【導(dǎo)讀】本論文目的是設(shè)計雙容水箱液位串級控制系統(tǒng)。在設(shè)計中充分利用計算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)和自動控制技術(shù)，以實現(xiàn)對水箱液位的串級控制。行分析，并采用實驗建模法求取模型的傳遞函數(shù)。其次，根據(jù)被控對象模型和被控過。程特性設(shè)計串級控制系統(tǒng)，采用動態(tài)仿真技術(shù)對控制系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析。計并組建過程控制系統(tǒng)，通過S7-200PLC實現(xiàn)對液位的串級PID控制。統(tǒng)實驗和結(jié)果分析。

　　

【正文】 L O O P 圖 7 PID 指令格式 （ 2） PID 回路號 用戶程序中最多可有 8 條 PID 回路，不同意的 PID 回路指令不能使用相同的回路號；否則會產(chǎn)生意外的后果。 （ 3） PID 指令的使用 使用 PID 指令的關(guān)鍵有 3步： a) 建立 PID回路表； b) 對輸入采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理 ； c) 對 PID 輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行工程量轉(zhuǎn)換。 中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文 （設(shè)計） 19 5 調(diào)試 1．信號采集 為了實現(xiàn)計算機(jī)控制，需要對輸入的模擬信號進(jìn)行采樣，轉(zhuǎn)換為計算機(jī)可以利用的數(shù)字信號。應(yīng)從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度綜合考慮信號采集速度和信號數(shù)字化精度這兩個問題。根據(jù)香農(nóng)采樣定理：對于一個具有有限頻譜的連續(xù)信號進(jìn)行采樣，采樣頻率必須大于或等于信號所含最高頻率的兩倍，信號采樣所得的數(shù)值才可以完全復(fù)現(xiàn)原來的信號。需要依據(jù)液位對象的特性﹑加入對象的擾動大小和頻率和系統(tǒng)性能指標(biāo)要求綜合選擇適當(dāng)采樣周期。 2．模擬量輸入通道 在 PLC 控制系統(tǒng)中，模擬量輸入通道一般包括了 I/V 變換電路﹑多路轉(zhuǎn)換器﹑采樣保持器﹑ A/D 轉(zhuǎn)換器﹑接口﹑ 控制邏輯。模擬量輸入通道的任務(wù)是把通過壓力變送器檢測到的模擬信號（ 4～ 20標(biāo)準(zhǔn)電流信號），經(jīng)過 I/V 變換轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的 1～ 5 電壓信號，在經(jīng)過采樣為離散的模擬信號并量化成為二進(jìn)制的數(shù)字信號，經(jīng)接口送到計算機(jī)中。在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集過程控制系統(tǒng)，將使用 ICP7017 數(shù)據(jù)采集模塊實現(xiàn)模擬量輸入通道的功能。 7017 A/D 轉(zhuǎn)換模塊：數(shù)據(jù)采集程序存儲在 EEPROM 中，由內(nèi)部控制器控制邏輯執(zhí)行，控制轉(zhuǎn)換開關(guān)在 8 路模擬信號間轉(zhuǎn)換，模擬量送入 A/D 通道后，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并將其與模擬量輸入通道號對應(yīng)，等待查詢，數(shù)據(jù)通過 RS485 接口傳送至 PLC。 3．模擬量輸出通道 在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，模擬量輸出通道一般包括接口電路﹑ D/A 轉(zhuǎn)換器﹑ V/I 變換等。模擬量輸出通道的任務(wù)是將計算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流信號，以便驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（電動調(diào)節(jié)閥）。 在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集過程控制系統(tǒng)，將使用 ICP7024 數(shù)據(jù)采集模塊實現(xiàn)模擬量輸入通道的功能。 7024D/A 轉(zhuǎn)換模塊：數(shù)據(jù)采集程序存儲在 EEPROM 中，計算機(jī)將數(shù)據(jù)通過 RS485接口送給 7024D/A 轉(zhuǎn)換模塊，由內(nèi)部控制器按控制程序?qū)?shù)據(jù)送入對應(yīng) DAC 通道，轉(zhuǎn)換為模擬電壓 /電流輸出。 整定參數(shù) 將雙容水箱液位控制系統(tǒng)實驗所用的設(shè)備，按電氣原理圖接好實驗線路。實驗接線原則是：先斷電、后接線；先檢查、后通電。