【正文】 對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)象通道類型周期初始工作狀態(tài)：1啟動(dòng)0mm1通訊狀態(tài)標(biāo)志位1最小采集周期：200ms1PV1AD01設(shè)備地址：22PV2AD11數(shù)據(jù)格式：0工程單位3PV3AD21是否要求校驗(yàn)：0無(wú)校驗(yàn)濾波 ICP7017設(shè)備參數(shù)設(shè)置(3)ICP7024設(shè)備設(shè)置：設(shè)備名稱：ICP7024通道對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)象通道類型周期初始工作狀態(tài)：1啟動(dòng)0通訊狀態(tài)1最小采集周期：200ms1　OP2DA01設(shè)備地址：12OP4DA11是否要求校驗(yàn):0無(wú)校驗(yàn) ICP7024設(shè)備參數(shù)設(shè)置3．用戶窗口設(shè)計(jì)用戶窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面， 在用戶窗口下通過(guò)MCGS組態(tài)的各種功能，可以實(shí)現(xiàn)以下子窗口的設(shè)計(jì)：（1）雙容水箱液位串級(jí)控制窗口 通過(guò)動(dòng)畫組態(tài)和屬性設(shè)置完成人機(jī)對(duì)話主界面，實(shí)現(xiàn)模擬工程界面﹑數(shù)據(jù)顯示﹑參數(shù)設(shè)置﹑報(bào)警顯示﹑通訊狀態(tài)顯示﹑工程曲線顯示﹑控制按鈕等功能。 （2）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)瀏覽窗口 提供所需采樣時(shí)刻對(duì)應(yīng)的液位數(shù)據(jù)（下水箱PV，下水箱SV，上水箱SV），可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)瀏覽﹑數(shù)據(jù)存盤，用于工程分析計(jì)算。（3）歷史曲線瀏覽窗口 顯示整個(gè)一段液位總體變化情況的曲線（下水箱PV，下水箱SV，上水箱SV對(duì)應(yīng)的變化曲線），可以顯示和保存長(zhǎng)時(shí)間的變化曲線。（4）實(shí)時(shí)曲線瀏覽窗口 顯示一段時(shí)期液位變化的曲線（下水箱PV，下水箱SV，上水箱SV對(duì)應(yīng)的變化曲線）。（5）系統(tǒng)退出指示窗口 對(duì)話框顯示退出指令。 用戶窗口組態(tài)結(jié)構(gòu)圖利用MCGS軟件設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制界面如下： 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是工程各個(gè)部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個(gè)部分連接成有機(jī)的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動(dòng)畫連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對(duì)象。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是MCGS的核心，各部分之間的數(shù)據(jù)交換均須通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù),所有的設(shè)備通道都必須與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)連接。在MCGS中，數(shù)據(jù)不同于傳統(tǒng)意義的數(shù)據(jù)或變量，以數(shù)據(jù)對(duì)象的形式來(lái)進(jìn)行操作與處理。數(shù)據(jù)對(duì)象它不僅包含了數(shù)據(jù)變量的數(shù)值特征，還將與數(shù)據(jù)相關(guān)的其它屬性（如數(shù)據(jù)的狀態(tài)、報(bào)警限值等）以及對(duì)數(shù)據(jù)的操作方法（如存盤處理、報(bào)警處理等）封裝在一起，作為一個(gè)整體，以對(duì)象的形式提供服務(wù)，這種把數(shù)值、屬性和方法定義成一體的數(shù)據(jù)稱為數(shù)據(jù)對(duì)象。在MCGS中，用數(shù)據(jù)對(duì)象來(lái)描述系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，用對(duì)象變量代替?zhèn)鹘y(tǒng)意義上的值變量，把數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)管理的所有數(shù)據(jù)對(duì)象的集合為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。開關(guān)型數(shù)據(jù)對(duì)象記錄開關(guān)信號(hào)（0或非0），與外部設(shè)備的數(shù)字量輸入輸出通道連接，用來(lái)表示某一設(shè)備當(dāng)前所處的狀態(tài)。