【正文】 作畫面，使得畫面能夠逼真地反映控制系統(tǒng)的工作狀況，并且可 以通過畫面操作控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。 ② 利用按鈕工具制作按鈕。 定義 系統(tǒng) “ 啟動(dòng)” 、 “停止”內(nèi)存離散變量。此時(shí)，組態(tài)王在 d:根目錄下建立了一個(gè)“ 雙容水箱液位 控制 系統(tǒng) ”子目錄，以后進(jìn)行的組態(tài)工作的所有數(shù)據(jù)都將儲(chǔ)存在這個(gè)目錄中。 組態(tài)軟件是一種面向工業(yè)自動(dòng)化的通用數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控軟件，即 SCADA（ Supervisory Control And Data Acquisition）軟件，亦稱人機(jī)界面或 HMI/MMI（ Hum Machine Interfac/Man Machine Interface）軟件， “ 組態(tài) (Configure)” 的含義是 “ 配置 ” 、 “ 設(shè)定 ” 、 “ 設(shè)置 ” 等意思，是指用戶通過類似 “ 搭積木 ” 的簡(jiǎn)單方式來完成自己所需要的軟件功能，而不需要編寫計(jì)算機(jī)程序，也就是所謂的 “ 組態(tài) ”。 串級(jí)控制系統(tǒng)常用的工程整定方法有： 兩步整定法和一步整定法 。記錄下此時(shí)的δ k (臨界比例帶 )和 等幅振蕩周期Tk。 、 Ti、 Td 對(duì)控制質(zhì)量的影響 (1) 比例系數(shù) KP 增大比例系數(shù) KP能加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，在有靜差系統(tǒng)中有利于減小靜差，但加大比例系數(shù)只能減小靜差，卻不能從根本上消除靜差。此時(shí)要考慮 輸出限幅。各類生產(chǎn)過程常用的控制規(guī)律如下： 液位：一般要求不高，用 P 或 PI 控制規(guī)律； 流量：時(shí)間常數(shù)小，測(cè)量信息中雜有噪聲，用 PI 或加反微分控制規(guī)律； 壓力：介質(zhì)為液體的時(shí)間常數(shù)小，介質(zhì)為氣體的時(shí)間常數(shù)中等，用 P 或則控制規(guī)律； 溫度：容量滯后較大，用 PID 控制規(guī)律。實(shí)質(zhì)上就是對(duì)偏差累積進(jìn)行控制，直至偏差為零。所以在此選擇下水箱液位高度為主參數(shù)，而由其所構(gòu)成的回路也即為主回路， 如圖 中的外回路即為主回路。 理論分析表明，用單回路方法對(duì)上述過程進(jìn)行控制是難以奏效的。它由計(jì)算機(jī) 、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、上水箱、下水箱、 液位變送器 、變頻器和水泵 模塊等組成。被控過程可能既受控制輸人的作用，也受擾動(dòng)量影響。 模擬輸入： 1～ 5V， 4～ 20mA； 輸入范圍： +/150 mV， +/ 500mV， +/ 1V， +/ 5V， +/ 10V， +/ 20 mA。 (5) 停止外部控制，只要把 PCTET02 面板上的內(nèi) /外控制開關(guān)打到內(nèi)控一端即可停止控制。 水箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：采用 兩 槽結(jié)構(gòu)，主要分溢流緩沖槽、工作槽、溢流水 管 。其原因固然是多方 面的，但是，一個(gè)很明顯的原因就是在于理論研究尚缺乏實(shí)際背景的支持，理論的算法一旦應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)就會(huì)遇到各種各樣的實(shí)際問題，制約了其應(yīng)用前景。 關(guān)鍵 詞 : 液位；串級(jí)控制； PID 控制；組態(tài)軟件；參數(shù)整定 Double tank water level control system Abstract The design is based on the PCTⅢ type of process control device for the testing object properties and level control on the twotank. Through analysis and modeling for the twotank water level control system, use of cascade PID control for its object properties and constitute a water level control system ,its deputy adjustable parameter is previous water level and the main adjustable parameters is under the tank39。