【正文】 當(dāng)有擾動(dòng)出現(xiàn)于副回路時(shí)，由于主被控對象的時(shí)間常數(shù)大于副被控對象的時(shí)間常數(shù)，因而當(dāng)主被控變量未做出反應(yīng)時(shí)，副回路已做出快速響應(yīng)，及時(shí)地消除了擾動(dòng)對主被控量的影響。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 35 第五章 雙容水箱液位控制系統(tǒng) 單回路控制系統(tǒng)在一般情況下都能滿足正常生產(chǎn)需求，但是當(dāng)對象的容量滯后較大，負(fù)荷或干擾變化比較劇烈、比較頻繁，或是工藝對產(chǎn)品質(zhì)量提出的要求很高時(shí)，采用單回路的控制方法就不再有效了，于是就出現(xiàn)了所謂的串級系統(tǒng)。還有需要注意的是如果在變頻器 運(yùn)行的時(shí)候改變比例帶可能導(dǎo)致變頻器的頻率降低到最小值而導(dǎo)致空轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)室的水泵轉(zhuǎn)速頻率最高為 50Hz，最小為 13Hz，當(dāng)超過或低于這兩個(gè)值時(shí)，水泵空轉(zhuǎn)。 （ 10）減少機(jī)械傳動(dòng)部件。 （ 8）節(jié)能。通過變頻器 速度后。變頻器調(diào)速能在零速啟動(dòng)并按照用戶的需要進(jìn)行光滑地加速，而且其加速曲線也可以選擇。采用變頻調(diào)速，由于能在零頻零壓時(shí)逐步啟動(dòng)，則能在最大程度上消除電壓下降。變頻器主要有以下作用： （ 1）控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流。請正確設(shè)定 Pr267 和電壓 /電流輸入切換開關(guān)，輸入與設(shè)定相符的模擬信號。 本系統(tǒng)用的變頻器是 。目前新矢量控制通用變頻器中已經(jīng)具備異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)識(shí)別、自適應(yīng)功能，帶有這種功能的通用變頻器在驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行日常運(yùn)轉(zhuǎn)之前可以自動(dòng)地進(jìn)行對異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行識(shí)別，并根據(jù)便是結(jié)果調(diào)整控制算法中的參數(shù)，從而對普通的異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效的矢量控制。 實(shí)現(xiàn)精確的磁場定向矢量控制需要在異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)安裝磁通檢測裝置，要在異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)安裝磁通檢測裝置是很困難的，但人們發(fā)現(xiàn)，即使不在異步電動(dòng)機(jī)中直接安裝磁通檢測裝置，也可以在通用變頻器內(nèi)部得到與磁通相應(yīng)的量，并由此得到了所謂的無速度傳感器的矢量控制方式。 ① 基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制 其同樣是在進(jìn)行 U/f 恒定控制的基礎(chǔ)上，通過檢測異步電動(dòng) 機(jī)的實(shí)際速度 n，并得到對應(yīng)的控制頻率 f，然后根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩，分別控制定子電流矢量及兩個(gè)分量間內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 27 的相位，對通過變頻器的輸出頻率進(jìn)行控制的。 從這個(gè)公式可以看出，如果減小f 的話，電源頻率 U 還不變，那么 Φ 必然變大，因?yàn)殡姍C(jī)的磁路設(shè)計(jì)都是按照一定的磁通量設(shè)計(jì)的，如果 Φ 增大，那么磁路有可能就進(jìn)入了飽和狀態(tài)，所以必須保證 Φ 為恒定，所以相應(yīng)的也應(yīng)該減小電源電壓 U，同理， f 增大， U 也要增大，同時(shí)必須保證 u/f為一個(gè)常量。 參數(shù)整定 連接設(shè)備，運(yùn)行編寫的 PID 程序，通過不同的 PID 參數(shù)的設(shè)定觀察控制的實(shí)際效果，其中目標(biāo)值為 200 毫米， 選出一組最為合適的參數(shù)對水箱液位進(jìn)行控制，其實(shí)際效果如下圖所示： 圖 比例 =,積分 = 圖 比例 =,積分 = 圖 比例 =,積分 =,微分 =5 圖 比例 =1,積分 = 比較以上幾幅圖可知，當(dāng) 比例 =， 積分 = 時(shí)控制效果最佳。 