【正文】 章老師淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我們深深的啟迪。在設(shè)計(jì)過程中一些程序的設(shè)計(jì)讓我很頭痛，原因是由于本身使用軟件了解不夠，而又必須考慮實(shí)驗(yàn)步驟的先后，從而形成了一些矛盾點(diǎn)，這些矛盾在處理上讓人很難斟酌，正是基于這種考慮我意識到：要想更完美的進(jìn)行一次設(shè)計(jì)，與其他專業(yè)人才的交流溝通是很有必要的 順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會，通過這次比較完整的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實(shí)際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊、設(shè)計(jì)規(guī)范以及設(shè)計(jì)編程等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。利用微機(jī)作為編程器，可以直接編制并顯示梯形圖。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC）,直流電源（常用的為24VDC）。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。接到PLC輸入接口的輸入器件是各種開關(guān)、按鈕、傳感器等。EPROM、EEPROM都是只讀存儲器。常用的存儲器有RAM、EPROM和EEPROM。CPU的功能有以下一些：從存儲器中讀取指令，執(zhí)行指令，取下一條指令，處理中斷。1．中央處理單元（CPU)CPU作為整個PLC的核心，起著總指揮的作用。由于這些特點(diǎn)，可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時、計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對象，將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲器內(nèi)。 為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制， PLC采用了不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式（掃描技術(shù)）。 (3)輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后， PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。在整個運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。 為了消除二者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動作時間一般在 100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式掃描技術(shù)?，F(xiàn)在三菱公司又有FX系列PLC，與其超小型品種F1系列相比：面積為47%,體積為36%，在系統(tǒng)的配置上既固定又靈活，輸入輸出可達(dá)24～128點(diǎn)。并且，由于PLC的低故障率及很強(qiáng)的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。PLC在執(zhí)行梯形圖程序時，用解釋程序?qū)⑺g成匯編語言然后執(zhí)行（PLC內(nèi)部增加了解釋程序）。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。因此，PLC除應(yīng)用于單機(jī)控制外，在工廠自動化中也被大量采用。它要求能承受幅值為1000V，上升時間1nS，脈沖寬度為1μS的干擾脈沖。 （3）設(shè)置警戒時鐘WDT（看門狗）——如果程序每循環(huán)執(zhí)行時間超過了WDT規(guī)定的時間，預(yù)示了程序進(jìn)入死循環(huán)，立即報警。以便及時進(jìn)行處理。（5）采用模塊式結(jié)構(gòu)——這種結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下短時修復(fù)。（1）屏蔽——對電源變壓器、CPU、編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾。由于元器件不可恢復(fù)的破壞而引起的故障。由于外界惡劣環(huán)境如電磁干擾、超高溫、超低溫、過電壓、欠電壓、振動等引起的故障。 (3)微分作用系數(shù)Kd 的作用是改善系統(tǒng)的動態(tài)特性, 其作用主要是在響應(yīng)過程中抑制偏差向任何方向的變化, 對偏差變化進(jìn)行提前預(yù)報。Kp 越大, 系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快, 系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高, 但易產(chǎn)生超調(diào), 甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。 調(diào)節(jié)時間ts 約為370s。從上圖可以觀察到其動態(tài)性能指標(biāo)。根據(jù)前面推理得到的三容水箱傳遞函數(shù), 在Simulink 中構(gòu)建仿真模型如圖圖2 所示。觀察液位隨時間有一個飛升過程, 經(jīng)過一段時間后, 下水箱液位重新達(dá)到平衡。此實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上水箱的流入量可以通過電磁流量計(jì)讀出, 畫面顯示的液位均為百分比, 。經(jīng)過線性化后, 水阻R 是常數(shù)。水槽1： （64）水槽2： （65）水槽3： （66）其中： (67) (68) (69) RR2 、R3 分別為上、中、下三個水箱的線性水阻。( 2) 啟動水泵, 上水箱注水。 該實(shí)驗(yàn)中上、中、下三個水箱的負(fù)載閥開度分別設(shè)置為11mm、14mm、9mm。所以通過實(shí)驗(yàn)來建立三容水箱的數(shù)學(xué)模型為液位控制提供了理論依據(jù)。第6章 三容水箱數(shù)理模型的建立 當(dāng)某種形式的擾動作用于被控制對象時, 就會引起對象的輸出發(fā)生相應(yīng)的變化。 綜合下面討論極點(diǎn)配置問題，根據(jù)指定極點(diǎn)所設(shè)計(jì)的狀態(tài)反饋增益矩陣是惟一的。在Matlab中使用函數(shù)lyap（）來求解連續(xù)時間系統(tǒng)的李雅普洛夫方程，然后根據(jù)所求實(shí)對稱矩陣P的定號性判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。