【正文】 1 TL 1 CL 2 Cs p 圖 液位控制系統(tǒng)工藝流程圖 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定是過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容之一。 實(shí)施 在選定控制算法后， 便可設(shè)計(jì) 串級 PID 控制 算法，其 計(jì)算順序是先主回路后副回路，計(jì)算步驟 為 ： (1)計(jì)算主回路的偏差 )()()( 111 kykrke ?? 式 (34) (2)計(jì)算主調(diào)節(jié)器的位置輸出 )]2()1(2)([)()]1()([)1( )()1()( 1111111111 111 ??????????? ???? kekekeKkeKkekeKku kukuku dip 式 (35) (3)計(jì)算副回路的偏差 )()()(212 kykuke ?? 式 (36) (4)計(jì)算副調(diào)節(jié)器的位置輸出 )]2()1(2)([)()]1()([)1( )()1()( 2222222222 222 ??????????? ???? kekekeKkeKkekeKku kukuku dip 式 (37) (5) 在擾動大的場合，可能導(dǎo)致計(jì)算機(jī)的輸出突然大范圍跳動， 超過執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作范圍 ， 不利于安全操作。其具體表達(dá)式如下： )]2()1(2)([)()]1()([ )1()()( ????????? ???? kekekeKkeKkekeK kukuku dip 式 (31) 式中， △ u(k)對應(yīng)于兩次采樣時(shí)間間隔內(nèi)控制閥開度的變化量，可通過步進(jìn)電動機(jī)等累積機(jī)構(gòu)，將其轉(zhuǎn)換成模擬量。只有根據(jù)被控對象的特性，合理選擇比例度、積分時(shí)間和微分 時(shí)間，才能獲得較高的控制質(zhì)量。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)。 積分 (I)控制：控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。 PID 控制規(guī)律 以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。 另外 ，對于選用的主參數(shù)必須具有足夠的靈敏度，并符合工藝過程的合理性。主調(diào)節(jié)器具有自己獨(dú)立的設(shè)定值，它的輸出作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，而副調(diào)節(jié)器的輸出信號則是送到調(diào)節(jié)閥去控制生產(chǎn)過程。 若按單回路方法設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，則因作用于系統(tǒng)的擾動要經(jīng)過一個(gè)滯后時(shí)間才能使被控量有所反應(yīng)，而調(diào)節(jié)器的控制作用又不能及時(shí)反映出來，因此將導(dǎo)致控制過頭，產(chǎn)生 振蕩 。解析法建模的一般步驟為： ① 明確過程的輸出變量、輸入變量和其他中間變量； ② 依據(jù)過程的內(nèi)在機(jī)理和有關(guān)定理、定律以及公式列寫靜態(tài)方程或動態(tài)方程； ③ 消去中間變量，求取輸入、輸出變量的關(guān)系方程； ④ 將其簡化成控制要求的某種形式，如高階微分（差分）方程或傳遞函數(shù) （脈沖傳遞函數(shù)）等。 整個(gè)液位控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 實(shí)際生產(chǎn)過程的動態(tài)特性非常復(fù)雜，往往需要作很多近似處理?；蛘哒f是描述被控過程因輸人作用導(dǎo)致輸出量 (被控變量 )變化的數(shù)學(xué)表達(dá)式。我們還可以通過經(jīng)典的 PID 控制器設(shè)計(jì)與調(diào)試，進(jìn)行智能控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)與研究。 8017 是 A/D 模塊， 8通道模擬輸入模塊。 水泵 選用 上海凱士循環(huán)水泵，噪音低、壽命長、功耗小、 AC380V 供電。 圖 模式選擇頻率與設(shè)定值 顯示內(nèi)控頻率設(shè)定與參數(shù)設(shè)定電位器參數(shù)設(shè)置確認(rèn)鍵停止鍵運(yùn)行鍵內(nèi)控、外控設(shè)定按鈕S500三菱變頻器M ale S etS t opRunEXTPUEXTPURUN 變頻器的基本操作： (1) 合上控制對象上的電源 (2) 把 PCTET02 面板上的內(nèi)外控開關(guān)打到內(nèi)控狀態(tài)， 按下設(shè)置 PU 燈亮 (3) 設(shè)置參數(shù)如下 ： C5=15 P21=3 P30=1 P39=80 P53=1 P59=1 P60=4 P61=4 P62=4 P63=4 (4) 按 “ PU/EXT” 按鈕設(shè)置 EXT 燈亮，把 PCTET02面板上的內(nèi) /外控開關(guān)打到 “ 外控 ”， 狀態(tài)，在 PCTET02面板上變頻器輸入端子上輸入 4～ 20mA 電流即控制變頻器的頻率 設(shè)定值。 