【正文】 在實(shí)際的工作崗位上，將要設(shè)計(jì)不同的控制系統(tǒng)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的過程控制系統(tǒng)不同于實(shí)驗(yàn)中的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，更不同于書本中的理論和公式，要根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，將面臨遠(yuǎn)比實(shí)驗(yàn)室復(fù)雜的多的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，設(shè)計(jì)系統(tǒng)未必是最先進(jìn)的、最現(xiàn)代化，但必須是有效、可行、可靠。因?yàn)樵谡{(diào)節(jié)參數(shù)中加大了積分的作用，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，使得超調(diào)量加大，但對(duì)消除余差有較好效果。液位串級(jí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)： 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)設(shè)置inputETime字符型jf數(shù)值型inputSTime字符型lastwz數(shù)值型inputUser1字符型method數(shù)值型InputUser2字符型op數(shù)值型a數(shù)值型op 1數(shù)值型b數(shù)值型op 2數(shù)值型c數(shù)值型op 3數(shù)值型d數(shù)值型q00數(shù)值型e數(shù)值型p數(shù)值型e0數(shù)值型p1數(shù)值型e1數(shù)值型pf數(shù)值型e2數(shù)值型pv開關(guān)型Com1數(shù)值型pv1數(shù)值型alarm開關(guān)型pv2數(shù)值型alarm1開關(guān)型Pv3數(shù)值型alarmsv數(shù)值型Pv4數(shù)值型df數(shù)值型組組對(duì)象difference數(shù)值型sv數(shù)值型t1數(shù)值型sv1數(shù)值型td數(shù)值型sv2數(shù)值型thisop數(shù)值型sv3數(shù)值型ti數(shù)值型ti1數(shù)值型ts數(shù)值型wz數(shù)值型Zlpid數(shù)值型存盤數(shù)據(jù)字符型方式顯示字符型通信字符型在雙容水箱液位控制系統(tǒng)中，被控對(duì)象的液位變化是連續(xù)的，在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)利用的是離散的信號(hào)，所以要對(duì)模擬PID控制器進(jìn)行離散化處理。甚至子設(shè)備可以把采集時(shí)間設(shè)置為0，使得此子設(shè)備在一般情況下不采集，只在使用設(shè)備命令采集一次的時(shí)候才采集數(shù)據(jù)。在主控窗口中可以放置一個(gè)設(shè)備窗口和多個(gè)用戶窗口，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開或關(guān)閉。MCGS負(fù)責(zé)在運(yùn)行環(huán)境中調(diào)用相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，將數(shù)據(jù)傳送到工程中各個(gè)部分，完成整個(gè)系統(tǒng)的通訊過程。模擬量輸入通道的任務(wù)是把通過壓力變送器檢測(cè)到的模擬信號(hào)（4～20標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)），經(jīng)過I/V變換轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的1～5電壓信號(hào)，在經(jīng)過采樣為離散的模擬信號(hào)并量化成為二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)接口送到計(jì)算機(jī)中。采用兩步整定法整定調(diào)節(jié)儀表PID參數(shù)：（1）在工況穩(wěn)定﹑主回路閉合、主副調(diào)節(jié)器都在純比例作用的條件下，主調(diào)節(jié)器的比例度置于100%，用單回路控制系統(tǒng)的阻尼振蕩法整定，求取副調(diào)節(jié)器比例度和操作周期。(1) 啟動(dòng)腳本程序!setdevice(調(diào)節(jié)儀1,1, )!setdevice(調(diào)節(jié)儀1,6,write(0,0) )!setdevice(調(diào)節(jié)儀1,6,write(24,0))!setdevice(調(diào)節(jié)儀2,1, )!setdevice(調(diào)節(jié)儀2,6,write(0,0) )!setdevice(調(diào)節(jié)儀2,6,write(24,0))(2) 循環(huán)腳本程序下水箱液位SV1=SV1下水箱液位PV1=PV1上水箱液位SV1=20*OP1/100上水箱液位PV1=PV2if 下水箱液位PV120 then下水箱液位PV1=20endifif 上水箱液位PV120 then上水箱液位PV1=20(3) 退出腳本程序!SetDevice(調(diào)節(jié)儀1,2, )!SetDevice(調(diào)節(jié)儀2,2, )endif程序注釋：SetDevice(DevName，DevOp，CmdStr)函數(shù)意義：按照設(shè)備名字對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作。 