【正文】 .................................................................................. 23 結(jié)論 ...................................................................................................... 23 展望 ...................................................................................................... 23 致謝 ........................................................................................................................ 24 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................. 25 容器液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) I 摘 要 過程控制是生產(chǎn)過程自動(dòng)控制的簡(jiǎn)稱，這是自動(dòng)化技術(shù)的一個(gè)重要組成 分。 繪制電氣原理圖、裝配圖、接線圖 。 通過西門子 PLC 控制器或智能儀表，水位傳感器將檢測(cè)到的實(shí)際水位轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)過模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)并送到 PLC 中進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)。 關(guān)鍵詞 ： 西門子 S7300PLC， PID算法 ,組態(tài)王， A3000過程控制系統(tǒng)。 20 世紀(jì) 70 年代初出容器液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 2 現(xiàn)了微處理器。目前，我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。 PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。同時(shí)，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(gè)階段。 容器液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 5 本論文研究的主要內(nèi)容 除模擬 PID調(diào)節(jié)器外，可以采用計(jì)算機(jī) PID算法控制。這就是說，在控制器中僅引入 “ 比例 ” 項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是 “ 微分項(xiàng) ” ，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，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)。 （ 2）手動(dòng) /自動(dòng)切換時(shí)沖擊小，便于實(shí)現(xiàn) 無擾動(dòng)切換。此外，微分反應(yīng)的是變化率，而當(dāng)輸入沒有變化時(shí)，微分作用輸出為零。積分控制規(guī)律又稱無差控制規(guī)律。微分控制器輸出的大小取決于輸入偏差變化的速度。這種訪法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通容器液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 12 過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。指令集功能強(qiáng)大，可用于復(fù)雜控制。 （ 1） OB1（組織塊）：用于循環(huán)程序處理的組織塊。通過對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 圖 35 （ 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。其次感謝我的指導(dǎo)老師沈建冬，還有實(shí)驗(yàn)室的其他老師。 實(shí)驗(yàn)三 試驗(yàn)參數(shù)： P= I=10000 D=O SP=20 實(shí)驗(yàn)曲線如圖 43所示： 容器液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 23 圖 43 試驗(yàn)分析： P 值設(shè)置已經(jīng)非常合理使曲線控制速度平緩， I 值較為合理使曲線很快穩(wěn)定下來。它所使用的 PC機(jī)開發(fā)的系統(tǒng)工程，比以往使用專用機(jī)開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更有通用性，大大減少了工控軟件開發(fā)者的重復(fù)性工作，還可以運(yùn)用 PC 機(jī)豐富的軟 件資源進(jìn)行二次開發(fā)。 （ 5） 變量表：用于建立和組態(tài)軟件的相關(guān)變量。 CPU運(yùn)行時(shí)需要微存儲(chǔ)器卡。 容器液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 13 第三章 程序及組態(tài)設(shè)計(jì) S7300 介紹 S7300是模塊化的通用型 PLC，適用于中等性能的控制要求。 微分控制作用的特點(diǎn)是：動(dòng)作迅速，具有超前調(diào)節(jié)功能，可有效改善被控對(duì)象有較大時(shí)間滯后的控制品質(zhì)；但是它不能消除余差，尤其是對(duì)于恒定偏差輸入時(shí)，根本就沒有控制作用。這樣取二者之長(zhǎng)，互相彌補(bǔ)，既有比例控制作用的迅速及時(shí)，又有積分控制作用消除余差的能力。工業(yè)生產(chǎn)中比例控制規(guī)律使用較為普遍。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn) 定。根據(jù) z 變 換 的 性 質(zhì) ： ? ? )()1( 1 zEzkez ??? 和容器液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 8 ? ?10 1 )()( ?? ????????? zzEjez kj 對(duì)式（ ）進(jìn)行 z 變換為： 11()( ) ( ) ( ) ( )1P I DEzU z K E z K K E z z E zz ?? ??? ? ? ???? （ ） 由式（ ）便可得到數(shù)字 PID 控制器的 z 傳遞函數(shù)為 ? ?11 11)( )()( ?? ?????? zKzKKzE zUzG DIP （ ） 由于計(jì)算機(jī)輸出的 )(ku 直接去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如閥門）， )(ku 的值和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置（如閥門開度）是一一對(duì)應(yīng)的，所以通常稱式（ ）為位置式 PID 控制算法。 （ 2）積分（ I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng) DCS（ Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 20 世紀(jì) 80 年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。