數(shù)的方法中較常用的是擴(kuò)充臨界比例度法,其最大的優(yōu)點(diǎn)是，參數(shù)的整定不依賴受控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，直接在現(xiàn)場(chǎng)整定、簡單易行。一般說應(yīng)小于受控對(duì)象純延遲時(shí)間的十分之一。（3）（4）根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果設(shè)置調(diào)節(jié)器的參數(shù)值。[S2]：存放當(dāng)前值（PV）的地址。BIT1：0為無輸入變化量報(bào)警，1為輸入變化量報(bào)警有效。[S3]+4：積分時(shí)間常數(shù)（），032767（*100ms），為0和時(shí)無積分。[S3]+20：輸入變化量（增方）報(bào)警設(shè)定值，032767。[S3]+24：報(bào)警輸出 BIT0輸入變化量（增方）超出。PID指令用的算術(shù)表達(dá)式為： 輸出值上式中表示誤差。偏差(e)是設(shè)定值(SP)和過程變量(PV)的差。 + 積分項(xiàng)由于計(jì)算機(jī)從第一次采樣開始，每有一個(gè)偏差采樣值必須計(jì)算一次輸出值，只需要保存偏差前值和積分項(xiàng)前值。下面的算式可以用于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)定值或過程變量值：其中： 是現(xiàn)實(shí)世界數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)數(shù)值表達(dá)式。跨度是最大可能值減去最小可能值：對(duì)于單極性數(shù)值(典型值)為32,000。這一過程，是將PV和SP轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)值的逆過程。當(dāng)輸出由手動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)镻ID(自動(dòng))控制時(shí)，回路表中的輸出值可以用來初始化輸出值。把積分項(xiàng)前值寫入回路表，以備在下次PID運(yùn)算中使用。 4 控制方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)過運(yùn)算后即輸出控制信號(hào)給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，使其開度增大，以使通道里的水流量變大，增加水箱里的儲(chǔ)水量，液位升高。水箱的液位經(jīng)過壓力變送器檢測(cè)轉(zhuǎn)換成相關(guān)的電信號(hào)輸入到PLC的輸入接口，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成控制量PV，給定值SP與控制量PV經(jīng)過PLC的CPU的減法運(yùn)算成了偏差信號(hào)e ,又輸入到PID調(diào)節(jié)器中，又開始了新的調(diào)節(jié)。，該系統(tǒng)中，上水箱液位作為副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)對(duì)象，下水箱液位作為主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)對(duì)象。它有兩個(gè)PID回路，分別是PID1和PID2。液位是指密封容器或開口容器中液位的高低，通過液位測(cè)量可知道容器中的原料、半成品或成品的數(shù)量，以便調(diào)節(jié)流入流出容器的物料，使之達(dá)到物料的平衡，從而保證生產(chǎn)過程順利進(jìn)行。執(zhí)行單元是構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)不可缺少的重要組成環(huán)節(jié)，它接受來自調(diào)節(jié)單元的輸出信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成直角位移或轉(zhuǎn)角位移，以改變調(diào)節(jié)閥的流通面積，從而控制流入或流出被控過程的物料或能量實(shí)現(xiàn)過程參數(shù)的自動(dòng)控制。當(dāng)位置反饋信號(hào)與輸入信號(hào)相等時(shí)，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，調(diào)節(jié)閥處于某一開度。當(dāng)Ii=If時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)閥處于某一開度，即Q=KIi，式中Q為輸出軸的轉(zhuǎn)角，K為比例常數(shù)。系統(tǒng)應(yīng)用的是三菱FX2系列的PLC，其結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活且易于維護(hù)。在輸入的偏差信號(hào)為階躍信號(hào)。我們得到了PI調(diào)節(jié)器的實(shí)驗(yàn)的變化曲線圖?；赑LC的液位控制系統(tǒng)能讓我們?cè)谏钪杏龅奖容^危險(xiǎn)的場(chǎng)合中變得安全化、智能化。李老師多次詢問研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。他們細(xì)心指導(dǎo)我的學(xué)習(xí)與研究，在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬。畢業(yè)論文作者（簽字）： 簽字日期：