【正文】 PLC 工作原理 最初研制生產(chǎn)的 PLC 主要用 于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的 。與直接執(zhí)行匯編語言編寫的用戶程序相比，執(zhí)行梯形圖程序的時間要長一些，但對于大多數(shù)機(jī)電控制設(shè)備來說，是微不足道的，完全可以滿足控制要求。 ，適應(yīng)面廣 現(xiàn)代 PLC 不僅有邏輯運(yùn)算、計(jì)時、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動、通信、人機(jī)對話、自檢、記錄顯示等功能。 （ 4）加強(qiáng)對程序的檢查和校驗(yàn) ——一旦程序有錯，立即報警，并停止執(zhí)行。一旦查出某一模塊出現(xiàn)故障，能迅速更換，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作；同時也有助于加快查找故障原因。 如果能限制偶發(fā)性故障的發(fā)生條件，如果能使 PLC 在惡劣環(huán)境中不受影響或能把影響的后果限制在最小范圍，使 PLC 在惡劣條件消失后自動恢復(fù)正常，這 樣就能提高平均故障間隔時間；如果能在 PLC 上增加一些診斷措施和適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)手段，在永久性故障出現(xiàn)時，能很快查出故障發(fā)生點(diǎn)，并將故障限制在局部，就能降低 PLC的平均修復(fù)時間。但 Kd過大 , 會使響應(yīng)過程提前制動 , 從而延長調(diào)節(jié)時間 ,而且會降低系統(tǒng)的抗干擾性能。 超調(diào)量約為 20%。通過仿真軟件設(shè)置不同的 Kp、 Ki、 Kd 參數(shù)值進(jìn)行仿真。39。由上式可知，只要確定了三個水箱的水阻，這個三階微分方程的參數(shù)就定下來了，進(jìn)而可以確定三容水箱系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。 39。11( ) /ih Q Q A?? （ 64） 水槽 2： 39。 被控量為下水箱水位 h3。這種變化在時域或頻域上可用微分方程或傳遞函數(shù)進(jìn)行描述 , 稱為被控對象的數(shù)學(xué)模型。下面給出具體計(jì)算過程： 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 22 頁 由于 1 0A = = 1 01 1 ?唯一平衡狀態(tài)。 G1=tf(num1,den1) Transfer function: 2 s + 2 s^2 + 2 s + 1 G2=tf(num2,den2) Transfer function: 2 s^2 + 2 s + 1 由上述代碼可知，系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為： 1 2 2s + 2G= s + 2s + 1 （ 512） 1 2 2s + 2G= s + 2s + 1 （ 513） 輸入下列指令可得到系統(tǒng)的階躍響應(yīng)： step(G1) 得到輸出 1y 響應(yīng)曲線如圖 52 所示， 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 19 頁 圖 52 1y 響應(yīng)曲線 step(G2) 得到輸出 2y 響應(yīng)曲線如圖 53 所示： 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 20 頁 圖 53 2y 響應(yīng)曲線 當(dāng)然，我們也也可以搭建下列 simulink 模型，如圖 4，達(dá)到仿真的目的，其仿真結(jié)果與上面相同。1 1]。 dd=conv([Ti,0],[Td/N(i),1])。Ti=。 for i=1:length(Td) Gc=tf(kp*[Ti*Td(i),Ti,1],[Ti,0])。 grid on。 end 圖 410 純比例控制振蕩曲線 然后令 kp=,Ti=,然后得到 PI 調(diào)節(jié)，其代碼為： clear all G0=tf(523500,[1 10470 0])。 axis([0 0 2])。 如果三容水箱采用單閉環(huán)控制，其系統(tǒng)框架圖如下： 圖 45 單閉環(huán)控制系統(tǒng)框架圖 我們的系統(tǒng)采用單閉環(huán)控制， PID 的參數(shù) 整定用了兩種方法： ；（ 4:1 衰減比）。 雖然 PID 控制器有簡單易懂、使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件的優(yōu)點(diǎn)，但它在控制非線性、時變、藕合及參數(shù)和結(jié)構(gòu)不確定的復(fù)雜過程時，控制效果并不是太好。積分作用過強(qiáng)，可能引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 第 4 章 PID 控制的理論基礎(chǔ) PID 控制原理 PID 控制器作為一種在生產(chǎn)過程中普遍采用的控制方法，已有 50 多年歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。 