【正文】 實驗三 P 2 I 600000 D 0 SP 、 實驗曲線如下圖所示： 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計 33 圖 48 參數(shù)實驗 實驗結(jié)果分析： 本次實驗將 SP 值加大到 30，由圖可知系統(tǒng)較為穩(wěn)定且輸出值與設(shè)定值最為接近，則當 P=2 、 I=600000、 D=0、 SP=30 時，系統(tǒng)最為穩(wěn)定。 PID 參數(shù)實驗 實驗一 P I 600000 D 0 SP 水箱開度：上水箱 QV117 為 4，下水箱 QV116 為 2。 實驗曲線如下圖所示： 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計 30 圖 44 尋找水箱開度 實驗結(jié)果分析： 本次試驗 調(diào)節(jié)閥曲線慢慢趨于穩(wěn)定，液位高度曲線也慢慢趨于穩(wěn)定，結(jié)果較為理想，只需調(diào)節(jié) PID 參數(shù)就能讓系統(tǒng)達到較為理想狀態(tài)。 PID 控制參數(shù)，可以使用各種經(jīng)驗法來整定參數(shù)。 ，啟動水泵 P102，給水箱 V102 注水，水箱 V103 由 水箱 V102 注水。這里把 QV118 拉到最大的高度。這些步驟不詳細介紹。 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計 26 4 運行和調(diào)試 測試題 雙容 水箱 液位單回路控制流程圖 雙容 水箱 液位單回路控制流程圖如圖 41 所示。這些畫面都是“組態(tài)王”提供的類型豐富的圖形對象組成的。 本課題 中所能用到的變量如圖所示。 設(shè)備定義完成后，可以在工程瀏覽器的右側(cè)看到新建的外部設(shè)備“ S7300” 如 下圖 所示：在定義數(shù)據(jù)庫變量時，只要把 I/O 變量連結(jié)到這臺設(shè)備上，它就可以和組態(tài)王交換數(shù)據(jù)了。選擇完畢后單擊“下一步”，彈出“設(shè)備地址設(shè)置指南”， 下來菜單選雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計 21 擇 COM1 口。 在左側(cè)目錄中選擇“設(shè)備” →“ COM1” ,在工程瀏覽器右側(cè)雙擊“新建”圖標，運行“設(shè)備配置導向”。 組態(tài)王畫面 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計 19 組態(tài)王的設(shè)備組態(tài) 西門子 S7300 在與組態(tài)網(wǎng)通訊時，通常采用 MPI 多點接口電纜連接，這里我們主要介紹這種通訊方式。 第三步：制作圖形畫面并定義動畫連接 按照實際工程的要求繪制監(jiān)控畫面并使靜態(tài)畫面隨著過程控制對象產(chǎn)生動態(tài)效果。 組態(tài)王與 I/O 設(shè)備 組態(tài)王軟件作為一個開放型的通用工業(yè)監(jiān)控軟件，支持與國內(nèi)外常見的 PLC、智能模塊、變頻器、數(shù)據(jù)采集板卡等（如：西門子 PLC、莫迪康 PLC、歐姆龍 PLC、三菱 PLC、研華模塊等等）通過常規(guī) 通訊接口（如串口方式、USB接口方式、以太網(wǎng)、總線、 GPRS 等）進行數(shù)據(jù)通訊。對用戶而言 ,操作簡單易學且編程簡單 ,參數(shù) 輸入與修改靈活 ,具有多次或重復仿真運行的控制能力 ,可以實時地顯示參數(shù)變化前后系統(tǒng)的特性曲線 ,能很直觀地顯示控制系統(tǒng)的實時趨勢曲線 ,這些很強的交互能力使其在自動控制系統(tǒng)的實驗中可以發(fā)揮理想的效果。而且，它能充分利用 Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢 曲線 等，可便利的生成各種報表。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達、組態(tài)開發(fā)的重要作用。 輸出所使用的“ MYUNSCALE”即為 FC202 程序塊，它的功能就是將輸出轉(zhuǎn)換為 420mA，或者 210V 范圍內(nèi)。實際工程應(yīng)用中，還需 要增加手動自動無擾切換控制。 五個輸入： IN、 IN_MIN、 IN_MAX、 OUT_MIN、 OUT_MAX 和一個輸出： OUT。當編好的功能存盤時，它是自動生成的。其中 FB 和FC 作為 OB 的子程序。 用戶生成的變量表（ VAT）在調(diào)試用戶程序是用于監(jiān)視和修改變量。雙擊工作區(qū)中的圖 標，可以打開并編輯對象。在項目中，數(shù)據(jù)在分層結(jié)構(gòu)中一對象的形式保存，左邊窗口內(nèi)的樹（ Tree）顯示項目的結(jié)構(gòu)。 