【正文】 數(shù)值型ti數(shù)值型ti1數(shù)值型ts數(shù)值型wz數(shù)值型Zlpid數(shù)值型存盤數(shù)據(jù)字符型方式顯示字符型通信字符型在雙容水箱液位控制系統(tǒng)中，被控對象的液位變化是連續(xù)的，在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)利用的是離散的信號，所以要對模擬PID控制器進(jìn)行離散化處理。在模擬控制系統(tǒng)中PID控制規(guī)律的表達(dá)式為： 式（） 將積分與微分項(xiàng)分別改寫為差分方程 式（） 式（）T:采樣周期 k:采樣序號 e(k1)，e(k)：第k1和第k次采樣所得偏差信號.得到數(shù)字PID控制器算式： 式（）u(k):第k時(shí)刻的控制輸出，則遞推可的，從而得出增量式PID 式（）將模擬PID控制器的結(jié)構(gòu)圖改造為數(shù)字PID結(jié)構(gòu)圖得:輸出值Cf1(t)e i2e i1給定值RPIDPPD/AP調(diào)節(jié)閥P上水箱P下水箱P測量與 變 送 器1A/DA/D測量與 變送器2f2(t) 數(shù)字PID控制結(jié)構(gòu)圖由于雙容水箱液位控制系統(tǒng)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用電動(dòng)式調(diào)節(jié)閥,控制量對應(yīng)閥門的開度,表征了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置,在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中采用上述形式的數(shù)字PID位置式控制算法.組態(tài)中腳本程序的流程圖如下：(手動(dòng)控制僅以上水箱為例)開始通訊是否正常正常指示正常指示通信失敗手動(dòng)控制？自動(dòng)方式手動(dòng)方式循環(huán)程序設(shè)定值等于測量值op = thisop副PID輸出等于閥門開度報(bào)警液位偏差設(shè)定值？NYNYYN 控制流程圖在MCGS組態(tài)環(huán)境的用戶窗口中添加控制程序,實(shí)現(xiàn)PID算法.!setdevice(7024, 1, )/啟動(dòng)7024數(shù)據(jù)采集模塊!setdevice(7017,1, )/啟動(dòng)7017數(shù)據(jù)采集模塊sv1=0sv2=0set=0/初始運(yùn)行狀態(tài)下水箱pv2=0上水箱pv1=0下水箱sv=0OP=0!setdevice(7024,2, )/關(guān)閉7024數(shù)據(jù)采集模塊!setdevice(7017,2, )/關(guān)閉7017數(shù)據(jù)采集模塊sv1=0sv2=0set=0下水箱pv2=0上水箱pv1=0下水箱sv=0op=03．添加循環(huán)腳本程序if method=0 then 方式顯示=手動(dòng)方式 sv1=pv1 sv3=op/pv=pv1 a= b= c= !setstgy(ZOP) pv1=pvelse 方式顯示=自動(dòng)方式 sv3=sv pv=pv2 !setstgy(主PID) sv1=thisop sv3=sv1 pv=pv1 p=p1 !setstgy(副PID) op=thisop/ e=op sv3=e a= b= c= !setstgy(ZOP) pv1=pv/ sv3=pv1 a= b=1 c= !setstgy(ZOP) pv2=pv/endifif !GetDevicestate(設(shè)備1)=1 and 1=0 and !GetDevicestate(設(shè)備2)=1 then 通信=設(shè)備工作正常 else 通信=設(shè)備停止?fàn)顟B(tài)endifdifference=!abs(pv2sv)if difference=alarmsv then alarm1=1else alarm1=0endif!setdevice(設(shè)備1,6,write(10,采樣周期))!setdevice(設(shè)備2,6,write(10,采樣周期))op2=opsv2=svpv3=pv2op3=op1pv4=pv1 組態(tài)軟件調(diào)試根據(jù)采集系統(tǒng)電路原理圖完成硬件電路接線工作，完成MCGS軟件的調(diào)試運(yùn)行工作。通過三相380V/10A交流電源向三相磁力泵和220/5A交流電源向電動(dòng)調(diào)節(jié)閥供電。壓力變送器輸出的4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號（上下水箱液位檢測信號）串聯(lián)250Ω電阻，轉(zhuǎn)變?yōu)?～5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號，分別送入智能采集模塊ICP7017的第一輸入通道A/I0和第二輸入通道A/I1，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化將液位參數(shù)送到計(jì)算機(jī)。智能采集模塊ICP7024接受計(jì)算機(jī)離散控制信號，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為模擬信號，其第二輸出通道的A/O1與24V開關(guān)電源，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥信號輸入端口相串聯(lián)，從而輸出4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號（上下水箱液位控制信號）給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，控制其開度。仍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(gè)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(shí)間和微分時(shí)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(shí)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=50，積分時(shí)間I=40，微分時(shí)間D=8；副調(diào)節(jié)器比例系數(shù)P=38。在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，設(shè)定下水箱液位設(shè)定值為50mm，等待系統(tǒng)穩(wěn)定后，突加階躍擾動(dòng)（將設(shè)定值增加60%）將給定值加到80mm得到下水箱液位輸出響應(yīng)曲線。 結(jié)果分析：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的控制器工作方式為正作用，輸入增大時(shí)，輸出趨向越大。