數(shù)值型數(shù)據(jù)對(duì)象存放數(shù)值及參與數(shù)值運(yùn)算，提供報(bào)警信息，并能夠與外部設(shè)備的模擬量輸入輸出通道相連接。數(shù)值型數(shù)據(jù)對(duì)象的數(shù)值范圍是：負(fù)數(shù)是從 到 ，正數(shù)是從 到 。數(shù)據(jù)組對(duì)象是MCGS引入的一種特殊類型的數(shù)據(jù)對(duì)象，類似于一般編程語(yǔ)言中的數(shù)組和結(jié)構(gòu)體，用于把相關(guān)的多個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象集合在一起，作為一個(gè)整體來(lái)定義和處理。液位串級(jí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)：inputETime字符型op2數(shù)值型inputSTime字符型op4數(shù)值型inputUser1字符型opx數(shù)值型InputUser2字符型pv1數(shù)值型ei數(shù)值型pv2數(shù)值型ei1數(shù)值型pvx數(shù)值型op1數(shù)值型q0數(shù)值型k數(shù)值型q00數(shù)值型k1數(shù)值型q000數(shù)值型k2數(shù)值型q1數(shù)值型ma數(shù)值型q2數(shù)值型ma1數(shù)值型set開關(guān)型mid數(shù)值型sv1數(shù)值型mm1開關(guān)型sv2數(shù)值型mm5開關(guān)型td數(shù)值型mx數(shù)值型ti數(shù)值型下水箱PV數(shù)值型液位串級(jí)組組對(duì)象下水箱SV數(shù)值型上水箱PV數(shù)值型 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)設(shè)置主要數(shù)據(jù)對(duì)象屬性設(shè)置：(1)液位串級(jí)組：組對(duì)象，用于歷史數(shù)據(jù)、歷史曲線、報(bào)表輸出等功能。(2)下水箱SV：下水箱液位設(shè)定值(3)下水箱PV：下水箱液位測(cè)量值(4)上水箱PV：上水箱液位測(cè)量值(1)液位串級(jí)組對(duì)象 (2)下水箱SV(下水箱液位設(shè)定值) (3)下水箱PV(下水箱液位測(cè)量值) 在雙容水箱液位控制系統(tǒng)中，被控對(duì)象的液位變化是連續(xù)的，在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)利用的是離散的信號(hào)，所以要對(duì)模擬PID控制器進(jìn)行離散化處理。在模擬控制系統(tǒng)中PID控制規(guī)律的表達(dá)式為：將積分與微分項(xiàng)分別改寫為差分方程得 T:采樣周期 k:采樣序號(hào) e(k1)，e(k)：第k1和第k次采樣所得偏差信號(hào).得到數(shù)字PID控制器算式： u(k):第k時(shí)刻的控制輸出，將模擬PID控制器的結(jié)構(gòu)圖改造為數(shù)字PID結(jié)構(gòu)圖：輸出值Cf1(t)e i2e i1給定值RPIDPPD/AP調(diào)節(jié)閥P上水箱P下水箱P測(cè)量與 變 送 器1A/DA/D測(cè)量與 變送器2f2(t) 由于雙容水箱液位控制系統(tǒng)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用電動(dòng)式調(diào)節(jié)閥,控制量對(duì)應(yīng)閥門的開度,表征了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置,在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中采用上述形式的數(shù)字PID位置式控制算法.在MCGS組態(tài)環(huán)境的用戶窗口中添加控制程序,實(shí)現(xiàn)PID算法.!setdevice(7024, 1, )/啟動(dòng)7024數(shù)據(jù)采集模塊!setdevice(7017,1, )/啟動(dòng)7017數(shù)據(jù)采集模塊sv1=0sv2=0set=0/初始運(yùn)行狀態(tài)下水箱pv=0上水箱pv=0下水箱sv=0op2=4op4=4!setdevice(7024,2, )/啟動(dòng)7024數(shù)據(jù)采集模塊!setdevice(7017,2, )/啟動(dòng)7017數(shù)據(jù)采集模塊sv1=0sv2=0set=0下水箱pv=0上水箱pv=0下水箱sv=0op2=4op4=43．添加循環(huán)腳本程序（PID控制器）當(dāng)K、 Ti、 Td都為0時(shí)，PID主調(diào)節(jié)器沒有輸出。K、Ti不為0時(shí)，比例運(yùn)算結(jié)果送變量q0，積分運(yùn)算結(jié)果送變量mx并限幅,防止積分過(guò)強(qiáng)，如果Ti=0則mx送0，再將mx累加入q1，微分運(yùn)算結(jié)果送變量q2。控制算法可表示為U(k)=q0+q1+q2。當(dāng)K1為0時(shí)，副調(diào)節(jié)器沒有輸出。K1不為0時(shí)，比例運(yùn)算結(jié)果送q00。