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 [20]，轉(zhuǎn)變?yōu)?1～ 5V 的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號使用時只要把該設(shè)備對應(yīng)的黑色航空插頭，和控制屏相應(yīng)的設(shè)備航空插座相連接即可使用，控制屏面板上對應(yīng)的輸出端口就有 4~20mA 電流輸出給電動調(diào)節(jié)閥。接通總電源，各儀表電源，使水泵工作在恒壓供水的狀態(tài)下。 中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文 （設(shè)計） 20 （ 1） 采用兩部整定法整定調(diào)節(jié)器參數(shù) 在工作狀態(tài)穩(wěn)定下，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)的衰減曲線法整定，求取副調(diào)節(jié)器比例度和操作周期。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。根據(jù)以上求得的數(shù)據(jù)，按單回路系統(tǒng)衰減曲線法整定公式計算主副調(diào)節(jié)器的比例度、積分時間和微分時間的數(shù)值。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，必要時進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整 [21],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=5，積分時間 I=45，微分時間 D=10；副調(diào)節(jié)器比例系數(shù) P=36。在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，下水箱液位設(shè)定值為60mm，得到下水箱液位輸出響應(yīng)曲線 （ 2） 采用一部整定法整定調(diào)節(jié)器參數(shù) 利用單回路控制系統(tǒng)的衰減曲線整定方法來整定主調(diào)節(jié)器參數(shù)。如果出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，只要適當(dāng)加大主、副調(diào)節(jié)器的任意一個比例帶，即可消除振蕩。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=5，積分時間 I=45，微分時間 D=10；副調(diào)節(jié)器比例系數(shù) P=36。在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，下水箱液位設(shè)定值為 80mm，得 到下水箱液位輸出響應(yīng)曲線待系統(tǒng)穩(wěn)定后，給定值（ SP）加個階躍信號，觀察記錄液位變化情況。 中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文 （設(shè)計） 21 6 結(jié)論 通過本次畢業(yè)設(shè)計，我將書本上學(xué)過的知識（自動控制原理 、 過程控制原理 、 微機(jī)控制技術(shù)等）應(yīng)用于實際控制系統(tǒng)的組建之中，在實際的工程實踐中，我受益非淺，學(xué)習(xí)到了許多新的知識，掌握了實際操作的技能，特別是能夠?qū)械闹R與實際設(shè)計聯(lián)系起來，使對自動控制的理解上升到一個新的臺階。 在實際控制系統(tǒng)的組建中，控制方案的設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計的核心，一個好的設(shè)計方案能夠使系統(tǒng)的設(shè)計事半功倍，應(yīng)當(dāng)根據(jù)被控過程的特性和工程要求綜合設(shè)計系統(tǒng)。對于設(shè)計的兩種控制系統(tǒng)，可以做進(jìn)一步的改進(jìn)。在設(shè)計方案方面，由于是通過控制電動調(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，雖然電動調(diào)節(jié)閥的控制信號是位置信號，但調(diào)節(jié)閥動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)動作過大的缺點。 在實際的工作崗位上，將要設(shè)計不同的控制系統(tǒng)，工業(yè)現(xiàn)場的過程控制系統(tǒng)不同于實驗室中的控制系統(tǒng)的設(shè)計，更不同于書本中的理論和公式，要根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實際情況進(jìn)行設(shè)計，將面臨遠(yuǎn)比實驗室復(fù)雜的多的現(xiàn)場環(huán)境，設(shè)計系統(tǒng)未必是最先進(jìn)的 、最現(xiàn)代化，但必須是有效 、 可行 、 可靠。 中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文 （設(shè)計） 22 參考文獻(xiàn) [1]Haizhou Pan, Hong Wong, Vikram Kapila, etal. 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