【正文】 圖 42 組態(tài) 圖 儀器 參數(shù) 清單 儀器 清單表 如下圖 所示： 名稱 數(shù)據(jù)類型 功能描述 FV101 調(diào)節(jié)閥 I/O 實(shí)型 顯示調(diào)節(jié)器輸出值 MV LT103 液位變送器 I/O 實(shí)型 顯示水箱液位值（調(diào)節(jié)器 PV） SP 調(diào)節(jié)器設(shè)定值 I/O 實(shí)型 調(diào)節(jié)器自動(dòng)狀態(tài)些可改寫，同時(shí)讓手動(dòng)輸出值跟中這個(gè)數(shù)值 P 調(diào)節(jié)器比例系數(shù) I/O 實(shí)型 可改寫 I 調(diào)節(jié)器比例系數(shù) I/O 實(shí)型 可改寫 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 28 D 調(diào)節(jié)器微分系數(shù) I/O 實(shí)型 可改寫 手動(dòng) /自動(dòng) PID 調(diào)節(jié)器狀態(tài) I/O 實(shí)型 點(diǎn)擊，調(diào)節(jié)器狀態(tài)切換 M/MV PID 調(diào)節(jié)器手動(dòng) 輸出值 I/O 實(shí)型 調(diào)節(jié)器手動(dòng)狀態(tài)下，點(diǎn)擊則彈出輸入對(duì)話框（改變調(diào)節(jié)器輸出值），自動(dòng)狀態(tài)跟隨調(diào)節(jié)器輸出值 操作過(guò)程和調(diào)試 ，下裝調(diào)試；編寫測(cè)試組態(tài)工程，連接控制器，進(jìn)行 聯(lián)合調(diào)試。 新建畫面 進(jìn)入組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)后，就可以為每個(gè)工程建立數(shù)目不限的的畫面，在每個(gè)畫面上生成互相關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)圖形對(duì)象。一般 PLC 默認(rèn)的地址（即站號(hào)）為 2，槽號(hào)為 2，故將組態(tài)王設(shè)備地址定義為 后點(diǎn)擊下一步→完成 。 工程瀏覽器是組態(tài)王的一個(gè)重要組成部分，他將圖形畫面、命令語(yǔ)言、設(shè)備雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 驅(qū)動(dòng)程序、配方、報(bào)警、網(wǎng)絡(luò)等工程元素集中管理，工程人員可以一目了然地查看工程的各個(gè)組成部分。 第二步： 設(shè)置端口、 添加工程變量 并定義數(shù)據(jù)庫(kù) 添加工程中需要的硬件設(shè)備和工程中使用的變量，包括內(nèi)存變量和 I/O 變量。 (2)該系統(tǒng)是中文界面 ,具有 人機(jī)界面 友好、結(jié)果可視化的優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@ 樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。如圖313 所示。 （ 3）背景數(shù)據(jù)塊：它是直接附屬于某邏輯塊，例如，功能塊。生成項(xiàng)目時(shí)會(huì)再塊文件夾中自動(dòng)生成一個(gè)空的組織塊 OB1。如下圖所示： 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 圖 311 組織快命名 圖中清晰地顯示了項(xiàng)目的分層結(jié)構(gòu)。如 下圖 所示： 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7 圖 31 CPU 模塊 S7300編程 S7300 編程主要分為：創(chuàng)建工程、硬件組態(tài)、程序編寫三個(gè)方面。 （ 5）功能模塊（ FM） 用于進(jìn)行復(fù)雜的、重要的但獨(dú)立于 CPU 的過(guò)程，如：計(jì)算、位置控制和閉環(huán)控制。 （ 2）中央處理器（ CPU） CPU 存儲(chǔ)并處理用戶程序，為模塊分配參數(shù)，通過(guò)嵌入的 MPI 總線處理編程設(shè)備和 PC、模塊、其它站點(diǎn)之間的通訊，并可以為進(jìn)行 DP主站或從站操作裝配一個(gè)集成的 DP接口。Ｋ p 太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例 +微分 (PD)控制器能改善系統(tǒng)在 調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。 PID控制，實(shí)際中也有 PI和 PD 控制。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。 實(shí)驗(yàn)最終結(jié)果是通過(guò)對(duì)水箱開度和 P、 I、 D 三個(gè)參數(shù)的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱液位 的控制。以液位過(guò)程構(gòu)成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可靈活地進(jìn)行過(guò)程組態(tài)，實(shí)施各種不同的控制方案，可以構(gòu)成一階系統(tǒng)，二階系統(tǒng)、三階系統(tǒng)和雙入雙出系統(tǒng)。一方面希望可靠性、實(shí)施性強(qiáng)，界面友好，操作簡(jiǎn)單，另一方面又要求開發(fā)周期短，系統(tǒng)便于升級(jí)改造。我們今天所熟知的 PID 控制器產(chǎn)生并發(fā)展于 19151940 年期間。一般的過(guò)程控制系統(tǒng)通常采用反饋控制的形式，這是過(guò)程控制的主要方式。本例為定值自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)， FV101 為操縱變量，LT103 為被控變量，采用 PID 調(diào)節(jié)來(lái)完成。 2． 