【正文】 在實際的工程實踐中，我受益非淺，學習到了許多新的知識，掌握了實際操作的技能，特別是能夠?qū)械闹R與實際設(shè)計聯(lián)系起來，使對自動控制的理解上升到一個新的臺階。根據(jù)PID控制的特性再調(diào)節(jié)參數(shù)，使系統(tǒng)達到較滿意的狀態(tài)。仍采用兩步整定法整定調(diào)節(jié)儀表PID參數(shù)：（1）在工況穩(wěn)定﹑主回路閉合，主副調(diào)節(jié)器都在純比例作用的條件下，主調(diào)節(jié)器的比例度置于100%，用單回路控制系統(tǒng)的阻尼振蕩法整定，求取副調(diào)節(jié)器比例度和操作周期。K、Ti不為0時，比例運算結(jié)果送變量q0，積分運算結(jié)果送變量mx并限幅,防止積分過強，如果Ti=0則mx送0，再將mx累加入q1，微分運算結(jié)果送變量q2。在MCGS中，用數(shù)據(jù)對象來描述系統(tǒng)中的實時數(shù)據(jù)，用對象變量代替?zhèn)鹘y(tǒng)意義上的值變量，把數(shù)據(jù)庫技術(shù)管理的所有數(shù)據(jù)對象的集合為實時數(shù)據(jù)庫。（3）歷史曲線瀏覽窗口 顯示整個一段液位總體變化情況的曲線（下水箱PV，下水箱SV，上水箱SV對應(yīng)的變化曲線），可以顯示和保存長時間的變化曲線。并可以在運行時動態(tài)改變撥出的電話號碼。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設(shè)計封面圖形，確定自動啟動的窗口，設(shè)定動畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時間等。(5)MCGS控制工程運行流程：MCGS開辟了專用的“運行策略”窗口，建立用戶運行策略。在圖形的每一種動畫屬性中都有一個“表達式”設(shè)定欄，其中設(shè)定一個與圖形狀態(tài)相聯(lián)系的數(shù)據(jù)變量，連接到實時數(shù)據(jù)庫中，以此建立相應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系，MCGS稱之為動畫連接。20μA/℃ 量程：0～20mA 4mA～20mA 0V～10V 10V～10V 0V～5V 5V～5V 電源輸入：10～30VDC 電源功耗：： MCGS軟件工程組態(tài)通過MCGS組態(tài)軟件在控制計算機上構(gòu)建一個人機交互界面，經(jīng)過RS232/485轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)計算機與數(shù)據(jù)采集模塊的通訊，將檢測變送裝置的信號傳送到控制計算機中，從而在人機交互界面中可以對水箱液位對象進行監(jiān)控﹑控制器設(shè)計改造﹑數(shù)據(jù)瀏覽和存儲﹑記錄實驗曲線等。% 零點漂移：20μV/℃ 波特率：9600bps 量程：10V～10V –5V～5V 1～1V –500mV～500mV150mV～150mV 20mA～20mA 對應(yīng)8000～7FFF電源輸入：10～30VDC 電源功耗：。應(yīng)從技術(shù)和經(jīng)濟的角度綜合考慮信號采集速度和信號數(shù)字化精度這兩個問題。通過增加比例系數(shù)克服擾動，比例系數(shù)越小，調(diào)節(jié)器輸出越大，但比例調(diào)節(jié)仍有余差，所以引入積分調(diào)節(jié)，系統(tǒng)中由于積分作用偏強，造成曲線上升后恢復較慢，再略加入微分作用減小余差，加快系統(tǒng)響應(yīng)速度。（2）將副調(diào)節(jié)器的比例度置于（1）中所求得的數(shù)值上，把副回路作為主回路的一個環(huán)節(jié)，用同樣的方法整定主回路，求取主回路的比例度和操作周期。6：執(zhí)行指定的設(shè)備命令，CmdStr中包含指定命令的格式。返回值：=0：調(diào)用正常。(7)P：調(diào)節(jié)器比例系數(shù)，根據(jù)需要設(shè)置。調(diào)節(jié)儀1中ADDR=1；調(diào)節(jié)儀2中ADDR=2。