【正文】 terface graphical interface and objectoriented development environment to facilitate efficient and quick process constitutes the entire monitor screen to display the animation in the form of the status of the various control devices, alarms and historical trends in one39。一個系統(tǒng)的液位是否穩(wěn)定，直接影響到了工業(yè)生產(chǎn)的安全與否、生產(chǎn)效率的高低、能源是否能夠得到合理的利用等一系列重要的問題。它使在控制中更加的安全，節(jié)約了更多的勞動力，更多的時間。 液位控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r 近幾十年來，控制系統(tǒng)已被廣泛使用，在起研究和發(fā)展上也已趨于完備，控制的概念更是應(yīng)用在許多生活周遭的事物。 近年來液位控制系統(tǒng)取得了很大的進(jìn)步，出現(xiàn)了許多新型的液位控制儀，如超聲波液位計、雷達(dá)液位計、光電液位開關(guān)等，這些控制器的出現(xiàn)大大提高了控制系統(tǒng)的精度，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的豐富 多樣性。 反觀我國，雖然液位控制 。我國相關(guān)控制器大量依靠國外的成熟技術(shù)，這些都是必須正視的現(xiàn)實(shí)。 ，調(diào)節(jié)閥是否與所控制的液體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等，直接的影響到控制結(jié)果。系統(tǒng)原理圖如圖 所示。當(dāng)液位升高到設(shè)定高度時，設(shè)定值與控制變量平衡， PID 調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號為零，電動調(diào)節(jié)閥就維持在那個開度，流量也不變，同時水箱的液位也維持不變。所以系統(tǒng)能實(shí)時地調(diào)節(jié)水箱的液位。 液位過程，圖 所示為一個單容液位被控過程，其流入量 1Q ，改變閥 1的開度可以改變 1Q 的大小。 在靜態(tài)時， 21 ? ， 0?dtdh；當(dāng) 1Q 發(fā)生變化時，液位 h 隨之變化，貯蓄出口處的靜壓隨之變化， 2Q 也發(fā)生變化。消去中間變量的方法很多，如可用代數(shù)代換法，可用信號流圖法，也可用畫方框圖的方法。 被控過程都具有一定貯存物料或能量的能力，其貯存能力的大小，稱為容量或容量系數(shù)。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，過程的純時延問題是經(jīng)常碰到的。當(dāng)進(jìn)水閥開度產(chǎn)生擾動后， 1Q 需要流經(jīng)管道長度為 l 的傳輸時間 0t 后才流入貯罐，才使液位 h 發(fā)生變化。下面以圖 所示為例，介紹其建模方法。由于流出量是不變的，所以貯罐液位或等速上升直至液體溢出，或者等速下降直至液位被抽干，其階躍響應(yīng)曲線如圖 所示。在 液位控制系統(tǒng)中一般使用的是智能儀表或可編程控制器。 PLC 能夠提供高速的傳輸。 PLC 屬于 即插即用 ，不用煩瑣的撥號過程，接入電源就等于接入網(wǎng)絡(luò) 。液位是指密封容器或開口容器中液位的高低，通過液位測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。精巧的結(jié)構(gòu)，簡單的調(diào)校和靈活的安裝方式為用戶輕松地使用提供了方便 。 壓力變送器被測介質(zhì)的兩種壓力通入高、低兩壓力室，作用在δ元件 (即敏感元件 )的兩側(cè)隔離膜片上，通過隔離片和元件內(nèi)的填充液傳送到測量膜片兩側(cè)。 系統(tǒng)中用到的液位變送器是 北京中西化玻儀器有限公司 UYS100A22 壓力變送器，屬于靜壓力式液位變送器，量程為 50～ 30000mm，精度等級為 ，由 24V 直流電源供電，輸出信號為 4～ 20mADC 二線制，其實(shí)物如圖 所示 。來自調(diào)節(jié)器的信號經(jīng)信號轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換信號制式后，與來自執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置反饋信號比較，其信號差值輸入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用的方向和大小，其輸出的力或位移控制調(diào)節(jié)閥的動作，改變調(diào)節(jié)閥的流通面積，從而改變被控介質(zhì)的流量。閥與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的連接采用直連方式，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)置伺服系統(tǒng)，無須另配伺服放大器，輸入 420mA 信號及 220V 的 AC 電源即可控制運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng) iI = fI 時，電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)閥處于某一開度，即 Q=K iI ，式中 Q 為輸出軸的轉(zhuǎn)角， K 為比例常數(shù)。 