【正文】 46 但此液位控制系統(tǒng)也有一些不足之處，比如PID參數整定方法單一；系統(tǒng)的反應速度比較慢；還有，我們設計的人機界面內容簡單，界面不夠友好等，這些都是有待我們改進之處。45 圖 61 運行界面對水箱液位執(zhí)行設置，待水箱液位穩(wěn)定后改變水箱液位設定值，記錄水箱的液位曲線圖，如圖 42 所示。 圖 510 菜單設置命令語言設置如下：if(menuindex==0)showpicture(實時曲線)。如圖 57 所示，為開始按鈕的動畫連接設置窗口。 圖 54 創(chuàng)建新畫面窗口雙擊進入新畫面，并點擊進入圖庫圖庫管理器，選擇合適的反應器、閥門、管道等添加進界面，并在工具管理器中選擇合適的按鈕、表格等添加進主界面，完善主界面設計。37 圖 52 建立組態(tài)工程（3）界面開發(fā)點擊項目進入工程瀏覽器，點擊畫面并新建系統(tǒng)所需的界面。（2）建立工程在上位機上安裝好組態(tài)王軟件。工程具體開發(fā)過程如下：（1） 定義變量 對所用到的變量進行定義。分析后的結果還可以通過 DDE傳回來。另外，提供報表模板，方便用戶調入其它的表格。組態(tài)王提供一套全新的、集成的報表系統(tǒng)，內部提供豐富的報表函數，例如：日期和時間函數、邏輯函數、統(tǒng)計函數等，用戶可創(chuàng)建多樣的報表。組態(tài)王支持多種通信方式：串口通信，數據采集板，DDE 通信，人機界面卡和網絡模塊。 工程管理器：工程管理器用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理，對已有工34程進行搜索、添加、備份、恢復以及實現數據詞典的導入和導出等功能。 組態(tài)王人機界面開發(fā) 組態(tài)王簡介組態(tài)王（Kingview）是由北京亞控公司開發(fā)，在 PC 機上建立工業(yè)控制對象人機接口的一種智能軟件包，它以 Window2022/WindowXP/WindowNT 中文操作系統(tǒng)作為其操作平臺，充分利用了 Windows 圖形功能設備，界面一致性好，易學易用等特點，具有功能完備的人機接口界面和面向對象的圖形開發(fā)環(huán)境，便于高效，快捷地把整個工藝過程構成監(jiān)控畫面，以動畫的形式顯示各個控制設備的狀態(tài)，在報警和歷史趨勢方面的功能，方便了對系統(tǒng)的監(jiān)控，具有較強的網絡功能。而在可編程序控制器與計算機通訊的基礎上,通過組態(tài)軟件可以對可編程序控制器的當前工作狀態(tài)進行全方位的監(jiān)控,進一步通過組態(tài)軟件可以對實驗控制對象的工作過程進行全程模擬,實現遠程控制。 step(sys)31 （a） （b） （c） 圖 413 單容水箱階躍響應32第 5 章 人機界面設計 組態(tài)軟件簡介隨著社會的進步，工業(yè)自動化技術迅猛發(fā)展，控制系統(tǒng)功能越來越強大，控制過程也變得越來越復雜，系統(tǒng)操作最大透明化已經成為一種需要。命令： sys = tf(1,[1 1],39。若在用戶程序中設置了中斷, 在中斷到達時PLC 會中斷此循環(huán),自動轉到相應的中斷組織塊執(zhí)行中斷程序。OB 1 通過調用這些塊來完成整個自動化任務 。28 用戶程序是必須由用戶自己生成并下載到CPU 中的程序, 其中包含處理特定的自動化任務所需要的所有功能, 它包括: 指定在CPU 上暖啟動和熱啟動的條件, 處理過程數據, 指定對中斷的響應, 處理程序在正常運行中的干擾等 [6]。由于本控制系統(tǒng)實現的控制功能較簡單, 故只用Step 7 內置PID 功能塊即可。 表41 輸入參數參數 數據類型 數據范圍 默認值 描述COM_RST BOOL FALSE 完全重啟，當為真時執(zhí)行重啟程25序 MAN_ON BOOL TRUE 手動操作，若為真，控制環(huán)中斷，操作值手動設定 PVPER_ON BOOL FALSE 過程變量直接從外設輸入 P_SEL BOOL TRUE 為真則比例控制起作用 I_SEL BOOL TRUE 為真則積分控制起作用 D_SEL BOOL FALSE 為真則微分控制起作用 INT_HOLD BOOL FALSE 為真則積分控制的輸出不變 I_ITL_ON BOOL FALSE 為真，使積分器的輸出為I_ITLVAL CYCLE