【正文】 但此液位控制系統(tǒng)也有一些不足之處，比如PID參數(shù)整定方法單一；系統(tǒng)的反應(yīng)速度比較慢；還有，我們?cè)O(shè)計(jì)的人機(jī)界面內(nèi)容簡(jiǎn)單，界面不夠友好等，這些都是有待我們改進(jìn)之處。 圖 510 菜單設(shè)置命令語言設(shè)置如下：if(menuindex==0)showpicture(實(shí)時(shí)曲線)。 圖 54 創(chuàng)建新畫面窗口雙擊進(jìn)入新畫面，并點(diǎn)擊進(jìn)入圖庫圖庫管理器，選擇合適的反應(yīng)器、閥門、管道等添加進(jìn)界面，并在工具管理器中選擇合適的按鈕、表格等添加進(jìn)主界面，完善主界面設(shè)計(jì)。（2）建立工程在上位機(jī)上安裝好組態(tài)王軟件。分析后的結(jié)果還可以通過 DDE傳回來。組態(tài)王提供一套全新的、集成的報(bào)表系統(tǒng)，內(nèi)部提供豐富的報(bào)表函數(shù)，例如：日期和時(shí)間函數(shù)、邏輯函數(shù)、統(tǒng)計(jì)函數(shù)等，用戶可創(chuàng)建多樣的報(bào)表。 工程管理器：工程管理器用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理，對(duì)已有工程進(jìn)行搜索、添加、備份、恢復(fù)以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入和導(dǎo)出等功能。而在可編程序控制器與計(jì)算機(jī)通訊的基礎(chǔ)上,通過組態(tài)軟件可以對(duì)可編程序控制器的當(dāng)前工作狀態(tài)進(jìn)行全方位的監(jiān)控,進(jìn)一步通過組態(tài)軟件可以對(duì)實(shí)驗(yàn)控制對(duì)象的工作過程進(jìn)行全程模擬,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。命令： sys = tf(1,[1 1],39。OB 1 通過調(diào)用這些塊來完成整個(gè)自動(dòng)化任務(wù) 。由于本控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的控制功能較簡(jiǎn)單, 故只用Step 7 內(nèi)置PID 功能塊即可。Step 7 還提供了標(biāo)準(zhǔn)閉環(huán)控制模塊FM 355, 可以實(shí)現(xiàn)定值控制、串級(jí)控制、比例控制和三分量控制等多種功能。上位機(jī)曲線，如圖 46 所示。 控制流程 本系統(tǒng)選擇下水箱作為被測(cè)對(duì)象（也可選擇上水箱或中水箱） 。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥型號(hào)為：QSVP16K。S7300是采用模塊化結(jié)構(gòu)的中小型PLC，包括一個(gè)CPU3152DP 主機(jī)模塊、一個(gè)SM331 模擬量輸入模塊和一個(gè)SM332模擬量輸出模塊，以及一塊西門子CP5611 專用網(wǎng)卡和一根 MPI 網(wǎng)線。?第四章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 硬件配置 實(shí)驗(yàn)使用“THSA1 型過控綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)是由實(shí)驗(yàn)控制對(duì)象、實(shí)驗(yàn)控制臺(tái)及上位監(jiān)控PC 機(jī)三部分組成 智能儀表采用上海萬迅儀表有限公司生產(chǎn)的AI 系列全通用人工智能調(diào)節(jié)儀表，其中SA12 智能調(diào)節(jié)儀控制掛件為AI818 型，SA13 智能位式調(diào)節(jié)儀為AI708 型。由流體力學(xué)可知，流體在紊流情況下，液位h 與流量之間為非線性關(guān)系。 數(shù)學(xué)模型被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立通常采用下列二種方法。則u=K*PV。其中最為常見的是 ZieglerNichols 整定公式，最早的 ZN 公式是在 1942 年由Ziegler 和 Nichols 首先提出的，他們所使用的方法及其改進(jìn)方法至今仍在廣泛應(yīng)用，上文所提到的飛升曲線法也是基于 ZN 公式的確定 PID 參數(shù)方法。方法如下：在閉環(huán)的情況下，將 PID 控制器的積分和微分作用先去掉，僅留下比例作用，然后給系統(tǒng)輸入一個(gè)信號(hào)，如果系統(tǒng)響應(yīng)是衰減的，則需要增大控制器的比例增益 ，重做實(shí)驗(yàn)；反之則需要減小 。K?T（1）飛升曲線法（階躍響應(yīng)法）將系統(tǒng)開環(huán)后（不加入控制環(huán)節(jié)） ，給其輸入一定幅值的階躍信號(hào)，可得如下圖所示的飛升曲線（即階躍響應(yīng)曲線） 。因此，微分作用改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。