if set=1 then /開始運(yùn)行時(shí)下水箱sv = sv1 /給予下水箱設(shè)定值下水箱pv = (pv11)*125 /計(jì)算下水箱測(cè)量值上水箱pv = (pv21)*125 /計(jì)算上水箱測(cè)量值ei=(sv1/125+1)pv1/計(jì)算下水箱給定值與測(cè)量值的偏差量if k=0 and ti=0 and td=0 /PID參數(shù)為0，主調(diào)節(jié)器無(wú)輸出thenq0=0q1=0mx=0q2=0endif /結(jié)束if條件指令if k0 and ti0 then / 表示不等于/主調(diào)節(jié)器動(dòng)作q0=k*ei /將偏差值按比例放大后送到q0mx=k**ei/ti /積分限幅q2=k*td*(PVXPV1)/ /計(jì)算微分量送到q2endifif ti=0 then /ti為0時(shí)，mx送0，q1送0，只有比例微分作用q0=k*eiq1=0mx=0q2=k*td*(PVXPV1)/ /計(jì)算微分調(diào)節(jié)量endifif mx5 then /積分限幅mx=5endifif mx5 thenmx=5endifq1=q1+mxpvx=pv1op1=q0+q1+q2 /主調(diào)節(jié)器輸出量if op1=100 then /主調(diào)節(jié)器輸出限幅op1=100endifif op1=0 thenop1=0endifmid = op1 /自手動(dòng)切換if ma1=1 thenop1=maendifsv2=op1/25+1 /下水箱液位動(dòng)態(tài)給定ei1=sv2pv2 /副調(diào)節(jié)器輸入偏差if k10 then/副調(diào)節(jié)器動(dòng)作q00=k1*ei1opx=q00 /副調(diào)節(jié)器輸出值elseopx=0endifif opx=100 then/副調(diào)節(jié)器輸出值限幅opx=100endifif opx=0 thenopx=0endifif 下水箱pv200 then /下水箱液位測(cè)量值超過(guò)200mm水己溢出下水箱pv=200endifif 下水箱pv 0 then下水箱pv=0endifif 上水箱pv200 then/上水箱液位測(cè)量值超過(guò)200mm水己溢出上水箱pv=200endifif 上水箱pv 0 then上水箱pv=0endifop4=(opx+25)/ / 運(yùn)算值輸出值opx在0100之間，對(duì)應(yīng)控制信號(hào)output為4~20mA電流，與op4對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換/if op44 then / op4：副調(diào)節(jié)器輸出轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥/op4=4endifif op420 thenop4=20endifelseop4=4endif/程序結(jié)束 計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行根據(jù)采集系統(tǒng)電路原理圖完成硬件電路接線工作，完成MCGS軟件的調(diào)試運(yùn)行工作。通過(guò)三相380V/10A交流電源向三相磁力泵和220/5A交流電源向電動(dòng)調(diào)節(jié)閥供電。壓力變送器輸出的4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)（上下水箱液位檢測(cè)信號(hào)）串聯(lián)250Ω電阻，轉(zhuǎn)變?yōu)?～5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，分別送入智能采集模塊ICP7017的第一輸入通道A/I0和第二輸入通道A/I1，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化將液位參數(shù)送到計(jì)算機(jī)。智能采集模塊ICP7024接受計(jì)算機(jī)離散控制信號(hào)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，其第二輸出通道的A/O1與24V開關(guān)電源，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥信號(hào)輸入端口相串聯(lián)，從而輸出4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)（上下水箱液位控制信號(hào)）給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，控制其開度。仍采用兩步整定法整定調(diào)節(jié)儀表PID參數(shù)：（1）在工況穩(wěn)定﹑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)的阻尼振蕩法整定，求取副調(diào)節(jié)器比例度和操作周期。（2）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(gè)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。（3）根據(jù)以上求得的數(shù)據(jù)，按單回路系統(tǒng)阻尼振蕩法整定公式計(jì)算主副調(diào)節(jié)器的比例度﹑積分時(shí)間和微分時(shí)間的數(shù)值。