【正文】 畫面上的大多數(shù)文字均是利用“文本”工具產(chǎn)生的 。 圖 變量定義 要在組態(tài)王中知道外部各設(shè)備的運行狀態(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。該軟件包由工程管理器(ProjManager)、工程瀏覽器 (TouchExplorer)、畫面運行系統(tǒng) (TouchView)三部分組 成。 (4) 加干擾實驗進(jìn)行驗證，觀察過程參數(shù)值，直至記錄曲線符合控制要求為止。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)。 從 PID 控制器的三個參數(shù)的作用可以看出三個參數(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)。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，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。因此，在實際中較多使用該算法。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。 以下就比例、積分、微分控制規(guī)律做簡要介紹。 、副參數(shù)和主、副回路的選擇 串級控制系統(tǒng)的設(shè)計主要是 主、 副參數(shù)的選擇和 主、 副回路的設(shè)計以及主、副回路關(guān)系的考慮 。 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 首先要確定整個系統(tǒng)的自動化水平，然后才能進(jìn)行各個具體控制系統(tǒng)方案的討論確定。測試法一般只用于建立輸入輸出模型。 液位控制 實驗 裝置是過程控制 中 最常用的實驗裝置，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驗系統(tǒng)，使我們能更清楚地了解工業(yè)過程控制中系統(tǒng)的投運和整定方法。速度為 ，一個 RS485網(wǎng)上可掛 256 個模塊， 3000V 隔離，支持多種速率多種數(shù)據(jù)格式。 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 。掌握串級控制系統(tǒng)的特點、串級控制系統(tǒng)的設(shè)計 思想 ，掌握串級控制主、 副控制回路的選擇。特別地，在出入液流量較大的情況下，為了平抑液位的變化，實際生產(chǎn)中往往選用多個互相連通的蓄液容器。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)時間。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。 利用 PCT 試驗臺上的 系列儀表和牛頓模塊結(jié)合計算機(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，從而實現(xiàn)雙容水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計要求。 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、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，并可與計算機(jī)配套使用，組成最佳調(diào)節(jié)回路。 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。我們還可以通過經(jīng)典的 PID 控制器設(shè)計與調(diào)試，進(jìn)行智能控制教學(xué)實驗與研究。 實際生產(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。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。主調(diào)節(jié)器具有自己獨立的設(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。 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。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)。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。 L 2 TL 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)計的核心內(nèi)容之一。微分控制可改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，如減小超調(diào)量，縮短調(diào)節(jié)時間，允許加大比例控制，使穩(wěn)態(tài)誤差減小，提高控制精度。 圖 衰減曲線法參數(shù)整定曲線 表 衰減曲線法整定計算公式 衰減率 整定參數(shù) 調(diào)節(jié)規(guī)律 ? （ %） TI TD P s? PI s? PID s? TS TS P s? PI s? 2Tr PID s? Tr (3) 按表 中所給的經(jīng)驗公 ， 計算 δ、 TI及 TD； Ts 為衰減振蕩周期 Tr 為響應(yīng)上升時間。使副調(diào)節(jié)器比例帶置于δ 2 S的數(shù)值上，逐漸降低主調(diào)節(jié)器的比例帶δ 1 S，求出同樣衰減比時主回路的過渡過程曲線，記錄此時主調(diào)節(jié)器的比例帶δ 1 S和操作周期 T1 0。組態(tài)軟件既可以完成對小型的自動化設(shè)備的集中監(jiān)控，也能由互相聯(lián)網(wǎng)的多臺計算機(jī)完成復(fù)雜的大型分布式監(jiān)控。此時在工程瀏覽器的“目錄內(nèi)容顯示區(qū)”中出現(xiàn)了“ IO 模塊 ”圖 標(biāo)。雙擊此圖標(biāo)，進(jìn)入了組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)，并且已經(jīng)打開了“雙容水箱液位 控制系統(tǒng)”主畫面。 如果需要對文本的字體進(jìn)行修改，可以在選中該文本后，單擊“工具箱”中的“字體” 按鈕，則彈出“字體”對話框，用戶可以在此對話拒中選擇文字的字體、字形和大小。這樣就能夠把從配電器傳送過來的 4— 2mA 電流信號通過 250Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻轉(zhuǎn)換為 15V電壓，再轉(zhuǎn)換為 實際的液位高度 。 