【正文】 值的差就是 PID 調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號。經(jīng)過運(yùn)算后即輸出控制信號給電動調(diào)節(jié)閥，使其開度增大，以使通道里的水流量變大，增加水箱里的儲水量，液位升高。當(dāng)液位升高到設(shè)定高度時，設(shè)定值與控制變量平衡，PID 調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號為零，流量也不變，同時水箱的液位也維持不變。 左水箱右水箱液位串級控制系統(tǒng)左水箱右水箱液位控制系統(tǒng)由于控制過程特性呈現(xiàn)大滯后，外界環(huán)境的擾動較大，要保持左水箱右水箱液位最后都保持設(shè)定值，用簡單的單閉環(huán)反饋控制不能實(shí)現(xiàn)很好的控制效果，所以采用串級閉環(huán)反饋系統(tǒng)。左水箱右水箱液位控制系統(tǒng)圖如圖 52 所示，該系統(tǒng)中，左水箱液位作為副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)對象，右水箱液位作為主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)對象。這里的擾動主要是水箱的出水閥的擾動，有時是認(rèn)為的因素，有時是機(jī)械的因素，擾動總是不可避免的。主回路和副回路結(jié)合有效地抑制環(huán)境的擾動。主對象副對象執(zhí)行器PID1 PID2A/DD/A主變送器副變送器A/DSP+————PVe圖 52 左右水箱控制方框圖23在這里，執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍然是電動調(diào)節(jié)閥，依舊由 PLC 經(jīng)過 PID 算法后控制它的開度以控制水管里的水流量，控制兩個水箱的水位。它有兩個 PID 回路，分別是PID1 和 PID2。PID1 為外環(huán)，控制下水箱的液位，它的輸出值作為 PID2 的設(shè)定值，PID2 控制上水箱的液位。 硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)包括檢測單元、執(zhí)行單元和控制單元的設(shè)計(jì)，他們互相聯(lián)系，組成一個完整的系統(tǒng)。 檢測單元在過程控制系統(tǒng)中，檢測環(huán)節(jié)是比較重要的一個環(huán)節(jié)。液位是指密封容器或開口容器中液位的高低，通過液位測量可知道容器中的原料、半成品或成品的數(shù)量，以便調(diào)節(jié)流入流出容器的物料，使之達(dá)到物料的平衡，從而保證生產(chǎn)過程順利進(jìn)行。設(shè)計(jì)中涉及到液位的檢測和變送，以便系統(tǒng)根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)通道中的水流量，控制水箱的液位。液位變送器分為浮力式、靜壓力式、電容式、應(yīng)變式、超聲波式、激光式、放射性式等。系統(tǒng)中用到的液位變送器是浙江浙大中控自動化儀表有限公司生產(chǎn)的中控儀表 SP0018G 壓力變送器，屬于靜壓力式液位變送器，量程為 010KPa，精度為 ，由 24V 直流電源供電，可以從 PLC 的電源中獲得，輸出為 420mA 直流。 執(zhí)行單元執(zhí)行單元是構(gòu)成自動控制系統(tǒng)不可缺少的重要組成環(huán)節(jié)，它接受來自調(diào)節(jié)單元的輸出信號，并轉(zhuǎn)換成直角位移或轉(zhuǎn)角位移，以改變調(diào)節(jié)閥的流通面積，從而控制流入或流出被控過程的物料或能量實(shí)現(xiàn)過程參數(shù)的自動控制。執(zhí)行器的工作原理，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）兩部分組成。執(zhí)行機(jī)24構(gòu)首先將來自調(diào)節(jié)器的信號轉(zhuǎn)變成推力或位移，對調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推力或位移，改變調(diào)節(jié)閥的閥芯或閥座間的流通面積，以達(dá)到最終調(diào)節(jié)被控介質(zhì)的目的。來自調(diào)節(jié)器的信號經(jīng)信號轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換信號制式后，與來自執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置反饋信號比較，其信號差值輸入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用的方向和大小，其輸出的力或位移控制調(diào)節(jié)閥的動作，改變調(diào)節(jié)閥的流通面積，從而改變被控介質(zhì)的流量。當(dāng)位置反饋信號與輸入信號相等時，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，調(diào)節(jié)閥處于某一開度。系統(tǒng)中用到的調(diào)節(jié)閥是 QS 智能型調(diào)節(jié)閥，所用到的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，輸出為角行程，控制軸轉(zhuǎn)動。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成框圖。