【文章內(nèi)容簡介】 ual Switch）可以實(shí)現(xiàn)副回路的引入與切除，以了解副回路對控制性能的影響,比較串級控制和非串級控制對雙容水箱液位的控制能力仿真框圖如下。 SIMULINK仿真框圖在時間為0時對系統(tǒng)加入大小為30的階躍信號，設(shè)置主控制器PID參數(shù)KP=60 TI=50 TD=3 。副控制器P參數(shù)為KP=50，觀察階躍響應(yīng)曲線如下。 雙閉環(huán)階躍響應(yīng)仿真曲線通過手動切換開關(guān)將副回路切除成單閉環(huán)可得其仿真圖像。，引入副回路的雙閉環(huán)串級系統(tǒng)能夠更好的提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使系統(tǒng)更加的穩(wěn)定，穩(wěn)態(tài)誤差更小。維持初始階躍信號不變，并在副回路中加入擾動信號，觀察響應(yīng)曲線. 在100s經(jīng)過慣性環(huán)節(jié)向副回路加入階躍值為70的擾動信號?？刂破鲄?shù)不變。 加入擾動后的SIMULINK仿真框圖 加入擾動后的雙閉環(huán)階躍響應(yīng)仿真曲線 加入擾動后的單閉環(huán)階躍響應(yīng)仿真曲線，能夠滿足系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)的需要，同時也解決了雙容水箱大滯后的缺點(diǎn)，使系統(tǒng)穩(wěn)定快速的運(yùn)行，同時也進(jìn)一步驗(yàn)證了選擇串級PID來控制雙容水箱能夠達(dá)到比較理想。4 建立儀表過程控制系統(tǒng)﹑變送裝置采用工業(yè)用的BP800型擴(kuò)散硅壓力變送器對水箱液位變化進(jìn)行測量，含不銹鋼隔離模片，同時采用信號隔離技術(shù)，對傳感器溫度漂移跟隨補(bǔ)償。當(dāng)水箱中注水導(dǎo)致液位變化時，BP800壓力變送器對被控過程中的流體壓力進(jìn)行測量,過程壓力通過壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號,經(jīng)差分放大器、輸出放大器放大后,再經(jīng)過V/A轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換為與輸入壓力成線性對應(yīng)關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)電流輸出信號。BP800型壓力變送器技術(shù)指標(biāo)如下：被測介質(zhì):液體機(jī)械保護(hù)：IP65測量范圍：100KPa～100MPa防爆等級：IaⅡCT5輸出：4～20mA DC二線制關(guān)聯(lián)設(shè)備：EXZ231B安全柵準(zhǔn)確度：溫度極限:10～80。C 40～120。C零點(diǎn)溫度系數(shù)：%/。C過載極限：～3倍滿程溫度系數(shù):%/。C相對濕度:小于95%電源電壓：24DC二線制負(fù)載電阻：≤750歐姆（1）水泵采用16CQ－8P型磁力驅(qū)動泵,流量為32升/分,揚(yáng)程為8米,。（2）調(diào)節(jié)閥采用QSVP－16K型電動調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)對雙容水箱液位系統(tǒng)進(jìn)水量的控制。其由QSL智能型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)與閥門組合構(gòu)成。通過將壓力變送器檢測到的電壓/電流信號輸入到QSL電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的智能放大器，和來自位置信號發(fā)生器產(chǎn)生的開度信號相比較并放大后,向消除其偏差的方向驅(qū)動并控制電機(jī)轉(zhuǎn)動,以改變調(diào)節(jié)閥的開度,同時將閥門開度的隔離信號反饋給控制系統(tǒng)。當(dāng)其偏差值達(dá)到零時,電機(jī)停閥開關(guān)形式：電開式動作速度：輸入控制信號：4～20mA DC/1～5V DC流量特性：直線輸出信號：4～20mA DC額定流量系數(shù)Kv：輸入阻抗：250Ω/500Ω介質(zhì)溫度：4～200。C輸出最大負(fù)載：500Ω死區(qū)：≤177。%電源：220V/50Hz回差：≤177。%公稱直徑：20mm可調(diào)范圍：50:1公稱壓力：防護(hù)等級：IP65行程：10mm功耗：5VA．控制器在儀表過程控制系統(tǒng)中，使用智能調(diào)節(jié)儀表作為控制器。采用上海萬訊儀表有限公司的AI808型儀表，采用AI人工智能調(diào)節(jié)方式，內(nèi)含PID調(diào)節(jié)算法。