【正文】 ② 利用按鈕工具制作按鈕。輸入完畢后，用鼠標(biāo)在屏幕上單擊次，則文字輸入完畢。 主畫(huà)面 制作 結(jié)果 如圖 所示。 圖 畫(huà)面設(shè)計(jì) 與動(dòng)畫(huà)連接 (1) 畫(huà)面設(shè)計(jì) 組態(tài)王提供了各種繪圖工具、圖庫(kù)來(lái)制作畫(huà)面，使得畫(huà)面能夠逼真地反映控制系統(tǒng)的工作狀況，并且可 以通過(guò)畫(huà)面操作控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。 定義 系統(tǒng) “ 啟動(dòng)” 、 “停止”內(nèi)存離散變量。在“基本屬性”頁(yè)中輸入變量名“水箱 2 液位 ”，變量類型設(shè)置為“ I/O 實(shí)數(shù)”，連接設(shè)備設(shè)置為“ IO 模塊 ”，寄存器設(shè)置為“ AI1”，數(shù)據(jù)類型設(shè)置為“ float”，讀寫(xiě)屬性設(shè)置為“讀寫(xiě) ”，采集頻率設(shè)置為 100 毫秒， 變化靈敏度設(shè)置為 1， 最小值為 0，最 大值為 300，最小原始值為 4，最大原始值為 20。按同樣的方法在 COM1 下創(chuàng)建名為“ DA”、“ AD”的 設(shè)備圖標(biāo)。 a b 圖 隨后雙擊目錄內(nèi)容顯示區(qū)中的“新建”圖標(biāo)，在出現(xiàn)的“設(shè)備配置向?qū)А敝袉螕簟爸悄苣K” — “牛頓 7000 系列” — “ Nudam7017” — “串行口”。此時(shí)，組態(tài)王在 d:根目錄下建立了一個(gè)“ 雙容水箱液位 控制 系統(tǒng) ”子目錄，以后進(jìn)行的組態(tài)工作的所有數(shù)據(jù)都將儲(chǔ)存在這個(gè)目錄中。 TouchExplorer 是 “組態(tài)王 ”軟件的核心部分和管理開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，是應(yīng)用工程的開(kāi)發(fā)環(huán)境，內(nèi)嵌畫(huà)面開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，可完成對(duì)畫(huà)面的設(shè)計(jì)、動(dòng)畫(huà)的連接等工作。還可以和工廠的管理信息系統(tǒng)有機(jī)整合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)工廠的綜合自動(dòng)化和信息化。它能從自動(dòng)化過(guò)程和裝備中采集各種信息，并將信息以圖形化等更易于理解的方式進(jìn)行顯示，將重要的信息以各種手段傳送到相關(guān)人員，對(duì)信息執(zhí)行必要分析處理和存儲(chǔ)，發(fā)出控制指令等等。 組態(tài)軟件是一種面向工業(yè)自動(dòng)化的通用數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控軟件，即 SCADA（ Supervisory Control And Data Acquisition）軟件，亦稱人機(jī)界面或 HMI/MMI（ Hum Machine Interfac/Man Machine Interface）軟件， “ 組態(tài) (Configure)” 的含義是 “ 配置 ” 、 “ 設(shè)定 ” 、 “ 設(shè)置 ” 等意思，是指用戶通過(guò)類似 “ 搭積木 ” 的簡(jiǎn)單方式來(lái)完成自己所需要的軟件功能，而不需要編寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序，也就是所謂的 “ 組態(tài) ”。 表 副參數(shù) 比例帶δ 2 放大倍數(shù) KC 2 溫度 20—— 60 5—— 壓力 30—— 70 3—— 流量 40—— 80 —— 液位 20—— 80 5—— (2) 利用單回路控制系統(tǒng)的參數(shù)整定方法來(lái)整定主調(diào)節(jié)器參數(shù)。 將上述步驟中求出的δ 1 S、 T1 0、δ 2 S、 T2 0 ,根據(jù)選用的調(diào)節(jié)器類型，按照 4：1衰減曲線的整定方法，求出主、副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。在系統(tǒng)工作狀況穩(wěn)定，主、副回路主調(diào)節(jié)器在純比例作用的條件下，將主調(diào)節(jié)器的比例帶 δ 置于 100%處，按照單回路系統(tǒng)的整定方法來(lái)整定副回路。 串級(jí)控制系統(tǒng)常用的工程整定方法有： 兩步整定法和一步整定法 。 圖 對(duì)于無(wú)自衡能力的 廣義過(guò)程，傳遞函數(shù)可寫(xiě)為 seSSG ?? ??)