來自 PLC 的模擬量輸出 DC420mA 信號 Ii 與位置反饋信號 If 進(jìn)行比較，其差值經(jīng)放大后，控制伺服電動機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，再經(jīng)減速器后，改變調(diào)節(jié)器的開度，同時輸出軸的位移，經(jīng)位置發(fā)生器轉(zhuǎn)換成電流信號 If。當(dāng) Ii=If 時，電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)閥處于某一開度，即 Q=KIi，式中 Q 為輸出軸的轉(zhuǎn)角，K 為比例常數(shù)。電動調(diào)節(jié)閥還提供手動操作，它的上部有個手柄，和軸連在一起，在系統(tǒng)掉電時可進(jìn)行手動控制，保證系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用。 控制單元控制單元是整個系統(tǒng)的心臟。在系統(tǒng)中，PLC 是控制的中心元件，它的選擇是控制單元設(shè)計(jì)的重要部分。系統(tǒng)應(yīng)用的是西門子 S7200 系列的 PLC，其結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活且易于維護(hù)。它采用模塊化設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)主要包括 CPU 模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和電源模塊。 運(yùn)行 左水箱液位比例調(diào)節(jié)以圖 63 所示的液位比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)為例，被調(diào)參數(shù)是左水箱的液位。在輸入的偏差信號 為階躍信號。當(dāng)比例調(diào)節(jié)器的 小于 1 時，其比例調(diào)節(jié)器的實(shí)驗(yàn)e?pK特性圖為圖 53（a）所示；當(dāng)比例調(diào)節(jié)器的 大于 1 時，其比例調(diào)節(jié)器的實(shí)驗(yàn)特性圖為圖 53（b）所示。比例調(diào)節(jié)器eu?（a） （b）圖 53 比例調(diào)節(jié)器的實(shí)驗(yàn)特性圖0 0025 右水箱液位比例積分調(diào)節(jié) 當(dāng)輸入信號為階躍變化時，才用 PI 調(diào)節(jié)器的情況。我們得到了 PI 調(diào)節(jié)器的實(shí)驗(yàn)的變化曲線圖，如圖 52 所示。 左水箱液位比例積分微分調(diào)節(jié)對左水箱進(jìn)行比例積分微分調(diào)節(jié)即 PID 調(diào)節(jié)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。當(dāng)輸入信號為階躍號時，對應(yīng)的 PID 階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)曲線圖如圖 54 圖 54+ =tt tte?PuIu?PIu?000 06 程序的編寫 主程序此程序中首先是設(shè)定值 VD104 除以 50 傳送到 VD204 寄存器上，比例系數(shù)、采樣時間、積分時間、微分時間通過實(shí)數(shù)傳送指令傳送到寄存器上，這部分是主控制器。副比例系數(shù)、副采樣時間、積分時間、微分時間通過實(shí)數(shù)傳送指令傳送到寄存器上，這部分是?？刂破?。 子程序在這個子程序中可以用一個公式加以總結(jié)：AIW2 除以 32022 減 乘 傳送到 VD200 再乘以 50 傳送到 VD100在控制右水箱的程序中可用此公式加以概括：AIW0 除以 32022 減 乘 傳送到 AVD400 再乘 50 傳送到 VD300.7 MCGS 簡單交互界 MCGS 組態(tài)軟件的概述MCGS 組態(tài)軟件具有動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、工程報表、數(shù)據(jù)與曲線等強(qiáng)大功能，在自動控制中占據(jù)主力軍的位置，已逐漸成為工業(yè)自動化的靈魂。 MCGS 交互界面設(shè)計(jì)流程 建立 MCGS 新工程 首先在計(jì)算機(jī)上安裝“MCGS 組態(tài)軟件”,在 Windows 桌面上，會有 “Mcgs 組態(tài)環(huán)境”與“Mcgs 運(yùn)行環(huán)境” 圖標(biāo)。鼠標(biāo)雙擊“Mcgs 組態(tài)環(huán)境”圖標(biāo)，進(jìn)入 MCGS 組態(tài)環(huán)境。在菜單“文件”中選 → “新建工程” .如圖 71圖 71 建立新畫面 在 MCGS 組態(tài)平臺上，單擊“用戶窗口” ，在“用戶窗口”中單擊“新建窗口”按鈕， 則產(chǎn)生新“窗口 0”，即： 選中“窗口 0”，如圖 72圖 72選中“窗口 0”,單擊“窗口屬性” ，進(jìn)入“用戶窗口屬性設(shè)置” ，將“窗口名稱” 改為：水位控制；將 “窗口標(biāo)題”改為：水位控制；在“窗口位置”中選中“最大化顯 示” ，其它不變，單擊“確認(rèn)” 。如圖 73圖 73選中“水位控制” ，單擊“動畫組態(tài)” ，進(jìn)入動畫制作窗口。如圖 74圖 74 工具箱的用應(yīng)單擊工具條中的“工具箱”按鈕，則打開動畫工具箱， 圖標(biāo) 對應(yīng)于選擇器，用于在編輯圖形時選取用戶窗口中指定的圖形對象. 常用圖符工具箱包括 27 種常用的圖符對象。在工具箱中提供了 8 種圖元稱為系統(tǒng)圖符對象。