【導(dǎo)讀】串聯(lián)雙容水箱在工業(yè)過(guò)程控制中應(yīng)用非常廣泛。串級(jí)控制是改善調(diào)節(jié)過(guò)程動(dòng)態(tài)性能的有效方法，由于其超前的控制作用，可以。大大克服系統(tǒng)的容積延遲。箱實(shí)驗(yàn)液位控制模型為研究對(duì)象，采用單片機(jī)顯示。在現(xiàn)代工業(yè)控制中,過(guò)程控制技術(shù)是一歷史較為久遠(yuǎn)的分支。在本世紀(jì)30年代就。過(guò)程控制技術(shù)發(fā)展至今天,在控制方式上經(jīng)歷了從人工控制到自動(dòng)控制兩個(gè)。制階段,集中控制階段和集散控制階段。年代為第一階段，70年代至90年代初為第二階段，90年代初為第三階段開(kāi)始。既是現(xiàn)代控制應(yīng)用發(fā)展的繁榮時(shí)期，又是高級(jí)控制發(fā)展的初期。第一階段是初級(jí)階段，配制的比值控制，克服大滯后的Smith預(yù)估器，克服干擾的前饋控制和串級(jí)控制等等，這階段的主要任務(wù)是穩(wěn)定系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)定值控制。這與當(dāng)時(shí)生產(chǎn)水平是相適應(yīng)的。

　　

【正文】 器變換輸出端，右邊顯示各個(gè)被控參量的實(shí)時(shí)測(cè)量值 。當(dāng)打開(kāi)電源時(shí)，各個(gè)表頭就會(huì)顯示相應(yīng)被控參量的當(dāng)前測(cè)量值。在水箱沒(méi)有水的情況下有可能顯示不為零，這是由于傳感器的零點(diǎn)漂移引起的，通過(guò)調(diào)節(jié)壓力變送器的零點(diǎn)電位器來(lái)糾正誤差，具體方法后述。 左邊輸出端是各個(gè)傳感器通過(guò)檢測(cè)、變換后輸出的電壓值，也就是反饋值。它的輸出與各個(gè)被控參量顯示之間有一定的比例關(guān)系，對(duì)應(yīng)比例如下： 液位傳感器：輸出 0～ 5V 電壓對(duì)應(yīng) 0～ 20Cm 的高度→ 1V 電壓對(duì)應(yīng) 5Cm 的 高度。 壓力傳感器 :輸出 0～ 5V 電壓對(duì)應(yīng) 0～ 2020Pa 的壓力→ 1V 電壓對(duì)應(yīng) 400Pa的高度。 流量傳感器 :輸出 0～ 5V電壓對(duì)應(yīng) 0～ 75ml/S 的流量→ 1V電壓對(duì)應(yīng) 15ml/S 的流量。 溫度傳感器：輸出 0～ 5V 電壓對(duì)應(yīng) 0～ 100℃ 的溫度→ 1V 電壓對(duì)應(yīng) 20℃ 的溫度。 以上關(guān)系式是根據(jù)被控對(duì)象的量程和各個(gè)傳感器的量程換算出來(lái)的，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要注意。 三、 GK03 單片機(jī)控制 33 （一）、單片機(jī)控制掛件如圖 31所示 , 它可以同時(shí)采集五路信號(hào)，一路輸出用來(lái)控制執(zhí)行器，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。單片機(jī)控制掛件的主要組成部分有： 五路模擬量輸入：分別為 LT PT、 LT FT、 TT，其接線(xiàn)端正好與右側(cè) GK02 屏上傳感器輸出端相對(duì)應(yīng)，模擬量輸入為 0～ 5V標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)。 一路模擬量輸出：此輸出為單片機(jī)的控制輸出端，輸出為 0～5V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。 通訊接口方式：通過(guò) RS232 串行通訊口與計(jì)算機(jī)通訊，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控。 鍵盤(pán)操作：共有六個(gè)功能鍵，分別為回路、向上、向下、整定、移位、確認(rèn)。