儀表系統(tǒng)電路原理圖(1)Sn: 輸入規(guī)格 調(diào)節(jié)儀1中Sn=33 表示1~5V電壓輸入；調(diào)節(jié)儀2中Sn=32 ~1V電壓輸入。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（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,。通過MATLAB中的SIMULINK工具箱可以動(dòng)態(tài)的模擬所的構(gòu)造系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，以控制框圖代替了程序的編寫，只需要選擇合適仿真設(shè)備，添加傳遞函數(shù)，設(shè)置仿真參數(shù)便可完成系統(tǒng)的仿真。為了實(shí)現(xiàn)液位串級(jí)控制，使用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，主調(diào)節(jié)器選擇比例積分微分控制規(guī)律(PID)，對(duì)下水箱液位進(jìn)行調(diào)節(jié)，副調(diào)節(jié)器選擇比例控制率(P)，對(duì)上水箱液位進(jìn)行調(diào)節(jié)，并輔助主調(diào)節(jié)器對(duì)于系統(tǒng)進(jìn)行控制，整個(gè)回路構(gòu)成雙環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)。主回路中的調(diào)節(jié)器稱主調(diào)節(jié)器，控制主對(duì)象。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)試驗(yàn)中進(jìn)行控制器參數(shù)整定，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱此控制系統(tǒng)是有差系統(tǒng)。2) 由于副回路的存在，明顯改善了對(duì)象的特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率。 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)值與階躍擾動(dòng)值之比，所以上水箱傳遞函數(shù)為 式（）在MATLAB的命令窗口輸入曲線擬合指令：x=0: 30:1650；y=[0 ]； p=polyfit(x,y,4)； xi=0:3:1650； yi=polyval(p,xi)； plot(x,y,’b:o’xi,yi,39。由流體力學(xué)可知，液位h與流量之間為非線性關(guān)系。整個(gè)控制系統(tǒng)的控制算法及監(jiān)控功能都在控制計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)。摘要雙容水箱液位控制系統(tǒng)是采用先進(jìn)的控制算法完成對(duì)過程液位的控制的控制系統(tǒng)，它在飲料、食品加工、溶液過濾、化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過程中均有廣泛應(yīng)用。對(duì)于計(jì)算機(jī)控制，采用的是組態(tài)軟件MCGS來實(shí)現(xiàn)的，通過對(duì)軟件進(jìn)行編程使組態(tài)軟件模擬出雙容水箱液位控制系統(tǒng)的手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作狀態(tài)。但為了簡(jiǎn)便起見，做線性化處理得 Q2=△h/R2，經(jīng)拉氏變換得單容液位過程的傳遞函數(shù)為W0(s)=H(s)/Q1(s)=R2/(R2Cs+1)=K/(Ts+1)注：△Q1 ﹑△Q2﹑△h:分別為偏離某一個(gè)平衡狀態(tài)Q10﹑Q20﹑h0的增量。r39。3) 串級(jí)控制系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減曲線法。副回路中的調(diào)節(jié)器稱副調(diào)節(jié)器，控制副對(duì)象。 MATLAB軟件介紹MATLAB軟件是由美國(guó)MathWorks公司開發(fā)的，是目前國(guó)際上最流行、應(yīng)用最廣泛的科學(xué)與工程計(jì)算軟件，它廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制、數(shù)學(xué)運(yùn)算、信號(hào)分析、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖形圖象處理、語音處理、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)工程和航天工業(yè)等各行各業(yè)，也是國(guó)內(nèi)外高校和研究部門進(jìn)行許多科學(xué)研究的重要工具。