電動調(diào)節(jié)閥為 美國霍尼威爾的智能電動調(diào)節(jié)閥，具有精度高、技術(shù)先進(jìn)、體積小、重量輕、推動力大、功能強(qiáng)、控制單元與電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化，可靠性高、操作方便，并可與計(jì)算機(jī)配套使用，組成最佳調(diào)節(jié)回路。 下面就本設(shè)計(jì)所用到的設(shè)備及模塊做簡單介紹。 利用 PCT 試驗(yàn)臺上的 系列儀表和牛頓模塊結(jié)合計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，在組態(tài)軟件下編程 并且通過調(diào)整和改進(jìn)控制算法，從而實(shí)現(xiàn)雙容水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。最近幾年，國內(nèi)一些控制領(lǐng)域已接近甚至超越了國際水平，然而，就先進(jìn)理論應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)等 領(lǐng)域的狀況來講，與發(fā)達(dá)國家相比卻存在較大差距。在人們的生活中以 及某些化工和能源的生產(chǎn)過程中，常常涉及一些液位或流量控制的問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對過程參數(shù)的無穩(wěn)態(tài)誤差控制，具有良好的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能。通過對雙容水箱液位控制系統(tǒng)的分析建模，針對其對象特性，采用串級 PID 控制方式，構(gòu)成了以上水箱液位為副調(diào)節(jié)參數(shù)、下水箱液位為主調(diào)節(jié)參數(shù)的液位串級控制系統(tǒng)，有效地克服了二次干擾以及雙容水箱的容量滯后等問題，從而縮短了調(diào)節(jié)時(shí)間。s PC to implement the interface configuration, operate water level realtime and monitor the system. In the control process does not require the next crew, edit dialog box to enter the PID control inside source through the software engineering group in the browser mand language to achieve direct control of the puter, through the RS232/485 converter and Newton module achieve the exchange of data between puter and field devices. And use the drive to work in the constant pressure water supply pumps in the state, through the electric control valve to achieve the control objectives. In twotank water level control system parameters adjustment, follow the principle of steady, accurate, fast in adjustment process to get appropriate parameters. The experimental results show that the system of process parameters to achieve steadystate errorfree control, with good steady state performance and dynamic performance. Keywords: Level。特別地，在出入液流量較大的情況下，為了平抑液位的變化，實(shí)際生產(chǎn)中往往選用多個(gè)互相連通的蓄液容器。 在過程工業(yè)中，被控量通常有以下四種 ： 液位、壓力、流 量、溫度，而液位不僅是工業(yè)過程中的常見參數(shù)，且便于直接觀察，也容易測量。掌握串級控制系統(tǒng)的特點(diǎn)、串級控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 思想 ，掌握串級控制主、 副控制回路的選擇。 工作槽：是為了我們 做 實(shí)驗(yàn)而用的，工作槽中有個(gè)排水口，這排水口在做實(shí)驗(yàn)時(shí)由一個(gè)有孔有機(jī)玻璃管插上，隨著工作槽水位的上升，工作槽的排水量也會增加，這樣就可以滿足一階、二階液位實(shí)驗(yàn)的要求。 壓力傳感器結(jié)構(gòu)原理和液位傳感器完全相同，其測量范圍為 0~100KP， 具體調(diào)試方法 與 液位傳感器調(diào)試方法 相同 。 ② 按變頻器上 PU 使 PU 燈亮 。速度為 ，一個(gè) RS485網(wǎng)上可掛 256 個(gè)模塊， 3000V 隔離，支持多種速率多種數(shù)據(jù)格式。 液位控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖 所示。 液位控制 實(shí)驗(yàn) 裝置是過程控制 中 最常用的實(shí)驗(yàn)裝置，可在此裝置上探討、研究、開發(fā)各種新型控制算法，學(xué)習(xí)各種不同的控制方案，通過調(diào)試不同控制方案下的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，使我們能更清楚地了解工業(yè)過程控制中系統(tǒng)的投運(yùn)和整定方法。