用來完成各種各樣的復(fù)雜程度不同的工業(yè)控制任務(wù)。 第八周至第九周：編寫控制程序，畫組態(tài)畫面。 西安郵電大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 題 目： 容器液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 院 系： 自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè)： 自動(dòng)化 班 級(jí)： 自動(dòng) 0703 班 學(xué)生姓名： 王黨偉 導(dǎo)師姓名： 職稱： 起 止時(shí)間： 20xx 年 1 月 10 日 至 20xx 年 6 月 17 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠信聲明書 本人聲明：本人所提交的畢業(yè)論文《 容器液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 》是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)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(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式注明并表示感謝。 第六周至第七周：熟悉 S7300 軟件和組態(tài)王軟件。人們?cè)趹?yīng)用它時(shí)，可以不必進(jìn)行計(jì)算機(jī)方面的專門培訓(xùn)，就能對(duì)可編程控制器進(jìn)行操作及編程。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、 PID 功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。 （ 1）開關(guān)量的邏輯控制 這是 PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于 可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、 變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（ Steadystate error）。將式（ ）代入式（ ），可得離散的 PID 表達(dá)式為： ? ?0( ) ( ) ( ) ( ) ( 1 )k DP jITTu k K e k e j e k e k???? ? ? ? ?????? () 寫成： ? ?0( ) ( ) ( ) ( ) ( 1 )kP I Dju k K e k K e j K e k e k?? ? ? ? ?? () 式中 k — 采樣序號(hào)， ?2,1,0?k ； )(ku — 第 k 次采樣時(shí)刻的計(jì)算機(jī)輸出值；()ek — 第 k 次采樣時(shí)刻輸入的偏差值； IK — 積分系數(shù)， IPI TTKK /? ； DK — 微分 系 數(shù) ， TTKK DPD /? 。 控制器 P、 I、 D 項(xiàng)的選擇 比例調(diào)節(jié)作用 ：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。 單純的比例控制適用于擾動(dòng)不大，滯后較小，負(fù)荷變化小，要求不高，允許有一定余差存在的場(chǎng)合。所以，實(shí)用中一般不單獨(dú)使用積分控制，而是和比例控制作用結(jié)合起來，構(gòu)成比例積分控制。同理，微分時(shí)間的選取，也是需要根據(jù)實(shí)際情況來確定的。 PID參數(shù)的設(shè)定：是靠經(jīng)驗(yàn)及工藝的熟悉，參考測(cè)量值跟蹤與設(shè)定值曲線，從而調(diào)整 P\I\D的大小。帶有與過程相關(guān)的功能，可以連接標(biāo)準(zhǔn) I/O設(shè)備。 （ 4） DB（數(shù)據(jù)塊）；是整個(gè)工程內(nèi)的全局?jǐn)?shù)據(jù)塊。組態(tài)王圖形界面開發(fā)功能使用方便，對(duì) I/O 設(shè)備廣泛支持。 實(shí)驗(yàn)二 實(shí)驗(yàn)參數(shù)： P=10 I=10000 D=0 SP=20 實(shí)驗(yàn)曲線如圖 42所示： 容器液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 22 圖 42 實(shí)驗(yàn)分析： P值過大導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥開度 (曲線 MV)變化過大， I值較為合理使曲線很快穩(wěn)定下來。他們對(duì)待工作認(rèn)真負(fù)責(zé)，對(duì)待同學(xué)熱情而有耐心。如圖 36 所示。 組態(tài)軟件 也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。 （ 2） FB（功能塊）；需要背景數(shù)據(jù)塊的函數(shù)塊，數(shù)據(jù)在執(zhí)行完之后要需要保存的。無需電池備份，免維護(hù)。 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)的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單 、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。 微分輸出只與偏差的變化速度有關(guān)，而與偏差的大小以及偏差是否存在與否無關(guān)。 積分時(shí)間的大小表征了積分控制作用的強(qiáng)弱。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成 PD或 PID控制器。此外，當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)，由于輸出通道或執(zhí)行裝置具有信號(hào)的鎖存作用，故仍能保持原值。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例 +微分（ PD）控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。首先由差壓傳感器檢測(cè)出水箱水位；水位實(shí)際值通過 PLC進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字信號(hào)后，被輸入計(jì)算機(jī)中；最后，在計(jì)算機(jī)中，根據(jù)水位給定值與實(shí)際輸出值之差，利用 PID程序算法得到輸出值，再將輸出值傳送到 PLC中，由 PLC將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。智能 控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多小型 PLC也具有此功能模塊。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的 CF 系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的 DKK 及 D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的 S系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的 YZ 系列等