(0 對(duì)于有自衡能力的廣義過(guò)程、傳遞函數(shù)可寫(xiě)為 ss eSpeSSG ?? ?? ???????0000 1 /11)( 根據(jù)階躍響應(yīng)試驗(yàn)曲線得廣義過(guò)程的傳遞函數(shù)以后，可以分別按表 、表 中的近似經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算調(diào)節(jié)器的參數(shù)。衰減曲線法對(duì)多數(shù)過(guò)程都適用該方法的最大缺點(diǎn)是較難推確確定4： 1(或 10： 1)的衰減程度，從而較難得到準(zhǔn)確的 δs 值和 Ts(或 Tr)值。 (2) 待系統(tǒng)工作穩(wěn)定后，對(duì)設(shè)定值作階躍擾動(dòng)，然后觀察系統(tǒng)的響應(yīng)。記錄下此時(shí)的δ k (臨界比例帶 )和 等幅振蕩周期Tk。 介紹 1． 臨界比例度法 這是一種閉環(huán)整定方法。但應(yīng)當(dāng)注意，微分時(shí)間常數(shù) TD 偏大或偏小時(shí) ， 系統(tǒng)的超調(diào)量仍然較大，調(diào) 節(jié)時(shí)間仍然較長(zhǎng)，只有合適的微分時(shí)間常數(shù) ，才能獲得比較滿意的過(guò)渡過(guò)程。增大積分時(shí)間常數(shù) TI(積分變?nèi)?)有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)更穩(wěn)定，但同時(shí)要延長(zhǎng)系統(tǒng)消除靜差的時(shí)間。 、 Ti、 Td 對(duì)控制質(zhì)量的影響 (1) 比例系數(shù) KP 增大比例系數(shù) KP能加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，在有靜差系統(tǒng)中有利于減小靜差，但加大比例系數(shù)只能減小靜差，卻不能從根本上消除靜差。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，采用控制理論中的根軌跡法，頻率特性法等，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定調(diào)節(jié)器參數(shù)的數(shù)值。它的目的是：根據(jù)被控過(guò)特性確定調(diào)節(jié)器的比例度 ? 、 積分時(shí)間 TI以及微分時(shí)間 TD的大小。 串級(jí) PID 控制算法的具體流程如圖 所示。此時(shí)要考慮 輸出限幅。 注意到， u(k)不是控制器的輸出的變化量，而是其實(shí)際的輸出，經(jīng)過(guò) 數(shù) 模 (D/A)轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)與閥門的位置一一對(duì)應(yīng)，故有位置式之稱；每次需計(jì)算閥的絕對(duì)位置；控制器輸 出需與數(shù)字式控制閥連接，否則需經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換成模擬量，并需保持電路將輸出信號(hào)保持到下一采樣時(shí)刻； 需 采用必要措施來(lái)防止積分飽和及進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)切換。 采用增量式 PID 控制算法時(shí)，可以從手動(dòng)時(shí)的 u(k1)出發(fā)，直接計(jì)算出投入自動(dòng)運(yùn)行時(shí)控制器應(yīng)有的輸出變化量 △ u(k)，從而方便了手動(dòng)自動(dòng)切換。一般主控制器可采用比例、積分兩作用或比例、積分、微分 3 作用控制規(guī)律，副控制器采用單比例作用或比例積分作用控制規(guī)律即可。各類生產(chǎn)過(guò)程常用的控制規(guī)律如下： 液位：一般要求不高，用 P 或 PI 控制規(guī)律； 流量：時(shí)間常數(shù)小，測(cè)量信息中雜有噪聲，用 PI 或加反微分控制規(guī)律； 壓力：介質(zhì)為液體的時(shí)間常數(shù)小，介質(zhì)為氣體的時(shí)間常數(shù)中等，用 P 或則控制規(guī)律； 溫度：容量滯后較大，用 PID 控制規(guī)律。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例 +微分 (PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后組件，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差 進(jìn)一步減小，直到等于零。實(shí)質(zhì)上就是對(duì)偏差累積進(jìn)行控制，直至偏差為零。對(duì)偏差進(jìn)行控制，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即就發(fā)生作用即調(diào)節(jié)控制輸出，使被控量朝著減小偏差的方向變化，偏差減小的速度取決于比例系數(shù) Kp， Kp 越大偏差減小的越快，但是很容易引起振蕩，尤其是在遲滯環(huán)節(jié)比較大的情況下， Kp 減小，發(fā)生振蕩的可能性減小但是調(diào)節(jié)速度變慢。