圖 歷時(shí)曲線查詢 用戶可根據(jù)液位控制的各個(gè)階段曲線的顯示來觀察液位控制情況，并根據(jù)觀察到的內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 25 情況來調(diào)整參數(shù)。歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)主要由組態(tài)王提供的歷史庫來完成。 使用歷史曲線時(shí)，需要對曲線做相關(guān)的配置，其中，主要為變量屬性的配置和歷史數(shù)據(jù)存放位置的配置。 4）創(chuàng)建日歷控件 在通用控件中選擇 ―Microsoft Date and Time Picker Control ‖，其下的腳本程序如下所示： 全部保存運(yùn)行可得到下面的結(jié)果。點(diǎn)擊【確定】完成 ODBC數(shù)據(jù)源的定義。接下來按照下面的步驟進(jìn)行操作： 1）設(shè) 置 ODBC 數(shù)據(jù)源 組態(tài)王通過 ODBC 數(shù)據(jù)源將報(bào)警信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，因此必須先建立 ODBC 數(shù)據(jù)源。在【標(biāo)識(shí)定義】中，定義曲線的數(shù)值軸與時(shí)間軸，設(shè)定曲線的標(biāo)識(shí)數(shù)目、曲線的更新頻率以及整個(gè)曲線的時(shí)間長度。 實(shí)時(shí)曲線 本設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室具體情況對水箱液位最大值、最 小值等參數(shù)進(jìn)行了設(shè)定，并繪制出實(shí)時(shí)曲線模塊，如圖 所示。數(shù)據(jù)改變命令語言是當(dāng)連接的變量的值發(fā)生改變時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行的命令語言。根據(jù)功能的不同，包括了應(yīng)用程序命令語言、數(shù)據(jù)改變命令語言、動(dòng)畫連接命令語言和畫面命令語言。 圖 查處板卡通訊地址 5）輸入嘗試恢復(fù)時(shí)間、最長恢復(fù)時(shí)間，其含義為 ：當(dāng)上位機(jī)與設(shè)備斷開時(shí)多長時(shí)間嘗試恢復(fù)一次連接；當(dāng)時(shí)間超過多長時(shí)間就停止嘗試連接。具體步驟如下 [12]： 1） 在工程瀏覽器的目錄顯示區(qū)單擊 ，繼而在右邊目錄顯示區(qū)雙擊，就會(huì)彈出 ―設(shè)備配置向?qū)?‖的對話框，如圖 所 示： 圖 選擇板卡 2） 點(diǎn)擊其中的智能化模塊，選擇其下的研華系列板卡，在其下選擇 PCI1710L 板卡，點(diǎn)擊下一步。如圖 所示：在實(shí)際的液位控制系統(tǒng)中，需要定義多個(gè)內(nèi)存變量以完成算法的實(shí)現(xiàn)，因此，需要在組態(tài)王中定義內(nèi)存變量。在設(shè)置的過程中，加入了同外部設(shè)備寄存器連接的設(shè)置，如果外部設(shè)備寄存器中的數(shù)值不需要轉(zhuǎn)換，上位機(jī)可以直接使用，那么保持最大值和最大值原始值一致，最小值和最小原始值一致；否則，就要分別設(shè)置最大值和最小值來完成數(shù)值范圍的線性或非線性轉(zhuǎn)化。 ―I/O‖變量指可與外部數(shù)據(jù)采集程序直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的變量 。 圖 主監(jiān)控主界面 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 17 圖 命令語言窗口 在主畫面的右下方設(shè)置了切換按 鈕，點(diǎn)擊按鈕，開始執(zhí)行按鈕動(dòng)作語言，切換到與之相對應(yīng)的子畫面，其命令語言的編輯如圖 所示。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的換面采用分層設(shè)計(jì)，頂層為系統(tǒng)初始畫面，下面包含若干個(gè)控制子圖。對于不同對象的簡單控制系統(tǒng)，盡管其具體裝置與變量不相同，但都可以用相同的方框圖來表示，這就便于對他們的共性進(jìn)行研究。根據(jù)自動(dòng)化及其它相關(guān)專業(yè)教學(xué)的特點(diǎn)，吸收了同類實(shí)驗(yàn)裝置的特點(diǎn)和長處后，經(jīng)過老師的精心設(shè)計(jì)，多次實(shí)驗(yàn)和反復(fù)論證，推出了這一套全新的實(shí)驗(yàn)裝置。 組態(tài)王與外部設(shè)備通信 組態(tài)王把每一臺(tái)與之通訊的設(shè)備看作是外部設(shè) 備，為實(shí)現(xiàn)組態(tài)王要和外部設(shè)備的通訊，組態(tài)王內(nèi)置了大量設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序作為組態(tài)王和外部設(shè)備的接口，在開發(fā)過程中只需根據(jù)工程瀏覽器提供的設(shè)備配置向?qū)б徊讲酵瓿蛇B接過程，即可實(shí)現(xiàn)組態(tài)王和相應(yīng)外部設(shè)備驅(qū)動(dòng)的連接。