【正文】 圖 61 運(yùn)行界面對水箱液位執(zhí)行設(shè)置，待水箱液位穩(wěn)定后改變水箱液位設(shè)定值，記錄水箱的液位曲線圖，如圖 42 所示。 圖 52 建立組態(tài)工程（3）界面開發(fā)點(diǎn)擊項(xiàng)目進(jìn)入工程瀏覽器，點(diǎn)擊畫面并新建系統(tǒng)所需的界面。另外，提供報(bào)表模板，方便用戶調(diào)入其它的表格。 組態(tài)王人機(jī)界面開發(fā) 組態(tài)王簡介組態(tài)王（Kingview）是由北京亞控公司開發(fā)，在 PC 機(jī)上建立工業(yè)控制對象人機(jī)接口的一種智能軟件包，它以 Window2022/WindowXP/WindowNT 中文操作系統(tǒng)作為其操作平臺(tái)，充分利用了 Windows 圖形功能設(shè)備，界面一致性好，易學(xué)易用等特點(diǎn)，具有功能完備的人機(jī)接口界面和面向?qū)ο蟮膱D形開發(fā)環(huán)境，便于高效，快捷地把整個(gè)工藝過程構(gòu)成監(jiān)控畫面，以動(dòng)畫的形式顯示各個(gè)控制設(shè)備的狀態(tài)，在報(bào)警和歷史趨勢方面的功能，方便了對系統(tǒng)的監(jiān)控，具有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)功能。若在用戶程序中設(shè)置了中斷, 在中斷到達(dá)時(shí)PLC 會(huì)中斷此循環(huán),自動(dòng)轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷組織塊執(zhí)行中斷程序。 表41 輸入?yún)?shù)參數(shù) 數(shù)據(jù)類型 數(shù)據(jù)范圍 默認(rèn)值 描述COM_RST BOOL FALSE 完全重啟，當(dāng)為真時(shí)執(zhí)行重啟程序 MAN_ON BOOL TRUE 手動(dòng)操作，若為真，控制環(huán)中斷，操作值手動(dòng)設(shè)定 PVPER_ON BOOL FALSE 過程變量直接從外設(shè)輸入 P_SEL BOOL TRUE 為真則比例控制起作用 I_SEL BOOL TRUE 為真則積分控制起作用 D_SEL BOOL FALSE 為真則微分控制起作用 INT_HOLD BOOL FALSE 為真則積分控制的輸出不變 I_ITL_ON BOOL FALSE 為真，使積分器的輸出為I_ITLVAL CYCLE TIME =1ms T1s 采樣時(shí)間 SP_INT REAL 100~100%或者物理量 內(nèi)部的給定點(diǎn)的輸入值 PV_IN REAL 100~100%或者物理量 過程變量以浮點(diǎn)形式輸入的值 PV_PER WORD W160000 過程變量從外設(shè)直接輸入的值 MAN REAL 100~100%或者物理量 通過這個(gè)參數(shù)設(shè)定手動(dòng)操作的值 GAIN REAL 比例控制增益 TI TIME =CYCLE T20s 決定積分器的響應(yīng)時(shí)間 TD TIME =CYCLE T10s 微分時(shí)間 TM_LAG TIME =CYCLE/2 T2s 微分器的延遲時(shí)間 LMN_HLM REAL 操作值的最高限 LMN_LLM REAL 操作值的最低限 PV_FAC REAL 過程變量因子，調(diào)整過程變量的范圍 PV_OFF REAL 過程變量偏置，調(diào)整過程變量的范圍 LMN_FAC REAL 操作值因子，調(diào)整操作值的范圍 LMN_OFF REAL 操作值偏置，調(diào)整操作值的范圍 I_ITLVAL REAL 100~100%或者物理量 積分器的初始化值 DISV REAL 100~100%或者物理量 輸入的擾動(dòng)變量 DEADE_W REAL 100~100%或者物理量 死區(qū)寬度 控制程序設(shè)計(jì)按照系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求和系統(tǒng)實(shí)際情況，利用STEP7 編寫控制程序。 圖 45 智能儀表單容水箱液位控制系統(tǒng)接線圖 接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V 開關(guān)電源，給壓力變送器上電，按下啟動(dòng)按鈕，合上單相Ⅰ、單相Ⅲ空氣開關(guān)，給智能儀表及電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上電。 