【正文】 于 A點(diǎn) ,A點(diǎn)映射在 t軸上的 B點(diǎn)的值為 T。 根據(jù)曲線采用切線作圖法計(jì)算上水箱特性參數(shù)，當(dāng)階躍響應(yīng)曲線在輸入量 x(t)產(chǎn)生 階躍的瞬間，即 t=0時(shí)，其曲線斜率為最大，然后逐漸上升到穩(wěn)態(tài)值，該響應(yīng)曲線可用一階慣性環(huán)節(jié)近似描述，需確定 K和 T。所以 使用 MATLAB軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)最小二乘法原理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)響應(yīng)曲線 進(jìn)行最佳擬合后，再計(jì)算水箱模型。 (2) 通過在 MCGS 監(jiān)控軟件組建人機(jī)對(duì)話窗口，改變調(diào)節(jié)閥開度 ,控制水箱進(jìn)水量的大小，從而改變水箱液位，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的階躍信號(hào)輸入。液位 h 的變化反映了 Q1和 Q2不等而導(dǎo)致水箱蓄水或?yàn)a水的過程。 在液位串級(jí)控制系統(tǒng)中，我們所關(guān)心的是如何控制好水箱的液 位。 (6)完善菜單按鈕功能：包括對(duì)菜單命令、監(jiān)控器件、操作按鈕的功能組態(tài)；實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、各種曲線、數(shù)據(jù)報(bào)表、報(bào)警信息輸出等功能；建立工程安全機(jī)制等。 (3)設(shè)計(jì)菜單基本體系：為了對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)及工作流程進(jìn)行有效地調(diào)度 和控制，通常要在主控窗口內(nèi)編制菜單。它用結(jié)構(gòu)框圖代替程序智能化地建立和運(yùn)行仿真，適應(yīng)線性、非線性系統(tǒng)；連續(xù)、離散及混合系統(tǒng)；單任務(wù)，多任務(wù)離散事件系統(tǒng)。利用它既可以進(jìn)行小規(guī)模編程，完成算法設(shè)計(jì)和算法實(shí)驗(yàn)的基本任務(wù)，也可以進(jìn)行大規(guī)模編程，開發(fā)復(fù)雜的應(yīng)用程序。 在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的過程中，將利用到 MATLAB軟件和 MCGS組態(tài)軟件。 （ 2）應(yīng)用程序由用戶根據(jù)要解決的控制問題而編寫的各種程序（如各種數(shù)據(jù)采集﹑濾波程序﹑控制量計(jì)算程序﹑生產(chǎn)過程監(jiān)控程序），應(yīng)用軟件的優(yōu)劣將影響到控制系統(tǒng)的功能﹑精度和效率。 過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成包括硬件和軟件（除了被控對(duì)象﹑檢測(cè)與執(zhí)行裝置外）。現(xiàn)今工業(yè)自動(dòng)化己進(jìn)入計(jì)算機(jī)集成過程系統(tǒng)（ CIPS）時(shí)代，并依托人工智能，控制理論和運(yùn)籌學(xué)相結(jié)合的智能控制技術(shù)向工廠綜合自動(dòng)化的方向發(fā)展。s concatenation control system of the double capacity water tank. This design makes full use of the automatic indicator technique ﹑ the puter technique﹑ the munication technique and the automatic control technique in order to realize concatenation control of water tank39。目 錄 摘 要 ...................................................................... 1 Abstract: .................................................................. 2 1 概述 .............................................................. 3 過程控制介紹 ....................................................... 3 液位串級(jí)控制系統(tǒng)介紹 ................................................ 4 MATLAB軟件介紹 ...................................................... 4 MCGS組態(tài)軟件介紹 .................................................... 5 2 被控對(duì)象建模 ...................................................... 7 水箱模型分析 ....................................................... 7 階躍響應(yīng)曲線法建立模型 .............................................. 7 3 系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)與仿真 ........................................... 13 PID控制原理 ....................................................... 13 系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì) ................................................... 15 控制系統(tǒng)仿真 ...................................................... 16 4 建立儀表過程控制系統(tǒng) ............................................. 20 過程儀表介紹 ...................................................... 20 儀表過程控制系統(tǒng)的組建 ............................................. 