(2) 積分作用引入積分作用是為了使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的無差度，以保證實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)定值的無靜差跟蹤，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。PID 控制器早在一百年前就已經(jīng)出現(xiàn)，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展，已經(jīng)有許許多多改進(jìn)形式的PID 控制器出現(xiàn)，但到目前為止沒有一個(gè) PID 控制器能夠適用于所有控制場(chǎng)合。梯形圖的使用直觀方便,可以建立與電器接線圖等價(jià)的梯形邏輯圖,而且在全世界范圍內(nèi)通用,因此,成為多數(shù) PLC 程序設(shè)計(jì)和維護(hù)人員的首選方法,在實(shí)際設(shè)計(jì)中有著廣泛的應(yīng)用。PLC 中采用的 CPU 一般有三大類：通用微處理器；單片機(jī)芯片；位處理器。大型 PLC：I/O 點(diǎn)數(shù)一般在 1024 點(diǎn)以上。目前比較著名的 PLC 生產(chǎn)廠家有日本的三菱公司、歐姆龍公司、富士電機(jī)、松下電工，德國(guó)的西門子，法國(guó)的 TE 公司、施耐德公司，韓國(guó)的三星公司、LG 公司和美國(guó)的 AB、通用（GE）公司。到 20 世紀(jì) 60 年代，汽車生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。對(duì)于模擬量信號(hào)，需經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過接口送入微控制器。新型智能儀表在測(cè)量過程自動(dòng)化、測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理以及功能的多樣化方面，都取得了巨大的進(jìn)步 [3]。第三章，介紹了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟和方法，包括了硬件的配置，電路圖的設(shè)計(jì)，程序設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的通信等內(nèi)容。國(guó)內(nèi)液位控制器仍以常規(guī)的 PID 控制器為主，無法適用于滯后、復(fù)雜、時(shí)變的液位系統(tǒng)控制。液位控制系統(tǒng)已是一般工業(yè)界所不可缺少的，舉凡蓄水槽、污水處理廠等都需要液位元的控制。 在工程實(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(jiǎn)稱 PID 控制。智能儀表不僅能解決傳統(tǒng)儀表不易或不能解決的問題，還能簡(jiǎn)化儀表電路，提高儀表的可靠性，更容易實(shí)現(xiàn)高精度、高性能、多功能的目的。實(shí)驗(yàn)證明，控制系統(tǒng)效果比較令人滿意，具有較大的工程實(shí)用價(jià)值?？删幊炭刂破?Programmable Logic ControllerPLC)是一種應(yīng)用廣泛非常的自動(dòng)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，具有控制能力強(qiáng)、操作靈活方便、可靠性高、適宜長(zhǎng)期連續(xù)工作的特點(diǎn)，非常適合液位控制的要求。這些先進(jìn)的控制器不僅能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜環(huán)境下的液位控制系統(tǒng)的控制，而且運(yùn)用先進(jìn)的算法，采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能及計(jì)算機(jī)技術(shù)，使液位控制器的適用范圍更加廣泛。 論文研究?jī)?nèi)容 本論文研究的是智能儀表與 PLC 技術(shù)在液位控制系統(tǒng)上的應(yīng)用。第七章，總結(jié)全文。智能儀表硬件組成框架圖如圖 21 所示。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。1971 年日本從美國(guó)引進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)，很快研制了日本第一臺(tái) PLC。按容量大小，可將 PLC 分為：輸入單元中央處理單元CPU 輸出單元電源存儲(chǔ)單元 編程器或其他編程設(shè)備 圖 22 PLC 的基本結(jié)構(gòu)圖中央處理器（CPU）是 PLC 的核心，一般由運(yùn)算器、控制器、寄存器組成，這些電路都集成在一個(gè)芯片內(nèi)。PLC 是通過各種 I/O 接口模塊與外界聯(lián)系的，按 I/O 點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。首先要根據(jù)受控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型和它的各特性以及設(shè)計(jì)要求，確定控制器的結(jié)構(gòu)以及和受控對(duì)象的連接方式。