選用的AI808P型儀表技術(shù)指標如下：熱電偶輸入：K﹑S﹑R﹑E﹑J等響應(yīng)時間：≤熱電阻輸入：Cu50﹑Pt100調(diào)節(jié)方式：位式調(diào)節(jié)方式/AI人工智能調(diào)節(jié)線性電壓輸入：0～5V輸出規(guī)格：4～20mA線性電流輸入：420mA報警功能：上限﹑下限﹑正負偏差測量范圍：1999～9999電源：100～240VAC/50Hz測量精度：環(huán)境溫度：0～50。通過將壓力變送器檢測到的電壓/電流信號輸入到QSL電動執(zhí)行機構(gòu)的智能放大器，和來自位置信號發(fā)生器產(chǎn)生的開度信號相比較并放大后,向消除其偏差的方向驅(qū)動并控制電機轉(zhuǎn)動,以改變調(diào)節(jié)閥的開度,同時將閥門開度的隔離信號反饋給控制系統(tǒng)。當水箱中注水導致液位變化時，BP800壓力變送器對被控過程中的流體壓力進行測量,過程壓力通過壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號,經(jīng)差分放大器、輸出放大器放大后,再經(jīng)過V/A轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換為與輸入壓力成線性對應(yīng)關(guān)系的標準電流輸出信號。 MATLAB加入副回路仿真曲線圖 MATLAB不加入副回路仿真曲線：.，引入副回路組成雙容水箱液位串級控制系統(tǒng)后動態(tài)特性比不加入副回路的控制系統(tǒng)有了很大的改善，提高了系統(tǒng)的工作頻率，對被控對象的調(diào)節(jié)能力更強。下水箱容量滯后與上水箱相比較大，而且控制下水箱液位是系統(tǒng)設(shè)計的核心問題，所以選擇主對象為下水箱，副對象為上水箱。如果其調(diào)節(jié)欠妥當，會造成整個系統(tǒng)控制設(shè)計的失敗,且現(xiàn)在對于液位的測量有成熟的技術(shù)和設(shè)備，包括直讀式液位計、浮力式液位計、靜壓式液位計、電磁式液位計、超聲波式液位計等。(3) 超調(diào)量：輸出響應(yīng)中過渡過程開始后，被控參數(shù)第一個波峰值與穩(wěn)態(tài)值之差，占穩(wěn)態(tài)值的百分比，用于衡量控制系統(tǒng)動態(tài)過程的準確性。根據(jù)以下經(jīng)驗公式計算調(diào)節(jié)器參數(shù)： 調(diào)節(jié)器參數(shù)控制規(guī)律δTITDP2δk PIkTK/ PIDkkk。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。（3）微分控制（D）：在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系，能較快克服擾動，使系統(tǒng)穩(wěn)定下來。選擇正確的設(shè)計方案才能使先進的過程儀表和計算機系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過程中發(fā)揮良好的作用。r39。)。記錄階躍響應(yīng)參數(shù)(間隔30s采集數(shù)據(jù)):1713192814203915214101622511172361218242．下水箱階躍響應(yīng)參數(shù)測定：按圖連接實驗線路,手動操作調(diào)節(jié)器,控制調(diào)節(jié)閥開度,使初始開度OP1=40,等到水箱的液位處于平衡位置時。但為了簡便起見，做線性化處理得 Q2=△h/R2，經(jīng)拉氏變換得單容液位過程的傳遞函數(shù)為W0(s)=H(s)/Q1(s)=R2/(R2Cs+1)=K/(Ts+1)注：△Q1 ﹑△Q2﹑△h:分別為偏離某一個平衡狀態(tài)Q10﹑Q20﹑h0的增量。下水箱尺寸為：d=35cm,h=20cm，每個水箱分為三個槽：緩沖槽、工作槽、出水槽。(9)工程完工綜合測試：最后測試工程各部分的工作情況，完成整個工程的組態(tài)工作，實施工程交接。前一部分用戶通過MCGS組態(tài)軟件中提供的基本圖形元素及動畫構(gòu)件庫，在用戶窗口內(nèi)組合成各種復雜的畫面。MCGS運行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的運行環(huán)境，,以用戶指定的方式運行,并進行各種處理,完成用戶組態(tài)設(shè)計的目標和功能。 (5)MATLAB應(yīng)用程序接口(API) 這是MATLAB為用戶提供的一個函數(shù)庫，使得用戶能夠在MATLAB環(huán)境中使用c程序或FORTRAN程序，包括從MATLAB中調(diào)用于程序(動態(tài)鏈接)，讀寫MAT文件的功能。新的版本集中了日常數(shù)學處理中的各種功能，包括高效的數(shù)值計算、矩陣運算、信號處理和圖形生成等功能。通過控制計算機可以不斷監(jiān)控生產(chǎn)的運行過程，即時地監(jiān)視或控制容器液位，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。（4）I/O接口和I/O通道是計算機主機與外部連接的橋梁。由于計算機具有運算速度快﹑精度高﹑存儲量大﹑編程靈活以及具有很強的通信能力等特點，目前以微處理器﹑單片微處理器為核心的工業(yè)控制幾與數(shù)字調(diào)節(jié)器—過程計算機設(shè)備，正逐步取代模擬調(diào)節(jié)器，在過程控制中得到十分廣泛的作用。初期的過程控制系統(tǒng)采用基地式儀表和部分單元組合儀表，過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大多是單輸入，單輸出系統(tǒng)，過程控制理論是以頻率法和根軌跡法為主體的經(jīng)典控制理論，以保持被控參數(shù)溫度，液位，壓力，流量的穩(wěn)定和消除主要擾動為控制目的過程。其次，根據(jù)被控對象模型和被控過程特性設(shè)計串級控制系統(tǒng)，采用動態(tài)仿真技術(shù)對控制系統(tǒng)的性能進行分析。然后，設(shè)計并組建儀表過程控制系統(tǒng)，通過智能調(diào)節(jié)儀表實現(xiàn)對液位的串級PID控制。其后，串級控制，比值控制和前饋控制等復雜過程控制系統(tǒng)逐步應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，氣動和電動單元組合儀表也開始大量采用，同時電子技術(shù)和計算機技術(shù)開始應(yīng)用于過程控制領(lǐng)域，實現(xiàn)了直接數(shù)字控制（DDC）和設(shè)定值控制（SPC）。在控制系統(tǒng)中引入計算機，可以充分利用計算機的運算﹑邏輯判斷和記憶等功能完成多種控制任務(wù)和實現(xiàn)復雜控制規(guī)律。I/O通道有模擬量通道和數(shù)字量通道。如果控制系統(tǒng)設(shè)計欠妥，會造成生產(chǎn)中對液位控制的不合理，導致原料的浪費﹑產(chǎn)品的不合格，甚至造成生產(chǎn)事故，所以設(shè)計一個良好的液位控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中有著重要的實際意義。在MATLAB環(huán)境下，用戶可以集成地進行程序設(shè)計、數(shù)值計算、圖形繪制、輸入輸出、文件管理等各項操作。 MATLAB還具有根強的功能擴展能力，與它的主系統(tǒng)一起，可以配備各種各樣的工具箱，以完成一些特定的任務(wù)。利用MCGS軟件組建工程的過程簡介：(1)工程項目系統(tǒng)分析：分析工程項目的系統(tǒng)構(gòu)成、技術(shù)要求和工藝流程，弄清系統(tǒng)的控制流程和測控對象的特征，明確監(jiān)控要求和動畫顯示方式，分析工程中的設(shè)備采集及輸出通道與軟件中實時數(shù)據(jù)庫變量的對應(yīng)關(guān)系，分清哪些變量是要求與設(shè)備連接的，哪些變量是軟件內(nèi)部用來傳遞數(shù)據(jù)及動畫顯示的。后一部分則設(shè)置圖形的動畫屬性，與實時數(shù)據(jù)庫中定義的變量建立相關(guān)性的連接關(guān)系，作為動畫圖形的驅(qū)動源。2被控對象建模在控制系統(tǒng)設(shè)計工作中，需要針對被控過程中的合適對象建立數(shù)學模型。Q112Q2Ah 系統(tǒng)中上水箱和下水箱液位變化過程各是一個具有自衡能力的單容過程。R2:閥2的阻力 A:水箱截面積 T:液位過程的時間常數(shù)(T=R2C) K:液位過程的放大系數(shù)(K=R2) C:液位過程容量系數(shù)在本設(shè)計中將通過實驗建模的方法，分別測定被控對象上水箱和下水箱在輸入階躍信號后的液位響應(yīng)曲線和相關(guān)參數(shù)。改變調(diào)節(jié)閥開度至OP2=50,即對上水箱輸入階躍信號,使其液位離開原平衡狀態(tài)。 