【正文】 31 在 MCGS中，數(shù)據(jù)不同于傳統(tǒng)意義的數(shù)據(jù)或變量，以數(shù)據(jù)對象的形式來進(jìn)行操作與處理。 設(shè)備名稱： 通用串口父設(shè)備 初始工作狀態(tài)： 1啟動 最小采集周期： 200ms 串口端口號： 1COM2 通訊波特率： 66900 數(shù)據(jù)位位數(shù)： 18位 停止位位數(shù)： 01位 數(shù)據(jù)校驗方式： 0無校驗位 數(shù)據(jù)采集方式： 1異步采集 表 串口父設(shè)備參數(shù)設(shè)置 (2)ICP7017設(shè)備設(shè)置： 設(shè)備名稱： ICP7017 通道 對應(yīng)數(shù)據(jù)對象 通道類型 周期 初始工作狀態(tài)： 1啟動 0 mm1 通訊狀態(tài)標(biāo)志位 1 最小采集周期： 200ms 1 PV1 AD0 1 設(shè)備地址： 2 2 PV2 AD1 1 數(shù)據(jù)格式： 0工程單位 3 PV3 AD2 1 是否要求校驗： 0無校驗 濾波 表 ICP7017 設(shè)備參數(shù)設(shè)置 (3)ICP7024設(shè)備設(shè)置： 設(shè)備名稱： ICP7024 通道 對應(yīng)數(shù)據(jù)對象 通道類型 周期 初始工作狀態(tài)： 1啟動 0 通訊狀態(tài) 1 最小采集周期： 200ms 1 OP2 DA0 1 設(shè)備地址： 1 2 OP4 DA1 1 是否要求校驗 : 0無校驗 表 ICP7024 設(shè)備參數(shù)設(shè)置 3．用戶窗口設(shè)計 用戶窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面， 在用戶窗口下通過 MCGS組態(tài)的各種功能，可以實現(xiàn)以下子窗口的設(shè)計： （ 1）雙容水箱液位串級控制窗口 通過動畫組態(tài)和屬性設(shè)置完成人機(jī)對話主界面，實現(xiàn)模擬工程界面﹑數(shù)據(jù)顯示﹑參數(shù)設(shè)置﹑報警顯示﹑通訊狀態(tài)顯示﹑工程曲線顯示﹑控制按鈕等功能。 設(shè)備通道只是數(shù)據(jù)交換用的通路，而數(shù)據(jù)輸入到哪兒和從哪兒讀取數(shù)據(jù)以供輸出，即進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的對象，則必須由用戶指定和配置。同時，主控窗口又是組態(tài)工程結(jié)構(gòu)的主框架，可在主控窗口內(nèi)建立菜單系統(tǒng)，創(chuàng)建各種菜單命令，展現(xiàn)工程的總體概貌和外觀，設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行流程及特征參數(shù)，方便用戶的操作。分布式網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)的每一臺計算機(jī)都要安裝一套 MCGS工控組態(tài)軟件。 (2)MCGS產(chǎn)生動畫效果： MCGS為每一種基本圖形元素定義了不同的動畫屬性，每一種動畫屬性都會產(chǎn)生一定的動畫效果。 % 波特率： 9600bps零點(diǎn)漂移：177。 7017 A/D轉(zhuǎn)換模塊：數(shù)據(jù)采集程序存儲在 EEPROM中，由內(nèi)部控制器控制邏輯執(zhí)行，控制轉(zhuǎn)換開關(guān)在 8路模擬信號間轉(zhuǎn)換，模擬量送入 A/D通道后，轉(zhuǎn)換為 數(shù)字信號并將其與模擬量輸入通道號對應(yīng)，等待計算機(jī)查詢，數(shù)據(jù)通過 RS485接口傳送至計算機(jī)。整個控制系統(tǒng)的控制算法及監(jiān)控功能都在 控 制計算機(jī) 中實現(xiàn)。根據(jù) PID控制的特性再調(diào)節(jié)參數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到較滿意的狀態(tài)。設(shè)置副參數(shù)的目的是為了進(jìn)一步提高主參數(shù)的控制質(zhì)量，只要通過主雙容水箱液位串級控制系統(tǒng)的設(shè)計 24 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定保證主參數(shù)質(zhì)量，副參數(shù)的控制質(zhì)量可以犧牲一些。 