Qc=ctrb(A,B)Qc = 2 2 0 2rank(Qc)ans = 2由上述結(jié)果可知，系統(tǒng)的可控性判別矩陣的秩為2，與系統(tǒng)維數(shù)相同，所以系統(tǒng)是能控的。 [num2,den2]=ss2tf(A,B,C2,D)。 C1=[1 0]。 A=[1 0。step(G)。i=1:length(N)i =1nn=kp*(conv([Ti,1],[Td/N(i),1])+conv([Ti,0],[Td,0]))。G=feedback(G0*Gc,1)。Td=。grid on。hold on。kp=。step(G,t)。t=0::20。axis([0 0 ])。hold on。grid on。P=[ 1 ]。如果三容水箱采用雙閉環(huán)控制，會使系統(tǒng)控制更加復(fù)雜，PID控制器不好設(shè)置，數(shù)學(xué)建模過程更為繁瑣，且系統(tǒng)維護(hù)更難操作。 三容水箱控制方法 如果三容水箱采用雙閉環(huán)控制，其系統(tǒng)框架圖如下：圖44雙閉環(huán)控制系統(tǒng)框架圖一般認(rèn)為，雙閉環(huán)系統(tǒng)的抗干擾性能好于單閉環(huán)。(3)當(dāng)誤差|e|較小時，為保證系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)特性，應(yīng)加大kp、T1的取值，同時為避免產(chǎn)生振蕩，TD的取值應(yīng)和|ec|聯(lián)系起來。一般的PID控制，就是要確定kp、T1和TD這三個參數(shù)，并在控制過程中對這三個參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最優(yōu)控制。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時間常數(shù)T1，T1越大，積分作用越弱，反之越強(qiáng)。自從計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域以來，用數(shù)字計(jì)算機(jī)取代模擬計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)器組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，不僅可以用軟件的方法實(shí)現(xiàn)PID控制算法，而且可以利用計(jì)算機(jī)的邏輯功能，使PID控制算法更加靈活，這就是數(shù)字PID控制。10) 關(guān)閉電腦與控制箱電源。6) 在界面上修改設(shè)定值，選擇菜單項(xiàng)“操作開始控制”開始控制過程。2) 將電腦與電控箱上電。3）開關(guān)電源。第3章 三容水箱系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 三容水箱的原理結(jié)構(gòu) 水箱為三容水箱，系統(tǒng)組成如下圖所示，它包含電控箱、水箱本體及由AD/DA 數(shù)據(jù)采集卡和普通PC機(jī)組成的控制實(shí)驗(yàn)平臺等三大部分。曲線外形類似于坐標(biāo)紙，X軸代表時間，Y軸代表變量值。占拒百分比為0，最大時為500，占據(jù)百分比為100。其中，op2變量為I/O通訊串口設(shè)備ICP7024的DA0通道連接的變量，a變量為程序標(biāo)志變量，set變量為啟動儀表指示變量，opl變量為計(jì)算的輸出值變量，大水箱液位pvl變量為大水箱液位測量值，pvx變量為測量前值變量，大水箱液位SVl變量為大水箱液位給定值，SVl變量為設(shè)定值變量，ei變量為偏差變量，k變量為比例系數(shù)變量，q0變量為比例項(xiàng)變量，ti變量為積分系數(shù)變量，q1變量為積項(xiàng)變量，mx變量為積分前值變量，td變量為微分時間常數(shù)變量，q2變量為微分項(xiàng)變量。 數(shù)據(jù)庫是“組態(tài)王”最核心的部分。然后點(diǎn)擊確定按鈕，ⅢⅡ出現(xiàn)一個畫面。根據(jù)水箱液位檢測和控制系統(tǒng)的要求，本系統(tǒng)共設(shè)計(jì)了多個界面，例如：控制界面、歷史趨勢曲線、實(shí)時趨勢曲線、報表等。 因此在用組態(tài)王畫面開發(fā)系編制應(yīng)用程序時，要依據(jù)此過程考慮三個方面。該實(shí)驗(yàn)裝置既可作為本科、?？?、高職高專過程控制課程的實(shí)驗(yàn)裝置，也可作為研究生及科研人員在復(fù)雜控制系統(tǒng)、先進(jìn)控制系統(tǒng)，智能化控制系統(tǒng)研究等各方面提供物理模擬對象和實(shí)驗(yàn)平臺。系統(tǒng)通過智能模塊將液位的檢測量采集到組態(tài)王對應(yīng)變量中，由組態(tài)王統(tǒng)一管理給出系統(tǒng)各部分運(yùn)行趨勢、報表及報警事件，并通過與給定的液位設(shè)定比較來控制入水量。TOUCHMAK具有先進(jìn)完善的圖形生成功能，數(shù)據(jù)庫提供多種數(shù)據(jù)類型，能合理地提取控制對象的特性；對變量報警、趨勢曲線，過程記錄、安全防范等重要功能都有簡潔的操作方法。畫面的開發(fā)和運(yùn)行由工程瀏覽器調(diào)用畫面制作系統(tǒng)TOU CHMAK和工程運(yùn)行系統(tǒng)TOUCHVEW來完成的。 組態(tài)王軟件是工業(yè)自動化軟件的一種，是北京亞控科技發(fā)展有限公司的產(chǎn)品。該設(shè)計(jì)充分利用了組態(tài)王最強(qiáng)大的功能——圖形編輯功能，結(jié)合THJ2型儀表過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備的實(shí)際情況，制作了多個控制界面。國內(nèi)的有：組態(tài)王和MCGS等，這些軟件雖然研制較晚,，但都吸收了國內(nèi)外監(jiān)控軟件的優(yōu)點(diǎn)而且采用了最先進(jìn)的軟件設(shè)計(jì)思想和技術(shù)，在功能上可以和國外的軟件媲美，且價格是國外軟件的三分之一到八分之一。 組態(tài)王內(nèi)置了大量的設(shè)備驅(qū)動作為組態(tài)王與外部設(shè)備的通信接口，組態(tài)王可通過通迅接口和外部設(shè)備交接數(shù)據(jù)，包括采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)或指令。(5) 了解三容水箱結(jié)構(gòu)原理，操作步驟。通過完成本課題的設(shè)計(jì)，希望達(dá)到以下目的：（1）了解組態(tài)王軟件的應(yīng)用。組態(tài)軟件能提供一個友好的界面，易于操作，圖形豐富形象，實(shí)時性好，開發(fā)周期短。 關(guān)鍵詞：組態(tài)王；水箱液位；監(jiān)控系統(tǒng)；三容水箱；模糊PID控制Abstract Three