在MATLAB中繪出曲線如下：注：圖中曲線為擬合曲線，圓點為原數(shù)據(jù)點。)。 PID控制原理目前，隨著控制理論的發(fā)展和計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，PID控制技術(shù)日趨成熟。但當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（2）積分控制（I）：在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。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)。由于實驗測定的過程數(shù)學模型只能近似反映過程動態(tài)特，理論計算的參數(shù)整定值可靠性不高，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。在閉合控制系統(tǒng)中，把調(diào)節(jié)器的積分時間TI置于最大，微分時間TD置零，比例度δ置于較大數(shù)值反復做給定值擾動實驗，并逐漸減少比例度，直至記錄曲線出現(xiàn)4：1的衰減為止。(4) 調(diào)節(jié)時間：從過渡過程開始到被控參數(shù)進入穩(wěn)態(tài)值5%—+5%范圍所需的時間2．方案設(shè)計設(shè)計建立的串級控制系統(tǒng)由主副兩個控制回路組成，每一個回路又有自己的調(diào)節(jié)器和控制對象。(2) 控制參數(shù)的選擇從雙容水箱系統(tǒng)來看，影響液位有兩個量，一是通過上水箱流入系統(tǒng)的流量，二是經(jīng)下水箱流出系統(tǒng)的流量。 (4) 控制器的選擇根據(jù)雙容水箱液位系統(tǒng)的過程特性和數(shù)學模型選擇控制器的控制規(guī)律。 2．抗擾動能力維持初始階躍信號不變，并在副回路中加入擾動信號，觀察響應(yīng)曲線. 在400s經(jīng)過慣性環(huán)節(jié)向副回路加入階躍值為70的擾動信號。BP800型壓力變送器技術(shù)指標如下：被測介質(zhì):液體機械保護：IP65測量范圍：100KPa～100MPa防爆等級：IaⅡCT5輸出：4～20mA DC二線制關(guān)聯(lián)設(shè)備：EXZ231B安全柵準確度：溫度極限:10～80。當其偏差值達到零時,電機停止轉(zhuǎn)動。C 智能儀表技術(shù)指標AI808P引腳說明：引腳號引腳名稱引腳定義1Vin05V 15V輸入2Iexec+作為Vin的地3Sense+05V 15V輸入4Sense作為Sense+的地5Iout420mA輸出負端7Iout+420mA輸出正端9ACL電源火線10ACN電源地線11(13)AL1+(AL1)與AL1(AL2)構(gòu)成報警14(16)AL2+(AL2)與AL1+(AL2+)構(gòu)成報警18(17)Data+(Data)RS485接口數(shù)據(jù)線19(20)I/V變換內(nèi)接電阻將電流變?yōu)殡妷?(12)(15)無分別與5(13)(16)形成常閉觸點 AI808P儀表引腳說明1．儀表控制系統(tǒng)電路設(shè)計：根據(jù)電路原理圖完成儀表控制臺的接線工作，實現(xiàn)儀表的串級PID負反饋控制。(3)diH：輸入上限顯示值，用于定義線性輸入信號下限刻度值。(8)I：調(diào)節(jié)器積分時間，根據(jù)需要設(shè)置。0：調(diào)用不正常。4．計算機設(shè)備窗口設(shè)置：（實現(xiàn)計算機對調(diào)節(jié)儀表的監(jiān)控） AI808P智能調(diào)節(jié)儀設(shè)備設(shè)置：設(shè)備名稱：調(diào)節(jié)儀1調(diào)節(jié)儀2設(shè)備注釋：宇光AI808P儀表宇光AI808P儀表初始工作狀態(tài)：1啟動1啟動最小采集周期（ms）：10001000模塊地址：12設(shè)置小數(shù)點位數(shù)：11位小數(shù)11位小數(shù)輸入范圍：101～5V101～5V連接通道通道類型數(shù)據(jù)對象1數(shù)據(jù)對象20通訊狀態(tài)mm1mm21PV值（液位測量值）pv1pv22SV值（液位給定值）sv1sv23MV值（調(diào)節(jié)器輸出值）op1op218CTRL控制方式ctrl1ctrl223Sn輸入規(guī)格sn1sn225dil下限