【正文】 A、 0～5v、 0～ 10mA 等 標準信號 輸出方式由用戶根據(jù)需要任選。 圖 UYS100A22 壓力變送器 執(zhí)行單元 執(zhí)行單元是構(gòu)成自動控制系統(tǒng)不可缺少的重要組成環(huán)節(jié)，它接受來自調(diào)節(jié)單元的輸出信號，并轉(zhuǎn)換成直角位移或轉(zhuǎn)角位移，以改變調(diào)節(jié)閥的流通面積，從而控制流入或流出被控過程的物料或能量實現(xiàn)過程參數(shù)的自動控制。具有連線簡單，結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、重量輕、阻力小、動作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。該草案中對可編程控制器的定義是“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴大了 PLC 的應(yīng)用。 S7200PLC 可提供 4 個不同的基本型號與 8 種 CPU 可供選擇使用。 SIMATIC S7400 PLC S7400 PLC 是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。 /輸出點 ： CPU 221 具有 6 個輸入點和 4 個輸出點， CPU 222 具有 8 個輸入點和 6 個輸出點， CPU 224 具有 14 個輸入點和 10 個輸出點， CPU 224XP 具有 14 個輸入點和 10 個輸出點， CPU 226 具有 24 個輸入點和 16 個輸出點。 基于組態(tài)的 PLC 液位控制系統(tǒng)設(shè)計 14 實時時鐘 例如為信息加注時間標記，記錄機器運行時間或?qū)^程進行時間控制 。 STEP 7 具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通訊組態(tài)、編程、測試、啟動和維護、文件建檔、運行和診斷功能等。除菜單欄外，用戶可根據(jù)需要決定其他窗口的取舍和樣式設(shè)置。組態(tài)的概念最早出現(xiàn)在工業(yè)計算機控制中。對應(yīng)于原有的 HMI（人機接口軟件， Human Machine Interface）的概念，組態(tài)軟件還是一個使用戶能快速建立自己的 HMI 的軟件工具或 開發(fā)環(huán)境 。工程管理器的主要功能包括：新建、刪除工程，對工程重命名，搜索指定路徑下的所有組態(tài)王工程，修改工程屬性，工程的備份、恢復(fù)，數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入導(dǎo)出，切換到組態(tài)王開發(fā)或運行環(huán)境等。 組態(tài)王 報警系統(tǒng)全新改版，具有方便、靈活、可靠、易于擴展的特點。 組態(tài)王 支持 Windows 標準的 Active X 控件（主要為可視控件），包括Microsoft 提 供的標準 Active X 控件和用戶自制的 Active X 控件。組態(tài)王的遠程撥號與組態(tài)王原有驅(qū)動程序無縫連接，硬件設(shè)備端無需更改程序。組態(tài)王提供三重意義上的冗余功能，即雙設(shè)備冗余、雙機冗余和雙網(wǎng)絡(luò)冗余。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。 （ I）控制 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。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（ delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。 放大倍數(shù) PK 是可調(diào)的，所以比例調(diào)節(jié)器實際上是一個放大倍數(shù)可調(diào)的放大器。如果把積分時間放到最大， PI 調(diào)節(jié)器就喪失了積 分作用，成了一個純比例調(diào)節(jié)器。一般都是和其它調(diào)節(jié)作用相配合，構(gòu)成比例微分或比例積分微分調(diào)節(jié)器。 在此過程中我發(fā)現(xiàn)到修改完善程序的重要性。 *****老師多次詢問研究進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。 基于組態(tài)的 PLC 液位控制系統(tǒng)設(shè)計 31 參考文獻 [1] 劉祖潤 .自動控制原理［ M］ .機械工程出版社 , . 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[9] 王恒強 .S7200 PLC 液位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 ［ J］ .探索。通過參數(shù)的設(shè)定調(diào)整了調(diào)節(jié)的時間，因為要進行適合參數(shù)的確定，根據(jù)理論經(jīng)過了多次的試驗，基本完成了本次設(shè)計。很多以前在學習過程中不明白的地方，在 PLC 調(diào)試過程中，終于得以解決。