（4）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(guò)渡過(guò)程曲線，必要時(shí)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，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=50，積分時(shí)間I=40，微分時(shí)間D=8；副調(diào)節(jié)器比例系數(shù)P=38。在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，設(shè)定下水箱液位設(shè)定值為50mm，等待系統(tǒng)穩(wěn)定后，突加階躍擾動(dòng)（將設(shè)定值增加60%）將給定值加到80mm得到下水箱液位輸出響應(yīng)曲線。 結(jié)果分析：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的控制器工作方式為正作用，輸入增大時(shí)，輸出趨向越大。位置式PID算法，通過(guò)測(cè)量位置信號(hào)的采樣反饋，與給定值相比較，調(diào)節(jié)偏差。根據(jù)PID控制的特性再調(diào)節(jié)參數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到較滿意的狀態(tài)。加階躍信號(hào)后觀察系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，由曲線和響應(yīng)數(shù)據(jù)得延遲時(shí)間Td=90s,峰值時(shí)間Tp=170s,調(diào)節(jié)時(shí)間Ts=700s,超調(diào)量為19%()，,衰減比3：1。通過(guò)增加比例系數(shù)克服擾動(dòng)，但比例系數(shù)的加大會(huì)使上升速度加快，曲線變陡，造成調(diào)節(jié)閥動(dòng)作幅度的加大，引起被調(diào)量的來(lái)回波動(dòng)。因?yàn)樵谡{(diào)節(jié)參數(shù)中加大了積分的作用，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，使得超調(diào)量加大，但對(duì)消除余差有較好效果。加入適當(dāng)?shù)奈⒎肿饔茫梢允瓜到y(tǒng)超調(diào)減小，但加入過(guò)大微分作用，會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定，陷入振蕩中。在計(jì)算機(jī)中改變PID參數(shù)后，調(diào)節(jié)閥不能很快動(dòng)作，特別是在上升到接近階躍輸入設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)閥輸出值減少過(guò)慢，使液位超過(guò)設(shè)定值后仍在上升會(huì)造成超調(diào)增大。且調(diào)節(jié)閥本身存在死區(qū)，使得調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)，系統(tǒng)不易穩(wěn)定。6 結(jié)論通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我將書本上學(xué)過(guò)的知識(shí)（自動(dòng)控制原理、過(guò)程控制原理、微機(jī)控制技術(shù)等）應(yīng)用于實(shí)際控制系統(tǒng)的組建之中，在實(shí)驗(yàn)室中完成了儀表過(guò)程控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)的組建,實(shí)現(xiàn)了對(duì)雙容水箱液位的串級(jí)控制。在實(shí)際的工程實(shí)踐中，我受益非淺，學(xué)習(xí)到了許多新的知識(shí)，掌握了實(shí)際操作的技能，特別是能夠?qū)械闹R(shí)與實(shí)際設(shè)計(jì)聯(lián)系起來(lái)，使對(duì)自動(dòng)控制的理解上升到一個(gè)新的臺(tái)階。在設(shè)計(jì)中使用了MATLAB軟件，利用這個(gè)軟件可以對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和建模。特別是利用SIMULINK工具箱可以便捷地對(duì)不同的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，通過(guò)對(duì)PID控制的仿真，可以清楚的比較不同控制方案的優(yōu)劣，對(duì)在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行模擬，使對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案更加明確。在組建計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中使用了MCGS組態(tài)軟件，利用這個(gè)軟件可以輕松的建立起計(jì)算機(jī)控制界面，完成控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制、數(shù)據(jù)交換、曲線輸出、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、報(bào)警