3) 進(jìn)入演示和實(shí)驗(yàn)軟件的安裝目錄，運(yùn)行 Exe 目錄下的 。 圖 21 三容水箱硬件關(guān)系圖 主要由以下幾個部分組成： 1) 水箱底座 ； 2) 循環(huán)泵 ； 3) 比例電磁閥 ； 4) 液位傳感器 。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 5 頁 系統(tǒng)趨勢曲線 趨勢分析是控制軟件必不可少的功能。在組態(tài)王運(yùn)行時，工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況要以動畫的形式反映在屏幕上，同時工程人員在計(jì)算機(jī)前發(fā)布的指令也要迅速送達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場，這一切都是以實(shí)時數(shù)據(jù)庫為中介環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。其制作過程不一一介紹，這里僅介紹大水箱液位控制實(shí)驗(yàn)控制界面的制作過程。 “THJ一 2型高級過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置 ”集多參數(shù)閉環(huán)控制為一體，由過程控制對象、智能儀表模塊、執(zhí)行器模塊、信號檢測模塊等組成，各個模塊間可以靈活組合，融合了工業(yè)上的主要控制手段，涉及了溫度、壓力、流量和液位等重要的過程控制參數(shù)。 PROJMANAGER是應(yīng)用程序的管理系統(tǒng)。組態(tài)王 (TouchExplorer)、工程管理器 (ProjManager)和畫面運(yùn)行系統(tǒng) (TouchVew)三部分組成。目前運(yùn)行在九千例控制工程項(xiàng)目中，在電力，化工、交通、機(jī)械，過程控制等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用?，F(xiàn)已應(yīng)用于化工、電力、郵電 、 通迅、環(huán)保、水處理 ， 冶金和食品等行業(yè)。組態(tài)軟件功能強(qiáng)大，操作簡單，易學(xué)易用，普通工程人員經(jīng)過短時間的培訓(xùn)就能迅速掌握多數(shù)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作。采取采用臨界比例度法整定 PID 控制器參數(shù) 。本文 利用組態(tài)王軟件對水箱液位實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)及測試，具體介紹了該系統(tǒng)的組成、上位機(jī)界面的設(shè)計(jì)和測試的結(jié)果。一是開發(fā)人員用 VB， VC++等語言編寫復(fù)雜的程序從底層開發(fā)，開發(fā)周期長，通用性差；二是用工控組態(tài)軟件進(jìn)行開發(fā)。 (4) 應(yīng)用 PLC 和組態(tài)軟件完成三容水箱液位控制實(shí)驗(yàn)。這些軟件的研制時間比較早，功能強(qiáng)大，但價格昂貴。這樣就避免了操作人員到現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)視 ，既減少了操作人員的勞動強(qiáng)度，又可以避免意外事故的發(fā)生，同時 可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和網(wǎng)絡(luò)控制。信息窗口是一個獨(dú)立的 Windows應(yīng)用程序，用來記錄、顯示組態(tài)王開發(fā)和運(yùn)行系統(tǒng)在運(yùn)行時的狀態(tài)信息。系統(tǒng)包括流量、溫度、液位，壓力等熱工參數(shù)，可同其它控制系統(tǒng)一起來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識、單回路控制、串級控制、前饋控制、比值控制、多變量解耦等各種控制系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)，怎樣用數(shù)據(jù)來描述工控對象的各種屬性也就是創(chuàng)建一個具體的數(shù)據(jù)庫，此數(shù)據(jù)庫中的變量反映了工控對象的各種屬性，比如液位等。應(yīng)用組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)的工具箱和圖庫，繪制組態(tài)控制畫面內(nèi)的各個元器件。在表示液位的長方形中建立縮放和隱含連接。 建 立 大 水 箱 液 位 控 制 實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù) 瀏 覽 畫 面 ， 繪 制 出 報 表 。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 7 頁 主要由以下部分組成： 1）與 IBM PC/AT機(jī)兼容的 PC機(jī)帶 PCI插槽 PCI2020 數(shù)據(jù)采集卡及其驅(qū)動程序 ； 2) 演示實(shí)驗(yàn)軟件 。 