TIME =1ms T1s 采樣時間 SP_INT REAL 100~100%或者物理量 內部的給定點的輸入值 PV_IN REAL 100~100%或者物理量 過程變量以浮點形式輸入的值 PV_PER WORD W160000 過程變量從外設直接輸入的值 MAN REAL 100~100%或者物理量 通過這個參數設定手動操作的值 GAIN REAL 比例控制增益 TI TIME =CYCLE T20s 決定積分器的響應時間 TD TIME =CYCLE T10s 微分時間 TM_LAG TIME =CYCLE/2 T2s 微分器的延遲時間 LMN_HLM REAL 操作值的最高限 LMN_LLM REAL 操作值的最低限 PV_FAC REAL 過程變量因子，調整過程變量的范圍 PV_OFF REAL 過程變量偏置，調整過程變量的范圍 LMN_FAC REAL 操作值因子，調整操作值的范圍 26LMN_OFF REAL 操作值偏置，調整操作值的范圍 I_ITLVAL REAL 100~100%或者物理量 積分器的初始化值 DISV REAL 100~100%或者物理量 輸入的擾動變量 DEADE_W REAL 100~100%或者物理量 死區(qū)寬度 控制程序設計按照系統(tǒng)總體設計要求和系統(tǒng)實際情況，利用STEP7 編寫控制程序。Step 7 還提供了標準閉環(huán)控制模塊FM 355, 可以實現定值控制、串級控制、比例控制和三分量控制等多種功能。 打開 Step 7 軟件，打開“S7300”程序進行下載，然后將 S7300PLC 置于運行狀態(tài)，然后運行組態(tài)軟件，打開“S7300PLC 控制系統(tǒng)”工程，然后激活組態(tài)運行環(huán)境，進入本控制系統(tǒng)的監(jiān)控界面。上位機曲線，如圖 46 所示。 圖 45 智能儀表單容水箱液位控制系統(tǒng)接線圖 接通總電源空氣開關和鑰匙開關，打開24V 開關電源，給壓力變送器上電，按下啟動按鈕，合上單相Ⅰ、單相Ⅲ空氣開關，給智能儀表及電動調節(jié)閥上電。 控制流程 本系統(tǒng)選擇下水箱作為被測對象（也可選擇上水箱或中水箱） 。泵體完全采用不銹鋼材料，以防止生銹，使用壽命長。電動調節(jié)閥型號為：QSVP16K。 圖43 S7300PLC掛件 檢測裝置壓力傳感器、變送器：壓力傳感器用來對上、中、下水箱的液位進行檢測，其量程為0～5KP， 級。S7300是采用模塊化結構的中小型PLC，包括一個CPU3152DP 主機模塊、一個SM331 模擬量輸入模塊和一個SM332模擬量輸出模塊，以及一塊西門子CP5611 專用網卡和一根 MPI 網線。P、I、D參數可根據實驗需要調整。?第四章 控制系統(tǒng)設計 硬件配置 實驗使用“THSA1 型過控綜合自動化控制系統(tǒng)實驗平臺”，該實驗臺是由實驗控制對象、實驗控制臺及上位監(jiān)控PC 機三部分組成 智能儀表采用上海萬迅儀表有限公司生產的AI 系列全通用人工智能調節(jié)儀表，其中SA12 智能調節(jié)儀控制掛件為AI818 型，SA13 智能位式調節(jié)儀為AI708 型。也可由坐標原點對響應曲線作切線OA，切線與穩(wěn)態(tài)值交點A 所對應的時間就是該時間常數T，由響應曲線求得K和T后，就能求得單容水箱的傳遞函數。由流體力學可知，流體在紊流情況下，液位h 與流量之間為非線性關系。液位h 的變化反映了Q1與Q2不等而引起水箱中蓄水或泄水的過程。 數學模型被控對象數學模型的建立通常采用下列二種方法?；谝陨显砼c方法，Ziegler 和 Nichols 提出了除利用階躍響應法外的另一種 PID 參數整定方法——頻率響應法。則u=K*PV。曲線上相位為 的點的被稱為極限180?o點該點的頻率稱為臨界振蕩頻率 。其中最為常見的是 ZieglerNichols 整定公式，最早的 ZN 公式是在 1942 年由Ziegler 和 Nichols 首先提出的，他們所使用的方法及其改進方法至今仍在廣泛應用，上文所提到的飛升曲線法也是基于 ZN 公式的確定 PID 參數方法。首先，對于參數 和 的獲取需要花費大量的調試時間；uKT14其次，現場實驗中存在的不確定影響會給試驗數據帶來一定甚至關鍵的噪聲，從影響最終的控制品質；最后，對于那些不允許做臨界振蕩實驗的系統(tǒng)，臨界比例度法根本無法應用，否則就會導致整個系統(tǒng)崩潰。