【正文】 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 26LMN_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。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。 組態(tài)王人機(jī)界面開發(fā) 組態(tài)王簡(jiǎn)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(duì)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(shì)方面的功能，方便了對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控，具有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)功能。另外，提供報(bào)表模板，方便用戶調(diào)入其它的表格。37 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。45 圖 61 運(yùn)行界面對(duì)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 510 菜單設(shè)置命令語(yǔ)言設(shè)置如下：if(menuindex==0)showpicture(實(shí)時(shí)曲線)。（2）建立工程在上位機(jī)上安裝好組態(tài)王軟件。組態(tài)王提供一套全新的、集成的報(bào)表系統(tǒng)，內(nèi)部提供豐富的報(bào)表函數(shù)，例如：日期和時(shí)間函數(shù)、邏輯函數(shù)、統(tǒng)計(jì)函數(shù)等，用戶可創(chuàng)建多樣的報(bào)表。而在可編程序控制器與計(jì)算機(jī)通訊的基礎(chǔ)上,通過組態(tài)軟件可以對(duì)可編程序控制器的當(dāng)前工作狀態(tài)進(jìn)行全方位的監(jiān)控,進(jìn)一步通過組態(tài)軟件可以對(duì)實(shí)驗(yàn)控制對(duì)象的工作過程進(jìn)行全程模擬,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。OB 1 通過調(diào)用這些塊來(lái)完成整個(gè)自動(dòng)化任務(wù) 。Step 7 還提供了標(biāo)準(zhǔn)閉環(huán)控制模塊FM 355, 可以實(shí)現(xiàn)定值控制、串級(jí)控制、比例控制和三分量控制等多種功能。 控制流程 本系統(tǒng)選擇下水箱作為被測(cè)對(duì)象（也可選擇上水箱或中水箱） 。S7300是采用模塊化結(jié)構(gòu)的中小型PLC，包括一個(gè)CPU3152DP 主機(jī)模塊、一個(gè)SM331 模擬量輸入模塊和一個(gè)SM332模擬量輸出模塊，以及一塊西門子CP5611 專用網(wǎng)卡和一根 MPI 網(wǎng)線。由流體力學(xué)可知，流體在紊流情況下，液位h 與流量之間為非線性關(guān)系。則u=K*PV。方法如下：在閉環(huán)的情況下，將 PID 控制器的積分和微分作用先去掉，僅留下比例作用，然后給系統(tǒng)輸入一個(gè)信號(hào)，如果系統(tǒng)響應(yīng)是衰減的，則需要增大控制器的比例增益 ，重做實(shí)驗(yàn)；反之則需要減小 。因此，微分作用改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。PID 控制器早在一百年前就已經(jīng)出現(xiàn)，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展，已經(jīng)有許許多多改進(jìn)形式的PID 控制器出現(xiàn)，但到目前為止沒有一個(gè) PID 控制器能夠適用于所有控制場(chǎng)合。PLC 中采用的 CPU 一般有三大類：通用微處理器；單片機(jī)芯片；位處理器。目前比較著名的 PLC 生產(chǎn)廠家有日本的三菱公司、歐姆龍公司、富士電機(jī)、松下電工，德國(guó)的西門子，法國(guó)的 TE 公司、施耐德公司，韓國(guó)的三星公司、LG 公司和美國(guó)的 AB、通用（GE）公司。對(duì)于模擬量信號(hào)，需經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過接口送入微控制器。第三章，介紹了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟和方法，包括了硬件的配置，電路圖的設(shè)計(jì)，程序設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的通信等內(nèi)容。液位控制系統(tǒng)已是一般工業(yè)界所不可缺少 2 的，舉凡蓄水槽、污水處理廠等都需要液位元的控制。智能儀表不僅能解決傳統(tǒng)儀表不易或不能解決的問題，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。可編程控制器(Programmable Logic ControllerPLC)是一種應(yīng)用廣泛非常的自動(dòng)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，具有控制能力強(qiáng)、操作靈活方便、可靠性高、適宜長(zhǎng)期連續(xù)工作的特點(diǎn)，非常適合液位控制的要求。 論文研究?jī)?nèi)容 本論文研究的是智能儀表與 PLC 技術(shù)在液位控制系統(tǒng)上的應(yīng)用。智能儀表硬件組成 5 框架圖如圖 21 所示。1971 年日本從美國(guó)引進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)，很快研制了日本第一臺(tái) PLC。輸入單元中央處理單元CPU 輸出單元電源存儲(chǔ)單元 編程器或其他編程設(shè)備 圖 22 PLC 的基本結(jié)構(gòu)圖中央處理器（CPU）是 PLC 的核心，一般由運(yùn)算器、控制器、寄存器組成，這些電路都集成在一個(gè)芯片內(nèi)。首先要根據(jù)受控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型和它的各特性以及設(shè)計(jì)要求，確定控制器的結(jié)構(gòu)以及和受控對(duì)象的連接方式。 (3) 微分作用引入微分作用是為了改善控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，同時(shí)使相位超前，提高系統(tǒng)的相位裕度增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。首先，它難以確定最大斜率處，并且能夠利用的系統(tǒng)信息不足；其次，飛升曲線法只限定與FOPDT 模型，對(duì)象廣泛的其他經(jīng)典過程對(duì)象，飛升曲線法則束手無(wú)策。如果在閉環(huán)系統(tǒng)中將控制器設(shè)為純比例控u?制，當(dāng)比例增益達(dá)到足夠高時(shí)，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。若將Q1作為被控過程的輸入變量，h 為其輸出變量，則該被控過程的數(shù)學(xué)模型就是h 與Q1之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式。如圖41為SA12智能儀表掛件。本裝置采用兩只磁力驅(qū)動(dòng)泵,一只為三相380V 恒壓驅(qū)動(dòng)，另一只為三相變頻220V輸出驅(qū)動(dòng)。參照上一實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作。Step 7 的用戶程序允許線性編程和結(jié)構(gòu)化編程。