s liquid level cascade control system. It overes the problems effectively about the second twotank and capacity lagged behind and reduces the adjustment time. Use Configuration software which is generated by Beijing Asia39。在目前尚不具有在實(shí)驗(yàn)室中復(fù)現(xiàn)真實(shí)工業(yè)過程條件的今天，開發(fā)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的具有典型對(duì)象特性的使用裝置無疑是一條探索將理論成果轉(zhuǎn)化為應(yīng)用技術(shù)的捷徑。 溢流緩沖槽：是為了解決水流直接注入水箱造成被測(cè)液面波動(dòng)而設(shè)計(jì)的，當(dāng)水流注入水箱后經(jīng)過溢流緩沖槽緩沖，溢出水槽沿水槽壁流下達(dá)到減少被測(cè)液面波動(dòng)。 (6) 由外部控制切換到內(nèi)部控制步驟 ： ① PCTET02 面板上內(nèi)外控開關(guān)打到內(nèi)控一邊 。 通道數(shù)量： 6 路差動(dòng) /2 路單端或 8 差動(dòng)（跳線選擇）；采樣頻率 10Hz?？刂戚斎肟偸橇D使被控過程按照某種期望的規(guī)律變化，而擾動(dòng)量一般總是影響被控過程偏離期望運(yùn)行狀態(tài)。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)上水 箱的進(jìn)水量的大小，液位變送器用于檢測(cè)上水箱和下水箱 的液位。該分析結(jié)果，也得到實(shí)驗(yàn)證實(shí)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)反 復(fù)調(diào)試得知，在有 干擾作用或給定值變化的情形下，系統(tǒng)是無法穩(wěn)定的。 (2) 副參數(shù)的選擇和副回路的設(shè)計(jì) 串級(jí)控制系統(tǒng)副回路具有調(diào)節(jié)速度快、抑制擾動(dòng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)。積分控制作用始終施加指向給定值的作用力，有利于消除靜差，其效果不僅與偏差大小有關(guān)，而且還與偏差持續(xù)的時(shí)間有關(guān)。 在串級(jí)控制系統(tǒng)中，主、副控制器所起的作用是不同的，主控制器起定值控制作用，副控制器對(duì)主控制器輸出起隨動(dòng)控制作用，而對(duì)擾動(dòng)作用起定值控制作 用。在此將 )(2ku 限制在 01000 的范圍內(nèi)。而且過大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩或使振蕩次數(shù)增多，使調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)，并使系統(tǒng)穩(wěn)定性變壞或使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。 (3)根據(jù)所記錄的的δ k和 Tk，按表 P、TI及 TD參數(shù)。 以下做具體介紹。 它有時(shí)候也稱為 “ 二次開發(fā) ” ，組態(tài)軟件 就稱為 “ 二次開發(fā)平臺(tái) ” 。 圖 設(shè)備配置 在組態(tài)王工程管理器中，雙擊已建立的“雙容水箱液位控制系統(tǒng) ”工程，啟動(dòng)組態(tài)王的“工程瀏覽器”，如圖 所示。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)液位 進(jìn)行 實(shí)時(shí) 控制及進(jìn)行 PID 運(yùn)算，還需 建立相關(guān)的一系列“內(nèi)存實(shí)數(shù)”變量 ，例如： sp P ID sp P I D uk 等。水位控制系統(tǒng)中要 求在運(yùn)行當(dāng)中 系統(tǒng) 能夠及時(shí)的調(diào)出 PID 調(diào)節(jié)面板、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線等畫面，這 可以通過一 些 按鈕來完成 。 各變量定義完后如圖 所示。 1 位停止位， RS232 為通信方式，然后單擊“確定”按鈕，完成對(duì) COM1 的通信參型配置，保證 COMl 同計(jì)算機(jī)的通信能夠正常進(jìn)行。組態(tài)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)自動(dòng)化過程和裝備的監(jiān)視和控制。 (1) 先整定副回路。具體方法如下： (1) 先置調(diào)節(jié)器積分時(shí)間 TI=∞，微分時(shí)間 TD＝ 0，比例帶 ? 