本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題、解決的思路及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析 液位控制問(wèn)題是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的一類常見(jiàn)問(wèn)題，例如在飲料、食品加工，溶液過(guò)濾，化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過(guò)程中都需要對(duì)液位進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂啤? 本課題液位控制在是采用調(diào)節(jié)閥來(lái)控制液位的，現(xiàn)在世界上液位控制的方法 基于 A3000 的豎直雙容下水箱液位調(diào)節(jié)閥 PID 控制大體可以分為三種分別是非調(diào)節(jié)的開 /關(guān)液位控制、可調(diào)的開 /關(guān)液位控制、調(diào)節(jié)型液位控制。 PID 控制器作為早實(shí) 用化的控制器已有 70 多年歷史，它的算法簡(jiǎn)單易懂、使用中參數(shù)容易整定，也 正是由于這些優(yōu)點(diǎn)， PID 控制器現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。 會(huì)用 S7300 編程，具有一定的編程能力。 本人完全清楚本聲明的法律后果，申請(qǐng)學(xué)位論文和資料若有不實(shí)之處，本人愿承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任 。 [3]A3000 過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)指導(dǎo)書 .清華大學(xué)深圳研究院工程教育中心， 2020。 1953 年 Cohen 和 Coon 繼承和發(fā)展了 ZN 公式，同時(shí)也提出了一種考慮 被控過(guò)程時(shí)滯大小的 CohenCoon 整定公式。由于液體本身的屬性及控制機(jī)構(gòu) (電機(jī)、閥門等 )摩擦等因素的影響，控制對(duì)象具有一定純滯后和容量滯后的特點(diǎn)，水位上升的過(guò)程緩慢，呈現(xiàn)非線性。雙容水槽液位控制系統(tǒng)是一類典型的控制實(shí)驗(yàn)設(shè)備，它具有非線性、強(qiáng)耦合和滯后性的特點(diǎn)，可用于檢驗(yàn)各種控制理論在非線性、滯后系統(tǒng)中的應(yīng)用效果。 西安郵電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )成績(jī)?cè)u(píng)定表 學(xué)生姓名 郭珂 性別 男 學(xué)號(hào) 06071090 專業(yè)班級(jí) 自動(dòng) 0703 班 課題名稱 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 課題 類型 實(shí)際 應(yīng)用 難度 一 般 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間 2020 年 1 月 10 日 ～ 6 月 17 日 指導(dǎo)教師 沈建冬 (職稱 講師 ) 課題任務(wù) 完成情況 論 文 (千字 )； 設(shè)計(jì)、計(jì)算說(shuō) 明書 (千字 )； 圖紙 (張 )； 其它 (含附 件 )： 指導(dǎo)教師意見(jiàn) 分項(xiàng)得分：開題調(diào)研論證 分； 課題質(zhì)量（論文內(nèi)容） 分； 創(chuàng)新 分； 論文撰寫（規(guī)范） 分； 學(xué)習(xí)態(tài)度 分； 外文翻譯 分 指導(dǎo)教師審閱成績(jī)： 指導(dǎo)教師 (簽字 )： 年 月 日 評(píng) 閱 教 師 意見(jiàn) 分項(xiàng)得分：選題 分； 開題調(diào)研論證 分； 課題質(zhì)量（論文內(nèi)容） 分； 創(chuàng)新 分； 論文撰寫（規(guī)范） 分； 外文翻譯 分 評(píng)閱成績(jī)： 評(píng)閱教師 (簽字 )： 年 月 日 驗(yàn)收小組意見(jiàn) 分項(xiàng)得分：準(zhǔn)備情況 分； 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）質(zhì)量 分； （操作）回 答問(wèn)題 分 驗(yàn)收成績(jī)： 驗(yàn)收教師 (組長(zhǎng) )(簽字 )： 年 月 日 答 辯 小組 意 見(jiàn) 分項(xiàng)得分：準(zhǔn)備情況 分； 陳述情況 分； 回答問(wèn)題 分； 儀表 分 答辯成績(jī)： 答辯小組組長(zhǎng) (簽字 )： 年 月 日 成績(jī)計(jì)算方法 (填寫本系實(shí)用比例 ) 指導(dǎo)教師成績(jī) (％ ) 評(píng)閱成績(jī) (％ ) 驗(yàn)收成績(jī) (％ ) 答辯成績(jī) (％ ) 學(xué)生實(shí)得成績(jī) (百分制 ) 指導(dǎo) 教師成績(jī) 評(píng)閱成績(jī) 驗(yàn)收成績(jī) 答辯成績(jī) 總評(píng) 答辯委員會(huì)意見(jiàn) 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )總評(píng)成績(jī) (等級(jí) )： 答辯委員會(huì)主任 (簽字 )： 院（系） (簽章 ) 年 月 日 備 注 西安郵電學(xué)院畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )成績(jī)?cè)u(píng)定表 (續(xù)表 ) 目錄 摘要 .................................................................................................................................I Abstract .......................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。對(duì)于液位控制系統(tǒng)，常規(guī)的 PID 控制采用固定的參數(shù)，難以保證控制適應(yīng)系統(tǒng)的參數(shù)變化和工作條件變化，得不到理想效果，模糊控制具有對(duì)參數(shù)變化不敏感和魯棒性強(qiáng)等特征，但控制精度不太理想。 