【正文】 常采用Proportional(比例)、Integral(積分)、Derivative(微分)控制方式，稱之為PID控制。PID控制是連續(xù)控制系統(tǒng)中技術最成熟、應用最廣泛的控制方式。具有理論成熟，算法簡單，控制效果好，易于為人們熟悉和掌握等優(yōu)點。PID控制器是一種線性控制器，它是對給定值r(t)和實際輸出值y(t)之間的偏差e(t)[15]： （）經(jīng)比例(P)、積分(I)和微分(D)運算后通過線性組合構(gòu)成控制量u(t)，對被控對象進行控制，故稱PID控制器。系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對象組成，圖中u(t)為PID調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)節(jié)量。 PID控制原理框圖PID控制規(guī)律為： （）式中：Kp為比例系數(shù)；Ti為積分時間常數(shù)；Td為微分時間常數(shù)。相應的傳遞函數(shù)形式： （）PID控制器各環(huán)節(jié)的作用及調(diào)節(jié)規(guī)律如下：(1) 比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)偏差信號的作用，偏差e(t)一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差，但不能徹底消除系統(tǒng)偏差，系統(tǒng)偏差隨比例系數(shù)Kp的增大而減少，比例系數(shù)過大將導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。(2) 積分環(huán)節(jié)：表明控制器的輸出與偏差持續(xù)的時間有關。只要偏差存在，控制就要發(fā)生改變，直到系統(tǒng)偏差為零。積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)Ti，Ti越大，積分作用越弱，易引起系統(tǒng)超調(diào)量加大，反之則越強，易引起系統(tǒng)振蕩。(3) 微分環(huán)節(jié)：對偏差信號的變化趨勢做出反應，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。微分環(huán)節(jié)主要用來控制被調(diào)量的振蕩，減小超調(diào)量，加快系統(tǒng)響應時間，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。自從計算機進入控制領域以來，用數(shù)字計算機代替模擬調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)PID控制算法具有更大的靈活性和可靠性。數(shù)字PID控制算法是通過對式()離散化來實現(xiàn)的。以一階后向差分近似代替連續(xù)系統(tǒng)的微分，得到PID位置控制算法表達式： （）式中：T為采樣周期；n為采樣序號；e(n)為第n時刻的偏差信號；e(nl)為第n1時刻的偏差信號。實際控制中多采用增量式PID控制算法，其表達式為： （）式中：為調(diào)節(jié)器輸出的控制增量；；。 PID參數(shù)整定控制器參數(shù)整定的方法很多，歸納起來可分為兩大類：理論計算整定法與工程整定法，常用的工程整定法有：動態(tài)特性參數(shù)法、穩(wěn)定邊界法、阻尼振蕩法和現(xiàn)場經(jīng)驗整定法，本設計選用的是動態(tài)特性參數(shù)法，就是根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)廣義過程（包括調(diào)節(jié)閥WV(s)、被控對象WO(s)和測量變送Wm(s)）階躍響應特性進行近似計算的方法[17]。本系統(tǒng)是一個單閉環(huán)系統(tǒng)。 恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖由于本設計對壓力控制的要求較高，故選擇PI控制器，其傳遞函數(shù)為： （）本系統(tǒng)可近似為帶純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，假設其過程傳遞函數(shù)為；變頻器可近似為一個比例環(huán)節(jié)，即；反饋回路傳遞函數(shù)為。由于本系統(tǒng)具有自衡能力，與公式()、()可求的PI控制器各參數(shù)。當時， () ()計算的：，PI控制器的傳遞函數(shù)為：用matlab軟件仿真，編程如下：s1=tf(2,[300,1])。s2=tf([240,1],[720,0])。sk=s1*s2*50。s=feedback(sk,)。step(s)。 ， 恒壓供水系統(tǒng)階躍響應仿真波形圖。 加入純滯后環(huán)節(jié)后的仿真波形圖從圖中不難看出，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間較快，且能輸出穩(wěn)定的壓力信號，完全符合設計的要求。山東科技大學學士學位論文 監(jiān)控系統(tǒng)的設計5 監(jiān)控系統(tǒng)的設計 組態(tài)軟件簡介 組態(tài)軟件一般有圖形界面系統(tǒng)、實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、第三方程序接口組件和控制功能組件組成。圖形界面系統(tǒng)用于生成現(xiàn)場過程圖形畫面；實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用于實時存儲現(xiàn)場控制點的參數(shù)；第三方程序接口組件用于組態(tài)軟件與其他應用程序交換數(shù)據(jù)；控制功能組件用于生成監(jiān)控所需的控制策略。本設計中選擇北京亞控公司的“組態(tài)王”軟件制作監(jiān)控系統(tǒng)。 監(jiān)控系統(tǒng)的設計 組態(tài)王的通信參數(shù)設置本設計中用S7200的PPI編程電纜實現(xiàn)計算機與CPU模塊的通信。由于使用串行通信接口1，故雙擊工程瀏覽器的設備文件夾中的“COM1”圖標，在出現(xiàn)的對話框中設置波特率為19200bit/s。 