國際工 委員會（ IEC）曾 于 1982 年 11 月頒布了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿， 1985 年 1 月又發(fā)表了第二稿， 1987 年 2 月頒布了第三稿。 PLC 的發(fā)展現(xiàn)狀 20 世紀(jì) 70 年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。這個階段的另一個特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。 20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的 PLC 生產(chǎn)廠家。 S7200 PLC 的強(qiáng)大功能使其無論單機(jī)運(yùn)行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。西門子（ SIEMENS）公司的 PLC 產(chǎn)品包括 LOGO， S7200(CN)， S71200, S7300， S7400， 工業(yè)網(wǎng)絡(luò) ， HMI 人機(jī)界面，工業(yè)軟件 等。 SIMATIC 人機(jī)界面（ HMI）從 S7300 中取得數(shù)據(jù)，S7300 按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。 系統(tǒng) 中 我們選用 SIMATIC S7200 系列 PLC。 ： CPU 221~226 各有 2 種類型 CPU，具有不同的電源電壓和控制電壓。 ： A) CPU 221/222 4 個高速計數(shù)器（ 30KHz），可編程并具有復(fù)位輸入， 2 個獨(dú)立的輸入端可同時作加、減計數(shù)，可連接兩個相位差為 90176。 脈沖輸出 2 路高頻率脈沖輸出（最大 20KHz），用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)定位任務(wù)。用戶數(shù)據(jù)（如標(biāo)志位狀態(tài)，數(shù)據(jù)塊， 定時器 ，計數(shù)器）可通過內(nèi)部的超級電容存貯大約 5天。 該軟件功能強(qiáng)大，界面友好，有聯(lián)機(jī)幫助功能，主要為用戶開發(fā) PLC應(yīng)用程序使用；同時也可實(shí)時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)，是 SIMATIC S7200用戶不可缺少的開發(fā)工具。 STEP 7用 SIMATIC 管理器對項(xiàng)目進(jìn)行集中管理，它可以方便地瀏覽 SIMATIC SM C7 和 WinCC 的數(shù)據(jù)。 基于組態(tài)的 PLC 液位控制系統(tǒng)設(shè)計 15 圖 STPE 7Micro/WIN 主界面 主界面可以分以下幾個區(qū)：菜單欄、工具欄、瀏覽條、指令樹窗 口、輸出窗口、狀態(tài)條和程序編輯器、局部變量表等（可同時或分別打開 5 個用戶窗口）。 基于組態(tài)的 PLC 液位控制系統(tǒng)設(shè)計 16 LD LPS ITD AIW0, AC0 AENO D +6400, AC0 LRD DTR AC0, AC0 AENO /R , AC0 LRD MOVR AC0, VD100 AENO *R , AC0 LPP MOVR AC0, VD300 // 回路 PID 設(shè)定，組態(tài)軟件參數(shù) SP 值設(shè)置寫入 PID LD LPS MOVR VD304, AC0 AENO MOVR VD304, AC0 /R , AC0 LPP MOVR AC0, VD104 // 初始化 PID 參數(shù)，同時使能定時中斷 0 LD LPS MOVR , VD304 AENO MOVR , VD112 LRD MOVR , VD116 AENO MOVR , VD120 基于組態(tài)的 PLC 液位控制系統(tǒng)設(shè)計 17 LRD MOVR , VD124 AENO MOVB 0, VB190 LRD MOVB 100, SMB34 AENO ATCH INT0, 10 LPP ENI // 自動狀態(tài)：把最后的結(jié)果 MV 輸出到 AQW0(轉(zhuǎn)換到 640032021) LDB= VB190, 0 MOVR VD308, AC0 *R , AC0 ROUND AC0, AC0 DTI AC0, AC0 +D +6400, AC0 MOVW AC0, AQW0 人機(jī)界面設(shè)計 組態(tài)軟件簡介 組態(tài)軟件在國內(nèi)是一個約定俗成的概念，并沒有明確的定義，它可以理解為“組態(tài)式監(jiān)控軟件 ”。一種組態(tài)軟件只能適合某種領(lǐng)域的應(yīng)用。在其他行業(yè)也有組態(tài)的概念，如 AutoCAD， PhotoShop 等。 組態(tài)軟件大都支持各種主流工控設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布基于組態(tài)的 PLC 液位控制系統(tǒng)設(shè)計 18 式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時數(shù)據(jù)庫、實(shí)時控制、 SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對 I/O 設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容 監(jiān)控組態(tài)軟件 將會不斷被賦予新的內(nèi)容。