【正文】 子窗口即“道軌 Rail” ,在道軌第一行加入電源、第二行加入 CPU、第三行不加、第四 、五 行加入 I/O端口，如下圖所示： 圖 38 完成硬件組態(tài) 創(chuàng)建 編寫程序 模塊 保存并 關(guān)閉已完成的硬件組態(tài)，回到“ SIMATIC Manager”窗口 ,出現(xiàn)CPU 模塊及其型號。其中 FB 和FC 作為 OB 的子程序。 輸出所使用的“ MYUNSCALE”即為 FC202 程序塊，它的功能就是將輸出轉(zhuǎn)換為 420mA，或者 210V 范圍內(nèi)。 組態(tài)王與 I/O 設(shè)備 組態(tài)王軟件作為一個開放型的通用工業(yè)監(jiān)控軟件，支持與國內(nèi)外常見的 PLC、智能模塊、變頻器、數(shù)據(jù)采集板卡等（如：西門子 PLC、莫迪康 PLC、歐姆龍 PLC、三菱 PLC、研華模塊等等）通過常規(guī) 通訊接口（如串口方式、USB接口方式、以太網(wǎng)、總線、 GPRS 等）進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。選擇完畢后單擊“下一步”，彈出“設(shè)備地址設(shè)置指南”， 下來菜單選雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計 21 擇 COM1 口。 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計 26 4 運(yùn)行和調(diào)試 測試題 雙容 水箱 液位單回路控制流程圖 雙容 水箱 液位單回路控制流程圖如圖 41 所示。 PID 控制參數(shù)，可以使用各種經(jīng)驗法來整定參數(shù)。 實驗三 P 2 I 600000 D 0 SP 、 實驗曲線如下圖所示： 圖 48 參數(shù)實驗 實驗結(jié)果分析： 本次實驗將 SP 值加大到 30，由圖可知系統(tǒng)較為穩(wěn)定且輸出值與設(shè)定值最為接近，則當(dāng) P=2 、 I=600000、 D=0、 SP=30 時，系統(tǒng)最為穩(wěn)定。 ，啟動水泵 P102，給水箱 V102 注水，水箱 V103 由 水箱 V102 注水。這些畫面都是“組態(tài)王”提供的類型豐富的圖形對象組成的。 在左側(cè)目錄中選擇“設(shè)備” →“ COM1” ,在工程瀏覽器右側(cè)雙擊“新建”圖標(biāo)，運(yùn)行“設(shè)備配置導(dǎo)向”。對用戶而言 ,操作簡單易學(xué)且編程簡單 ,參數(shù) 輸入與修改靈活 ,具有多次或重復(fù)仿真運(yùn)行的控制能力 ,可以實時地顯示參數(shù)變化前后系統(tǒng)的特性曲線 ,能很直觀地顯示控制系統(tǒng)的實時趨勢曲線 ,這些很強(qiáng)的交互能力使其在自動控制系統(tǒng)的實驗中可以發(fā)揮理想的效果。實際工程應(yīng)用中，還需 要增加手動自動無擾切換控制。 用戶生成的變量表（ VAT）在調(diào)試用戶程序是用于監(jiān)視和修改變量。 創(chuàng)建工程 單擊 ： 文件 →新建 （ N） ? ,新建一個工程，如 下圖 所示： 圖 32 新建工程 在下圖中 輸入工程名稱“雙容水箱液位控制 系統(tǒng) ” ， 在“瀏覽”中選擇存儲路徑。置于 2 號機(jī)架。 PID 算法 PID 算法概述 在過程控制中，按偏差的比例（ P）、積分（ I）和微分（ D）進(jìn)行控制的 PID控制器（亦稱 PID 調(diào)節(jié)器 ）是應(yīng)用最為廣泛的一種自動控制器。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、 積分、微分計算出控制量進(jìn)行控制的。 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計 3 2 PID PID調(diào)節(jié)原理 PID 概述 目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標(biāo)志。因此最好的辦法就是在系統(tǒng)中利用各種控制軟件包，即組態(tài)軟件，并以此 為平臺進(jìn)行二次開發(fā)。 液位控制是工業(yè)中常見的過程控制，它對生產(chǎn)的影響不容忽視。 液位控制，在豎直雙容下水箱液位調(diào)節(jié)過程中，下水箱液位受到管道壓力、流量和調(diào)節(jié)閥開度的影響，為了很好的調(diào)節(jié)下水箱液位和管道壓力、流量和調(diào) 節(jié)閥開度之間的關(guān)系，應(yīng)用 PID 算法來達(dá)到調(diào)節(jié)要求。 PID 的發(fā)展過程，很大程度上是它的參數(shù)整定方法和參數(shù)自適應(yīng)方法的研究 過程。 西 安 郵 電 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計 ( 論文 ) 課題名稱： 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計 院 系 ： 自動化學(xué)院 專 業(yè)： 自動化 班 級： 自動 0703 班 學(xué)生姓名： 導(dǎo)師姓名： 職稱 ： 講師 起止時間： 2021 年 1 月 10 日 至 2021 年 06 月 17 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）誠信聲明書 本人聲明：本人所提交的畢業(yè)論文《 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計 》是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨立研究、寫作的成果，論文中所引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標(biāo)注；對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式注明并表示感謝。