【正文】 制。智能電氣閥門定位器驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)使閥門開度達(dá)到與給定值相同的位置。附加輸入功能可用于鎖定閥位或驅(qū)動閥門達(dá)到安全的位置。做為實(shí)現(xiàn)這種功能的標(biāo)準(zhǔn)配置已經(jīng)集成二進(jìn)制輸入到基型產(chǎn)品中。西門子SIPART PS2系列智能電氣閥門定位器的工作方式是采用微處理器對給定值和位置反饋?zhàn)鞅容^。如果微處理器檢測到偏差，它就用一個五步開關(guān)程序來控制壓電閥，壓電閥進(jìn)而調(diào)節(jié)進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的氣流量。微處理器根據(jù)偏差（給定值W 與位置反饋信號X）的大小和方向輸出一個電控指令給壓電閥。壓電閥將控制指令轉(zhuǎn)換為氣動位移增量，當(dāng)控制偏差很大時（高速區(qū)），定位器輸出一個連續(xù)信號；當(dāng)控制偏差不大（低速區(qū)），定位器輸出連續(xù)脈沖；當(dāng)控制器偏差在允許誤差范圍內(nèi)（自適應(yīng)或可調(diào)死區(qū)狀態(tài)），則沒有控制指令輸出。SIPART PS2 定位器采用適當(dāng)安裝組件固定到直行程或角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直線或轉(zhuǎn)角位移通過安裝的組件檢測并傳遞到耐磨導(dǎo)電塑料電位器。裝在直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的組件檢測的角度誤差被自動地校正。當(dāng)SIPART PS2 采用二線制連接時，它完全從4 至20mA 給定信號中獲取電源。亦可從PROFIBUS （SIPART PS2 PA ）總線信號中獲取電源。對于基金會現(xiàn)場總線(FF) 同樣適用。SIPART PS2 的特點(diǎn)就是耗氣量極少。傳統(tǒng)的定位器耗氣量很大?，F(xiàn)代壓電技術(shù)的使用，使SIPART PS2 只在動作的時候消耗氣體，這就意味它在很短時間內(nèi)就可以收回本身投資。SIPART PS2具有檢測功能，能報告執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥變化的多項(xiàng)豐富的信息，這種信息對調(diào)節(jié)閥和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的診斷和檢測是非常重要的?？蓪?shí)現(xiàn)測量（一些極值可調(diào)整）和監(jiān)控的功能，包括：行程累積行程方向改變次數(shù)報警計數(shù)死區(qū)自調(diào)整閥門極限位置（例如：閥座的磨損）. . . . .學(xué)習(xí)參考最高/ 最低溫度下的運(yùn)行小時數(shù)（按照溫度范圍）壓電閥運(yùn)行次數(shù)閥門定位時間執(zhí)行機(jī)構(gòu)泄漏智能電氣閥門定位器SIPART PS2 有更多的額外監(jiān)測功能，狀態(tài)顯示源自故障信號的監(jiān)測。故障信號按“交通燈”的方式進(jìn)行分類，用綠色、黃色和紅色扳手表示（PDM 軟件）：需要維修（綠色扳手）急需維修（黃色扳手）臨近故障或故障（紅色扳手）這使用戶在閥門或執(zhí)行器在產(chǎn)生重大故障前能夠提前檢測到，可避免系統(tǒng)停車。通過故障信號的指示，例如執(zhí)行器隔膜的損壞、動作滯后等，用戶可利用適當(dāng)?shù)木S護(hù)策略保證系統(tǒng)可靠。三級報警同樣可提早監(jiān)測和顯示故障，例如填料盒的靜摩擦力、閥芯/ 閥座的磨損，及掛料與結(jié)垢等。一些故障信號即可通過接線輸出，也可通過HART、現(xiàn)場總線接口輸出。在這種情況下，帶有HART、PROFIBUS、FF 版本PS2 閥門定位器可顯示關(guān)鍵過程變量的多種故障信號，以及趨勢圖和柱狀圖LCD 還可顯示維護(hù)等級，故障等級。 電磁流量變送器電磁流量變送器的型號是 SITRANS FM Intermag 2，它是一個基于微處理器，并帶有數(shù)字顯示及多種語言的變送器。這種變送器可以處理來自下列的傳感器的測量信號：SITRANS FM 711/A,711/E,711/S 和 711/F5 系列的電磁傳感器及插入式傳感器 S1 和S2。