8) 選擇菜單項(xiàng) “操作 停止實(shí)驗(yàn) ”，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。比例系數(shù)的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，比例系數(shù)越大，系統(tǒng)響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但容易產(chǎn)生超調(diào)，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定，比例系數(shù)過小，會降低系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度，系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢，調(diào)節(jié)時間變長，系統(tǒng)動態(tài)、靜態(tài)特性變壞。以典型二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線和誤差曲線為例進(jìn)行分析如下 : 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 9 頁 圖 42 典型二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線 圖 43 典型二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)誤差曲線 從誤差曲線可以看出 : (1)當(dāng)誤差 |e|較大時，說明誤差的絕對值較大，不論誤差的變化趨勢如何，都應(yīng)該考慮控制器的 kp 取較大值，以提高響應(yīng)的快速性；而為防止因?yàn)?|ec|瞬時過大，TD 應(yīng)該取較小的值；為控制超調(diào) T1也應(yīng)該取值很小。但擾動作用在外環(huán)，則雙環(huán)系統(tǒng)抗擾性能與單環(huán)類似。 for i=1:length(P) G=feedback(P(i)*G0,1)。 step(G)。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 13 頁 for i=1:length(Ti) Gc=tf(kp*[1,1/Ti(i)],[1,0])。 Td=[]。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 14 頁 圖 412 PID 控制振蕩曲線 三者一起做比較，得到如下圖： 圖 413 控制曲線圖 在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中不可能出現(xiàn)純微分動作，要經(jīng)常將純微分動作近似成一個帶有慣性的微分 環(huán)節(jié)，進(jìn)而得到近似 PID 控制器的傳遞函數(shù)為： Gc（ s） =kp*(1+1/Tis+Tds/(1+Td/N)) （在實(shí)際應(yīng)用中，常取 N=10） clear all G0=tf(523500,[1 10470 0])。 grid on。 圖 414 D 加慣性環(huán)節(jié)圖 圖 415 控制曲線圖 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 16 頁 第 5 章 雙容水箱 在實(shí)驗(yàn)過程中我們發(fā)現(xiàn)三容水箱可以看成 2 個雙容水箱，而且雙容水箱與三容水箱相比較為簡單，我們可以先對雙容水箱進(jìn)行一個簡單的研究，可以更為方便地對三容水箱研究。 D=0。由于整個系統(tǒng)包含1y 2y ，所以就整個系統(tǒng)而言是不可觀的。 若我們想把極點(diǎn)配置在 1， 2 ，則操作可具體如下： rank(ctrb(A,B)) ans = 2 顯見，系統(tǒng)狀態(tài)可控，可以對其閉環(huán)極點(diǎn)進(jìn)行任意配置。同時由于出水壓力的增大使流出量逐漸增大，其趨勢是重新建立起流入量與流出量之間的平衡關(guān)系，即液位上升到一定高度使流出量增大到與流入量相等而重新建立起平衡關(guān)系，液位最后穩(wěn)定在某一高度上；反之，液位會下降，并最終穩(wěn)定在另一高度上。 ( 4) 增大調(diào)節(jié)閥的開度 , 記錄水位隨時間的數(shù)據(jù)直至液位再次達(dá)到平衡。 39。經(jīng)過線性化后 , 水阻 R 是常數(shù)。觀察液位隨時間有一個飛升過程 , 經(jīng)過一段時間后 , 下水箱液位重新達(dá)到平衡。 63 3 3 30 . 0 8 5 0 . 0 0 1 4 2 . 5 1 0 0 . 0 0 1 5 ih h h h Q?? ? ? ? ? （ 614） 對上式進(jìn)行拉普拉斯變換，可得三容水箱的傳遞函數(shù)： 6233 1 00 1 )( )( ?????? SSSSQ SH i （ 615） 安徽工業(yè)大學(xué)