最早的 PID 參數(shù)工程整定方法是在 1942 年由 Ziegler 和 Nichols 提出的 簡為 ZN 的整定公式，盡管時間已經(jīng)過去了半個世紀(jì)，但至今還在工業(yè)控制中普 遍應(yīng)用。 由于液體本身的屬性及控制機(jī)構(gòu) (電機(jī)、閥門等 )摩擦等因素的影響，控制對象具有一定純滯后和容量滯后的特點，水位上升的過程緩慢，呈現(xiàn)非線性。單容液位控制系統(tǒng)具有非線性，滯后，耦合等特征，能夠很好的模擬工業(yè)過程特征。組態(tài)軟件實際上是一個專為工控開發(fā)的工具軟件。同時，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理 論三個階段。 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計 4 比例（ P）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。它具有原理簡單 ，易于實現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨立，參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點；而且在理論上可以證明，對于過程控制的典型對象 ──“ 一階滯后＋純滯后 ” 與 “ 二階滯后＋純滯后 ” 的控制對象， PID 控制器是一種最優(yōu)控制。 （ 3）接口模塊（ IM） 接口模塊將各個機(jī)架連接在一起。 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計 8 圖 33 命名及存儲路徑的選擇 點擊“確定”按鈕，生成如下圖所示的新工程。系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊 (SDB)中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)含有系統(tǒng)組態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)的信息，它是用戶運(yùn)行硬件組態(tài)時提供的數(shù)據(jù) 自動生成的。在手動時， SP 跟隨 MV， MV 等于 MAN（手操作值），自動時 MAN（手操作值）跟隨MV。 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計 18 應(yīng)用程序 過程中要考慮以下三個方面 : (1)圖形 ,是用抽象的圖形畫面來模擬實際的工業(yè)現(xiàn)場和相應(yīng)的 工 控 設(shè)備。如下圖所示： 圖 318 設(shè)備配置導(dǎo)向 在設(shè)備配置導(dǎo)向中選擇“ PLC”→“西門子” →“ S7300” →“ MPI（電纜） ” 。系統(tǒng)為用戶提供了矩形、直線、橢圓（圓）、扇形、多邊形、文本等基本圖形對象，及按鈕、趨勢曲線窗口、報警窗口、報表等復(fù)雜的圖形對象。 。 實驗四 P 2 I 600000 D 0 SP 、 實驗曲線如下圖所示： 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計 34 圖 49 參數(shù)實驗 實驗結(jié)果分析： SP=10 貌。啟動調(diào)節(jié)器，設(shè)置各項 參數(shù)，將調(diào)節(jié)器的手動控制切換到自動控制?！敖M態(tài)王”提供了 21種動畫鏈接方式： 一個 圖形對象可以同時定義多個鏈接，組合成復(fù)雜的效果，意識滿足實際中任意的動畫現(xiàn)實需要。如果讀者使用的是有多個串口的電腦，請根據(jù) MPI 電纜所插實際位置選擇串口號。 (3)連接 ,就是畫面上的圖素以怎樣的動畫來模擬現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行 ,以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。而輸出則相反，要將（ 0～ 100） Real 值輸出成為 Word 格式（ 5530～27648）數(shù)據(jù)。本控制系統(tǒng)用戶程序，主要有四類程序塊：組織塊 OB、功能塊 FB、功能 FC 和數(shù)據(jù)塊 DB。 添加方法如下：右鍵單 擊“雙容水箱液位控制 系統(tǒng) ” →“插入 新 對象”→ “ SIMATIC 300 站點”，如下圖所示： 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計 9 圖 35 建立 SIMATIC S7300 站點 單擊 SIMATIC 300(1) 站點會出現(xiàn)“硬件 ”組態(tài)圖標(biāo) ，雙擊此圖標(biāo)進(jìn)入“硬件組態(tài)”環(huán)境，如下圖所示： 圖 36 硬件組態(tài) 硬件組態(tài) 雙擊硬件組態(tài) 后出現(xiàn) HW Config 窗口 。