通過(guò)對(duì)這幾個(gè)功能鍵的操作可以對(duì)單片機(jī)的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行整定。 兩個(gè)顯示框：功能顯示框（顯示所選參數(shù)） ,數(shù)值顯示（顯示對(duì)應(yīng)參數(shù)值）。 （ 二）、單片機(jī)鍵盤(pán)操作步驟： 鍵功能含義 “回路”鍵：可循環(huán)選擇 1～ 5路輸入。 “向上”、“向下”鍵：按此鍵可循環(huán)選擇所顯示參數(shù)或在整定狀態(tài)下將數(shù)字增減。 “整定”鍵：按此鍵數(shù)值顯示框中有一位數(shù)據(jù)閃爍，配合向上和向下鍵，即可進(jìn)行某參數(shù)值整定。 “ 移位”鍵：在參數(shù)整定中，按此鍵盤(pán)可選擇需要修改數(shù)據(jù)的位。 “ 確認(rèn) ”鍵：開(kāi)機(jī)時(shí)，單片機(jī)出現(xiàn)“ ???thpcs 1 ” 提示，按此鍵后方可進(jìn)入程序運(yùn)行。另外在參數(shù)整定結(jié)束時(shí)，按此鍵即可退出參數(shù)整定，返回顯示狀態(tài)。 、各個(gè)參數(shù)所表示的意義如下表 : AI 輸入量 0～ 20（液位） 不可修改 AO 輸出量 0～ 255 手動(dòng)時(shí)可修改 AN 手動(dòng) /自動(dòng) 0或 1 0手動(dòng) 1自動(dòng) ST 采樣時(shí)間 ～ PB 比例度 0～ 9999 增量式 KC TI 積分時(shí)間 0～ 9999 增量式 Ki TD 微分時(shí)間 0～ 9999 增量式 Kd CL 標(biāo)尺下限 0～ 20Cm（液位） 0～ 2020Pa (壓力 ) 0～ 75ml/s (流量 ) 0～ 100℃ (溫度 ) CH 標(biāo)尺上限 0～ 20 Cm（液位） 0～ 2020 Pa(壓力 ) 0～ 75ml/s (流量 ) 34 0～ 100℃ (溫度 ) UA 正 /反作用 0或 1 0— 反作用 1— 正作用 SP 給定值 0～ 20 （液位） OP 輸出通道 0或 1 0— 無(wú)輸出 1從“調(diào)節(jié)輸出”端輸出 （ 三）、開(kāi)機(jī)操作步驟： 打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)。 功能顯示框與數(shù)值顯示框分別提示“ TH”與“ PCS1”字樣，分別表示 “天煌教儀和過(guò)程控制系統(tǒng)”之含義。 按“確認(rèn)”鍵，功能顯示框顯示“ AI1”字樣，“ AI”表示功能參數(shù)（參照表 1定義），“ 1”表示為第一回路。 連續(xù)按“回路”鍵，功能顯示框的末位 ,將依次循環(huán)顯示“ 5” 表示所選中的輸入回路號(hào)。 按動(dòng)“向上”或“向下”鍵，可改變所在回路相應(yīng)的功能與參數(shù)值。 按“整定”鍵，數(shù)值顯示框的末位閃爍，表示此位可進(jìn)行修改，這時(shí)只要按“向上”“向下”鍵和“移位”鍵，就能對(duì)數(shù)值顯示器 的參數(shù)值進(jìn)行整定修改。數(shù)值設(shè)定完畢后，最后按“確認(rèn)”鍵，即可完成對(duì)參數(shù)的設(shè)定。 本單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，允 許實(shí)時(shí)地對(duì) PID參數(shù)進(jìn)行修改。 注意： 在實(shí)驗(yàn)前將各輸入信號(hào)的信息（ AN、 ST、 CL、 CH、 UA、 OP等）通過(guò)兩組顯示器，預(yù)先設(shè)置好。 輸出通道設(shè)定，應(yīng)與輸入通道相對(duì)應(yīng)，不能復(fù)用。 OP 為“ 0”表示無(wú)輸出。 四、 GK06 控制系統(tǒng)流程圖 圖 41 所示，是本實(shí)驗(yàn)裝置的控制對(duì)象系統(tǒng)流程圖。 兩路供水系統(tǒng)都可以供水給每個(gè)對(duì)象，包括上水箱、下水箱、復(fù) 35 合加熱水箱。 兩套動(dòng)力系統(tǒng)都采用了交流變頻調(diào)速，分別驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)帶動(dòng)磁力驅(qū)動(dòng)泵打水，每條支路都有相應(yīng)的閥控制其進(jìn)水量。