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的 其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。 因?yàn)樗谴?jí)控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的主要條件，是保證安全生產(chǎn)、防止共振的根本措施 。所以在此選擇下水箱液位高度為主參數(shù)，而由其所構(gòu)成的回路也即為主回路， 如圖 中的外回路即為主回路。 凡直接或間接與 生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行性能密切相關(guān)并可直接測(cè)量的工藝參數(shù)均可選擇作 主參數(shù)。 串級(jí)控制系統(tǒng)只比簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)增加了一個(gè)測(cè)量變送元件和一個(gè)調(diào)節(jié)器，但是控制效果卻有顯著的提高，具有較好的控制性能，能夠改善對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，提高系統(tǒng)的工作頻率，對(duì)負(fù)荷或操作條件的變化也有一定的自適應(yīng)能力。該 控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上形成了兩個(gè)閉環(huán)。 理論分析表明，用單回路方法對(duì)上述過(guò)程進(jìn)行控制是難以奏效的?？刂葡到y(tǒng)的方案設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心，是關(guān)鍵的第一步。 雙容水箱模型如圖 所示。 圖 雙容水箱液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 液位控制系統(tǒng)的控制目標(biāo) 水箱的液位變化范圍為 h=0300mm，要求通過(guò)設(shè)計(jì)合適的控制器，能使被控對(duì)象 (下水箱 )的液位值穩(wěn)、準(zhǔn)、快地穩(wěn)定在所給定的液位值上，穩(wěn)態(tài)液位誤差不超過(guò) 5mm。它由計(jì)算機(jī) 、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、上水箱、下水箱、 液位變送器 、變頻器和水泵 模塊等組成。 液位控制系統(tǒng)組成 該液位控制系統(tǒng)主要是基于 PCTⅢ型遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集過(guò)程 控制裝置。有些近似處理需要作線性化處理、降階處理等，但卻能滿足控制的要求。對(duì)于數(shù)學(xué)模型，應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況提出適當(dāng)?shù)囊?。被控過(guò)程可能既受控制輸人的作用，也受擾動(dòng)量影響。要對(duì)現(xiàn)代日益復(fù)雜和龐大的被控過(guò)程進(jìn)行研究分析、實(shí)施控制，尤其是進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須 了解其工作過(guò)程及 其數(shù)學(xué)模型 等 。各種控制器的控制效果通過(guò)水位的變化直觀地反映出來(lái)，同時(shí)通過(guò)液位傳感器對(duì)水位的精確檢測(cè)，方便地獲 得瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)，準(zhǔn)確評(píng)估控制性能。 水箱液位 實(shí)驗(yàn) 控制系統(tǒng) 的用途 水箱液位控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是 PCT 實(shí)驗(yàn)裝置中的重要組成部分，可單獨(dú)進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)的分析和研究，且它是 一種非線性、強(qiáng)耦合 、多變量和大滯后的復(fù)雜系統(tǒng)，是進(jìn)行控制理論與控制工程教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和研究的理想平臺(tái)，具有 強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)功能 。 模擬輸入： 1～ 5V， 4～ 20mA； 輸入范圍： +/150 mV， +/ 500mV， +/ 1V， +/ 5V， +/ 10V， +/ 20 mA。 8024 是 D/A 模塊， 4通道模擬輸出模塊。在水泵出口裝有壓力罐和壓力變送器，與變頻器一起構(gòu)成供水系統(tǒng)。 (7) 由內(nèi)部控制切換到外部控制步驟 ： ① 按變頻器 STOP 鍵停止變頻器 。 (5) 停止外部控制，只要把 PCTET02 面板上的內(nèi) /外控制開(kāi)關(guān)打到內(nèi)控一端即可停止控制。