置于 3 號機(jī)架，沒有接口模塊時，機(jī)架位置為空。 PID參數(shù)整定 對于純滯后對象的補(bǔ)償控制點采用了 Smith 預(yù)測器，使控制對象與補(bǔ)償環(huán)節(jié)一起構(gòu)成一個簡單的慣性環(huán)節(jié)。當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（ Steadystate error）。 自動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。另外，用組態(tài)軟件開發(fā)的系統(tǒng)具有與 Windows 一致的圖形化操作界面，非常便于生產(chǎn)的組織和管理。如果將模糊控制和傳統(tǒng)的 PID 控制兩者結(jié)合，用模糊控制理論來整定 PID 控制器的比例，積分，微分系統(tǒng)，就能更好的適應(yīng)控制系統(tǒng)的參數(shù)變化和工作條件的變化。時滯系統(tǒng)作為復(fù)雜控制系統(tǒng)中的一個重要部分廣泛存在于現(xiàn)代的工業(yè)過程中。 從目前 PID 參數(shù)整定方法的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀來看，以下幾個方面將是今后一 段時間內(nèi)研究和實踐的重點： （ 1）對于單入單出被控對象，需要研究針對不穩(wěn)定對象或被控過程存在較大 干擾情況下的 PID 參數(shù)整定方法，使其在初始化、抗干擾和魯棒性能方面進(jìn)一步 增強(qiáng)，使用最少量 的過程信息及較簡單的操作就能較好地完成整定。 論文作者簽名 ： 時間： 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 時間： 年 月 日 西 安 郵 電 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )任務(wù)書 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 職稱 助教 院系 自動化學(xué)院 專業(yè) 自動化 題目 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計 任務(wù)與要求 了解 PID 的基本原理。盡管自 1940 年以來，許多先進(jìn)控制方法不斷推出，但 PID 控制器以其結(jié)構(gòu)簡單，對模型誤差具有魯棒性及易于操作等優(yōu)點，仍被廣泛 應(yīng)用于冶金、化工、電力、輕工和機(jī)械等工業(yè)過程控制中。由于雙容水箱所固有的特性決定了其控制的復(fù)雜性， 因此對雙容水箱的模型設(shè)計和控制方法研究是有必要的。 通過對過程參量的控制，可使生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的產(chǎn)量增加、質(zhì)量提高和能耗減少。 本課題研究的意義 隨著工業(yè)自動化技術(shù)的發(fā)展，人們對自動化檢測、測控系統(tǒng)的要求越來越高。因此用液位調(diào)節(jié)閥 PID 控制來調(diào)節(jié)液位有重要的研究價值。即當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或 不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用 PID 控制技術(shù)。這就是說，在控制器中僅引入 “比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例 +微分的控制器，就能 夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計 6 3 PLC和組態(tài)王軟件 PLC S7300介紹 S7300 硬件 介紹 S7300主要支持的硬件有： （ 1）電源（ PS） 電源模塊提供了機(jī)架和 CPU 內(nèi)部的供電電源，置于 1 號 機(jī)架的位置。 SM334 內(nèi)含20針前連接器一個。程序塊包括（ OB、 FB、FC）和數(shù)據(jù)塊（ DB），需要把它們下載到 CPU 中，用于執(zhí)行自動控制任務(wù)，符號表、變量表和 UDT 不用下載到 CPU。運(yùn)算 PV， SP， MV 數(shù)據(jù)為 范圍。 組態(tài)王的應(yīng)用 ： (1)圖形界面的設(shè)計 (2)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫 (3)建立動畫連接 (4)運(yùn)行和調(diào)試 : (1)實驗全部用軟件來實現(xiàn) ,只需利用現(xiàn)有的計算機(jī)就可完成自動控制系統(tǒng)課程的實驗 ,從而大大減少購置儀器的經(jīng)費(fèi)。點擊文件→新建工程，如下圖所示： 圖 316 創(chuàng)建新工程 為工程選擇保 存路徑和名稱 點擊完成后出現(xiàn)下圖 圖 317 新建工程“雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)” 雙擊打開新建的工程，進(jìn)入組態(tài)王工程瀏覽器。 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計 23 圖 323 完成數(shù)據(jù)詞典 組態(tài) 數(shù)據(jù)詞典中定義變量所用到的變量類型、描述、最小值、最大值、寄存器、數(shù)據(jù)類型、讀寫屬性如下表所示： 表 3