SITRANS FM Intermag 2 電磁變送器分為一體型和分離型，適用于恒定電磁場的INTERMAG2 變送器可以應(yīng)用于流速可達(dá) 12 米/秒和最小電導(dǎo)率為 3μS/cm 的介質(zhì)。SITRANS FM 變送器主要應(yīng)用于以下領(lǐng)域：水和水處理、電力工業(yè)、化工和制藥和食品工業(yè)。它的主要特點(diǎn)如下：帶有 16 位微處理器的信號快速處理系統(tǒng)；自動識別傳感器的類型與存儲在 Smartplug 智能模塊中的標(biāo)定數(shù)據(jù)；PROFIBUSPA 或 HERT 通訊；簡單的菜單操作、帶兩行的 LCD 顯示；自動監(jiān)控功能；所有輸出信號的內(nèi)部仿真輸出功能；監(jiān)控傳感器在使用中的感應(yīng)電流和電級的在線功能；脈沖的模擬量輸出和數(shù)字量輸出，儀表狀態(tài)，極限值，流向和頻率的輸出；禁止或允許累積量清零，禁止或能關(guān)閉測量儀表。. . . . .學(xué)習(xí)參考 溫度測量儀表SITRANS TH100溫度測量儀表，裝在傳感器的頭部，與Pt100 熱電阻結(jié)合使用， SITRANS TH100 變送器是各工業(yè)行業(yè)中理想的溫度測量儀表。由于設(shè)計緊湊，它可以安裝在B 型(DIN43729) 或更大的連接頭上。輸出信號是與溫度成正比的4~20 mA 的直流電流。通過一臺PC，使用SIPROM T 軟件和SITRANS TH100/TH200 調(diào)制解調(diào)器，可以進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。該溫度變送器的工作原理是由Pt100 熱電阻( 二、三或四線制系統(tǒng)/) 提供的測量信號在輸入級被放大。再將與輸入變量成正比的電壓經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器中的多路調(diào)制器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。這些信號在微處理器中根據(jù)傳感器的特性及其它參量（測量范圍、阻尼、環(huán)境溫度等）加以轉(zhuǎn)換。這樣得到的信號又在數(shù)/模轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換為與負(fù)載無關(guān)的4~20mA的直流電流。EMC 濾波器保護(hù)輸入和輸出電路不受電磁干擾。其工作原理如圖2所示： 圖 2 工作原理圖SITRANS TH100 溫度測量儀表的優(yōu)點(diǎn)有：二線制變送器。安裝在B 型（DIN 43729 ）或更大的連接頭上，也可安裝在標(biāo)準(zhǔn)DIN 導(dǎo)軌上?？删幊?，即傳感器連接、測量范圍等也可編程。. . . . .學(xué)習(xí)參考主 調(diào) 節(jié) 器 副 調(diào) 節(jié) 器 執(zhí) 行 器 副 對 象 主 對 象測 量 與 變 送 2液 位 變 送 器 1給 定 ?? ?? 1CR )(2tf )(1tf2C1e 2e1m2m 壓力變送器SITRANS P DS III壓力/差壓變送器是數(shù)字式儀表， 具有用戶界面友好，精度高的特點(diǎn)。可通過控制鍵，HART通訊，PROFIBUSPA或基金會現(xiàn)場總線接口進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。豐富的功能使該壓力變送器十分適合工廠的需要。盡管有大量的設(shè)定選項(xiàng)，但操作仍十分簡單。符合本安喝隔爆的防爆要求的變送器可以安裝在有潛在爆炸危險氣氛內(nèi)，該變送器具有EC型試驗(yàn)合格證書，并符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)ATEX。變送器可以連接各種設(shè)計的遠(yuǎn)傳密封組件，以便用于如高粘度物料燈特殊應(yīng)用場合。不同型號的DS III壓力變送器可以用來測量：表壓、絕對壓力、差壓、液位、流量。 水箱液位串級系統(tǒng)控制方案設(shè)計 串級控制系統(tǒng)概述圖 3 是串級控制系統(tǒng)的方框圖。該系統(tǒng)有主、副兩個控制回路，主、副調(diào)節(jié)器相串聯(lián)工作，其中主調(diào)節(jié)器有自己獨(dú)立的給定值 R，它的輸出 m1作為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器的輸出 m2控制執(zhí)行器，以改變主參數(shù) C1。