4：啟動設(shè)備工作一次。 (1) 啟動腳本程序 !setdevice(調(diào)節(jié)儀 1,1, ) !setdevice(調(diào)節(jié)儀 1,6,write(0,0) ) !setdevice(調(diào)節(jié)儀 1,6,write(24,0)) !setdevice(調(diào)節(jié)儀 2,1, ) !setdevice(調(diào)節(jié)儀 2,6,write(0,0) ) !setdevice(調(diào)節(jié)儀 2,6,write(24,0)) (2) 循環(huán)腳本程序 下水箱液位 SV1=SV1 下水箱液位 PV1=PV1 上水箱液位 SV1=20*OP1/100 上水箱液位 PV1=PV2 if 下水箱液位 PV120 then 下水箱液位 PV1=20 endif if 上水箱液 位 PV120 then 上水箱液位 PV1=20 (3) 退出腳本程序 !SetDevice(調(diào)節(jié)儀 1,2, ) !SetDevice(調(diào)節(jié)儀 2,2, ) endif 程序注釋： SetDevice(DevName， DevOp， CmdStr) 函數(shù)意義：按照設(shè)備名字對設(shè)備進(jìn)行操作。 調(diào)節(jié)儀 2中 CF=8，表示 A=0,調(diào)節(jié)儀 1為反作用調(diào)節(jié)方式，輸入增大時，輸出趨向減小； B=0，儀表報警無上電； D=1，允許外部給定，程序時間以秒為單位； E=0，無分段功率限制功能； F=0，儀表光柱指示輸出值； G=0，儀表為 AI808P工作模式。 21 圖 儀表系統(tǒng)電路原理圖 2．儀表參數(shù)設(shè)定 (1)Sn: 輸入規(guī)格 調(diào)節(jié)儀 1中 Sn=33 表示 1~5V電壓輸入；調(diào)節(jié)儀 2中 Sn=32 表示 ~1V電壓輸入。采用上海萬訊儀表有限公司的AI808型儀表，采用 AI人工智能調(diào)節(jié)方式，內(nèi)含 PID調(diào)節(jié)算法。 （ 2）調(diào)節(jié)閥 采用 QSVP－ 16K型電動調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)對雙容水箱液位系統(tǒng)進(jìn)水量的控制。 19 4 建立儀表過程控制系統(tǒng) 以下將基于 THJ2高級過程控制實驗裝置和相關(guān)儀表儀器組建儀表過程控制系統(tǒng)，包括被控 對象系統(tǒng)、智能儀表控制臺及監(jiān)控 計算機(jī) 三部分組成 。 雙容水箱液位串級控制系統(tǒng)的設(shè)計 16 在時間為 0時對系統(tǒng)加入大小為 30的階躍信號，設(shè)置主控制器 PID參數(shù) KP=60 TI=50 TD=3 。副回路應(yīng)對于包含在其內(nèi)的二次擾動以及非線性參數(shù)、較大負(fù)荷變化有很強(qiáng)的抑制能力與一定的自適應(yīng)能力。 圖 串級控制系統(tǒng)框圖 m2 m1 e1 c1 擾動 f1(t) e2 設(shè)定值 R c2 擾動 f2(t) 主調(diào)節(jié)器 副調(diào) 節(jié)器 執(zhí)行器 副對象 主對象 測量與 變送器 2 測量與 變送器 1 15 (1) 被控參數(shù)的選擇 應(yīng)選擇被控過程中能直接反映生產(chǎn)過程能夠中的產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，又易于測量的參數(shù)。 (2) 衰減率：閉環(huán)控制系統(tǒng)被施加輸入信號后，輸出響應(yīng)中振蕩過程的衰減指標(biāo)，即振蕩經(jīng)過一個周期以后，波動幅度衰減的百分?jǐn)?shù)。 。 PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的重要內(nèi)容，應(yīng)根據(jù)被控過程的特性確定 PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。但是過大的積分速度會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，出現(xiàn)發(fā)散的振蕩過程。 