【正文】 控件來實現(xiàn)水箱液位歷史曲線的顯示。在組態(tài)王中右擊控件，點擊【控件屬性】，在 ―曲線 ‖目錄下點擊【歷史庫中添加】，在【坐標(biāo)系】、【游標(biāo)配置選項】中對記錄的時間格式游標(biāo)等進(jìn)行設(shè)置。系統(tǒng)運(yùn)行時，歷史趨勢曲線控件自動連接歷史數(shù)據(jù)庫，把數(shù)據(jù)庫中保存的數(shù)據(jù)以曲線的形式顯示出來。 圖 歷時曲線查詢 用戶可根據(jù)液位控制的各個階段曲線的顯示來觀察液位控制情況，并根據(jù)觀察到的內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 25 情況來調(diào)整參數(shù)。在實際查看過程中，用戶可以通過調(diào)整曲線跨度和左右移動來查看曲線。在歷史曲線顯示模塊中，包含了歷史曲線控件及用以及用來查詢各個時 刻記錄曲線的按鈕。用戶可以通過具體的時間來方便的查詢某一時間的歷史曲線。 參數(shù)整定 連接設(shè)備，運(yùn)行編寫的 PID 程序，通過不同的 PID 參數(shù)的設(shè)定觀察控制的實際效果，其中目標(biāo)值為 200 毫米， 選出一組最為合適的參數(shù)對水箱液位進(jìn)行控制，其實際效果如下圖所示： 圖 比例 =,積分 = 圖 比例 =,積分 = 圖 比例 =,積分 =,微分 =5 圖 比例 =1,積分 = 比較以上幾幅圖可知，當(dāng) 比例 =， 積分 = 時控制效果最佳。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 26 第四章 基于變頻器的單容液位控制系統(tǒng) 變頻調(diào)速基礎(chǔ) 變頻調(diào)速是國際上各大電器公司在 70年代末 80年代末投入全力研制、開發(fā)的技術(shù)，通過幾十年的發(fā)展，國內(nèi)和國外在變頻調(diào)速技術(shù)上都已經(jīng)常熟。目前，變頻調(diào)速的控制法有恒壓頻比控制、轉(zhuǎn)差率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等 ，其控制原理如下： 根據(jù)異步電機(jī)的基本原理，異步電機(jī)轉(zhuǎn)速 公式為： )1(60 spfn ?? （ ） 其 中 n 為電動機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)， f 為電源頻率， s 為轉(zhuǎn)差率， p 為定子旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)，所以從這個公式就可以看出，要想改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以改變 f， s， p 這三個中的任意一個，就能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)速，其中改變電源頻率 f 是比較方便和有效的方法，只要改變了電源頻率就能都改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。 1） V/F 控制原理： U=E=*N*K*Φ，其中 U 是電源電壓， E 是定制繞組的感應(yīng)電動勢， f 電源頻率，n 為繞組線圈匝數(shù)， K 為繞組分布系 數(shù)， Φ 為磁通量 。 從這個公式可以看出，如果減小f 的話，電源頻率 U 還不變，那么 Φ 必然變大，因為電機(jī)的磁路設(shè)計都是按照一定的磁通量設(shè)計的，如果 Φ 增大，那么磁路有可能就進(jìn)入了飽和狀態(tài)，所以必須保證 Φ 為恒定，所以相應(yīng)的也應(yīng)該減小電源電壓 U，同理， f 增大， U 也要增大，同時必須保證 u/f為一個常量。 2）矢量控制原理： 矢量控制的基本原理是通過測量和控制異步電動機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動機(jī)的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動機(jī)的定子電流矢量分解為矢量控制方式 。矢量控制方式又有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式、無速度傳感器矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等。 ① 基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制 其同樣是在進(jìn)行 U/f 恒定控制的基礎(chǔ)上，通過檢測異步電動 機(jī)的實際速度 n，并得到對應(yīng)的控制頻率 f，然后根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩，分別控制定子電流矢量及兩個分量間內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 27 的相位，對通過變頻器的輸出頻率進(jìn)行控制的?；谵D(zhuǎn)差頻率的矢量控制方式的最大特點是，可以消除動態(tài)過程中的轉(zhuǎn)矩電流的波動，從而提高了通用變頻器的動態(tài)性能。早期的矢量控制通用變頻器基礎(chǔ)上都是采用的基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式。 ② 無速度傳感器的矢量控制方式是基于磁場定向控制理論發(fā)展而的。 實現(xiàn)精確的磁場定向矢量控制需要在異步電動機(jī)內(nèi)安裝磁通檢測裝置，要在異步電動機(jī)內(nèi)安裝磁通檢測裝置是很困難的，但人們發(fā)現(xiàn)，即使不在異步電動機(jī)中直接安裝磁通檢測裝置，也可以在通用變頻器內(nèi)部得到與磁通相應(yīng)的量，并由此得到了所謂的無速度傳感器的矢量控制方式。它的基本思想是根據(jù)出入的電動機(jī)的銘牌參數(shù)，按照一定的關(guān)系分別對作為基本控制量的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的指令值和檢測值達(dá)到一致，并輸出轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)矢量控制。 ③ 采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調(diào)速 范圍上與直流電動機(jī)相匹配，而且可以控制異步電動機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。 由于矢量控制方式所依據(jù)的是準(zhǔn)確的被控異步電動機(jī)的參數(shù)，有的通用變頻器在使用時需要準(zhǔn)確的輸入異步電動機(jī)的參數(shù)，有的通用變頻器需要使用速度傳感器和編碼器，并需要使用廠商指定的變頻器專用電動機(jī)進(jìn)行控制，否則難以達(dá)到理想的控制效果。目前新矢量控制通用變頻器中已經(jīng)具備異步電動機(jī)參數(shù)自動識別、自適應(yīng)功能，帶有這種功能的通用變頻器在驅(qū)動異步電動機(jī)進(jìn)行日常運(yùn)轉(zhuǎn)之前可以自動地進(jìn)行對異步電動機(jī)的參數(shù)進(jìn)行識別，并根據(jù)便是結(jié)果調(diào)整控制算法中的參數(shù)，從而對普通的異步電動機(jī)進(jìn)行有效的矢量控制。除了上述的無速度傳感器矢量控制和轉(zhuǎn)矩矢量控制等，可提高異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩控制性能的技術(shù)外，目前的新技術(shù)還包括異步電動機(jī)控制常數(shù)的調(diào)節(jié)及與機(jī)械系統(tǒng)匹配的適應(yīng)性控制等以提高異步電動機(jī)應(yīng)用性能的技術(shù)。為了防止異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速偏差以及在低速區(qū)域獲得較理想的平滑轉(zhuǎn)速，應(yīng)用大規(guī)模集成電路并采用專用數(shù)組時自動電壓調(diào)整控制技術(shù)的控制方式，以實用化并取得良好效果。 三菱通用變頻器 FRD700 簡要介紹 FRD700 簡介 FRD700 系 列的變頻器是具有變頻調(diào)速器和經(jīng)濟(jì)型高性能的變頻器，其 功率范圍：～ 15KW。 本系統(tǒng)用的變頻器是 。在三菱變頻器系列產(chǎn)品中它是一種理想的小功率，低價位變頻器。 變頻器 特別適合作為水泵和風(fēng)機(jī)的驅(qū)動裝置，或者作為各種工業(yè)設(shè)備的驅(qū)動裝置，例如，食品工業(yè)，紡織工業(yè)和包裝內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 28 工業(yè)，以及傳送帶驅(qū)動系統(tǒng)，工廠大門和車庫大門傳動鏈的驅(qū)動，還可以作為移動是廣告牌的驅(qū)動裝置。 