圖 3 串級控制系統(tǒng)方框圖其控制系統(tǒng)方框圖中各參數(shù)的含義如下所示：R主參數(shù)的給定值； C1被控的主參數(shù) ； C2副參數(shù)；f1(t)作用在主對象上的擾動； f2(t)作用在副對象上的擾動。 串級控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)串級控制系統(tǒng)從總體上看，仍然是一個定值控制系統(tǒng)，因此，主變量在干擾作用下的過渡過程和單回路定值控制系統(tǒng)的過渡過程具有相同的品質(zhì)指標(biāo)。但是串級控制系統(tǒng)和單回路系統(tǒng)相比，在結(jié)構(gòu)上從對象中引入一個中間變量（副變量）構(gòu)成了一個. . . . .學(xué)習(xí)參考回路，因此具有一系列的特點(diǎn)。串級控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)有： 副回路的干擾抑制作用 發(fā)生在副回路的干擾，在影響主回路之前即可由副控制器加以校正； 主回路響應(yīng)速度的改善 副回路的存在，使副對象的相位滯后對控制系統(tǒng)的影響減小，從而改善了主回路的響應(yīng)速度； 魯棒性的增強(qiáng) 串級系統(tǒng)對副對象及調(diào)節(jié)閥特性的變化具有較好的魯棒性； 副回路控制的作用 副回路可以按照主回路的需要對于質(zhì)量流和能量流實(shí)施精確的控制。 串級控制系統(tǒng)的適用場合與單回路回饋控制系統(tǒng)比較，串級控制系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)。如串級控制系統(tǒng)能改善對象的動態(tài)特性、提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量；能迅速克服進(jìn)入副回路的二次擾動；能提高系統(tǒng)的工作頻率以及對負(fù)荷變化的適應(yīng)性較強(qiáng)等等。串級控制方案主要適用場合如下：應(yīng)用于容量滯后較大的對象當(dāng)對象的容量滯后較大時。若采用串級控制，使等效對象的時間常數(shù)減小，以提高系統(tǒng)的工作效率，加快反應(yīng)速度，則得到好的控制質(zhì)量。應(yīng)用于純滯后較大的對象當(dāng)對象純滯后較大，有時可以用串級控制系統(tǒng)來改善系統(tǒng)的控制質(zhì)量應(yīng)用于擾動變化激烈而且幅度大的對象串級控制系統(tǒng)的副回路對于進(jìn)入其中的擾動具有較強(qiáng)的校正能力。應(yīng)用于參數(shù)互相關(guān)聯(lián)的對象在有些生產(chǎn)過程中，有時兩個互相關(guān)聯(lián)的參數(shù)需要利用同一個介質(zhì)進(jìn)行控制。鑒于串級控制方式所具有的這一優(yōu)勢，本設(shè)計最終采用串級控制方式來控制水箱液位。 水箱液位串級系統(tǒng)流程分析雙容水箱是兩個串聯(lián)在一起的水箱，整個系統(tǒng)有上水箱、中水箱、儲水箱及管和閥門組成。本系統(tǒng)由雙容水箱作為控制對象,水箱的液位h1和h2作為被控量。水箱里液位的變化,由壓力傳感器轉(zhuǎn)換成4~20mA的標(biāo)準(zhǔn)電信號,在由I/O接口的A/D轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制編碼的數(shù)字信號后,送入計算機(jī)端口。經(jīng)計算機(jī)算出的控制量通過D/A轉(zhuǎn)換成1~5V的控制電信號,加到功放上,通過改變調(diào)節(jié)閥的開度向水箱。水從上水箱進(jìn)入，上水箱閘板開度8毫米，進(jìn)入中水箱，中水箱閘板開度56毫米。要保證中水箱閘板開度大約下水箱閘板開度，這樣控制效果好些。水流入量Qi由調(diào)節(jié)閥u控制，流出量Qo則由用戶通過. . . . .學(xué)習(xí)參考閘板來改變。被調(diào)量為下水位H。