圖 PID 控制基本原理圖 PID控制器是一種線性負(fù)反饋控制器，根據(jù)給定值 r(t)與實際值 y(t)構(gòu)成控制偏差：)()()( tytrte ?? 。 在實驗建模的過程中，實驗測取的被控對象為廣義的被控對象，其動態(tài)特性包括了調(diào)節(jié)閥和測量變送器，即廣義被控對象的傳遞函數(shù)為 )()()()( sGmsGsGvsGp ? ， )(Gv 為調(diào)節(jié)閥的傳遞函數(shù)， Gm(s)為測量變送器的傳遞函數(shù)。(0)= , 以此做切線交穩(wěn)態(tài)值于 A點(diǎn) ,A點(diǎn)映射在 t軸上的 B點(diǎn)的值為 T。 3．求取上水箱模型傳遞函數(shù) 在 MATLAB的命令窗口輸入曲線擬合指令： x=0:30:420； y=[0 ]； p=polyfit(x,y,4)； xi=0:3:420； yi=polyval(p,xi)； plot(x,y,’ b:o’ xi,yi,39。改變調(diào)節(jié)閥開度至 OP2=60,即對上水箱輸入階躍信號 ,使其液位離開原平衡狀態(tài)。 根據(jù)動態(tài)物料平衡， Q1Q2=A(dh/dt) ； △ Q1△ Q2=A(d△ h/dt) 在靜態(tài)時， Q1=Q2， dh/dt=0；當(dāng) Q1發(fā)生變化后，液位 h隨之變化，水箱出口處的靜壓也隨之變化， Q2也發(fā)生變化。上水箱和下水箱為 THJ2高級過程控制實驗裝置中上下兩個串接的有機(jī)玻璃圓筒形水箱，另有不銹鋼儲水箱負(fù)責(zé)供水與儲水。 (8)連接設(shè)備驅(qū)動程序：選定與設(shè)備相匹配的設(shè)備構(gòu)件，連接設(shè)備通道，確定數(shù)據(jù)變量的數(shù)據(jù)處理方式，完成 設(shè)備屬性的設(shè)置。在組態(tài)過程中，可根據(jù)實際需要，隨時對菜單的內(nèi)容進(jìn)行增加或刪除，不斷完善工程的菜單。 MCGS組態(tài)軟件由 “MCGS 組態(tài)環(huán)境 ” 和 “MCGS 運(yùn)行環(huán)境 ” 兩個部分組成。 (3)圖形圖像系統(tǒng) 這是 MATLAB 圖形系統(tǒng)的基礎(chǔ)，包括完成 2D和 3D 數(shù)據(jù)圖示、圖像處理、動畫生成、圖形顯示等功能的高層 MATLAB 命令，也包括用戶對圖形圖像等對象進(jìn)行特性控制的低層 MATLAB命令，以及開發(fā) GUI應(yīng)用程序的各種工具。 MATLAB 軟件介紹 MATLAB 軟件是由美國 MathWorks 公司開發(fā)的，是目前國際上最流行、應(yīng)用最廣泛的科學(xué)與工程計算軟件，它廣泛應(yīng)用 于自動控制、數(shù)學(xué)運(yùn)算、信號分析、計算機(jī)技術(shù)、圖形圖象處理、語音處理、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)工程和航天工業(yè)等各行各業(yè)，也是國內(nèi)外高校和研究部門進(jìn)行許多科學(xué)研究的重要工具。在工業(yè)生產(chǎn)過程自動化中，常常需要對某些設(shè)備和容器的液位進(jìn)行測量和控制。 （ 2）包括各種控制開關(guān)﹑數(shù)字鍵﹑功能鍵﹑指示燈﹑聲訊器和數(shù)字顯示器等的控制臺是人機(jī)對話的聯(lián)系紐帶，操作人員可以通過操作臺向計算機(jī)輸入和修改控制參數(shù)，發(fā)出操作 3 命令；計算機(jī)向操作人員顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)出報警信號。不僅如此，生產(chǎn)的安 全性和可靠性，生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益都成為衡量當(dāng)今自動控制水平的重要指標(biāo)。 