圖43 S7300PLC掛件 檢測裝置壓力傳感器、變送器：壓力傳感器用來對上、中、下水箱的液位進(jìn)行檢測，其量程為0～5KP， 級。也可由坐標(biāo)原點(diǎn)對響應(yīng)曲線作切線OA，切線與穩(wěn)態(tài)值交點(diǎn)A 所對應(yīng)的時(shí)間就是該時(shí)間常數(shù)T，由響應(yīng)曲線求得K和T后，就能求得單容水箱的傳遞函數(shù)?；谝陨显砼c方法，Ziegler 和 Nichols 提出了除利用階躍響應(yīng)法外的另一種 PID 參數(shù)整定方法——頻率響應(yīng)法。首先，對于參數(shù) 和 的獲取需要花費(fèi)大量的調(diào)試時(shí)間；uKT其次，現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)中存在的不確定影響會(huì)給試驗(yàn)數(shù)據(jù)帶來一定甚至關(guān)鍵的噪聲，從影響最終的控制品質(zhì)；最后，對于那些不允許做臨界振蕩實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)，臨界比例度法根本無法應(yīng)用，否則就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰。但是微分作用對噪聲干擾有放大作用，而這是我們在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)不希望看到的。cKiTdPID 控制器的另一種表示方式也比較常見，稱為并行結(jié)構(gòu)（Parallel form），如下所示：PID 被控對象給定值 被控參數(shù)+d+e uPVSVsKsGdip??)( （32）其時(shí)域輸出方程為： dtetettuip )()()()(?（33）式（31）與式（32）實(shí)際上可以互相轉(zhuǎn)換，兩者參數(shù)間的關(guān)系如下所式：， ， （34）pcK?ciiTdcK?此時(shí)，模型的積分時(shí)間和微分時(shí)間也相應(yīng)改變，分別為： ，1iKd PID 控制器各參數(shù)的作用PID 控制器包括積分、比例、微分三個(gè)部分，分別代表過去，現(xiàn)在，還有未來的控制作用，相應(yīng)的控制參數(shù),以式（31）為例，比例增益 、積分時(shí)間cK、微分時(shí)間 的取值影響到系統(tǒng)控制效果的好壞。輸入/輸出單元從廣義上分包含兩部分：與被控設(shè)備相連接的接口電路；輸入輸出的映像寄存器。PLC 的容量主要指其輸入/輸出點(diǎn)數(shù)。 可編程控制器基礎(chǔ)PLC 即可編程邏輯控制器，英文全稱是 Programmable Logic Controller，是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。第六章，介紹了系統(tǒng)的測試及應(yīng)用。近幾十年來，在自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國外液位控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，美國、德國、日本等技術(shù)領(lǐng)先國家，生產(chǎn)開發(fā)出一系列性能優(yōu)異、實(shí)用性強(qiáng)的液位控制器以及相應(yīng)的儀器儀表，并廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域。利用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)人機(jī)界面，通過串行口和可編程控制器通信，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與處理。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。智能化、自適應(yīng)的控制系統(tǒng)，國內(nèi)還沒有相關(guān)的成熟技術(shù)。 我國的儀表行業(yè)由于起步晚、水平低，與發(fā)達(dá)國家相比差距較大。20 世紀(jì) 60 年代末，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，各生產(chǎn)廠家汽車型號不斷更新，它必然要求加工的生產(chǎn)線亦隨之改變，以及對整個(gè)控制系統(tǒng)重新配置，這樣，繼電器控制系統(tǒng)就需要經(jīng)常更新和安裝，阻礙了更新周期的縮短。