方法如下：在閉環(huán)的情況下，將 PID 控制器的積分和微分作用先去掉，僅留下比例作用，然后給系統(tǒng)輸入一個信號，如果系統(tǒng)響應是衰減的，則需要增大控制器的比例增益 ，重做實驗；反之則需要減小 。但是飛升曲線法存在一定的弊端。K?T（1）飛升曲線法（階躍響應法）將系統(tǒng)開環(huán)后（不加入控制環(huán)節(jié)） ，給其輸入一定幅值的階躍信號，可得如下圖所示的飛升曲線（即階躍響應曲線） 。但是微分作用對噪聲干擾有放大作用，而這是我們在設計控制系統(tǒng)時不希望看到的。因此，微分作用改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。因此，實際中一般不單獨使用積分器，積分作用常與另外兩種調節(jié)規(guī)律結合，組成 PI 或 PID 控制器。(2) 積分作用引入積分作用是為了使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的無差度，以保證實現對設定值的無靜差跟蹤，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。cKiTdPID 控制器的另一種表示方式也比較常見，稱為并行結構（Parallel form），如下所示：PID 被控對象給定值 被控參數+d+e uPVSV11sKsGdip??)( （32）其時域輸出方程為： dtetettuip )()()()(?（33）式（31）與式（32）實際上可以互相轉換，兩者參數間的關系如下所式：， ， （34）pcK?ciiTdcK?此時，模型的積分時間和微分時間也相應改變，分別為： ，1iKd PID 控制器各參數的作用PID 控制器包括積分、比例、微分三個部分，分別代表過去，現在，還有未來的控制作用，相應的控制參數,以式（31）為例，比例增益 、積分時間cK、微分時間 的取值影響到系統(tǒng)控制效果的好壞。PID 控制器早在一百年前就已經出現，經過長時間發(fā)展，已經有許許多多改進形式的PID 控制器出現，但到目前為止沒有一個 PID 控制器能夠適用于所有控制場合。 9 圖 23 S3300PLC 實物圖 圖 24 S7300PLC 主要結構示意圖 10第三章 PID 控制器設計控制器的設計是基于模型控制設計過程中最重要的一步。梯形圖的使用直觀方便,可以建立與電器接線圖等價的梯形邏輯圖,而且在全世界范圍內通用,因此,成為多數 PLC 程序設計和維護人員的首選方法,在實際設計中有著廣泛的應用。輸入/輸出單元從廣義上分包含兩部分：與被控設備相連接的接口電路；輸入輸出的映像寄存器。PLC 中采用的 CPU 一般有三大類：通用微處理器；單片機芯片；位處理器。PLC 的基本結構圖如圖 22 所示。大型 PLC：I/O 點數一般在 1024 點以上。PLC 的容量主要指其輸入/輸出點數。目前比較著名的 PLC 生產廠家有日本的三菱公司、歐姆龍公司、富士電機、松下電工，德國的西門子，法國的 TE 公司、施耐德公司，韓國的三星公司、LG 公司和美國的 AB、通用（GE）公司。這一新型工業(yè)控制裝置的出現，也受到了世界其他國家的高度重視。到 20 世紀 60 年代，汽車生產流水線的自動控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構成的。 可編程控制器基礎PLC 即可編程邏輯控制器，英文全稱是 Programmable Logic Controller，是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。對于模擬量信號，需經 A/D 轉換器轉換成數字信號，再通過接口送入微控制器。硬件部分包括微控制器及其接口電路、模擬量輸入輸出電路、開關量輸入輸出電路、數據通信接口電路、人機交互通道，以及其他外圍設備。新型智能儀表在測量過程自動化、測量結果的數據處理以及功能的多樣化方面，都取得了巨大的進步 [3]。第六章，介紹了系統(tǒng)的測試及應用。第三章，介紹了控制系統(tǒng)設計的基本步驟和方法，包括了硬件的配置，電路圖的設計，程序設計，系統(tǒng)的通信等內容。隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們對液位控制系統(tǒng)的要求越來越高，特別是高精度、智