下面根據(jù)前文的水箱模型傳遞函數(shù)對(duì)串級(jí)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，以模擬實(shí)際中的階躍響應(yīng)曲線，考察串級(jí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案是否合理。（2）調(diào)節(jié)閥采用QSVP－16K型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)對(duì)雙容水箱液位系統(tǒng)進(jìn)水量的控制。(2)ADDR：通訊地址 用于定義儀表地址，有效范圍是0~100。返 回 值：數(shù)值型。（2）將副調(diào)節(jié)器的比例度置于（1）中所求得的數(shù)值上，把副回路作為主回路的一個(gè)環(huán)節(jié)，用同樣的方法整定主回路，求取主回路的比例度和操作周期。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。每個(gè)驅(qū)動(dòng)程序獨(dú)占一個(gè)線程，達(dá)到互不干擾的目的。并調(diào)度用戶策略的運(yùn)行。在MCGS中父設(shè)備的含義：凡是使用計(jì)算機(jī)串口采集數(shù)據(jù)的設(shè)備（如PLC，儀表，變頻器，智能模塊等）都必須掛在父設(shè)備下面,統(tǒng)一由父設(shè)備來管理通信。在模擬控制系統(tǒng)中PID控制規(guī)律的表達(dá)式為： 式（） 將積分與微分項(xiàng)分別改寫為差分方程 式（） 式（）T:采樣周期 k:采樣序號(hào) e(k1)，e(k)：第k1和第k次采樣所得偏差信號(hào).得到數(shù)字PID控制器算式： 式（）u(k):第k時(shí)刻的控制輸出，則遞推可的，從而得出增量式PID 式（）將模擬PID控制器的結(jié)構(gòu)圖改造為數(shù)字PID結(jié)構(gòu)圖得:輸出值Cf1(t)e i2e i1給定值RPIDPPD/AP調(diào)節(jié)閥P上水箱P下水箱P測(cè)量與 變 送 器1A/DA/D測(cè)量與 變送器2f2(t) 數(shù)字PID控制結(jié)構(gòu)圖由于雙容水箱液位控制系統(tǒng)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用電動(dòng)式調(diào)節(jié)閥,控制量對(duì)應(yīng)閥門的開度,表征了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置,在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中采用上述形式的數(shù)字PID位置式控制算法.組態(tài)中腳本程序的流程圖如下：(手動(dòng)控制僅以上水箱為例)開始通訊是否正常正常指示正常指示通信失敗手動(dòng)控制？自動(dòng)方式手動(dòng)方式循環(huán)程序設(shè)定值等于測(cè)量值op = thisop副PID輸出等于閥門開度報(bào)警液位偏差設(shè)定值？NYNYYN 控制流程圖在MCGS組態(tài)環(huán)境的用戶窗口中添加控制程序,實(shí)現(xiàn)PID算法.!setdevice(7024, 1, )/啟動(dòng)7024數(shù)據(jù)采集模塊!setdevice(7017,1, )/啟動(dòng)7017數(shù)據(jù)采集模塊sv1=0sv2=0set=0/初始運(yùn)行狀態(tài)下水箱pv2=0上水箱pv1=0下水箱sv=0OP=0!setdevice(7024,2, )/關(guān)閉7024數(shù)據(jù)采集模塊!setdevice(7017,2, )/關(guān)閉7017數(shù)據(jù)采集模塊sv1=0sv2=0set=0下水箱pv2=0上水箱pv1=0下水箱sv=0op=03．添加循環(huán)腳本程序if method=0 then 方式顯示=手動(dòng)方式 sv1=pv1 sv3=op/pv=pv1 a= b= c= !setstgy(ZOP) pv1=pvelse 方式顯示=自動(dòng)方式 sv3=sv pv=pv2 !setstgy(主PID) sv1=thisop sv3=sv1 pv=pv1 p=p1 !setstgy(副PID) op=thisop/ e=op sv3=e a= b= c= !setstgy(ZOP) pv1=pv/ sv3=pv1 a= b=1 c= !setstgy(ZOP) pv2=pv/endifif !GetDevicestate(設(shè)備1)=1 and 1=0 and !GetDevicestate(設(shè)備2)=1 then 通信=設(shè)備工作正常 else 通信=設(shè)備停止?fàn)顟B(tài)endifdifference=!abs(pv2sv)if difference=alarmsv then alarm1=1else alarm1=0endif!setdevice(設(shè)備1,6,write(10,采樣周期))!setdevice(設(shè)備2,6,write(10,采樣周期))op2=opsv2=svpv3=pv2op3=op1pv4=pv1 組態(tài)軟件調(diào)試根據(jù)采集系統(tǒng)電路原理圖完成硬件電路接線工作，完成MCGS軟件的調(diào)試運(yùn)行工作。加入適當(dāng)?shù)奈⒎肿饔?，可以使系統(tǒng)超調(diào)減小，但加入過大