21 儀表過程控制系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行 ........................................... 24 5 建立計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng) ........................................... 26 計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ......................................... 26 MCGS軟件工程組態(tài) ................................................... 28 計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行 ......................................... 38 6 結(jié)論 ............................................................. 40 謝詞 ...................................................................... 41 參考文獻(xiàn) .................................................................. 42 1 雙容水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘 要 ： 本論文的目的是設(shè)計(jì)雙容水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)。s liquid. First, I carry out the analysis of the controlled objects39。 2．過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 現(xiàn)代化過程工業(yè)向著大型化和連續(xù)化的方向發(fā)展，生產(chǎn)過程也隨之日趨復(fù)雜，而對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量 ﹑經(jīng)濟(jì)效益的要求，對(duì)生產(chǎn)的安全 、 可靠性要求以及對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求卻越來越高。 1．過程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件部分： （ 1）由中央處理器﹑時(shí)鐘電路﹑內(nèi)存儲(chǔ)器構(gòu)成的計(jì)算機(jī)主機(jī)是組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心部分，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集﹑數(shù)據(jù)處理﹑邏輯判斷﹑控制量計(jì)算﹑越限報(bào)警等，通過接口電路向系 統(tǒng)發(fā)出各種控制命令，指揮系統(tǒng)安全可靠的協(xié)調(diào)工作。 液位串級(jí)控制系統(tǒng)介紹 在工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中，液位是過程控制系統(tǒng)的重要被控量， 在石油﹑化工﹑環(huán)保﹑水處理 ﹑冶金等行業(yè)尤為重要。以下將對(duì)它們的主要內(nèi)容進(jìn)行說明。 (2)MATLAB 工作環(huán)境 這是對(duì) MATLAB 提供給用戶使用的管理功能的總稱．包括管理工作 空間中的變量據(jù)輸入輸出的方式和方法，以及開發(fā)、調(diào)試、管理 M文件的各種工具。 MCGS 組態(tài)軟件介紹 計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，為工業(yè)自動(dòng)化開辟了廣闊的發(fā)展空間，用戶可以方便快捷地組建優(yōu)質(zhì)高效的監(jiān)控系統(tǒng)，并且通過采用遠(yuǎn)程監(jiān)控及診斷等先進(jìn)技術(shù)，使系統(tǒng)更加安全可靠，在這方面 MCGS工控組態(tài)軟件發(fā)揮著重要的 作用 . MCGS (Monitor and Control Generated System) 軟件是一套幾基于 Windows 平臺(tái)的32位工控組態(tài)軟件，集動(dòng)畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、工程報(bào)表、數(shù)據(jù)與曲線等諸多強(qiáng)大功能于一身，并支持國內(nèi)外眾多數(shù)據(jù)采集與輸出設(shè)備 ,廣泛應(yīng)用于石油、電力、化工、鋼鐵、冶金、紡織、航天、建筑、材料、制冷、通訊、水處理、環(huán)保、智能樓宇、實(shí)驗(yàn)室等多種 行業(yè)。編制菜單分兩步進(jìn)行，第一步首先搭建菜單的框架，第二步再對(duì)各級(jí)菜單命令進(jìn)行功能組態(tài)。 (7)編寫程序調(diào)試工程：利用調(diào)試程序產(chǎn)生的模擬數(shù)據(jù)，檢查動(dòng)畫顯示和控制流程是否正確。上水箱和下水箱是系統(tǒng)的被控對(duì)象，必須通過測(cè)定和計(jì)算他們模型，來分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能、動(dòng)態(tài)特性，為其他的設(shè)計(jì)工作提供依據(jù)。若 Q1作為被控過程的輸入量， h為其輸出量，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 水箱模型測(cè)定原理圖 1．上水箱階躍響應(yīng) 參數(shù)測(cè)定： 按圖連接實(shí)驗(yàn)線路 ,手動(dòng)操作調(diào)節(jié)器 ,控制調(diào)節(jié)閥開度 ,使初始開度 OP1=50,等到水箱的液位處于平衡位置時(shí)。 兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中將階躍響應(yīng)初始點(diǎn)的值作為 Y軸坐標(biāo)零點(diǎn)，后面的數(shù)據(jù)依次減去初始值處理，作為 Y軸上的各階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)；將對(duì)應(yīng) Y軸上階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集時(shí)間作為曲線上各 X點(diǎn)的值。