PID 的發(fā)展過(guò)程，很大程度上是它的參數(shù)整定方法和參數(shù)自適應(yīng)方法的研究過(guò)程。它為用戶提供了多種通用工具模塊，用戶不需要掌握太多的編程語(yǔ)言技術(shù)，就能很好地完成一個(gè)復(fù)雜工程所要求的多個(gè)功能。 本論文的研究?jī)?nèi)容 本次實(shí)驗(yàn)所用的 A3000 過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 是以工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)備為背景，以 自動(dòng)化教學(xué)要求和自動(dòng)化工程師認(rèn)證技能測(cè)試要求為依據(jù)推出的實(shí)驗(yàn)、培訓(xùn)和測(cè) 試平臺(tái)。智能 控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。有利用 PID 控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制 器，能實(shí)現(xiàn) PID 控制功能的可編程控制器 (PLC)，還有可實(shí)現(xiàn) PID 控制的 PC系統(tǒng)等等。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。 微分（ D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 PID 調(diào)節(jié)規(guī)律是 連續(xù)雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5 系統(tǒng) 動(dòng)態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法，它的參數(shù)整定方式簡(jiǎn)便，結(jié)構(gòu)改變靈活（ PI、PD、 ? ）。 (2) 積分控制Ｔｉ對(duì)系統(tǒng)性能的影響 積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，Ｔｉ?。ǚe分作用強(qiáng)）會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。不同型號(hào)的接口模塊可支持機(jī)架擴(kuò)展或 PROFIBUS DP連接。 需要說(shuō)明的是，每個(gè)機(jī)架最多只能安裝 8 個(gè)信號(hào)模塊、功能模塊或通訊模塊。 圖 34 新 建 工程 在新工程中建立 SIMATIC S7300站?！?S7 程序（ 1）”文件夾是編寫程序的起點(diǎn)， 所有的軟件均存放在該文件夾中。 如下圖所示： 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13 圖 312 編寫完成的模塊圖 編寫程序 Step 7 將用戶程序指令存放在“塊”中。 本課題所涉及的邏輯塊如下圖所示： 圖 313 程序塊 程序框圖如下圖所示： 圖 314 程序框圖 輸入 FC201： 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14 液位 LT103 是 4～ 20mA 信號(hào)，被 SM334 模擬量輸入輸出模塊采集后，數(shù)據(jù)范圍是 5530～ 27648。 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 16 輸出 FC202： 模擬量輸入是把 Word 格式的（ 5530～ 27648）數(shù)據(jù)輸入成為（ 0～ 100） Real值。通過(guò)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 (2)數(shù)據(jù) ,就是創(chuàng)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫(kù) ,并用此數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量描述工控對(duì)象的各種屬性 ,比如水位、流量等。 第五步：進(jìn)行運(yùn)行系統(tǒng)的配置 對(duì)運(yùn)行系統(tǒng)、報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)記錄、網(wǎng)絡(luò)、用戶等進(jìn)行設(shè)置，使系統(tǒng)完成用于現(xiàn)場(chǎng)前的必備工作。如圖所示： 圖 319 選擇廠家、設(shè)備名稱、通訊方式 單擊“下一步”， 為設(shè)備選擇連接串口，現(xiàn)今的電腦通常只有一個(gè)串口，為COM1。 選擇左側(cè)目錄：“數(shù)據(jù)庫(kù)”→“ 數(shù)據(jù)詞典 ” ，出現(xiàn)如下圖所示窗口。 在工程瀏覽器左上方點(diǎn)擊“文件”→“畫面”，在右側(cè)出現(xiàn)一個(gè) “ 新建 ” 圖標(biāo)如下圖所示： 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 25 圖 324 新建畫面 運(yùn)用組態(tài)王軟件提供的工具進(jìn)行繪圖， 最終組態(tài)圖如下圖所示： 圖 325 最終 組態(tài)圖 建立動(dòng)畫鏈接 定義動(dòng)畫鏈接是指在畫面的圖形對(duì)象與數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)變量之間建立一種關(guān)系，當(dāng)變量的值改變時(shí)，在畫面上以圖形對(duì)象的動(dòng)畫效果表示出來(lái)；或者由軟件使用者通過(guò)圖形對(duì)象改變數(shù)據(jù)變量的值。其余閥門關(guān)閉。 ，啟動(dòng)組態(tài)軟件，進(jìn)入測(cè)試項(xiàng)目界面。 實(shí)驗(yàn)曲線如下圖所示： 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 31 圖 45 尋找水箱開度 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析： 本 次試驗(yàn) 調(diào)節(jié)閥曲線慢慢趨于穩(wěn)定，但當(dāng)液位設(shè)定值調(diào)到 SP=30 時(shí)液位高度曲線依舊維持在之前狀態(tài)，結(jié)果不太理想