在實(shí)驗(yàn)時(shí)按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)以及實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)圖連接好實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的連線(xiàn)，然后再打開(kāi)對(duì)應(yīng)的閥門(mén)。 五、 GK07 交流變頻調(diào)速 如圖 51 所示，交流變頻控制掛箱面板圖。變頻器為三菱 型。具體使用說(shuō)明、參數(shù)設(shè)置及操作，詳見(jiàn)產(chǎn)品 使用手冊(cè) 。 （一）、掛箱面板接線(xiàn)端子功能說(shuō)明 為了使變頻器各接線(xiàn)端子不因每次做實(shí)驗(yàn)經(jīng)常的裝拆線(xiàn)而損壞或丟失，應(yīng)將常用端子引到掛箱面板上，以方便實(shí)驗(yàn)連線(xiàn)，它們分別是： A、 B、 C：變頻器的三個(gè)輸出端，（連接 GK01 中的三相鼠籠電機(jī)三相定子繞阻的接線(xiàn)端 U、 V、 W）。 2 和 5：外部電壓控制信號(hào)（ 0~5V）輸入端， 2 接信號(hào)正極， 5 接信號(hào)地端 。 STF、 STR：電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)控制端，當(dāng) STF 與 SD相連時(shí)電機(jī)為正轉(zhuǎn)，當(dāng) STR 與 SD 相 連時(shí)電機(jī)為反轉(zhuǎn)。 其它： PC：外部晶體管公共端 、 DC24V電源接點(diǎn)輸入端 。 SE：集電極開(kāi)路公共。 RUN：集電極開(kāi)路。 10：頻率設(shè)定用電源。 4：頻率設(shè)定電流信號(hào)。 圖 5 GK07 掛箱面板圖 6）、 RH、 RM、 RL： RH、 RM、 RL 分別與 SD 連接實(shí)現(xiàn)多段速度選擇。 36 7） a、 b、 c：報(bào)警輸出。 8） AM：模擬信號(hào)輸出。 9）、 RST：復(fù)位。 10）、 SD：輸入 /輸出公共端。 *本實(shí)驗(yàn)裝置各端子的引出是為了滿(mǎn)足用戶(hù)其它自擬實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)的需要。 （二）、變頻器的基本操作說(shuō)明： 37 雙容水箱的實(shí)驗(yàn)調(diào)試 本實(shí)驗(yàn)采用計(jì)算機(jī)控制 單片機(jī)顯示， 將下水箱液位控制在設(shè)定高度。串級(jí)回路是由內(nèi)反饋組成的雙環(huán)控制系統(tǒng)，屬于復(fù)雜控制范疇。在計(jì)算機(jī)中設(shè)置了兩個(gè)虛擬調(diào)節(jié) 器作為主副調(diào)節(jié)器。將下水箱的液位信號(hào)輸出作為主調(diào)節(jié)器輸入，主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的輸入，在串級(jí)控制系統(tǒng)中，兩個(gè)調(diào)節(jié)器任務(wù)不同，因此要選擇調(diào)節(jié)器的不同調(diào)節(jié)規(guī)律進(jìn)行控制，副調(diào)節(jié)器主要任務(wù)是快速動(dòng)作，迅速抵制進(jìn)入副回路的擾動(dòng)，至于副回路的調(diào)節(jié)不要求一定是無(wú)靜差。主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是準(zhǔn)確保持下水箱液位在設(shè)定值，因此，主調(diào)節(jié)器采用 PI 調(diào)節(jié)器也可考慮采用 PID 調(diào)節(jié)器。串級(jí)控制系統(tǒng)的方塊原理圖如 下圖 。 串級(jí)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定 ① . 