人機(jī)界面（HMI Human Machine Interface）以其美觀易懂、操作人性化等顯著特點(diǎn)，正好滿足這種需求而得到廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)庫(kù)是“組態(tài)王”最核心的部分，是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。這些變量均是在組態(tài)王的工程瀏覽器中的數(shù)據(jù)字典中定義的,如圖 51 所示的液位變量定義。 圖 57 開始按鈕動(dòng)畫連接如圖 58 所示，為水箱反應(yīng)器的動(dòng)畫連接窗口。整個(gè)液位控制系統(tǒng)運(yùn)行效果達(dá)到了我們的預(yù)期目標(biāo)，由此證明我們的設(shè)計(jì)方案是可行的。具體創(chuàng)建方法如下：雙擊新建圖標(biāo)，在彈出的窗口中輸入新畫面的名稱以及其他的信息，如圖54 所示。操作者可以充分利用 Excel 的功能以不同方35式對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繪制圖表并打印輸出。組態(tài)王軟件結(jié)構(gòu)由工程管理器、工程瀏覽器及運(yùn)行系統(tǒng)三部分構(gòu)成。29 Step7 編程界面簡(jiǎn)介圖 412 為 PLC 編程軟件界面 （a） （b）30 （c） 圖 412 STEP7 編程界面 MATLAB 系統(tǒng)仿真根據(jù)前文所得出的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行系統(tǒng)仿真，得出單容水箱階躍響應(yīng)曲線如圖 413 所示。Step 7 還提供了標(biāo)準(zhǔn)閉環(huán)控制模塊FM 355, 可以實(shí)現(xiàn)定值控制、串級(jí)控制、比例控制和三分量控制等多種功能。 合上三相電源空氣開關(guān)，磁力驅(qū)動(dòng)泵上電打水，適當(dāng)增加/減少智能儀表的輸出量，使下水箱的液位處于某一平衡位置，記錄上位機(jī)曲線。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥：采用智能直行程電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用來(lái)對(duì)控制回路的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過實(shí)驗(yàn)建模，傳?遞函數(shù)中各參數(shù)為：K=，T=12 min， =1 s。 表 31 臨界比例度法的整定公式控制器 pKiTdP PI .PID 除了 ZN 整定公式外，后人還研究出多種 PID 參數(shù)整定公式，例如 RZN 整定公式、Kappatao 整定公式、CohenCoon 整定公式、AMIGO 整定公式等 [4]，本文不做深入介紹。整定公式本身包含了 PID 控制器的設(shè)計(jì)過程，可以直接應(yīng)用于 PID 自整定控制器中。 過程控制中常見 PID 參數(shù)整定方法從對(duì)象的開環(huán)響應(yīng)曲線來(lái)看大多數(shù)工業(yè)過程都能用一階慣性加純滯后(First Order Plus Delay Time)模型來(lái)近似描述，簡(jiǎn)記為 FOPDT 模型，其傳遞函數(shù)如下所示： (35)seTKsG????1)(、 、 分別為對(duì)象模型的開環(huán)增益、純滯后時(shí)間常數(shù)和慣性時(shí)間常數(shù)。但是過大的比例增益會(huì)使調(diào)節(jié)過程出現(xiàn)較大的超調(diào)量，從而降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在某些嚴(yán)重的情況下，甚至可能造成閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。 PLC 的編程 常用的 PLC 程序設(shè)計(jì)方法有梯形圖(LAD)、功能塊圖(FBD)和語(yǔ)句表(STL)。中型 PLC：I/O 點(diǎn)數(shù)一般在 2561024 點(diǎn)之間； PLC 的歷史和發(fā)展趨勢(shì)20 世紀(jì) 20 年代起，人們把各種繼電器、定時(shí)器、接觸器及其觸點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系連接起來(lái)組成控制系統(tǒng)，控制各種機(jī)械設(shè)備，這就是傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。隨著微控制器（包括單片機(jī)、DSP、ARM 等）技術(shù)的不斷進(jìn)步和普及，智能儀表得到了迅猛的發(fā)展。反觀我國(guó)，雖然液位控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)生活的應(yīng)用十分廣泛，但國(guó)內(nèi)的液位控制器的發(fā)展水平仍然不高，同先進(jìn)國(guó)家的差距仍然很大。在石油工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類流體、參數(shù)多變、運(yùn)行慣性大、控制滯后等特點(diǎn)，它對(duì)控制調(diào)節(jié)器要求極高。關(guān)鍵詞： 液位控制；智能儀表；可編程控制器；PID；人機(jī)界面 ii iiAbstractNowadays intelligent measuring appliance is improving more and more has been used in more an more place of our can make Electric circuit much easier than the control can be realized much more precise and convenient. Microelectronics and puter technology continues to develop, led to fundamental changes in the structure of instruments to microputer (single chip) as the main body, the puter technology and the anic integration of detection technology to form a new generation of smart meters in Measurement of process automation, measurement data processing and functional diversification of the traditional instrument, pared to conventional measuring circuit, tremendous progress has been made.PLC is a very useful control installment . It is widely used in a lot of control system in ourlives. It is the product of the puter,control,munication can make Electric circuit much easier than the control can be realized much more precise and very suits the control of water level. It will relay the traditional control technology, puter and munication technologies together with the control, and operation of flexible convenient, high reliability, suitable for continuous longterm characteristics of the work, very suitable for liquid level control requirements.This thesis mainly introduces a design of wate