【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(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的控制方式。具有理論成熟，算法簡(jiǎn)單，控制效果好，易于為人們熟悉和掌握等優(yōu)點(diǎn)。PID控制器是一種線性控制器，它是對(duì)給定值r(t)和實(shí)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(yùn)算后通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量u(t)，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，故稱PID控制器。系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對(duì)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(shí)間常數(shù)；Td為微分時(shí)間常數(shù)。相應(yīng)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(hào)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(guò)大將導(dǎo)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(shí)間有關(guān)。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(wú)差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)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(qiáng)，易引起系統(tǒng)振蕩。(3) 微分環(huán)節(jié)：對(duì)偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)做出反應(yīng)，并能在偏差信號(hào)變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微分環(huán)節(jié)主要用來(lái)控制被調(diào)量的振蕩，減小超調(diào)量，加快系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。自從計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域以來(lái)，用數(shù)字計(jì)算機(jī)代替模擬調(diào)節(jié)器來(lái)實(shí)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(guò)對(duì)式()離散化來(lái)實(shí)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(dá)式： （）式中：T為采樣周期；n為采樣序號(hào)；e(n)為第n時(shí)刻的偏差信號(hào)；e(nl)為第n1時(shí)刻的偏差信號(hào)。實(shí)際控制中多采用增量式PID控制算法，其表達(dá)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(lái)可分為兩大類：理論計(jì)算整定法與工程整定法，常用的工程整定法有：動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法、穩(wěn)定邊界法、阻尼振蕩法和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)整定法，本設(shè)計(jì)選用的是動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法，就是根據(jù)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)廣義過(guò)程（包括調(diào)節(jié)閥WV(s)、被控對(duì)象WO(s)和測(cè)量變送Wm(s)）階躍響應(yīng)特性進(jìn)行近似計(jì)算的方法[17]。本系統(tǒng)是一個(gè)單閉環(huán)系統(tǒng)。 恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖由于本設(shè)計(jì)對(duì)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(shè)其過(guò)程傳遞函數(shù)為；變頻器可近似為一個(gè)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(dāng)時(shí)， () ()計(jì)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(yīng)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(shí)間較快，且能輸出穩(wěn)定的壓力信號(hào)，完全符合設(shè)計(jì)的要求。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 組態(tài)軟件簡(jiǎn)介 組態(tài)軟件一般有圖形界面系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)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(chǎng)過(guò)程圖形畫(huà)面；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)的參數(shù)；第三方程序接口組件用于組態(tài)軟件與其他應(yīng)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì) 組態(tài)王的通信參數(shù)設(shè)置本設(shè)計(jì)中用S7200的PPI編程電纜實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)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(shè)備文件夾中的“COM1”圖標(biāo)，在出現(xiàn)的對(duì)話框中設(shè)置波特率為19200bit/s。 串行通信接口參數(shù)設(shè)置選中“COM1”后，雙擊右側(cè)工作區(qū)出現(xiàn)的“新建…”圖標(biāo)，在出現(xiàn)的對(duì)話框的“PLC”文件夾中選擇西門(mén)子的S7200系列，通信協(xié)議為PPI（），設(shè)置好單擊“下一步”直至“完成”，這樣在右側(cè)會(huì)出現(xiàn)剛生成的“新IO設(shè)備”圖標(biāo)，通信設(shè)置結(jié)束。 通信協(xié)議的設(shè)置 新建工程與組態(tài)變量雙擊“”啟動(dòng)工程管理器，新建一個(gè)工程，名為“恒壓供水系統(tǒng)”，雙擊新建工程打開(kāi)工程瀏覽器，點(diǎn)擊工程瀏覽器中的“數(shù)據(jù)詞典”圖標(biāo)，右面工作區(qū)會(huì)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(biāo)，彈出“定義變量”對(duì)話框（），開(kāi)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(duì)話框 組態(tài)畫(huà)面(1) 建立新畫(huà)面單擊工程瀏覽器左側(cè)的“畫(huà)面”圖標(biāo)，雙擊工作區(qū)“新建…”圖標(biāo)，彈出“新畫(huà)面”對(duì)話框，輸入名稱點(diǎn)擊確定進(jìn)入組態(tài)王的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。