其可以在誤差較大時運(yùn)用模糊算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，以消除PID積分飽和現(xiàn)象；當(dāng)誤差趨小時，采用改進(jìn)后的PID算法調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)優(yōu)化效果。選用的AI808P型儀表技術(shù)指標(biāo)如下： 智能儀表技術(shù)指標(biāo)熱電偶輸入：K﹑S﹑R﹑E﹑J等響應(yīng)時間：≤熱電阻輸入：Cu50﹑Pt100調(diào)節(jié)方式：位式調(diào)節(jié)方式/AI人工智能調(diào)節(jié)線性電壓輸入：0～5V輸出規(guī)格：4～20mA線性電流輸入：420mA報警功能：上限﹑下限﹑正負(fù)偏差測量范圍：1999～9999電源：100～240VAC/50Hz測量精度：環(huán)境溫度：0～50。C AI808P引腳說明引腳號引腳名稱引腳定義1Vin05V 15V輸入2Iexec+作為Vin的地3Sense+05V 15V輸入4Sense作為Sense+的地5Iout420mA輸出負(fù)端7Iout+420mA輸出正端9ACL電源火線10ACN電源地線11(13)AL1+(AL1)與AL1(AL2)構(gòu)成報警14(16)AL2+(AL2)與AL1+(AL2+)構(gòu)成報警18(17)Data+(Data)RS485接口數(shù)據(jù)線19(20)I/V變換內(nèi)接電阻將電流變?yōu)殡妷?(12)(15)無分別與5(13)(16)形成常閉觸點(diǎn)： 根據(jù)電路原理圖可以連接出實(shí)際的儀表串級PID負(fù)反饋控制。通過三相380V/10A交流電源向三相磁力泵和220/5A交流電源向調(diào)節(jié)儀表供電。壓力變送器測定的下水箱液位值（電壓反饋信號）送到主調(diào)節(jié)器(智能調(diào)節(jié)儀1)輸入端。調(diào)節(jié)器的給定值可由儀表控制面板或MCGS監(jiān)控界面設(shè)定，與反饋信號相比較后輸出調(diào)節(jié)信號。由于其輸出的信號為4～20mA的電流信號，需要經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)化為1～5V電壓信號送到副調(diào)節(jié)儀的輸入端，與壓力變送器測定的上水箱液位值（電壓反饋信號）相比較后，輸出4～20mA的電流信號到電動調(diào)節(jié)閥控制信號輸入端，控制電動調(diào)節(jié)閥的開度，消除下水箱液位的測量值與給定值的偏差。 儀表系統(tǒng)電路原理圖(1)Sn: 輸入規(guī)格 調(diào)節(jié)儀1中Sn=33 表示1~5V電壓輸入；調(diào)節(jié)儀2中Sn=32 ~1V電壓輸入。(2)ADDR：通訊地址 用于定義儀表地址，有效范圍是0~100。調(diào)節(jié)儀1中ADDR=1；調(diào)節(jié)儀2中ADDR=2。(3)diH：輸入上限顯示值，用于定義線性輸入信號上限刻度值。調(diào)節(jié)儀1中diH=50 ；調(diào)節(jié)儀2中diL=0。(4)diL：輸入下限顯示值 用于定義線性輸入信號下限刻度值。調(diào)節(jié)儀1中diH=50； 調(diào)節(jié)儀2中diL=0。(5)CF：系統(tǒng)功能選擇CF=A*1+B*2+C*4+D*8+E*16+F*32+G*64調(diào)節(jié)儀1中CF=0，表示A=0,調(diào)節(jié)儀1為反作用調(diào)節(jié)方式，輸入增大時，輸出趨向減小；B=0，儀表報警無上電；D=0，不允許外部給定，程序時間以分為單位；E=0，無分段頻率限制功能；F=0，儀表光柱指示輸出值；G=0，儀表為AI808P工作模式。調(diào)節(jié)儀2中CF=8，表示A=0,調(diào)節(jié)儀1為反作用調(diào)節(jié)方式，輸入增大時，輸出趨向減小；B=0，儀表報警無上電；D=1，允許外部給定，程序時間以秒為單位；E=0，無分段功率限制功能；F=0，儀表光柱指示輸出值；G=0，儀表為AI808P工作模式。(6)SV：下水箱液位給定值，根據(jù)需要設(shè)置。(7)P：調(diào)節(jié)器比例系數(shù)，根據(jù)需要設(shè)置。(8)I：調(diào)節(jié)器積分時間，根據(jù)需要設(shè)置。 (9)D：調(diào)節(jié)器微分時間，根據(jù)需要設(shè)置。 通過在AI808型儀表的內(nèi)部安裝RS485通訊接口模塊，可利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對儀表的監(jiān)控和操作。采用AIBUS通訊協(xié)議，8個數(shù)據(jù)位，1/2個停止位，無校驗(yàn)位。