如圖 75 建立文字框：鼠標(biāo)點(diǎn)擊工具條中“工具箱”按鈕，打開系統(tǒng)圖符 工具箱。選擇“工具箱”內(nèi)的“標(biāo)簽”按鈕 ，鼠標(biāo)的光標(biāo)變 為“十字”形，在窗口任何位置拖拽鼠標(biāo)，拉出一個一定大小的 矩形，輸入文字. 設(shè)置框圖顏色，字框的背景顏色，設(shè)定 76圖 76 對象元件庫管理 單擊“工具”菜單，選中“對象元件庫管理”或單擊工具條中的“工具箱”按鈕， 76 圖 76 從“對象元件庫管理”中選取所需的元件,按“確認(rèn)”,則所選中的元件就會出現(xiàn)左面的左上角,“流動塊”動畫構(gòu)件( ).移動鼠標(biāo)至窗口的預(yù)定位置, 圖標(biāo),分別對閥,罐進(jìn)行文字注釋, 完整動畫演示、參數(shù)、 77圖 77結(jié)束語 本文講述了如何將組態(tài)軟件和 PLC 相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)這一思路對雙溶水箱實(shí)現(xiàn)液為串級控制，雙溶水箱是較為典型的非線性、延時對象，工業(yè)上許多被控對象的整體或局部都可以抽象成雙溶水箱數(shù)學(xué)模型，具有很強(qiáng)的代表和工業(yè)背景。雙溶水箱的數(shù)學(xué)建模以及控制策略的研究對工業(yè)生產(chǎn)中液位控制系統(tǒng)的研究有積極的指導(dǎo)作用，為研究更加復(fù)雜的系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。本文以通過雙溶水箱液位的 PID 控制為研究對象，在機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，建立了雙溶水箱的數(shù)學(xué)模型；結(jié)合雙溶水箱的特點(diǎn)，研究了雙溶水箱在組態(tài)軟件及 PLC 的控制下的運(yùn)行特點(diǎn)。本文對多溶液位的研究只不過是基本雙溶液位的基礎(chǔ)之上，所涉及的也不過是多溶液位的基本，還有三溶乃至更多的液位控制沒有涉及。在控制方面可以選擇更加好的 PID 控制以提高控制精度。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我和蔡志斌兩個人分模塊化的設(shè)計(jì)方式，對每一個模塊進(jìn)行分析和對比，參照學(xué)校提供的資料才讓我們在最后的調(diào)試中取得成功。平時老師對我們的嚴(yán)格要求也起到了很大的作用，讓我們獨(dú)立自主的學(xué)習(xí)和研究，為我們在以后的工作中所將遇到的情況得到了充分的了解和認(rèn)識，甚至可以說是為我們在將來的生活工作中端正了一種對待事情要認(rèn)真、仔細(xì)、客觀的態(tài)度。因?yàn)槭堑谝淮螌ψ约旱膶?shí)踐進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，所以在設(shè)計(jì)中難免有出錯或者是不完整之處，還請邊老師多多指導(dǎo)，我會盡我最大的能力去修改、去完善。致 謝進(jìn)入大學(xué)以來，得到過太多學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和老師的幫助和支持，無論是學(xué)習(xí)方面，還是在生活方面。他們是我們的良師益友，是我們前進(jìn)路上的指明燈，讓我們每天都在成長，每天都在進(jìn)步，借此機(jī)會，對他們表示衷心的感謝。這次設(shè)計(jì)我是在我們系的過程控制實(shí)驗(yàn)室完成的，在這樣一個現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)室中，我學(xué)到了很多東西，在這里更加注重理論與實(shí)踐的結(jié)合，特此感謝學(xué)校為我們提供這次畢業(yè)設(shè)計(jì)平臺。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)得到了很多老師、同學(xué)和朋友的幫助，其中我的指導(dǎo)老師邊娟鴿老師對我的關(guān)心和支持尤為重要，另外，感謝校方給予我這樣一次機(jī)會，能夠獨(dú)立地完成一個課題，并在這個過程給予我們各種方便，使我們在即將離校的最后一段時間里，能夠更多學(xué)習(xí)一些實(shí)踐應(yīng)用知識，增強(qiáng)了我們實(shí)踐操作和動手應(yīng)用能力。再一次對我的母校表示感謝。感謝在整個畢業(yè)設(shè)計(jì)期間和我一起做設(shè)計(jì)的同學(xué)，和曾經(jīng)在各方面給予過我?guī)椭幕锇閭儯诖髮W(xué)生活即將結(jié)束的最后的日子里，我們通過努力把一個基本沒有接觸過的課題終于完成了。正是因外有了你們的幫助，才讓我不僅學(xué)到了本次課題所涉及的新知識，更讓我感覺到了知識以外的東西，那就是團(tuán)結(jié)的力量。最后感謝所有在這次畢業(yè)論文中給予過我?guī)椭娜?。對上述朋友，再次真誠地表示感謝！參考文獻(xiàn)[1] 王樹青編著， 《工業(yè)過程控制工程》 ，化學(xué)工業(yè)出版社，北京，2022[2] 金以慧編著， 《過程控制》 ，青華大學(xué)出版社，北京，1993 年[3] 邵裕森編著， 《過程控制及儀表》 ，上海交通大學(xué)出版社，上海，1997[4] 王永初編著， 《自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)》 ，機(jī)械工業(yè)出版社，北京，1983 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