如果有誤差可通過(guò)調(diào)節(jié)壓力傳感器零點(diǎn)調(diào)節(jié)和量程調(diào)節(jié)電位器調(diào)準(zhǔn)。 該電動(dòng)調(diào)節(jié)閥具有自反饋系統(tǒng)只需要在外部加 4～ 20mA 電流即可控制，4mA 為全關(guān)狀態(tài)， 20mA 為全開(kāi)狀態(tài)，在無(wú)輸入信號(hào)的情況下電動(dòng)調(diào)節(jié)閥處于全關(guān)狀態(tài)。 水箱 I（上位水箱）液位高度： 0～ 280mm 水箱 II（下位水箱）液位高度： 0～ 280mm 水箱 III（不銹鋼儲(chǔ)水箱）液位高度： 0～ 500mm 液位傳感器連接水箱的底部，檢測(cè)水箱的液位，同時(shí)輸出 4～ 20mA 的電流信號(hào)。 水箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：采用 兩 槽結(jié)構(gòu)，主要分溢流緩沖槽、工作槽、溢流水 管 。 并將串級(jí)控制系統(tǒng)參數(shù)投運(yùn)到實(shí)驗(yàn)中。通過(guò)利用調(diào)節(jié)器的工程整定方法，最后得到一組能 穩(wěn)定、 準(zhǔn)確、快速的達(dá)到控制要求的 PID 參數(shù)。 液位 控制裝置也是過(guò)程控制最常用的實(shí)驗(yàn)裝置 ， 國(guó)外很多實(shí)驗(yàn)室有此類裝置 ， 如瑞典LUND 大學(xué)等 ， 很多重要的研究報(bào)告 、 模擬仿真均出自此類裝置 。其原因固然是多方 面的，但是，一個(gè)很明顯的原因就是在于理論研究尚缺乏實(shí)際背景的支持，理論的算法一旦應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)就會(huì)遇到各種各樣的實(shí)際問(wèn)題，制約了其應(yīng)用前景。 由于工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，人們對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制水平的要求 也 越來(lái)越高。 在石油、化工、輕工和食品等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，有許多貯罐作為原料、半成品的貯液罐，前一道工序的成品或半成品不斷地流入下一道工序的貯液罐進(jìn)行加工和處理，為保證生產(chǎn)過(guò)程能連續(xù)地正常進(jìn)行，必須對(duì)貯罐的液位進(jìn)行控制。 PID control。 關(guān)鍵 詞 : 液位；串級(jí)控制； PID 控制；組態(tài)軟件；參數(shù)整定 Double tank water level control system Abstract The design is based on the PCTⅢ type of process control device for the testing object properties and level control on the twotank. Through analysis and modeling for the twotank water level control system, use of cascade PID control for its object properties and constitute a water level control system ,its deputy adjustable parameter is previous water level and the main adjustable parameters is under the tank39。在控制過(guò)程中不需要下位機(jī)，通過(guò)在組太王軟件工程瀏覽器中的命 令語(yǔ)言編輯對(duì)話框里面輸入 PID 控制源程序，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)直接控制的方式，通過(guò) RS232/485轉(zhuǎn)換器和牛頓模塊實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 雙容水箱液位控制系統(tǒng) 摘要 本設(shè)計(jì) 以 PCTⅢ 型 過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置為基礎(chǔ)， 對(duì)雙容水箱進(jìn)行對(duì)象特性測(cè)試及液位控制。并利用變頻器使抽水泵工作在恒壓供水的狀態(tài)下，通過(guò)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。s liquid level cascade control system. It overes the problems effectively about the second twotank and capacity lagg