圖 變頻器的外觀圖 三菱變頻器 常規(guī)介紹 主電路接線端： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 29 圖 主電路接線端 控制電路接線端極端子功能介紹 圖 接線端子介紹 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 30 圖 接線端子功能 部分的端子可以通過 ～ 、 、 （輸入輸出端子功能選擇）選擇端子功能。請正確設(shè)定 Pr267 和電壓 /電流輸入切換開關(guān)，輸入與設(shè)定相符的模擬信號。若將電壓 /電流輸入切換開關(guān)設(shè)為 “ I” 進(jìn)行電壓輸入，將開關(guān)設(shè)為 “ V” 進(jìn)行電流輸入，則 可導(dǎo)致變頻器或外部設(shè)備的模擬電路發(fā)生故障。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 31 操作面板及其功能介紹 圖 操 作面板 變頻器的作用 變頻器調(diào)速能夠應(yīng)用在大部分的電機(jī)拖動場合，由于它能夠提供精確的速度控制，因此可以方便地控制機(jī)械傳動的上升、下降和變速運(yùn)行。變頻器應(yīng)用還可以大大地提高工藝的高效性，同時可以比原來的定速運(yùn)行的電動機(jī)更加節(jié)能。變頻器主要有以下作用： （ 1）控制電動機(jī)的啟動電流。變頻調(diào)速可以在零速零電壓啟動，一旦頻率和電壓的關(guān)系建立，變頻器就可以按照 V/F 或矢量控制方式帶動伏在進(jìn)行工作。使用變頻器調(diào)速能充分減低啟動電流，提高繞組承受能力，用戶最直接的好處就是電動機(jī)維護(hù)成本將進(jìn)一步降低、電動機(jī)的壽命則相 應(yīng)增加。 （ 2）降低電力線路電壓波動。采用變頻調(diào)速，由于能在零頻零壓時逐步啟動，則能在最大程度上消除電壓下降。 （ 3）啟動時需要的功率更低。電動機(jī)功率與電壓和電流的乘積成正比，那么通過工頻直接啟動的電動機(jī)消耗的功率將大大高于變頻啟動所需要的頻率。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 32 （ 4）可控的加速功能。變頻器調(diào)速能在零速啟動并按照用戶的需要進(jìn)行光滑地加速，而且其加速曲線也可以選擇。 （ 5）可調(diào)的運(yùn)行速度。通過變頻器素能優(yōu)化工藝過程，并能根據(jù)工藝工程迅速改變，還能通過遠(yuǎn)程的 PLC 或其它控制器來實現(xiàn)速度變化。 （ 6）可調(diào)速的轉(zhuǎn)矩極限。通過變頻器 速度后。能夠設(shè)置相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩極限來保護(hù)機(jī)械不致?lián)p壞，從而保證工藝過程的連續(xù)性和產(chǎn)品的可靠性。 （ 7）受控的停止方式。在變頻調(diào)速中，停止方式可以受控，并且有不同的停止方式可以選擇，同樣可能減少對機(jī)械部件和電動加的沖擊，從而使整個系統(tǒng)更加靠譜，壽命也會相應(yīng)增加。 （ 8）節(jié)能。離心風(fēng)機(jī)或水泵采用變頻器后都能大幅度地降低能耗，由于最終的能耗是與電動機(jī)的轉(zhuǎn)速成立方比，所以采用變頻后投資回報更快，廠家也樂意接受。 （ 9）可逆運(yùn)行控制。在變頻控制中，要實現(xiàn)可逆運(yùn)行控制無需額外的可逆控制裝置，只需要改變輸出電壓的相序即可，這 樣可降低維護(hù)成本和節(jié)省安裝空間。 （ 10）減少機(jī)械傳動部件。運(yùn)行直接變頻傳動系統(tǒng)可降低成本和空間，提高設(shè)備的性價比。 控制系統(tǒng)調(diào)試 本設(shè)計選用變頻器，水泵，壓力液位變送器對液位高度進(jìn)行實時控制，其接線 如 圖 所示： 圖 外部接線圖 液位變送器輸出 4～ 20mA 電流信號，經(jīng)過串聯(lián)其中的 250 歐姆 電阻 之后轉(zhuǎn)換為 1～內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 33 5V 電壓信號，電阻兩端的電壓信號輸入到變頻器中，變頻器通過內(nèi)部的 PID 運(yùn)算得出輸出值，進(jìn)而對水泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實時控制，最終達(dá)到控制液位的目的。 