對于一個固定不變的偏差，不管其有多大，微分做用的輸出總是零，這是微分作用的特點。 由于它是在比例調(diào)節(jié)（粗調(diào)）的基礎(chǔ)上，有加上一個積分調(diào)節(jié)（細調(diào)），所以又稱再調(diào)調(diào)節(jié)或重定調(diào)節(jié)。 比例調(diào)節(jié)規(guī)律及其特點 比例調(diào)節(jié)作用，一般用字母 P 來表示。 （ D）控制 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。 基于組態(tài)的 PLC 液位控制系統(tǒng)設(shè)計 23 圖 主界面設(shè)計 完成對基本的定義，才可以 進行動畫連接，即讓動畫動起來。 組態(tài)王 完全基于網(wǎng)絡(luò)的概念，是一種真正的客戶 服務(wù)器模式，支持分布式歷史數(shù)據(jù)庫和分布式報警系統(tǒng)，組態(tài)王的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一種柔性結(jié)構(gòu)，可以將整個應(yīng)用程序分配給多個服務(wù)器，如指定 報警服務(wù)器和歷史數(shù)據(jù)記錄服務(wù)器，這樣可以提高項目的整體容量結(jié)構(gòu)并改善系統(tǒng)的性能。并且組態(tài)王提供 SDK 開發(fā)包，用戶可以自己利用 VC， VB 編制程序，利用組態(tài)王的 OPC接口來訪問組態(tài)王的變量和變量的域。提供報表工具條，操作簡單明了，比如：日報表的組態(tài)只需用戶選擇需要的變量和每個變量的收集間隔時間；提供報表模板，方便用戶調(diào)入其它的表格。另外，組態(tài)王 支持多種圖形格式，如 Gif 、 Jpg、 Bmp 等，用戶可以充分利用 已有的資源，輕松構(gòu)造自己功能強大且美觀的應(yīng)用系統(tǒng)。 組態(tài)王 具有如下十大特點： 對于系統(tǒng)集成商和用戶來說，一個系統(tǒng)開發(fā)人員可能保存有很多個組態(tài)王工程，對于這些工程的集中管理以及新開發(fā)工程中的工程備份等都是比較煩瑣的事情。 工控組態(tài)軟件也提供了編程手段，一般都是內(nèi)置 編譯系統(tǒng) ，提供類 BASIC語言 ，有的支持 VB，現(xiàn)在有的組態(tài)軟件甚至支持 C高級語言。 “監(jiān)控（ Supervisory Control） ”，即 “監(jiān)視和控制 ”，是指通過計算機信號對自動化設(shè)備或過程進行監(jiān)視、控制和管理 組態(tài)軟件是有專業(yè)性的。 STPE 7Micro/WIN 編程軟件的主界面元素如圖 所示。 4 軟件設(shè)計 STEP 7Micro/WIN 編程 STEP 7Micro/WIN 編程軟件簡介 STEP 7 編程軟件是基于 windows 的應(yīng)用軟件， 用于西門子系列工控產(chǎn)品包括 SIMATIC S M C7 和基于 PC 的 WinCC,是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標準工具，是 SIMATIC 工業(yè)軟件的重要組成部分?？墒褂梅抡嫫鳎ㄟx件）對本機輸入信號進行仿真，用于調(diào)試用戶程序。可用作負載電源。與 S7200 PLC 比較， S7300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（ ~）的指令運算速度；用浮點數(shù)運算比較有效地實現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運算；一個帶標準用戶接口的 軟件 工具方 便用戶給所有模塊進行參數(shù)賦值；方便的人機界面服務(wù)已經(jīng)集成在 S7300 操作系統(tǒng) 內(nèi)，人機對話的編程要求大大減少。 SIMATIC S7200 PLC S7200 PLC 是超小型化的 PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。 我國可編程控制器的引進、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。這個時期可編程 控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。 1968 年，美國最大的汽車制造商 —— 通用汽車公司從用戶角度提出了新一代控制器應(yīng)具備的十大條件后，立即引起了開發(fā)熱潮。 用于兩位切斷、調(diào)節(jié)的場合。壓力變送器和絕對壓力變送器的工作原理和差壓變送器相同，所不同的是低壓室壓力是大氣壓或真空。 靜壓投入式液位變送器（液位計）適用于石油化工、 冶金 、 電力、制藥、供排水、環(huán)保等系統(tǒng)和行業(yè)的各種介質(zhì)的液位測量。更高速率的 PLC 產(chǎn)品正在研制之中。 圖 單容過程及其響應(yīng)曲線 基于組態(tài)的 PLC 液位控制系統(tǒng)設(shè)計 8 當過程具有純時延時，則其傳遞函數(shù)為 stesTsW 000 1)( ?? （ 28） 硬件設(shè)計 控制單元 控制單元是整個系統(tǒng)的心臟。 