需要在計(jì)算機(jī)的MCGS軟件的用戶窗口添加腳本程序以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對儀表系統(tǒng)的監(jiān)控，時在設(shè)備窗口中完成設(shè)備通道連接設(shè)置。(1) 啟動腳本程序!setdevice(調(diào)節(jié)儀1,1, )!setdevice(調(diào)節(jié)儀1,6,write(0,0) )!setdevice(調(diào)節(jié)儀1,6,write(24,0))!setdevice(調(diào)節(jié)儀2,1, )!setdevice(調(diào)節(jié)儀2,6,write(0,0) )!setdevice(調(diào)節(jié)儀2,6,write(24,0))(2) 循環(huán)腳本程序下水箱液位SV1=SV1下水箱液位PV1=PV1上水箱液位SV1=20*OP1/100上水箱液位PV1=PV2if 下水箱液位PV120 then下水箱液位PV1=20endifif 上水箱液位PV120 then上水箱液位PV1=20(3) 退出腳本程序!SetDevice(調(diào)節(jié)儀1,2, )!SetDevice(調(diào)節(jié)儀2,2, )endif程序注釋：SetDevice(DevName，DevOp，CmdStr)函數(shù)意義：按照設(shè)備名字對設(shè)備進(jìn)行操作。返 回 值：數(shù)值型。返回值：=0：調(diào)用正常。0：調(diào)用不正常。參 數(shù)：DevName，設(shè)備名，字符型；DevOp，設(shè)備操作碼，數(shù)值型；CmdStr，設(shè)備命令字符串，只有當(dāng)DevOp=6時CmdStr才有意義。DevOp取值范圍及相應(yīng)含義：1：啟動設(shè)備開始工作。2：停止設(shè)備的工作使其處于停止?fàn)顟B(tài)。3：測試設(shè)備的工作狀態(tài)。4：啟動設(shè)備工作一次。5：改變設(shè)備的工作周期，CmdStr中包含新的工作周期，單位為ms。6：執(zhí)行指定的設(shè)備命令，CmdStr中包含指定命令的格式： AI808P智能儀表設(shè)置設(shè)備名稱：調(diào)節(jié)儀1調(diào)節(jié)儀2設(shè)備注釋：宇光AI808P儀表宇光AI808P儀表初始工作狀態(tài)：1啟動1啟動最小采集周期（ms）：500500模塊地址：12設(shè)置小數(shù)點(diǎn)位數(shù)：11位小數(shù)11位小數(shù)輸入范圍：101～5V101～5V連接通道通道類型數(shù)據(jù)對象1數(shù)據(jù)對象20通訊狀態(tài)mm1mm21PV值（液位測量值）pv1pv22SV值（液位給定值）sv1sv23MV值（調(diào)節(jié)器輸出值）op1op218CTRL控制方式ctrl1ctrl223Sn輸入規(guī)格sn1sn225dil下限顯示dil1dil226dih上限顯示dih1dih232CF系統(tǒng)功能cf1cf234通訊地址addr1addr2為了能夠使計(jì)算機(jī)與智能儀表順利通信，智能儀表的采樣周期必須與串行接口有相同的采樣周期，這里設(shè)定采樣周期為500ms. 儀表過程控制系統(tǒng)PID參數(shù)整定在組建儀表系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與儀表系統(tǒng)通訊后，完成儀表液位控制系統(tǒng)的調(diào)試運(yùn)行,完成PID參數(shù)的整定，完成儀表控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)。根據(jù)液位串級控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和被控過程模型，：1左右。主副回路的工作頻率和操作周期相差較大，其動態(tài)聯(lián)系很小可忽略不計(jì)。所以副調(diào)節(jié)器按單回路系統(tǒng)方法整定后，可以將副回路作為主回路的一個環(huán)節(jié)，按單回路控制系統(tǒng)的整定方法，整定主調(diào)節(jié)器的參數(shù)，而不再考慮主調(diào)節(jié)器參數(shù)變化對副回路的影響。而且在液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，對于主參數(shù)下水箱液位的質(zhì)量指標(biāo)要求較高，對副參數(shù)上水箱液位沒有嚴(yán)格的要求。設(shè)置副參數(shù)的目的是為了進(jìn)一步提高主參數(shù)的控制質(zhì)量，只要通過主調(diào)節(jié)器參數(shù)整定保證主參數(shù)質(zhì)量，副參數(shù)的控制質(zhì)量可以犧牲一些。