利用組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)編制過程時(shí)，需要注意以下幾個(gè)問題： 首先用戶希望怎樣的圖形畫面，也就是怎樣用抽象的圖形畫面來模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場和相應(yīng)的工控設(shè)備。 畫面運(yùn)行系統(tǒng)是組態(tài)王軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境，在應(yīng)用工程的開發(fā)環(huán)境中建立的圖形畫面只有在畫面運(yùn)行環(huán)境中才能運(yùn)行。 畫面制作系統(tǒng)是應(yīng)用工程的開發(fā)環(huán)境，可以在這個(gè)環(huán)境中完成畫面設(shè)計(jì)、動(dòng)畫連接等工作。其中，工程管理器用于新建工程、工程管理等。 5）強(qiáng)大地 ODBC 功能。 具 體來說，組態(tài)王的主要特點(diǎn)有以下幾方面： 1）主畫面顯示功能。因此，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 11 在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)慎用微分控制 。積分控制作用始終施加指向給定值的作用力，有利于消除靜差，其效果不僅與偏差大小有關(guān)，而 且還與偏差持續(xù)的時(shí)間有關(guān)。生產(chǎn)實(shí)際證明， PID控制能滿足絕大多數(shù)工業(yè)過程被控對象的控制要求 ， 至今仍然是一種最基本的控制方法。本課題針對液位控制設(shè)計(jì)了一個(gè)由壓力傳感器 、 PLC、 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等組成的系統(tǒng)，并采用了增量式 PID 算法對其控制。 PID 控制技術(shù) 經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展，從模 擬 PID 控 制發(fā)展到數(shù)字 PID控制，技 術(shù)不斷完善與成熟。液位控制是工業(yè)生產(chǎn)中典型的過程控制問題，對液位準(zhǔn)確的測量和有效的控制是一些設(shè)備優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和安全生產(chǎn)的重要指標(biāo)。 1953 年 Cohen和 Coon 繼承和發(fā)展了 ZN 公 式，同時(shí)也提出了一種考慮被控過程時(shí)滯大 小的CohenCoon 整定公式 。盡管自 1940 年以來，許多先進(jìn)控制方法不斷推出，但 PID 控制器以其結(jié)構(gòu)簡單，對模型誤差具有魯棒性及易于操作等優(yōu)點(diǎn)，仍被廣泛應(yīng)用于冶金、化工、電力、輕工和機(jī)械等工業(yè)過程控制中。如下圖 所示。 單端輸入配置只為每個(gè)通道提供 1 根信號線，且被測量的電壓以公共地為參考。 圖 ADAM3968 接線端子板信號端子位置及功能 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 8 表 21 板卡對應(yīng)端口功能 信號名稱 參考端 方向 描述 AI0～ 15 AIGND Input 模擬量輸入通道： 0～ 15 AIGND 模擬量輸入地 AOGND 模擬量輸出地 DI0～ 15 DGND Input 數(shù)字量輸入通道： 0～ 15 DO0～ 15 DGND Output 數(shù)字量輸出通道： 0～ 15 DGND 數(shù)字地（輸入或輸出） +12V DGND Output +12V 直流電源輸出 +5V DGND Output +5V 直流電源輸出 模擬量輸入連接 PCI1710L 卡既支持 16 路單端模擬量輸入，又支持 8 路差分模擬量輸入。％ FS/年 10)非線性： =％ FS 11)熱力零點(diǎn)溫漂： =％ FS/℃ 12）過載壓力： 2 倍量程 13）電氣連接：電纜連接 14）測量介質(zhì)：油、水、氣體及其他與 316 不銹鋼兼容介質(zhì) 實(shí)驗(yàn)室中采用端子型二線制電流輸出接線方式，其具體方式如圖 所示： 圖 端子型二線制接法 研華板卡 PCI1710L 簡介 研華（中國）公司生產(chǎn)的 PCI1710L 多功能數(shù)據(jù)采集卡是一款功能強(qiáng)大的低成本多功能 PCI 總線數(shù)據(jù)采集卡。10%）、 12VDC 3）準(zhǔn)確度： 177。 [2] 本設(shè)計(jì)采用的是北京市樂維機(jī)電設(shè)備有限公的 ML7420A， 其特點(diǎn)為：安裝方便快速、無需連桿、標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)管式接線連接、無需調(diào)整、閥門定位準(zhǔn)確、低功耗、高的關(guān)斷壓力、終端推力限位開關(guān)、 0～ 10Vdc 或 2～ 10Vdc 信號輸入、帶位置反饋信號輸出、正反作用可選、同步馬達(dá)、防腐設(shè)計(jì)、免維護(hù)。 