(2) 制作動(dòng)態(tài)監(jiān)控畫(huà)面利用工具箱中各畫(huà)圖工具繪制監(jiān)控系統(tǒng)界面，然后進(jìn)行動(dòng)畫(huà)連接。(3) 編寫(xiě)控制流程程序雙擊工程瀏覽器左邊窗口“\文件\命令語(yǔ)言\應(yīng)用程序命令語(yǔ)言”進(jìn)行編程。(4) 按鈕、指示燈組態(tài)設(shè)定按鈕或文字鏈接的對(duì)象，按鈕既可以用來(lái)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(dāng)和外部的一些智能儀表、PLC等進(jìn)行連接時(shí)，會(huì)大大增加其數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮?jiǎn)潔性；指示燈組態(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(kāi)發(fā)了5個(gè)界面，包括啟動(dòng)界面(包含系統(tǒng)所有菜單)、系統(tǒng)運(yùn)行主界面、歷史和實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線、數(shù)據(jù)報(bào)表、報(bào)警界面。為了加強(qiáng)系統(tǒng)的安全性，系統(tǒng)還為不同的用戶設(shè)置了相應(yīng)的權(quán)限。通過(guò)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(yùn)行主界面中改變壓力給定值。，主界面實(shí)時(shí)顯示了當(dāng)前時(shí)間，設(shè)定的水壓值和當(dāng)前水壓值，系統(tǒng)的自動(dòng)/手動(dòng)運(yùn)行情況，三臺(tái)水泵變頻/工頻運(yùn)行狀態(tài)、轉(zhuǎn)速、運(yùn)行頻率，各設(shè)備的故障報(bào)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(shù)學(xué)院畢業(yè)論文6 結(jié)束語(yǔ)本文針對(duì)城市小區(qū)供水的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套基于PLC的變頻恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用單臺(tái)變頻器實(shí)現(xiàn)多臺(tái)水泵電機(jī)的軟起動(dòng)和調(diào)速，摒棄了原有的自耦降壓起動(dòng)裝置，同時(shí)把水泵電機(jī)控制納入自動(dòng)控制系統(tǒng)。壓力變送器采樣管網(wǎng)壓力信號(hào)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(jī)轉(zhuǎn)速，通過(guò)改變水泵性能曲線來(lái)實(shí)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(jiǎn)單、節(jié)能效果顯著、全自動(dòng)控制、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。本文主要的工作如下：(1) 由PLC、變頻器實(shí)現(xiàn)生活用水的恒壓控制。系統(tǒng)采用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)多泵切換的控制。通過(guò)變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)三相水泵電機(jī)的軟啟動(dòng)，由電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)對(duì)水壓的調(diào)節(jié)。(2) 通過(guò)對(duì)控制過(guò)程和原理的分析，利用西門(mén)子STEP7 MicroWIN編程軟件設(shè)計(jì)了一個(gè)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(duì)上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。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(huà)面的各個(gè)功能的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)界面清楚明了，易于操作，能動(dòng)態(tài)地顯示當(dāng)前運(yùn)行情況、當(dāng)前水壓以及故障情況。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅使我鞏固了對(duì)原有知識(shí)的掌握，還拓寬了我的知識(shí)面。在提高自己的同時(shí)，我也更加清楚的認(rèn)識(shí)到自己的一些不足之處。比如：在硬件設(shè)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(guò)這半年的自學(xué)，以及向老師、同學(xué)們請(qǐng)教，我對(duì)這些知識(shí)有了更深入的理解。通過(guò)這半年的實(shí)踐和學(xué)習(xí)，我學(xué)到了很多課本中無(wú)法涉及到的知識(shí)，體會(huì)到了工程設(shè)計(jì)的復(fù)雜與困難，也感受到了親自做出成績(jī)的成功與喜悅，這些都為即將開(kāi)始的研究生生活打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在以后的學(xué)習(xí)和生活中，我會(huì)不斷的提高、充實(shí)自己，爭(zhēng)取獲得更大的成績(jī)。參 考 文 獻(xiàn)[1]張進(jìn)秋. 可編程控制器原理及應(yīng)用實(shí)例. 機(jī)械工業(yè)出版社，2003[2]劉劍 . 電梯電氣設(shè)計(jì). 中國(guó)電力出版社，2006 [3]胡學(xué)林. 可編程控制器教程（實(shí)訓(xùn)篇）. 電子工業(yè)出版社，2004 [4]常路德,張曉明. 常見(jiàn)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(yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì)實(shí)例. 人們郵電出版社，2004[6]王淑英. 電器控制與PLC控制技術(shù). 機(jī)械工業(yè)出版社，2005 [7]張運(yùn)剛等. PLC技術(shù)與應(yīng)用. 人民郵電出版社， [8]俞國(guó)亮. PLC原理與應(yīng)用. 清華大學(xué)出版社 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)?cè)u(píng)定論文成績(jī)： 指導(dǎo)教師（簽字）：年 月 日 答辯小組評(píng)語(yǔ)及成績(jī)?cè)u(píng)定答辯成績(jī)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)：答辯小組負(fù)責(zé)人(簽字)：年 月 日 答辯委員會(huì)審定意見(jiàn)：答辯委員會(huì)主任（簽字）： 年 月 日 答 辯 小 組 成 員姓名職稱工作單位備注