而斜率 K為 P(t)在 t=0的導(dǎo)數(shù) P39。 11 圖 下水箱模型計(jì)算曲線 階躍響應(yīng)擾動(dòng)值為 10,靜態(tài)放大系數(shù)為階躍響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)值 )(?y 與階躍擾動(dòng)值 0x之比 0)(0 xyk ?? ，所以下水箱傳遞函數(shù)為 ?? SSG ）（ 。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。 這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。特別對(duì)于有較大慣性或滯后環(huán)節(jié)的被控對(duì)象，比例積分控制 能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。 系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì) 1．控制系統(tǒng)性能指標(biāo) (1) 靜態(tài)偏差：系統(tǒng)過渡過程終了時(shí)的給定值與被 控參數(shù)穩(wěn)態(tài)值之差。當(dāng)有擾動(dòng) f1(t)作用于副對(duì)象時(shí)，副調(diào)節(jié)器能在擾動(dòng)影響主控參數(shù)之前動(dòng)作，及時(shí)克服進(jìn)入副回路的各種二次擾動(dòng)，當(dāng)擾動(dòng) f2(t)作用于主對(duì)象時(shí)，由于副回路的存在 也應(yīng)使系統(tǒng)的響應(yīng)加快，使主回路控制作用加強(qiáng)。 (3) 主副回路設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)液位串級(jí)控制，使用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)。 1. 階躍響應(yīng)性能 圖 SIMULINK 仿真框圖 通過手動(dòng)切換開關(guān)（ Manual Switch）可以實(shí)現(xiàn)副回路的引入與切除，以了解副回路對(duì)控制性能的影響 ,比較串級(jí)控制和非串級(jí)控制對(duì)雙容水箱液位的控制能力。但是仿真曲線只是在計(jì)算機(jī)上通過對(duì)實(shí)際系統(tǒng)仿真得到的較理想的模擬曲線 .實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)必須綜合考慮各方面的因素 ,不可能得到與計(jì)算機(jī)仿真一致的理想曲線和控制性能。 C 相對(duì)濕度 : 小于 95% 電源電壓： 24DC二線制 負(fù)載電阻： ≤ 750歐姆 表 壓力變送器技術(shù)指標(biāo) 2．執(zhí)行機(jī)構(gòu) （ 1）水泵 采用 16CQ－ 8P型磁力驅(qū)動(dòng)泵 ,流量為 32升 /分 ,揚(yáng)程為 8米 ,功率為 380恒壓供水輸入。 % 公稱直徑： 20mm 可調(diào)范圍： 50:1 公稱壓力： 防護(hù)等級(jí)： IP65 行程： 10mm 功耗： 5VA 表 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥技術(shù)指標(biāo) 雙容水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 3．控制器 在儀表過程控制系統(tǒng)中，使用智能調(diào)節(jié)儀表作為控制器。由于其輸出的信號(hào)為 4～ 20mA的電流信號(hào)，需要經(jīng) I/V轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)化為 1～ 5V電壓信號(hào)送到副調(diào)節(jié)儀的輸入端，與壓力變送器測(cè)定的上水箱液位值（電壓反饋信號(hào)）相比較后，輸出 4～ 20mA的電流信號(hào)到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制信號(hào)輸入端，控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，消除下水箱液位的測(cè)量值與給定值的偏差。 (5)CF：系統(tǒng)功能選擇 CF=A*1+B*2+C*4+D*8+E*16+F*32+G*64 調(diào)節(jié)儀 1中 CF=0，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(shí)，輸出趨向減小； B=0，儀表報(bào)警無上電； D=0，不允許外部給定，程序時(shí)間以分為單位； E=0，無分段頻率限制功能； F=0，儀表光柱指示輸出值； G=0，儀表為 AI808P工作模式。需要在計(jì)算機(jī)的 MCGS軟件的用戶窗口添加腳本程序以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)儀表系統(tǒng)的監(jiān)控， 同時(shí)在設(shè)備窗口中完成設(shè)備通道連接設(shè)置。 3：測(cè)試設(shè)備的工作狀態(tài)。而且在液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，對(duì)于主參數(shù)下水箱液位的質(zhì)量指標(biāo)要求較高，對(duì)副參數(shù)上水箱液位沒有嚴(yán)格的要求。 圖 下水箱液位階躍響應(yīng)曲線 結(jié)果分析：儀表系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)儀表為反作用調(diào)節(jié)方式，輸入增大時(shí)，輸出趨向減小。 ICP7000系列采集模塊的作用是將傳感器檢測(cè)到的被控參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)通過 A/D轉(zhuǎn)換送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)同時(shí)也將通過控制運(yùn)算發(fā)出的控制信號(hào)通過 D/A轉(zhuǎn)換發(fā)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥、變頻器）。 在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集過程控制系統(tǒng)，將使用 ICP7017數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)模擬量輸入通道的功能。 7024D/A 轉(zhuǎn)換模塊技術(shù)指標(biāo)： 模擬量輸出類型： V,mA.