組態(tài)王工程管理器的主要作用就是為用戶集中管理本機(jī)上的所有組態(tài)王工程。 B）圖庫 使 用圖庫具有很多好處：降低了工程人員設(shè)計界面的難度，縮短開發(fā)周期；用圖庫開發(fā)的軟件將具有統(tǒng)一的外觀，方便工程人員學(xué)習(xí)和掌握；利用圖庫的開放性，工程人員可以生成自己的圖庫元素， 一次構(gòu)造，隨處使用 ，節(jié)省了工程人員投資。 D）可視化動畫連接向?qū)? 通過可視化圖形操作，直接完成移動、旋轉(zhuǎn)的動畫連接定義。組態(tài)王還可以記錄應(yīng)用程序事件和操作員操作信息。報表能夠進(jìn)行組態(tài)，例如有日報表、月報表、年報表、實(shí)時報表的組態(tài)，另外，報表打印時可以進(jìn)行預(yù)覽和頁面設(shè)置。組態(tài)王 版本中新增三個功能強(qiáng)大的控件，即數(shù)據(jù)表格控件（可將 ODBC 數(shù)據(jù)源里的大量數(shù)據(jù)在組態(tài)王中進(jìn)行顯示和打?。粴v史曲線控件（可動態(tài)增刪曲線，進(jìn)行曲線比較，并且 數(shù)據(jù)來源可以是 ODBC 數(shù)據(jù)源）； PID 調(diào)節(jié)控件（對過程量進(jìn)行閉環(huán)控制，可實(shí)現(xiàn)三種 pid控制算法：標(biāo)準(zhǔn)型，歸一參數(shù)型，和近似微分型）。 A） 支持遠(yuǎn)程撥號組態(tài)王 支持與遠(yuǎn)程設(shè)備間通過撥號方式進(jìn)行通訊。 C）支持網(wǎng)絡(luò) DDE，組態(tài)王 版本支持 win2021 操作系統(tǒng)下的 DDEshare方式，實(shí)現(xiàn)組態(tài)王與 excel 和 vb 程序間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 組態(tài)王 提供全面的冗余功能，能夠有效地減少數(shù)據(jù)丟失的可能，增加了系統(tǒng)的可靠性， 方便了系統(tǒng)維護(hù)。 組態(tài)王人機(jī)界面開發(fā) ，新建工程： 基于組態(tài)的 PLC 液位控制系統(tǒng)設(shè)計 21 圖 組態(tài)王工程管理界 面 ：把地理上分散的物理硬件在軟件變成集中的邏輯硬件。 圖 動畫連接 基于組態(tài)的 PLC 液位控制系統(tǒng)設(shè)計 24 5 系統(tǒng)調(diào)試 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)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（ Steadystate error）。積分項(xiàng)對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項(xiàng)會增大。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會 出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例 +微分（ PD）控制器能改善基于組態(tài)的 PLC 液位控制系統(tǒng)設(shè)計 25 系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。如果用一個數(shù)學(xué)式來表示比例調(diào)節(jié)作用，可寫成： eKu p??? （ 51） 式中 u? —— 調(diào)節(jié)器的輸出變化值； e? —— 調(diào)節(jié)器的輸入，即偏差； pK —— 比例調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)。 K=18 K=20 圖 比例控制 基于組態(tài)的 PLC 液位控制系統(tǒng)設(shè)計 26 比例積分調(diào)節(jié) 對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，就估計到即將出基于組態(tài)的 PLC 液位控制系統(tǒng)設(shè)計 27 現(xiàn)很大 的偏差而過量地打開（關(guān)閉）調(diào)節(jié)閥，以克服這個預(yù)計的偏差，這種根據(jù)偏差變化速度提前采取的行動，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)對象的調(diào)節(jié)質(zhì)量。 K=20 TI=70 TD=5 K=20 TI=70 TD=2 圖 比例積分微分控制 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?？梢钥闯鏊鼘碚摻虒W(xué)起到了必要的補(bǔ)充和拓寬作用，對培養(yǎng)既具有扎實(shí)理論功底又具有相當(dāng)實(shí)踐能力的人才必不可少。考慮到各種可能發(fā)生的情況。 基于組態(tài)的 PLC 液位控制系統(tǒng)設(shè)計 30 致 謝 本課題在選題及研究過程中得到 趙 老師的悉心指導(dǎo)。 感謝 謝 *****的 老師對我的