按 PLC 功能上的強(qiáng)弱可分為低檔機(jī)，中檔機(jī)，高檔機(jī)。 S7300 型 PLC 的特性S7300PLC 是西門子公司的中型 PLC，最多可以擴(kuò)展 32 個(gè)模塊。從原理上看，只要控制系統(tǒng)存在動(dòng)態(tài)誤差，積分調(diào)節(jié)就產(chǎn)生作用，直至無差，積分作用就停止，此時(shí)積分調(diào)節(jié)的輸出為常數(shù)。在曲線上最大斜率點(diǎn) P 處作切線，F(xiàn)OPDT 模型的參數(shù)如圖 32 所示。對于線性時(shí)不變系統(tǒng)，如果輸入信號是正弦信號，則穩(wěn)定后輸出信號為同頻率的正弦信號，只有幅度和相位發(fā)生變化。一種是分析法，即根據(jù)過程的機(jī)理，物料或能量平衡關(guān)系求得它的數(shù)學(xué)模型；另一種是用實(shí)驗(yàn)的方法確定。AI818 型儀表為PID 控制型，輸出為4～20mADC 信號；而AI708 型儀表為位式控制型，輸出為繼電器觸點(diǎn)型開關(guān)量信號。具有精度高、技術(shù)先進(jìn)、體積小、重量輕、推動(dòng)力大、功能強(qiáng)、控制單元與電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化、可靠性高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，電源為單相220V，控制信號為4～20mADC 或1～5VDC，輸出為4～20mADC的閥位信號，使用和校正非常方便。 h 10 5 t/min 0 2 4 圖 46： 單容水箱液位測量曲線 S7300PLC 控制 將“SA41 S7300PLC 控制”掛件掛到屏上，并用MPI 通訊電纜線將S7300PLC 連接到計(jì)算機(jī)CP5611 專用網(wǎng)卡，并按照下圖47控制屏接線圖連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。在S7 系列 PLC 的CPU 中, 有兩種不同的程序總被執(zhí)行 : 操作系統(tǒng)和用戶程序。Inputdelay39。 工程瀏覽器：工程瀏覽器是一個(gè)工程開發(fā)設(shè)計(jì)工具，用于創(chuàng)建監(jiān)控畫面、監(jiān)控的設(shè)備及相關(guān)變量、動(dòng)畫鏈接、命令語言以及設(shè)定運(yùn)行系統(tǒng)配置等的系統(tǒng)組態(tài)工具。 組態(tài)王開發(fā)如表 51 所示為控制系統(tǒng)接線表 表 51 控制系統(tǒng)接線表測量或控制量 測量或控制量標(biāo)號 使用 PLC 端口 使用智能儀表端口下水箱液位 LT3 AI0 AI0電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 QSVP16K AO0 AO0熟悉單容水箱的工作原理以后就可以確定在組態(tài)王中的變量，由于我們控制的主要的是單容水箱中的液位，所以水箱液位就可以確定一個(gè)變量，設(shè)為I/O 實(shí)型。如圖 55 所示?；谥悄軆x表、PLC 與 HMI 組成的液位控制系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)，控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)用性很強(qiáng)，可以應(yīng)用于大量類似的液位控制場合。 圖 59 報(bào)警設(shè)置菜單設(shè)置：雙擊圖標(biāo)出現(xiàn)菜單定義窗口，如圖 510 所示設(shè)置。由于創(chuàng)建方法基本相同，故這里不再詳細(xì)介紹了。在定義數(shù)據(jù)庫變量時(shí)，只要把 I/O 變量連接到外部設(shè)備上，按照設(shè)備安裝向?qū)У奶崾揪涂梢酝瓿稍O(shè)備的配置工作，就可以和組態(tài)王交換數(shù)據(jù)了。目前的很多自動(dòng)控制系統(tǒng)中,常常選用 PLC 作為的控制設(shè)備,用于數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)判別和輸出控制。