對于水箱液位控制系統(tǒng)，可直接選擇液位作為其被控變量。為了使液位的控制達(dá)到一定內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 4 的精度，并且具有較好的動(dòng)態(tài)性能，采用了區(qū)別于傳統(tǒng)控制方式的串級控制。 第三章 針對單容水箱液位控制系統(tǒng)，對其在組態(tài)王中的開發(fā)進(jìn)行介紹，開發(fā)了系統(tǒng)總體監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)開發(fā)了單容水箱的系統(tǒng)的總監(jiān)控界面，定義了外部變量，用于和研華板卡 PCI—1710 模塊的輸入輸出部分對應(yīng)，來實(shí)時(shí)顯示液位值的大小 ，建立的動(dòng)畫連接，編寫了自動(dòng)控制程序，實(shí)現(xiàn)了單容水箱控制系統(tǒng)的 自動(dòng)控制，并且實(shí)現(xiàn)了液位值實(shí)時(shí)曲線歷史曲線和歷史數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)報(bào)警歷時(shí)報(bào)警的顯示。而適應(yīng)于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少。而控制的概念更是應(yīng)用到周圍的許多的事物上，并且液位控制系統(tǒng)已是一般工業(yè)界所不可缺少的部分，如蓄水池，污水處理場等都需要液位控制系統(tǒng)的參與。但由于其時(shí)滯性很大、具有時(shí)變性和非線性等因素，嚴(yán)重影響PID 控制的效果，目前，已經(jīng)開發(fā)出來的控制策略很多，但其中許多算法仍然只是停留在計(jì)算機(jī)仿真或?qū)嶒?yàn)裝置的驗(yàn)證上，真正能有效地應(yīng)用在工業(yè)過程中的并有發(fā)展?jié)摿Φ娜詾閿?shù)不多。對于簡單的線性、時(shí)不變系統(tǒng)，采用PID 控制能夠取得滿意的控制效果。也有不能趨向平衡，被控量一直變化而不能穩(wěn)定下來的，這就是具有積分的對象。 2)對象特性的非線性 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 2 對象特性大多是隨負(fù) 荷變化而變化，當(dāng)負(fù)荷改變時(shí)，動(dòng)態(tài)特性有明顯的不同。液位控制系統(tǒng)一般指工業(yè)生產(chǎn)過程中自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控變量為液位的系統(tǒng)。在熱工生產(chǎn)與傳輸質(zhì)量或能量的過程中，存在著各種形式的容積和阻力，加上對象多具有分布參數(shù)，好像被不同的阻力和容積相互分隔著一樣。另外，在這些生產(chǎn)領(lǐng)域里，極容易出現(xiàn)操作失誤，引起事故，造成廠家的損失。 King view。 本文以實(shí)驗(yàn)室自制的雙容水箱作為液位控制研究對象，通過上位機(jī)、研華的PCI1710L 板卡、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、壓力液位變送器組成的控制系統(tǒng)和壓力液位變送器、變頻器、水泵組成的控制系統(tǒng)分別實(shí)現(xiàn)了單容水箱的遠(yuǎn)程控制和就地控制，并在文章最后理論性的闡述了雙容水箱的控制方法。內(nèi)蒙古科技大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 題 目：水箱液位控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名：吳云鵬 學(xué) 號： 202167112231 專 業(yè)：測控技術(shù)與儀器 班 級： 測控 082 班 指導(dǎo)教師：李 剛 助教 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） I 水箱液位控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 摘要 液位是工業(yè)工程中的常見變量，在各種過程控制中的應(yīng)用越來越廣泛。 設(shè)計(jì)中以組態(tài)軟件 組態(tài)王為開發(fā)工具，開發(fā)了系統(tǒng)的監(jiān)視與控制界面，并且自己編程實(shí)現(xiàn) PID 控制程序，使系統(tǒng)具備了對現(xiàn)場過程數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)視功能、歷 史數(shù)據(jù)的歸檔功能、異常信號的報(bào)警功能以及現(xiàn)場操作的指導(dǎo)