model, and use the experimental method to calculate the transfer function of the model .Next, I Design the concatenation control system and use the dynamic simulation technique to analyze the capability of control system. Afterwards, I design and set up the indicator process control system, realize PID control of the liquid level with intelligence indicator. Finally, I design and set up the long distance puter control system in virtue of the data collection module ﹑ MCGS soft and digital PID controller， acplish control system experiment and analyze the oute. Keywords: liquid level model PID control indicator process control system puter process control system 雙容水箱液位串級控制系統(tǒng)的設(shè)計 2 1 概述 過程控制介紹 1．工業(yè)過程控制的發(fā)展概況 自本世紀(jì) 30年代以來，伴隨著自動控制理論的日趨成熟，自動化技術(shù)不斷地發(fā)展并獲得了驚人的成就，在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)發(fā)展中起著關(guān)鍵性的作用。在設(shè)計中充分利用自動化儀表技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)和自動控制技術(shù)，以實現(xiàn)對水箱液位 的串級控制。 關(guān)鍵詞： 液位 模型 PID 控制 儀表過程控制系統(tǒng) 計算機(jī)過程控制系統(tǒng) Abstract: The purpose of this thesis is to design the liquid level39。同時新型的分布式控制系統(tǒng)（ DCS）集計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)、故障診斷技術(shù)和圖形顯示技術(shù)為一體，使工業(yè)自動化進(jìn)入控制管理一體化的新模式。當(dāng)計算機(jī)接受了給定值和反饋量后，依照偏差值，按某種控制規(guī)律（ PID）進(jìn)行運(yùn)算，計算結(jié)果再經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而完成對系統(tǒng)的控制作用。 2．過程計算機(jī)系統(tǒng)的軟件部分： （ 1）系統(tǒng)軟件由計算機(jī)及過程控制系統(tǒng)的制造廠商提供，用來管理計算機(jī)本身資源，方便用戶使用計算機(jī)。雖然是采用傳統(tǒng)的串級 PID控制的方法，但是將利用智能調(diào)節(jié)儀表﹑數(shù)據(jù)采集模塊和計算機(jī)控制來實現(xiàn)控制系統(tǒng)的組建，努力使系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)性能，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。 MATLAB系統(tǒng)由五個主要部分組成： 雙容水箱液位串級控制系統(tǒng)的設(shè)計 4 (1)MATALB語言體系 MATLAB是高層次的矩陣／數(shù)組語言．具有條件控制、函數(shù)調(diào)用、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出、面向?qū)ο蟮瘸绦蛘Z言特性。 MATLAB 的仿真工具箱（ Simulink） 提供了交互式操作的動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、分析集成環(huán)境。經(jīng)過此步操作，即在MCGS組態(tài)環(huán)境中，建立了由五部分組成的工程結(jié)構(gòu)框架。 MCGS 還為用戶提供了編程用的功能構(gòu)件，使用簡單的編程語言，編寫工程控制程序。 被控對象的數(shù)學(xué)模型（動態(tài)特性）是指過程在各輸入量（包括控制量和擾動量）作用下，其相應(yīng)輸出量（被控量）變