三個(gè)部分對(duì)系統(tǒng)性能的影iTd響如下所示：(1) 比例作用引入比例作用是為了即時(shí)地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)作用立即生效，使系統(tǒng)偏差快速向減小的趨勢(shì)變化。 (3) 微分作用引入微分作用是為了改善控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，同時(shí)使相位超前，提高系統(tǒng)的相位裕度增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以我們不能過強(qiáng)地增加微分調(diào)節(jié)，否則會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)抗干擾能力產(chǎn)生 不利的影響。首先，它難以確定最大斜率處，并且能夠利用的系統(tǒng)信息不足；其次，飛升曲線法只限定與FOPDT 模型，對(duì)象廣泛的其他經(jīng)典過程對(duì)象，飛升曲線法則束手無策。 PID 參數(shù)整定公式PID 參數(shù)自整定包括提取過程動(dòng)態(tài)特性和 PID 控制器的設(shè)計(jì)兩部分。如果在閉環(huán)系統(tǒng)中將控制器設(shè)為純比例控u?制，當(dāng)比例增益達(dá)到足夠高時(shí)，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。頻率響應(yīng)法也就是上文提到的臨界比例度法。若將Q1作為被控過程的輸入變量，h 為其輸出變量，則該被控過程的數(shù)學(xué)模型就是h 與Q1之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 圖 35 單容水箱的階躍響應(yīng)曲線 （a ）無滯后特性響應(yīng)曲線（ b）具滯后特性響應(yīng)曲線如果對(duì)象具有滯后特性時(shí)，其階躍響應(yīng)曲線則為圖35（b） ，在此曲線的拐點(diǎn)D處作一切線，它與時(shí)間軸交于B點(diǎn)，與響應(yīng)穩(wěn)態(tài)值的漸近線交于A點(diǎn)。如圖41為SA12智能儀表掛件。采用工業(yè)用的擴(kuò)散硅壓力變送器，帶不銹鋼隔離膜片，同時(shí)采用信號(hào)隔離技術(shù)，對(duì)傳感器溫度漂移跟隨補(bǔ)償。本裝置采用兩只磁力驅(qū)動(dòng)泵,一只為三相380V 恒壓驅(qū)動(dòng)，另一只為三相變頻220V輸出驅(qū)動(dòng)。 打開上位機(jī)組態(tài)環(huán)境，打開“智能儀表控制系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入組態(tài)運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)入本控制系統(tǒng)的監(jiān)控界面。參照上一實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作。圖49為系統(tǒng)接線原理圖，圖410為控制程序流程圖。Step 7 的用戶程序允許線性編程和結(jié)構(gòu)化編程。 操作系統(tǒng) OB1FB1FC1SFBSFCFC2FB1 其他 OB 圖4－11 結(jié)構(gòu)化編程 結(jié)構(gòu)化編程可以對(duì)單個(gè)的程序部分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化, 簡(jiǎn)化程序組織, 使程序修改更容易, 大規(guī)模的程序更易于被理解。人機(jī)界面（HMI Human Machine Interface）以其美觀易懂、操作人性化等顯著特點(diǎn)，正好滿足這種需求而得到廣泛的應(yīng)用。組態(tài)王圖形界面開發(fā)功能使用方便，對(duì) I/O 設(shè)備廣泛支持。數(shù)據(jù)庫是“組態(tài)王”最核心的部分，是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。Excel 是 Windows 下最為流行的電子表格程序，功能非常強(qiáng)大。這些變量均是在組態(tài)王的工程瀏覽器中的數(shù)據(jù)字典中定義的,如圖 51 所示的液位變量定義。如圖 53 所示。 圖 57 開始按鈕動(dòng)畫連接如圖 58 所示，為水箱反應(yīng)器的動(dòng)畫連接窗口。 h 10 t/min0 1 3 5 7 9 圖 62 液位曲線圖第七章 結(jié)論在智能儀表、西門子工控產(chǎn)品 PLC 和組態(tài)軟件的基礎(chǔ)上，我們成功設(shè)計(jì)出穩(wěn)定可靠的液位控制系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)[1] [2] 馬寧、 和 MM440 [3] 張?jiān)?、呂艷、[4] 控制器參數(shù)自整定方法研究[D].[5] 西門子(中國(guó)) S72/300 PLC . 北京航[6] [M ].[7] [8] PLC 的智能 PID （48）[9] 廖常初. 西門子人機(jī)界面組態(tài)與應(yīng)用技術(shù). 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