操作步驟 1） 待接線完畢后首 先設(shè)置變頻器的頻率范圍：在變頻器中，設(shè)置最大頻率的編號為 1，最小頻率的編號為 2。實驗室的水泵轉(zhuǎn)速頻率最高為 50Hz，最小為 13Hz，當(dāng)超過或低于這兩個值時，水泵空轉(zhuǎn)。之后設(shè)置變頻器的工作方式：將其設(shè)置為內(nèi)置的 PID工作方式，而這個設(shè)置的編號為 127，選擇完之后，將其設(shè)置為 30Hz，其含義為當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速達(dá)到 30Hz 時，變頻器會自動切換到內(nèi)置的 PID 自動運(yùn)行控制方式中。接下來要設(shè)置編號 128 的數(shù)據(jù)即 PID 動作選擇數(shù)據(jù)，變頻器提供了多種動作方式，而本設(shè)計中選用的是負(fù)反饋的工作方式，所以將其代碼設(shè) 置 為 20，即為負(fù)反饋 工作方式。編號 129 表示的是比例帶， Kp=1/比例帶，在這里設(shè)置比例帶為 40%，編號 130 表示積分時間，這里設(shè)置為 80s，編號 133 為 PID 動作目標(biāo)值，可以從這里設(shè)置不同的目標(biāo)值，從而實現(xiàn)不同的液位控制目標(biāo)，其實際情況如下表所示： 表 動作目標(biāo)值與各物理量對應(yīng)關(guān)系 動作目標(biāo)值 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 10% 實際液位值（ cm） 輸入變頻器電壓值（ V） 液位穩(wěn)定時水泵頻率范圍（ Hz） .53 實驗中當(dāng)突然有干擾時，變頻器馬上使水泵的轉(zhuǎn)速達(dá)到 左右，當(dāng)突然有二次干擾時，變頻器會維持水泵的轉(zhuǎn)速達(dá)到 左右。還有需要注意的是如果在變頻器 運(yùn)行的時候改變比例帶可能導(dǎo)致變頻器的頻率降低到最小值而導(dǎo)致空轉(zhuǎn)。因此，如果想重新設(shè)置 PI，最好停止運(yùn)行變頻器后再重新設(shè)置各個參數(shù) 。 參數(shù)整定 不同的 PID 參數(shù)所實現(xiàn)的控制效果不同，那么我們?nèi)绾芜x擇出最為合適的一組 PID值呢？本設(shè)計通過不同的 PID 參數(shù)的設(shè)定通過組態(tài)王軟件得到并觀察實時曲線走勢，最后比較幾組數(shù)據(jù)的控制效果，從而得出最合適的 PID 參數(shù)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 34 圖 比例 P=30，積分 I=20 圖 比例 P=30，積分 I=60 圖 比例 P=30， 積分 I=82 圖 比例 P=10，積分 I=60 通過以上幾組不同的 PID 參數(shù)比較可得最合適的比例 P=10，積分 I=60，微分不需要引入。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 35 第五章 雙容水箱液位控制系統(tǒng) 單回路控制系統(tǒng)在一般情況下都能滿足正常生產(chǎn)需求，但是當(dāng)對象的容量滯后較大，負(fù)荷或干擾變化比較劇烈、比較頻繁，或是工藝對產(chǎn)品質(zhì)量提出的要求很高時，采用單回路的控制方法就不再有效了，于是就出現(xiàn)了所謂的串級系統(tǒng)。 液位串級是復(fù)雜的過程控制系統(tǒng)，由主、副兩個回路組成，每個回路中有各自的調(diào)節(jié)器 和被控對象，即主回路中的調(diào)節(jié)器稱主調(diào)節(jié) 器，被控對象為下水槽，作為系統(tǒng)的主被控對象，下水槽的液位值為主被控變 量。副回路中的調(diào)節(jié)器稱副調(diào)節(jié)器，被控對象為上水槽，為系統(tǒng)副被控對象，上水槽液位 值 為副被控 變 量。 串級控制系統(tǒng)的目的是使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，確保主被控量的控制質(zhì)量，實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。當(dāng)有擾動出現(xiàn)于副回路時，由于主被控對象的時間常數(shù)大于副被控對象的時間常數(shù)，因而當(dāng)主被控變量未做出反應(yīng)時，副回路已做出快速響應(yīng)，及時地消除了擾動對主被控量的影響。此外，如果擾動作用