TouchView 是 “組態(tài)王 ”軟件的實時 運行環(huán)境，用于顯示畫面開發(fā)系統(tǒng)中建立的動畫圖形畫面，并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫與 I/O 服務(wù)程序的數(shù)據(jù)交換 ,通過實時數(shù)據(jù)庫管理從一組工業(yè)控制對象采集到的各種數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)的變化用動畫的方式形象地表示出來，同時完成報警、歷史記錄、趨勢曲線等監(jiān)視功能，并可生成歷史數(shù)據(jù)文件。 (3) 加干擾試驗進(jìn)行驗證，觀察過渡過程曲線，根據(jù) KC KC 2相匹配的原理，適當(dāng)調(diào)整調(diào)節(jié)器參數(shù)，使主參數(shù)控制精度最好。 a)無自衡能力過程 b)有自謝能力過程 圖 廣義過程的單位階躍響應(yīng)曲線 表 ψ = 調(diào)節(jié)規(guī)律 Gc（ S） ? （ %） TI P ?/1 ?? PI ?/)/11( SI?? ?? ? PID ?/)/11( SS DI ???? ?? 2? 表 ψ = 過程有自衡能力時的整定計算公式 調(diào)節(jié)規(guī)律 Gc（ S） τ/T0≤ ≤τ/T0≤ δ TI TD δ TI TD P ?/1 0.1??? 00 ??????? PI ?/)/11( SI?? ??? .00??????? PID ?/)/11( SS DI ???? ??? 2τ .00??????? + TI 串級系統(tǒng)的整定比單回路 復(fù)雜 。由于該方法直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn) 行，不需要測試過程的動態(tài)特性，因而方法簡單，使用方便，獲得了廣泛的應(yīng)用。這種方法不僅計算繁瑣，而且過分依賴數(shù)學(xué)模型，所得到的計算數(shù)據(jù)未必可直接用，還必須通過工程實際進(jìn)行調(diào)整和修改。 在此，可以利用 增量的概念對位置型算式作些改進(jìn)，即可得位置型 PID 控制算式的遞推算法。 而在實際應(yīng)用時通常需要綜合各方面的因素去考慮各種控制規(guī)律的選擇， 這樣才可達(dá)到既經(jīng)濟(jì)又實用的效果。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。若條件許可，可以選用質(zhì)量指標(biāo)作為主參數(shù)，因為它最直接也最有效。要通過廣泛的調(diào)研和反復(fù)的論 證來確定控制方案，它包括被控變量的選擇與確認(rèn)、操縱變量的選擇與確認(rèn)、檢測點的初步選擇及系統(tǒng)組成、繪制出帶控制點的工藝流程圖和編寫初步控制方案設(shè)計說明書等 。系統(tǒng)的主要目的是控制上下水箱的液位。因此，數(shù)學(xué)模型對過程控制系統(tǒng)的分析設(shè)計、實現(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化校制具有極 為重要的意義。 電流輸出： 4～ 20 mA， 0～ 20 mA； 電壓輸出： +/10V， 0～ 10V， +/5V。 采用三菱 FRS500 變頻器， 4～ 20mA 控制信號輸入，可對流量或壓力進(jìn)行控制。 最后對實驗結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)，針對實驗過程中的存在的一些問題進(jìn)行下一步的改進(jìn)。每一個先進(jìn)、實現(xiàn)的控制算法的出現(xiàn)都對工業(yè)生產(chǎn)具有巨大的推動作用。并利用變頻器使抽水泵工作在恒壓供水的狀態(tài)下，通過電動調(diào)節(jié)閥來實現(xiàn)控制目標(biāo)。 PID control。 液位 控制裝置也是過程控制最常用的實驗裝置 ， 國外很多實驗室有此類裝置 ， 如瑞典LUND 大學(xué)等 ， 很多重要的研究報告 、 模擬仿真均出自此類裝置 。 水箱 I（上位水箱）液位高度： 0～ 280mm 水箱 II（下位水箱）液位高度： 0～ 280mm 水箱 III（不銹鋼儲水箱）液位高度： 0～ 500mm 液位傳感器連接水箱的底部，檢測水箱的液位，同時輸出 4～ 20mA 的電流信號。 (7) 由內(nèi)部控制切換到外部控制步驟 ： ① 按變頻器 STOP 鍵停止變頻器 。 水箱液位 實驗 控制系統(tǒng) 的用途 水箱液位控制實驗系統(tǒng)是 PCT 實驗裝置中的重要組成部分，可單獨進(jìn)行各種實驗的分析和研究，且它是 一種非線性、強耦合 、多變量和大滯后的復(fù)雜系統(tǒng)，是進(jìn)行控制理論與控制工程教學(xué)、實驗和研究的理想平臺，具有 強大的實驗功能 。對于數(shù)學(xué)模型，應(yīng)根據(jù)實際應(yīng)用情況提出適當(dāng)?shù)囊蟆? 圖 雙容水箱液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 液位控制系統(tǒng)的控制目標(biāo) 水箱的液位變化范圍為 h=0300mm，要求通過設(shè)計合適的控制器，能使被控對象 (下水箱 )的液位值穩(wěn)、準(zhǔn)、快地穩(wěn)定在所給定的液位值上，穩(wěn)態(tài)液位誤差不超過 5mm。該 控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上形成了兩個閉環(huán)。 因為它是串級控制系統(tǒng)正常運行的主要條件，是保證安全生產(chǎn)、防止共振的根本措施 。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差 進(jìn)一步減小，直到等于零。一般主控制器可采用比例、積分兩作用或比例、積分、微分 3 作用控制規(guī)律，副控制器采用單比例作用或比例積分作用控制規(guī)律即可。 串級 PID 控制算法的具體流程如圖 所示。增大積分時間常數(shù) TI(積分變?nèi)?)有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)更穩(wěn)定，但同時要延長系統(tǒng)消除靜差的時間。 (2) 待系統(tǒng)工作穩(wěn)定后，對設(shè)定值作階躍擾動，然后觀察系統(tǒng)的響應(yīng)。在系統(tǒng)工作狀況穩(wěn)定，主、副回路主調(diào)節(jié)器在純比例作用的條件下，將主調(diào)節(jié)器的比例帶 δ 置于 100%處，按照單回路系統(tǒng)的整定方法來整定副回路。它能從自動化過程和裝備中采集各種信息，并將信息以圖形化等更易于理解的方式進(jìn)行顯示，將重要的信息以各種手段傳送到相關(guān)人員，對信息執(zhí)行必要分析處理和存儲，發(fā)出控制指令等等。 a b 圖 隨后雙擊目錄內(nèi)容顯示區(qū)中的“新建”圖標(biāo)，在出現(xiàn)的“設(shè)備配置向?qū)А敝袉螕簟爸悄苣K” — “牛頓 7000 系列” — “ Nudam7017” — “串行口”。 圖 畫面設(shè)計 與動畫連接 (1) 畫面設(shè)計 組態(tài)王提供了各種繪圖工具、圖庫來制