雙容水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示：圖 4 雙容水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 水箱液位串級系統(tǒng)邏輯框圖分析 雙容水箱液位控制系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)如圖 5 所示:圖 5 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖這是一個串級控制系統(tǒng)，有兩個水箱相串聯(lián)，控制的目的是使下水箱的液位高度等于給定值所期望的高度；具有減少或消除來自系統(tǒng)內(nèi)部或外部擾動的影響。由于雙容水箱的數(shù)學(xué)模型是二階的，故它的穩(wěn)定性不如單容液位控制系統(tǒng)。 水箱液位串級系統(tǒng)控制算法設(shè)計 控制算法選擇本設(shè)計采用的是工業(yè)控制中最常用的 PID 控制規(guī)律，內(nèi)環(huán)與外環(huán)的控制算法采用PID 算法，PID 算法實(shí)現(xiàn)簡單，控制效果好，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，外環(huán) PID 的輸出作為內(nèi)環(huán)的輸入，內(nèi)環(huán)跟隨外環(huán)的輸出。在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。它結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)易于調(diào)整，主 調(diào) 節(jié) 器 副 調(diào) 節(jié) 器 氣 動 閥 上 水 箱 中 水 箱液 位 變 送 器 2液 位 變 送 器 1給 定 值 二 次干 擾 一 次干 擾???? 1h2h（ ） 液 位. . . . .學(xué)習(xí)參考在長期的應(yīng)用中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。 PID 控制算法特點(diǎn)技術(shù)成熟；PID 調(diào)節(jié)是連續(xù)系統(tǒng)理論中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的控制方法，它的結(jié)構(gòu)靈活，不僅可實(shí)現(xiàn)常規(guī)的 PID 調(diào)節(jié)，而且還可根據(jù)系統(tǒng)的要求，采用PI、PD、帶死區(qū)的 PID 控制等；不需求出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型； 控制效果好。雖然計算機(jī)控制是非連續(xù)的，但由于計算機(jī)的運(yùn)算速度越來越快，因此用數(shù)字 PID 完全可代替模擬調(diào)節(jié)器，并且能得到比較滿意的效果。 PID 控制算法分析 典型的 PID 控制結(jié)構(gòu)如圖 6 所示： 圖 6 PID 控制結(jié)構(gòu)圖比例部分 比例部分的數(shù)學(xué)式表達(dá)如公式（1）可見： (1)在模擬 PID 控制器中，比例環(huán)節(jié)的作用是對偏差瞬間作出反應(yīng)。偏差一旦產(chǎn)生控制器立即產(chǎn)生控制作用，使控制量向減少偏差的方向變化?？刂?作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù) Kp，比例系數(shù) Kp 越大，控制作用越強(qiáng)，則過渡過程越快，控制過程的靜態(tài)偏差也就越??；但是 Kp 越大，也越容易產(chǎn)生振蕩，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。故而，比例系數(shù) Kp選擇必須恰當(dāng)，才能過渡時間少，靜差小而又穩(wěn)定的效果。. . . . .學(xué)習(xí)參考積分部分 積分部分的數(shù)學(xué)式表達(dá)如公式（2）可見： (2)從積分部分的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以知道，只要存在偏差，則它的控制作用就不斷的增加；只有在偏差e(t)=0時，它的積分才能是一個常數(shù)，控制作用才是一個不會增加的常數(shù)?？梢?，積分部分可以消除系統(tǒng)的偏差。積分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)作用雖然會消除靜態(tài)誤差，但也會降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度，增加系統(tǒng)的超調(diào)量