但從系統(tǒng)角度來看，無論是控制輸人還是擾動，都屬于輸入量，因?yàn)樗鼈兌紩绊戄敵龅淖兓y試法一般只用于建立輸入輸出模型。計(jì)算機(jī) 的輸出量用于控制電動調(diào)節(jié)閥的開度。 由 式 (22)和式 (24)消去 3q? 得： 223232 hqRdthdRC ????? 式 (27) 將其轉(zhuǎn)換為傳遞函數(shù)形式得： 11)( )()( 2 332 3222 ????? sT RsRC RsQ sHsG 式 (28) 由式 (26)和 式 (28)得： 111)()()( )()( )()( 2 31212212 ???????? sT RsTsGsGsQ sHsQ sQsG 式 (29) 由于被控對象含有延遲特性 ，所以雙容水箱的模型最終可用 一個(gè)二階慣性加純滯后環(huán)節(jié)來描述，即 ： 12() ( 1)( 1)sKeGsT s T s????? 式 (210) 雙容水箱液位控制系統(tǒng) 方案設(shè)計(jì) 首先要確定整個(gè)系統(tǒng)的自動化水平，然后才能進(jìn)行各個(gè)具體控制系統(tǒng)方案的討論確定。 而且由于該串聯(lián)式雙容 液位過程兩貯槽串 聯(lián)而存在容量滯后，這些因素致使單回路控制方案難以實(shí)施。 、副參數(shù)和主、副回路的選擇 串級控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是 主、 副參數(shù)的選擇和 主、 副回路的設(shè)計(jì)以及主、副回路關(guān)系的考慮 。 在副回路設(shè)計(jì)時(shí)，要充分發(fā)揮這一特點(diǎn)，把生產(chǎn)過程中的主要擾動 (并可能多的把其它一些擾動 )包括在副回路中，以盡量減少對主參數(shù)的影 響，提高主參數(shù)的控制質(zhì)量 。 以下就比例、積分、微分控制規(guī)律做簡要介紹。在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。但微分作用很容易放大高頻噪聲，降低系統(tǒng)的信噪比，從而使系統(tǒng)抑制干擾的能力下降。因此，主被控變量要求無余差，副被控變量卻允許在一定范圍內(nèi)變動。因此，在實(shí)際中較多使用該算法。 每個(gè)采樣周期計(jì)算一次，并將副調(diào)節(jié)器的輸出送 D/A 轉(zhuǎn)換器，經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換成模擬信號驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，去控制被控對象。由于不同的過程控制系統(tǒng)對控制品質(zhì)的要求有不同的側(cè)重 點(diǎn)，也有用系統(tǒng)響應(yīng)的平方誤差 積分 (ISE)、絕對誤差積分 (IAE)、時(shí)間乘以絕對誤差的積分 (ITAE)分別取極小作為指標(biāo)來整定調(diào)節(jié)器參數(shù)的。比例系數(shù)太小，又會使系統(tǒng)的動作遲緩。 從 PID 控制器的三個(gè)參數(shù)的作用可以看出三個(gè)參數(shù)直接影響控制效果的好壞 ， 所以要取得較好的控制效果 ， 就必須對比例、積分、微分三種控制作用進(jìn)行 調(diào)節(jié)。 表 采用臨界比例度法整定參數(shù) 2． 衰減曲線法 這種方法與臨界比例度法相類似，所不同的是無需出現(xiàn)等幅振蕩過程。具體做法是：對 圖 所示系統(tǒng)，先使系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài) ， 再在調(diào)節(jié)閥 Gv(S）的輸人端施加一個(gè)階躍信號，記錄下測量變送環(huán)節(jié) Gm（ S）的輸出響應(yīng)曲線 y(t)。 1．兩步整定法 兩步整定法是第一步整定副回路的副調(diào)節(jié)器，第二步整定主回路的主調(diào)節(jié)器的串級系統(tǒng)整定方法。 (4) 加干擾實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，觀察過程參數(shù)值，直至記錄曲線符合控制要求為止。 “ 監(jiān)控（ Supervisory Control） ” ，即 “ 監(jiān)視和控制 ” ，是指通過計(jì)算機(jī)信號對自動化設(shè)備或過程進(jìn)行監(jiān)視、控制和管理。該軟件包由工程管理器(ProjManager)、工程瀏覽器 (TouchExplorer)、畫面運(yùn)行系統(tǒng) (TouchView)三部分組 成。 圖 雙擊工程目錄顯示區(qū)中“設(shè)備”大綱項(xiàng)下面的“ COMl” 成員名，然后在出現(xiàn)的窗口中輸入串行通信口 COMl 的通信參數(shù) (如圖 所示 )：波特率為 9600b／ s，無 校驗(yàn)， 7 位數(shù)據(jù)位。 圖 變量定義 要在組態(tài)王中知道外部各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以及能夠輸出相應(yīng)的控制信號，都需要建立相應(yīng)的變量。在組態(tài)王中，各 變量可根據(jù)需要隨時(shí)定義，也可以隨時(shí)進(jìn)行變量的替換以及重命名。畫面上的大多數(shù)文字均是利用“文本”工具產(chǎn)生的 。單擊“工具箱“中的“按鈕”工具，然 后將鼠標(biāo)移動到畫面上的合適位置，拉出一個(gè)合適