【正文】 if(menuindex==2)showpicture(報(bào)警界面)44對(duì)其他的按鈕、畫面等的定義設(shè)置，均可按照上述方法來(lái)做，這里就不再詳細(xì)介紹。如圖 52 所示。 報(bào)表能夠進(jìn)行組態(tài)，例如有日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表、實(shí)時(shí)報(bào)表的組態(tài)，操作簡(jiǎn)單，功能齊全。33人機(jī)界面產(chǎn)品的基本功能：(1) 過(guò)程可視化(2) 操作員對(duì)過(guò)程的控制(3) 顯示報(bào)警(4) 數(shù)據(jù)歸檔(5) 報(bào)表系統(tǒng)(6) 配方管理系統(tǒng) 目前比較常用的組態(tài)軟件有西門子公司的 Winccflexible，以及國(guó)內(nèi)的MCGS、組態(tài)王等產(chǎn)品。程序在PLC 內(nèi)按箭頭所示方向循環(huán)執(zhí)行。FB41 (CONT 　C) 命名為continuous controller , 在S7300 PLC 中用于控制輸入和輸出量為連續(xù)信號(hào)的控制對(duì)象, 可以通過(guò)參數(shù)設(shè)置, 將其設(shè)定為P, PI 或PID 控制器, 也可以組成單獨(dú)的I 控制器和D 控制器。22 智能儀表控制 將“SA12 智能調(diào)節(jié)儀控制” 掛件掛到屏上，并將掛件的通訊線插頭插入屏內(nèi)RS485通訊口上，將控制屏右側(cè)RS485通訊線通過(guò)RS485/232 轉(zhuǎn)換器連接到計(jì)算機(jī)串口2，并按照?qǐng)D45的控制屏接線圖連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。圖42所示為S7300PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。將式(38)、式(39)經(jīng)拉氏變換并消去中間變量Q 2，即可得到單容水箱的數(shù)學(xué)模型為 （310）1)(10 ???TsKRCsQHW式中T為水箱的時(shí)間常數(shù)，T＝RC ；K為放大系數(shù)，K＝R ；C為水箱的容量系數(shù)。由此方程可知uK()uGj?。然后再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式得出相應(yīng)uT的 PID 參數(shù) [4]。dTd此外，微分作用反映的是變化率，當(dāng)偏差沒(méi)有變化時(shí)，微分作用的輸出為零。 PID 控制器的基本結(jié)構(gòu)最典型反饋控制系統(tǒng)的方塊圖如圖 31 所示，此系統(tǒng)為單位反饋，其中偏差值 e 為給定值與測(cè)量值的差值，u 為控制量，d 為系統(tǒng)中擾動(dòng)量。PLC 所用的存儲(chǔ)器基本上由 ROM（只讀存儲(chǔ)器）、EPROM（可擦除的只讀存儲(chǔ)器）及 RAM（隨機(jī)存儲(chǔ)器）組成。 7 PLC 的分類 對(duì)于 PLC 的分類通常可以根據(jù)他的結(jié)構(gòu)形式、容量或功能進(jìn)行。還可通過(guò)串行接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，完成更復(fù)雜的測(cè)量和控制任務(wù)。采用 PID 控制算法以及臨界比例度法整定參數(shù)，最終完成控制器的設(shè)計(jì)。除了傳統(tǒng)的 PID 控制系統(tǒng)外，近年來(lái)隨著智能儀表和 PLC 的發(fā)展，加入智能型控制的系統(tǒng)也得以應(yīng)用。本文介紹了基于智能儀表、西門子 S7300 型可編程控制器（ PLC） 、組態(tài)軟件的液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。智能儀表不僅能解決傳統(tǒng)儀表不易或不能解決的問(wèn)題，還能簡(jiǎn)化儀表電路，提高儀表的可靠性，更容易實(shí)現(xiàn)高精度、高性能、多功能的目的。所以，發(fā)展先進(jìn)的液位控制技術(shù)是我們必須重視的趨勢(shì)。 智能儀表的功能總結(jié)起來(lái)，智能儀表大體上能實(shí)現(xiàn)如下一些功能：自動(dòng)校正零點(diǎn)、滿度和切換量程可進(jìn)行多通道、多參數(shù)巡回檢測(cè)自動(dòng)修正各類測(cè)量誤差數(shù)字濾波及數(shù)據(jù)處理控制算法多種輸出形式數(shù)據(jù)通信自診斷 智能儀表的基本組成智能儀表由硬件和軟件兩大部分組成。1969 年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國(guó)通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺(tái)可編程控制器，并在通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上試用，取得很好的效果。 PLC 的基本結(jié)構(gòu)PLC 專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM）、輸入輸出單元（I/O 接口）、電源及編程器等幾大部分組成。 S7300PLC 的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 23 和 24。但積分作用的引入同時(shí)使信號(hào)產(chǎn)生相位滯后，使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。飛升曲線法非常方便簡(jiǎn)潔，只要知道過(guò)程對(duì)象的函數(shù)模型，即可根據(jù)公式算得 PID 控制器的三個(gè)參數(shù)。??A?圖33 Nyquist曲線系統(tǒng)的Nyquist曲線如圖33所示。閥門F1F12和F18全開，設(shè)下水箱流入量為Q1，改變電動(dòng)調(diào)節(jié)閥V1的開度可以改變Q1的大小，下水箱的流出量為Q2，改變出水閥F111的開度可以改變Q2。本實(shí)驗(yàn)采用SA12掛件。 圖44 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 水泵：本裝置采用磁力驅(qū)動(dòng)泵，型號(hào)為16CQ8P，流量為30 升/分，揚(yáng)程為8 米，功率為180W。 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S7300PLC及壓力變送器上電，按下啟動(dòng)按鈕，合上單相Ⅰ空氣開關(guān)，給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上電。系統(tǒng)中提供的OB 塊、SFC 塊和SFB 塊可以讓用戶設(shè)置和訪問(wèn)一些重要的系統(tǒng)功能, 其中OB 塊是操作系統(tǒng)和用戶程序之間的界面 [5]。 step(sys) sys = tf(1,[1 1])。 組態(tài)王特點(diǎn)組態(tài)王軟件特點(diǎn)：包括了大量常用硬件的驅(qū)動(dòng)程序，使繁雜的硬件接口方面的工作由組態(tài)王軟件去完成，用戶只需簡(jiǎn)單安裝驅(qū)動(dòng)程序，并按指定格式讀取或輸出數(shù)據(jù)即可，無(wú)須在控制過(guò)程中去考慮硬件的使用和設(shè)置，因此，用戶在使用前，一定要仔細(xì)閱讀與本硬件相關(guān)驅(qū)動(dòng)及使用說(shuō)明，并按指定方式配置，設(shè)置變量，才能順利地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取和輸出?？筛鶕?jù)實(shí)際情況添加控制變量。 （a）實(shí)時(shí)曲線界面41 （b）歷史曲線界面 （c）報(bào)警界面設(shè)計(jì) 圖 56 其他界面的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)（4）命令定義42在開發(fā)的界面中雙擊所需設(shè)置命令的反應(yīng)器或按鈕，會(huì)出現(xiàn)動(dòng)畫連接彈出窗口，在窗口中對(duì)該部分可進(jìn)行設(shè)置命令?；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。如圖 55 所示。 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(cè)量或控制量 測(cè)量或控制量標(biāo)號(hào) 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。 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(yǔ)言以及設(shè)定運(yùn)行系統(tǒng)配置等的系統(tǒng)組態(tài)工具。Inputdelay39。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。 h 1023 5 t/min 0 2 4 圖 46： 單容水箱液位測(cè)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)。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21優(yōu)點(diǎn)，電源為單相220V，控制信號(hào)為4～20mADC 或1～5VDC，輸出為4～20mADC的閥位信號(hào)，使用和校正非常方便。AI818 型儀表為PID 控制型，輸出為4～20mADC 信號(hào)；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(hào)。一種是分析法，即根據(jù)過(guò)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16確定。對(duì)于線性時(shí)不變系統(tǒng)，如果輸入信號(hào)是正弦信號(hào)，則穩(wěn)定后輸出信號(hào)為同頻率的正弦信號(hào)，只有幅度和相位發(fā)生變化。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。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(wú)差，積分作用就停止，此時(shí)積分12調(diào)節(jié)的輸出為常數(shù)。 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。按 PLC 功能上的強(qiáng)弱可分為低檔機(jī)，中檔機(jī)，高檔機(jī)。20 世紀(jì) 60 年代末，美國(guó)的汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，各生產(chǎn)廠家汽車型號(hào)不斷更新，它必然要求加工的生產(chǎn)線亦隨之改變，以及對(duì)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。 我國(guó)的儀表行業(yè)由于起步晚、水平低，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距較大。智能化、自適應(yīng)的控制系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有相關(guān)的成熟技術(shù)。PID 控制器問(wèn)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)整方便而成為液位控制的主要技術(shù)之一。利用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)人機(jī)界面，通過(guò)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(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與處理。近幾十年來(lái)，在自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國(guó)外液位控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，美國(guó)、德國(guó)、日本等技術(shù)領(lǐng)先國(guó)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。第六章，介紹了系統(tǒng)的測(cè)試及應(yīng)用。 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。PLC 的容量主要指其輸入/輸出點(diǎn)數(shù)。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。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(duì)象給定值 被控參數(shù)+d+e uPVSV11sKsGdip??)( （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(guò)去，現(xiàn)在，還有未來(lái)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。但是微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，而這是我們?cè)谠O(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)不希望看到的。首先，對(duì)于參數(shù) 和 的獲取需要花費(fèi)大量的調(diào)試時(shí)間；uKT14其次，現(xiàn)場(chǎng)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(lái)一定甚至關(guān)鍵的噪聲，從影響最終的控制品質(zhì)；最后，對(duì)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(wú)法應(yīng)用，否則就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰?；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。也可由坐標(biāo)原點(diǎn)對(duì)響應(yīng)曲線作切線OA，切線與穩(wěn)態(tài)值交點(diǎn)A 所對(duì)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)。 圖43 S7300PLC掛件 檢測(cè)裝置壓力傳感器、變送器：壓力傳感器用來(lái)對(duì)上、中、下水箱的液位進(jìn)行檢測(cè)，其量程為0～5KP， 級(jí)。 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。 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25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(guò)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(guò)程變量以浮點(diǎn)形式輸入的值 PV_PER WORD W160000 過(guò)程變量從外設(shè)直接輸入的值 MAN REAL 100~100%或者物理量 通過(guò)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)