置于較大數(shù)值，整定參數(shù) 調(diào) 調(diào)節(jié)規(guī)律 ? （ %） TI TD P 2k? PI k? k? PID k? k? k? 圖 系統(tǒng)的臨界振蕩 將系統(tǒng)投入運(yùn)行。 (2) 積分時(shí)間常數(shù) TI 積分控制通常與比例控制或比例微分控制聯(lián)合使用，構(gòu)成 PI 或 PID 控制。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可接受數(shù)字信號(hào)時(shí)，則可不必進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換，直接將 限幅后的 )(2ku 送往執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這是選擇控制 規(guī)律的基本出發(fā)點(diǎn)。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。在選擇副參數(shù)進(jìn)行副回路設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意主、副過程時(shí)間常數(shù)的匹配問題 。 與單回路方案相比，串級(jí)控制系統(tǒng)具有明顯優(yōu)點(diǎn)，在克服容量滯后和純滯后對(duì)控制質(zhì)量的影響方面有其獨(dú)到之處， 據(jù)此設(shè)計(jì)了如圖 所示的串級(jí)控制系統(tǒng) 。 變頻器用于控制水泵進(jìn)行恒壓供水。 工業(yè)過程動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的表達(dá)方式很多，其復(fù)雜程度相差懸殊。 計(jì) 算 機(jī) （ 組 態(tài) 界 面 ）R S 2 3 2 / 4 8 5 轉(zhuǎn) 換 器D / A 模 塊差 壓 變 送 器 A下 水 箱上 水 箱差 壓 變 送 器 B執(zhí) 行 器A / D 模 塊R S 4 8 5 網(wǎng) 絡(luò) 圖 液位控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 上水箱和下水箱的液位信號(hào)分別由兩壓力傳感器檢測(cè) ， 檢測(cè)到的液位信號(hào)經(jīng)液位變送器轉(zhuǎn)換成 4 20 mA 的電流信號(hào) ， 串聯(lián) 250 歐姆標(biāo)準(zhǔn)電阻轉(zhuǎn)換為 15V電壓信號(hào)， 再通過 A/ D 模塊 (Nudam7017)將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào) ，該數(shù)字信號(hào)經(jīng) RS485 總線 ，再由 RS232/485 轉(zhuǎn)換器 傳送給 計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī) 采集到的數(shù)字信號(hào)在組態(tài)軟件中由 PID 控制器進(jìn)行處理得出控制信號(hào) ， 控制信號(hào) 再 經(jīng) RS232/485 轉(zhuǎn)換器及 RS485 總線 送給 D/ A 模塊 (Nudam7024)， 最后轉(zhuǎn)換得到的模擬信號(hào)驅(qū)動(dòng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 工作。 ③ 按變頻器上 “ RUN” 鍵使 Run燈亮，旋動(dòng)變頻器上頻率設(shè)定電位器到合適值。 溢流水 管 ：當(dāng)設(shè)備無人職守時(shí)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)水箱的水位已經(jīng)到達(dá)最高水位，為了防止液位滿出水箱，則多出的水可以 通過 溢流排水 管排出 。以液位過程構(gòu)成的 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可靈活地進(jìn)行過程組態(tài)，實(shí)施各種不同的控制方案， 它不僅能夠滿足實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用要求，而且可以對(duì)新理論的研究論證提供強(qiáng)有力的平臺(tái)。 Cascade control。在對(duì)雙容水箱液位控制系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)整定時(shí)，以使調(diào)節(jié)過程穩(wěn)、準(zhǔn)、快為原則，從而得到適合的調(diào)節(jié)器參數(shù)。然而，當(dāng)前的學(xué)術(shù)研究成果與實(shí)際生產(chǎn)應(yīng) 用技術(shù)水平并不是同步的，甚至相差幾十年。 