兩步整定法 第一步整定副回路的副控制器；第二步整定主回路的主控制器。 a. 在系統(tǒng)工作狀況穩(wěn)定，主、副回路主控制器在純比例作用的條件下，將副控制器的比例帶 δ 取100％ ，再逐漸降低副控制器的比例帶，用整定單回路的方法來(lái)整定副回路。如用 4： 1衰減法來(lái)整定副回路，則求出副參數(shù)在 4： 1衰減時(shí)的副控制器比例帶 δ 2S和操作周期 T2S。 δ 1S 的數(shù)值上，逐漸降低主控制器的比例帶 δ 1S，求出同樣衰減比時(shí)主回路的過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)，記錄此時(shí)主控制器的比例帶 δ 1S和操作周期 T1S。 步驟中求出的 δ 1S、 T1S、 δ 2S、 T2S按所用的 4： 1衰減曲線(xiàn)的整定方法，求出主、副控制器的整定參數(shù)。 “先副后主，先比例次積分后微分”的原則，將計(jì)算機(jī)得出的控制器參數(shù)置于各種控制器之上。 ，觀(guān)察過(guò)程參數(shù)值，直至記錄曲線(xiàn)符合要求為止。 主調(diào) 電動(dòng)閥 上水箱 下水箱 液位變送 液位變送器 38 39 參考文獻(xiàn) （ 小二號(hào)黑體字居中書(shū)寫(xiě)） 《自動(dòng)控制原理》 胡壽松編著 科學(xué)出版社 2020 年 1 月 《自動(dòng)控制理論》 吳麒編著 清華大學(xué)出版社 2020 年 4 月 《自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教程》 程鵬編著 清華大學(xué)出版社 2020 年 1 月 《自動(dòng)控制綜合應(yīng)用技術(shù)》 魏克新編著 機(jī)械工業(yè)出版社 2020 年 7 月 《單片機(jī)基礎(chǔ)》 李廣弟編著 北京航空 航天大學(xué)出版社 2020 年 6 月 《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》 王鳳文編著 北京郵電大學(xué)出版社 2020 年 1 月 《單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 樓然苗編著 北京航空航天大學(xué)出版社 2020 年 7 月 《過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表》 潘永湘編著 機(jī)械工業(yè)出版社 2020 年 7 月 《容器液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》 高紅編著 化學(xué)工業(yè)與工程出版社 2020 年 6 月 《雙容液位控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)解藕控制》 羅雄麟 化工自動(dòng)化及儀表石油大學(xué) 2020 年5 月 40 附 錄 （ 小二號(hào)黑體字居中書(shū)寫(xiě)） 附錄 A（其后不加標(biāo)點(diǎn)符號(hào)空二格用小 4 號(hào)宋體 字 書(shū)寫(xiě)內(nèi)容） （ 附錄 A 三字左起空兩格用 4 號(hào)黑體 字書(shū)寫(xiě)黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 41 致 謝 經(jīng)過(guò)半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的 。 感謝我的指導(dǎo)教師老師 !本論文從選題構(gòu)思、資料收集到修改定稿，無(wú)不凝聚著老師的心血。 劉 老師廣泛淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的治學(xué)態(tài)度、一絲不茍的工作作風(fēng)和積極進(jìn)取的事業(yè)精神，都使我受益 匪淺 ， 正因?yàn)槿绱宋也拍茼樌耐瓿稍O(shè)計(jì)，我要感謝我的母校 —— 黑龍江東方學(xué)院 ，是母校給我們提供了優(yōu)良的學(xué)習(xí)環(huán)境 。 感謝所有給以我支持和幫助的朋友、同學(xué)們 ! 謝謝大家 !