基于組態(tài)的 PLC 液位控制系統(tǒng)設(shè)計 7 所謂無自衡過程，是指過程在擾動的作用下，其平衡狀態(tài)被破壞后，不需要操作人員或儀表等干預(yù)，依靠其自身能力不能重新恢復(fù)平衡的過程。 從上述分析可知，液阻 2R 不但影響過程的時間常數(shù) 0T ，而且還影響過程的放大系數(shù) 0K ，而容量系數(shù) C 僅影響過程的時間常數(shù)。 為了求單容過程的數(shù)學模型，需消去中間變量 2Q 。 所謂自衡過程，是指過程在擾動作用下，其平衡狀態(tài)被破壞后，不需要操作人員或儀表等干預(yù)，依靠起自身重新恢復(fù)平衡的過程。經(jīng)過運算后即輸出控制信號給電動調(diào)節(jié)閥，使其開度 增大，以使通道里的水流量變大，增加水箱里的儲水量，液位升高。 課題 研究的主要內(nèi)容 ，其系統(tǒng)的數(shù)學模型相當?shù)闹匾?，直接關(guān)系到控制結(jié)果的正確與否。國外的液位控制器正朝著高精度、智能化等力一向快速發(fā)展。還在黃河治水中也的到了利用，通過液位控制系統(tǒng)檢測黃河的水位的高低，以免由于黃河水位的過高而在不了解的情況下，給我們?nèi)嗣駧砩ｋU和財產(chǎn)損失。在自動化控制的工業(yè)生產(chǎn)過程中，一個很重要的控制參數(shù)就是液位。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為液位控制的主要技術(shù)之一。 在工程實際中，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。從而我們現(xiàn)在就引入了工業(yè)生產(chǎn)的自動化控制。而在我國液位控制系統(tǒng)也利用得相當?shù)膹V泛，特別在鍋爐液位控制，水箱液位控制?；诮M態(tài)的 PLC 液位控制系統(tǒng)設(shè)計 2 這些先進的控制器不僅能實現(xiàn)各種復(fù)雜環(huán)境下的液位控制系統(tǒng)的控制，而且運用先進的算法，采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能及計算機技術(shù)，使液位控制器的適用范圍更加廣泛。 隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對液位控制系統(tǒng)的要求越來越高，特別是高精度、智能化、人性化的液位控制系統(tǒng)是國內(nèi)外液位控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。 基于組態(tài)的 PLC 液位控制系統(tǒng)設(shè)計 3 圖 系統(tǒng)原理圖 當上水箱的液位小于設(shè)定值時，壓力變送器檢測到的信號小于設(shè)定值，設(shè)定值與反饋值的差就是 PID 調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號。單容過程還可分為有自衡能力和無自衡能力兩類。但為了簡化起見，經(jīng)線形變化，則可近似認為2Q 與 h 成正比關(guān)系，而與閥 2 的阻力 2R 成反比，即 22 RdhQ ?? （ 23） 式中： 2R —— 閥 2 的阻力，稱為液阻。 基于組態(tài)的 PLC 液位控制系統(tǒng)設(shè)計 6 圖 （ b） 所示為單容液位被控過程的階躍響應(yīng)曲線。 具有純時延單容過程的微分方程和傳遞函數(shù)為 )( 0100 tTQKhdt hdT ????? sts 0e1T K(s )QH (s )(s )W0010???? （ 25） 式中： 0T —— 過程的時間常數(shù)， CRT 20 ? ； 0K —— 過程的 放大系數(shù)， 20 RK ? ； 0t —— 過程的純時延時間。 過程的傳遞函數(shù)為 sTsW 00 1)( ? （ 27） 式中： 0T —— 過程的積分時間常數(shù)， CT?0 。遠遠高于撥號上網(wǎng)和 ISDN，比 ADSL 更快 ，足以支持現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上的各種應(yīng)用。 液位變送器分為浮力式、靜壓力式、電容式、應(yīng)變式、超聲波式、激光式、放射性式等。 當兩側(cè)壓力不一致時，致使測量膜片產(chǎn)生位移，其位移量和壓力差成正比，故兩側(cè)電容量就不等 ，通過振蕩和解調(diào)環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)換成與壓力成正比的信號。 系統(tǒng)中用到的調(diào)節(jié)閥是 上海恒星公 司的 ZDRO 電動 O 型球閥 。 3 西門子 PLC 簡介 PLC 的發(fā)展 PLC 的產(chǎn)生、定義 20 世紀 60 年代，在世界技術(shù)改造的沖擊下，要求尋找一種比繼 電器更可靠、功能更齊全、響應(yīng)速度更快的新型工業(yè)控制器。 20 世紀 80 年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。目前，可編程控制器在機械制造