串行通信接口參數(shù)設置選中“COM1”后，雙擊右側(cè)工作區(qū)出現(xiàn)的“新建…”圖標，在出現(xiàn)的對話框的“PLC”文件夾中選擇西門子的S7200系列，通信協(xié)議為PPI（），設置好單擊“下一步”直至“完成”，這樣在右側(cè)會出現(xiàn)剛生成的“新IO設備”圖標，通信設置結(jié)束。 通信協(xié)議的設置 新建工程與組態(tài)變量雙擊“”啟動工程管理器，新建一個工程，名為“恒壓供水系統(tǒng)”，雙擊新建工程打開工程瀏覽器，點擊工程瀏覽器中的“數(shù)據(jù)詞典”圖標，右面工作區(qū)會出現(xiàn)系統(tǒng)定義好的內(nèi)存變量。雙擊最下面的“新建…”圖標，彈出“定義變量”對話框（），開始定義輸入輸出變量。用同樣的方法組態(tài)所有變量（）。 定義變量對話框 組態(tài)畫面(1) 建立新畫面單擊工程瀏覽器左側(cè)的“畫面”圖標，雙擊工作區(qū)“新建…”圖標，彈出“新畫面”對話框，輸入名稱點擊確定進入組態(tài)王的開發(fā)系統(tǒng)。(2) 制作動態(tài)監(jiān)控畫面利用工具箱中各畫圖工具繪制監(jiān)控系統(tǒng)界面，然后進行動畫連接。(3) 編寫控制流程程序雙擊工程瀏覽器左邊窗口“\文件\命令語言\應用程序命令語言”進行編程。(4) 按鈕、指示燈組態(tài)設定按鈕或文字鏈接的對象，按鈕既可以用來執(zhí)行某些命令，還可以 數(shù)據(jù)詞典中的變量列表輸入數(shù)據(jù)給某些變量，當和外部的一些智能儀表、PLC等進行連接時，會大大增加其數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮啙嵭裕恢甘緹艚M態(tài)后用于顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。 監(jiān)控系統(tǒng)界面在本系統(tǒng)中，根據(jù)需要共開發(fā)了5個界面，包括啟動界面(包含系統(tǒng)所有菜單)、系統(tǒng)運行主界面、歷史和實時趨勢曲線、數(shù)據(jù)報表、報警界面。為了加強系統(tǒng)的安全性，系統(tǒng)還為不同的用戶設置了相應的權限。通過主菜單界面可以調(diào)用不同的界面，也可根據(jù)需要在系統(tǒng)運行主界面中改變壓力給定值。，主界面實時顯示了當前時間，設定的水壓值和當前水壓值，系統(tǒng)的自動/手動運行情況，三臺水泵變頻/工頻運行狀態(tài)、轉(zhuǎn)速、運行頻率，各設備的故障報警顯示等。 城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)監(jiān)控界面河南工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)論文6 結(jié)束語本文針對城市小區(qū)供水的特點，設計開發(fā)了一套基于PLC的變頻恒壓供水自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用單臺變頻器實現(xiàn)多臺水泵電機的軟起動和調(diào)速，摒棄了原有的自耦降壓起動裝置，同時把水泵電機控制納入自動控制系統(tǒng)。壓力變送器采樣管網(wǎng)壓力信號經(jīng)PID處理傳送給變頻器，變頻器根據(jù)壓力大小調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，通過改變水泵性能曲線來實現(xiàn)水泵的流量調(diào)節(jié)，保證管網(wǎng)壓力恒定。該系統(tǒng)不僅有效地保證了供水系統(tǒng)管網(wǎng)壓力恒定，而且具有工作可靠、施工簡單、節(jié)能效果顯著、全自動控制、無二次污染等優(yōu)點。本文主要的工作如下：(1) 由PLC、變頻器實現(xiàn)生活用水的恒壓控制。系統(tǒng)采用PLC實現(xiàn)對多泵切換的控制。通過變頻器實現(xiàn)對三相水泵電機的軟啟動，由電動機的變頻調(diào)速實現(xiàn)對水壓的調(diào)節(jié)。(2) 通過對控制過程和原理的分析，利用西門子STEP7 MicroWIN編程軟件設計了一個用于恒壓供水系統(tǒng)的程序，本程序包括順序控制主程序，初始化子程序和中斷子程序三部分。(3) 對上位機組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)進行了設計。根據(jù)泵站監(jiān)控要求，利用組態(tài)王軟件完成了泵站組態(tài)監(jiān)控畫面的各個功能的設計，系統(tǒng)界面清楚明了，易于操作，能動態(tài)地顯示當前運行情況、當前水壓以及故障情況。通過本次畢業(yè)設計，不僅使我鞏固了對原有知識的掌握，還拓寬了我的知識面。在提高自己的同時，我也更加清楚的認識到自己的一些不足之處。比如：在硬件設備之間的連接，I/O端口的分配，地址的分配這幾方面自己起初不是很了解，但經(jīng)過這半年的自學，以及向老師、同學們請教，我對這些知識有了更深入的理解。通過這半年的實踐和學習，我學到了很多課本中無法涉及到的知識，體會到了工程設計的復雜與困難，也感受到了親自做出成績的成功與喜悅，這些都為即將開始的研究生生活打下了堅實的基礎。在以后的學習和生活中，我會不斷的提高、充實自己，爭取獲得更大的成績。參 考 文 獻[1]張進秋. 可編程控制器原理及應用實例. 機械工業(yè)出版社，2003[2]劉劍 . 電梯電氣設計. 中國電力出版社，2006 [3]胡學林. 可編程控制器教程（實訓篇）. 電子工業(yè)出版社，2004 [4]常路德,張曉明. 常見電梯電路注解圖集. 人民郵電出版社，2004[5]高欽和. 可編程控制器應用技術與設計實例. 人們郵電出版社，2004[6]王淑英. 電器控制與PLC控制技術. 機械工業(yè)出版社，2005 [7]張運剛等. PLC技術與應用. 人民郵電出版社， [8]俞國亮. PLC原理與應用. 清華大學出版社 指導教師評語及成績評定論文成績： 指導教師（簽字）：年 月 日 答辯小組評語及成績評定答辯成績： 畢業(yè)設計成績：答辯小組負責人(簽字)：年 月 日 答辯委員會審定意見：答辯委員會主任（簽字）： 年 月 日 答 辯 小 組 成 員姓名職稱工作單位備注