現(xiàn)在普遍使用的是結(jié)構(gòu)化編程, 即將復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)分解為能夠反映過程的工藝、功能或可以反復(fù)使用的小任務(wù), 并將相應(yīng)的程序分別編在不同的程序塊(OB , FC 或FB) 中。因?yàn)樵诒驹O(shè)計(jì)方案中要多次用到PID 連續(xù)量控制, 故這里有必要對FB41作些簡要介紹。電磁閥型號為：2W16025 ；工作壓力：最小壓力為0Kg/㎝ 2 ，最大壓力為7Kg/㎝2；工作溫度：－5～80℃；工作電壓：24VDC。在本裝置中采用了S7300PLC控制系統(tǒng)，使用SA41S7300PLC可編程控制器掛件。在平衡時(shí)，Q 1=Q2， ；0?dth當(dāng)Q1發(fā)生變化時(shí)，液位h 隨之變化，水箱出口處的靜壓也隨之變化，Q 2也發(fā)生變化。簡單起見180?o假設(shè)設(shè)定值SV=0。這種方法不像飛升曲線法那樣依賴于對象的數(shù)學(xué)模型，而是通過實(shí)驗(yàn)由經(jīng)驗(yàn)公式得到 PID 控制器的最優(yōu)整定參數(shù)。直觀而言，微分作用能在偏差還沒有形成之前，就已經(jīng)消除偏差。 PID 控制器PID 控制技術(shù)是在反饋思想被實(shí)際應(yīng)用以后在工業(yè)應(yīng)中發(fā)展起來的。它的功能是接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。我國從 1974 年開始研制，于 1977 年開始工業(yè)應(yīng)用 [1]。智能儀表的工作過程如下：輸入信號要經(jīng)過開關(guān)量輸入電路或模擬量輸入電路進(jìn)行變換、放大、整形、補(bǔ)償?shù)忍幚怼５诙?，簡單概述了智能儀表以及 PLC 的基本概念以及結(jié)構(gòu)功能等基礎(chǔ)內(nèi)容。 液位控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r 近幾十年來，控制系統(tǒng)已被廣泛使用，在起研究和發(fā)展上也已趨于完備，控制的概念更是應(yīng)用在許多生活周遭的事物。本 科 生 畢 業(yè) 論 文（設(shè)計(jì)） 題 目：基于智能儀表和 PLC 的液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，引起了儀表結(jié)構(gòu)的根本性變革，以微型計(jì)算機(jī)（單片機(jī)）為主體，將計(jì)算機(jī)技術(shù)和檢測技術(shù)有機(jī)結(jié)合，組成新一代“智能化儀表” ，在測量過程自動(dòng)化、測量數(shù)據(jù)處理及功能多樣化方面與傳統(tǒng)儀表的常規(guī)測量電路相比較，取得了巨大進(jìn)展。目前常用的可編程控制器中，西門子公司的 S7300PLC 以其編程軟件 STEP7 的簡潔易用和通信網(wǎng)絡(luò)的功能強(qiáng)大得到業(yè)內(nèi)人士的普遍認(rèn)可。從整體上分析和研究了控制系統(tǒng)的硬件配置，控制對象數(shù)學(xué)模型的建立，控制算法的選擇和參數(shù)的整定，人機(jī)界面的設(shè)計(jì)等，具體有以下幾方面的內(nèi)容：第一章，對液位控制系統(tǒng)應(yīng)用的背景進(jìn)行了闡述，并說明了智能儀表和 PLC 在工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r，指出了本文的研究意義所在。智能儀表的軟件，包括監(jiān)控程序、中斷服務(wù)程序以及實(shí)現(xiàn)各種算法的功能模塊。1973 年西歐國家也研制出它們的第一臺(tái) PLC。CPU 通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入輸出接口電路相連接。然后根據(jù)所要求的性能指標(biāo)確定控制器的參數(shù)值。微分作用能反映系統(tǒng)偏差的變化律，預(yù)見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用。（2）臨界振蕩法（臨界比例度法）1942 年，Ziegler 和 Nichols 提出的另一種參數(shù)整定方法叫臨界比例度法。調(diào)節(jié)比例增益使系統(tǒng)達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)，這時(shí)控制信號與過程輸出都是正弦信