第二章 PCT試驗(yàn)裝置介紹 PCT 實(shí)驗(yàn)裝置構(gòu)成簡(jiǎn)介 實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要由 上水箱、 中水箱、 下 水箱、儲(chǔ)水箱、溫控圓筒、加熱器、液位和壓力傳感器、壓力罐、濕度傳感器、工業(yè) PH 計(jì)、電磁流量傳感器、孔板流量傳感器、渦輪流量傳感器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、變頻器、水泵、加溫 模塊、接線端子、電源總開關(guān)、電流指示表、比例器、 DC24V 開關(guān)電源 以及上海萬迅智能調(diào)節(jié)儀表組成的掛箱。 變頻器面板圖如圖 。精度 14Bit。 被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，是反映被控過程的輸出量與輸入量關(guān)系的數(shù)學(xué)描述。主要干擾源為隨機(jī)流入水箱中的水使水位上漲，超過警戒水位 ； 同時(shí)出于某種考慮，不能使水位低于某個(gè)值。 的選定 從 上面的 模型可知，該系統(tǒng)是一個(gè)有時(shí)間延遲的 二階系統(tǒng)，自身不穩(wěn)定 。否則應(yīng)選用一個(gè)與產(chǎn)品質(zhì)量有單值函數(shù)關(guān)系的參數(shù)作為主參數(shù)。當(dāng)僅有 比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。 雖然 PID 控制規(guī)律綜合了各種控制規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，具有較好的控制性能，但這并不意味著它在任何情況下都是最合適的。 具體算法如下： )]2()1(2)([)()]1()([)1( )()1()( ??????????? ???? kekekeKkeKkekeKku kukuku dip 式 (33) 此式即為最終所選定的 PID 控制算法。因此，理論計(jì)算整定法除了有理論指導(dǎo)意義外，工程實(shí)際中較少采用：二是工程整定方法，它主要依靠工程經(jīng)驗(yàn)，直接在過程控制系統(tǒng) 的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行，量方法簡(jiǎn)單、易于掌握，相當(dāng)實(shí)用，從而在工程實(shí)際中被廣泛采用。具體步驟如下： (1)先將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間 TI置于最大 (TI=∞ )，微分時(shí)間 TD置零 (TD＝ 0)，比例帶 ? 置為較大的數(shù)值，使系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行。 因?yàn)閮?個(gè)調(diào)節(jié)器串在一起工作，各回路之間相互聯(lián)系，相互影響。 (4) 如果出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，只要適當(dāng)加大主、副調(diào)節(jié)器的任意一個(gè)比例帶，即可消除振蕩。在 TouchExplorer 的畫面開發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)開發(fā)的畫面應(yīng)用程序必須在 TouchView 運(yùn)行環(huán)境中才能運(yùn)行。 如圖 所示。選擇完畢后，擔(dān)擊“確定”按鈕，即完成字體的修改。在“畫面名稱”的編輯框中輸入“雙容水箱液位 控制系統(tǒng)”， 畫面寬度和高度分別設(shè)置為 800 和 600，單擊“確定”按鈕，則返回工程瀏覽器，并且在目錄內(nèi)容顯示區(qū)中增加 了“雙容水箱液位 控制系統(tǒng)” 的圖標(biāo)。然后，再單擊“下一步”按鈕，在下一個(gè)窗口中給這個(gè)設(shè)備取一個(gè)名 “ IO 模塊 ”，單擊“下一步”按鈕，在下一個(gè)出現(xiàn)的窗口中為設(shè)備指定所連接的串口“ COM1”，單擊“下一步”按鈕，再在下一個(gè)窗口中為設(shè)備指定一個(gè)地址“ 0”，再單擊“下一步”按鈕，出現(xiàn)“通信故障恢復(fù)策略” 設(shè)定窗口，使用默認(rèn)設(shè)置即可，再單擊“下一步”按鈕，出現(xiàn)“信息總結(jié)”窗口，檢查無誤后單擊“完成”按鈕，完成設(shè)備的配置。組態(tài)軟件和行業(yè)無 關(guān) ,它可以廣泛應(yīng)用于機(jī)械、鋼鐵、汽車、包裝、礦山、水泥、造紙、水處理、環(huán)保監(jiān)測(cè)、石油化工、電力、紡織、冶金、智能建筑、交通、食品、智能樓宇、實(shí)驗(yàn)室等等凡是涉及自動(dòng)化監(jiān)控的任何場(chǎng)合。 (2) 整定主回路。如此反復(fù)，直到出現(xiàn)如圖 所示的衰減比為 4： 1的振蕩過程、或者如圖 10：1的 振蕩過程時(shí)，