采用兩步整定法整定調(diào)節(jié)儀表PID參數(shù)：（1）在工況穩(wěn)定﹑主回路閉合、主副調(diào)節(jié)器都在純比例作用的條件下，主調(diào)節(jié)器的比例度置于100%，用單回路控制系統(tǒng)的阻尼振蕩法整定，求取副調(diào)節(jié)器比例度和操作周期。（2）將副調(diào)節(jié)器的比例度置于（1）中所求得的數(shù)值上，把副回路作為主回路的一個環(huán)節(jié)，用同樣的方法整定主回路，求取主回路的比例度和操作周期。（3）根據(jù)以上求得的數(shù)據(jù)，按單回路系統(tǒng)阻尼振蕩法整定公式計(jì)算主副調(diào)節(jié)器的比例度﹑積分時間和微分時間的數(shù)值。（4）按先副后主﹑先比例后積分﹑適當(dāng)加入微分的整定程序，設(shè)置主﹑副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，再觀察過渡過程曲線，必要時進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，直到系統(tǒng)質(zhì)量達(dá)到最佳為止。主副調(diào)節(jié)器參數(shù)整定結(jié)果如下：主調(diào)節(jié)器比例系數(shù)P=20，積分時間I=80，微分時間D=10；副調(diào)節(jié)器比例系數(shù)P=40。對儀表控制系統(tǒng)設(shè)置下水箱液位給定值為50mm，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，突加階躍擾動型號，設(shè)定下水箱液位值為70mm，得到下水箱液位輸出響應(yīng)曲線。 下水箱液位階躍響應(yīng)曲線5 模擬計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng)以下將設(shè)計(jì)組建遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對雙容水箱液位系統(tǒng)的控制。雖然仍然是基于“THJ2高級過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置”組建，但是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集過程控制系統(tǒng)不同于以智能儀表帶上位機(jī)監(jiān)控為主的儀表過程控制系統(tǒng)。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集過程控制系統(tǒng)屬于計(jì)算機(jī)DDC控制系統(tǒng)，它是將模擬量輸入A/I模塊和模擬量輸出A/O模塊，開關(guān)量輸入/輸出D/I，D/O模塊置于計(jì)算機(jī)之外，計(jì)算機(jī)通過RS232/485通訊轉(zhuǎn)換裝置同ICP7000系列采集模塊（自帶485通訊接口）通訊。ICP7000系列采集模塊的作用是將傳感器檢測到的被控參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)信號通過A/D轉(zhuǎn)換送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)同時也將通過控制運(yùn)算發(fā)出的控制信號通過D/A轉(zhuǎn)換發(fā)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥、變頻器）。整個控制系統(tǒng)的控制算法及監(jiān)控功能都在控制計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，需要對輸入的模擬信號進(jìn)行采樣，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以利用的數(shù)字信號。應(yīng)從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度綜合考慮信號采集速度和信號數(shù)字化精度這兩個問題。根據(jù)香農(nóng)采樣定理：對于一個具有有限頻譜的連續(xù)信號進(jìn)行采樣，采樣頻率必須大于或等于信號所含最高頻率的兩倍，信號采樣所得的數(shù)值才可以完全復(fù)現(xiàn)原來的信號。需要依據(jù)液位對象的特性﹑加入對象的擾動大小和頻率和系統(tǒng)性能指標(biāo)要求綜合選擇適當(dāng)采樣周期。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，模擬量輸入通道一般包括了I/V變換電路﹑多路轉(zhuǎn)換器﹑采樣保