位置式PID算法，通過測量位置信號的采樣反饋，與給定值相比較，調(diào)節(jié)偏差。根據(jù)PID控制的特性再調(diào)節(jié)參數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到較滿意的狀態(tài)。加階躍信號后觀察系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，由曲線和響應(yīng)數(shù)據(jù)得延遲時(shí)間Td=90s,峰值時(shí)間Tp=170s,調(diào)節(jié)時(shí)間Ts=700s,超調(diào)量為19%()，,衰減比3：1。通過增加比例系數(shù)克服擾動(dòng)，但比例系數(shù)的加大會(huì)使上升速度加快，曲線變陡，造成調(diào)節(jié)閥動(dòng)作幅度的加大，引起被調(diào)量的來回波動(dòng)。因?yàn)樵谡{(diào)節(jié)參數(shù)中加大了積分的作用，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，使得超調(diào)量加大，但對消除余差有較好效果。加入適當(dāng)?shù)奈⒎肿饔?，可以使系統(tǒng)超調(diào)減小，但加入過大微分作用，會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定，陷入振蕩中。在計(jì)算機(jī)中改變PID參數(shù)后，調(diào)節(jié)閥不能很快動(dòng)作，特別是在上升到接近階躍輸入設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)閥輸出值減少過慢，使液位超過設(shè)定值后仍在上升會(huì)造成超調(diào)增大。且調(diào)節(jié)閥本身存在死區(qū)，使得調(diào)節(jié)時(shí)間加長，系統(tǒng)不易穩(wěn)定。6 結(jié)論通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我將書本上學(xué)過的知識（自動(dòng)控制原理、過程控制原理、微機(jī)控制技術(shù)等）應(yīng)用于實(shí)際控制系統(tǒng)的組建之中，完成了儀表過程控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng)的組建,實(shí)現(xiàn)了對雙容水箱液位的串級控制。在實(shí)際的工程實(shí)踐中，我受益非淺，學(xué)習(xí)到了許多新的知識，掌握了實(shí)際操作的技能，特別是能夠?qū)械闹R與實(shí)際設(shè)計(jì)聯(lián)系起來，使對自動(dòng)控制的理解上升到一個(gè)新的臺階。在設(shè)計(jì)中使用了MATLAB軟件，利用這個(gè)軟件可以對控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和建模。特別是利用SIMULINK工具箱可以便捷地對不同的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，通過對PID控制的仿真，可以清楚的比較不同控制方案的優(yōu)劣，對在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行模擬，使對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案更加明確。在組建計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中使用了MCGS組態(tài)軟件，利用這個(gè)軟件可以輕松的建立起計(jì)算機(jī)控制界面，完成控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制、數(shù)據(jù)交換、曲線輸出、實(shí)時(shí)監(jiān)測、報(bào)警設(shè)置、動(dòng)畫顯示等功能，同時(shí)提供廣泛的擴(kuò)展工具，便利實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和組建。在實(shí)際控制系統(tǒng)的組建中，控制方案的設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，一個(gè)好的設(shè)計(jì)方案能夠使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)事半功倍，應(yīng)當(dāng)根據(jù)被控過程的特性和工程要求綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)。對于設(shè)計(jì)的兩種控制系統(tǒng)，可以做進(jìn)一步的改進(jìn)。在設(shè)計(jì)方案方面，由于是通過控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度以改變水箱液位，可以增加輸入的水流量作為控制對象，使得對調(diào)節(jié)閥的控制更加直接。同時(shí)上下水箱間的輸水閥和下水箱與總出水箱輸水閥的開度大小也會(huì)對液位的控制造成影響，應(yīng)當(dāng)考慮如何對他們進(jìn)行控制。在硬件設(shè)備方面，可以使用采集速度更快的儀表，加強(qiáng)控制器的調(diào)節(jié)能力，改善電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的工作性能。在條件允許的情況下，采用更高精度的采集模塊。在控制器方面，可以對控制方法進(jìn)行改善，雖然電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的控制信號是位置信號，但調(diào)節(jié)閥動(dòng)作仍是通過控制電機(jī)改變閥位，可考慮能否采用增量算法直接控制電機(jī)，克服位置算法中因需要累加偏差而造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作過大的缺點(diǎn)。在實(shí)際的工作崗位上，將要設(shè)計(jì)不同的控制系統(tǒng)，工業(yè)現(xiàn)場的過程控制系統(tǒng)不同于實(shí)驗(yàn)中的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，更不同于書本中的理論和公式，要根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，將面臨遠(yuǎn)比實(shí)驗(yàn)室復(fù)雜的多的現(xiàn)場環(huán)境，設(shè)計(jì)系統(tǒng)未必是最先進(jìn)的、最現(xiàn)代化，但必須是有效、可行、可靠。參考文獻(xiàn)[1] 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