在 HW Config 窗口 中單擊右下方“ SIMATIC 300” →“ RACK300” →“ Rail”加入道 軌“ Rail”如下圖所示： 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計 10 圖 37 “加入道軌 Rail” 加入道軌后在窗口的左上方出現(xiàn)“ (O)UR”子窗口即“道軌 Rail” ,在道軌第一行加入電源、第二行加入 CPU、第三行不加、第四 、五 行加入 I/O端口，如下圖所示： 圖 38 完成硬件組態(tài) 創(chuàng)建 編寫程序 模塊 保存并 關(guān)閉已完成的硬件組態(tài)，回到“ SIMATIC Manager”窗口 ,出現(xiàn)CPU 模塊及其型號。 創(chuàng)建工程 單擊 ： 文件 →新建 （ N） ? ,新建一個工程，如 下圖 所示： 圖 32 新建工程 在下圖中 輸入工程名稱“雙容水箱液位控制 系統(tǒng) ” ， 在“瀏覽”中選擇存儲路徑。 我們使用比較多的配置是： S7300 PLC 控制系統(tǒng)包含電源模塊 PS30中央處理器 CPU 313C2DP、模擬量 I/O模塊 SM334。 （ 6）通訊處理器（ CP） 模塊化的通訊處理器通過連接各個 SIMATIC 站點，如：工業(yè)以太網(wǎng)，PROFIBUS 或串行的點對點連接等。 （ 4）信號模塊（ SM） 通常稱為 I/O（輸入 /輸出）模塊。置于 2 號機架。Ｔｄ偏小時，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時間也較長。Ｋ p可以選負數(shù)，這主要是由執(zhí)行機構(gòu)、傳感器以控制對象的特性決定的。 (1) 比例系數(shù)Ｋ p 對系統(tǒng)性能的影響 比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小。 PID 算法 PID 算法概述 在過程控制中，按偏差的比例（ P）、積分（ I）和微分（ D）進行控制的 PID控制器（亦稱 PID 調(diào)節(jié)器 ）是應(yīng)用最為廣泛的一種自動控制器。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后 (delay)組件，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 分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸 出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。 積分（ I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、 積分、微分計算出控制量進行控制的。 PID控制器問世至今已有近 70年歷史，它 以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。一個控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機構(gòu)、輸入輸出接 口。 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計 3 2 PID PID調(diào)節(jié)原理 PID 概述 目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標志。 本次實驗具體需要應(yīng)用組態(tài)王 軟件來建立雙容液位控制組態(tài)，并且通過 基于 A3000 的豎直雙容下水箱液位調(diào)節(jié)閥 PID 控制 S7300 來進行編程，然后將上位機軟件系統(tǒng)與現(xiàn)場系統(tǒng)相連接，實現(xiàn)對液位的 控制。液位控制系統(tǒng)是過程控制的重要研究模型，對液位控制系統(tǒng)的研究具有顯著的理論和實際意義。液位作為工業(yè)過程中的重要參數(shù)，廣泛應(yīng)用于化工、冶金、醫(yī)藥、航空燈領(lǐng)域，對液位的控制效果直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，甚至影響生產(chǎn)設(shè)備的安全性。因此最好的辦法就是在系統(tǒng)中利用各種控制軟件包，即組態(tài)軟件，并以此 為平臺進行二次開發(fā)。 1953 年 Cohen 和 Coon 繼承和發(fā)展了 ZN 公式，同時也提出了一種考慮被控過程時滯大小的 CohenCoon 整定公式。盡管自 1940 年以來，許多先進控制方法不斷推出，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，仍被廣泛應(yīng)用于冶金、化工、電力、輕工和機械等工業(yè)過程控制中。 本題目設(shè)計豎直雙容下水箱液位調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)，主要用 PID 算法實現(xiàn)豎直雙容下水箱液位和調(diào)節(jié)閥開度的自動調(diào)節(jié)，用 A3000 過程控制系統(tǒng)實現(xiàn)控制。 液位控制是工業(yè)中常見的過程控制，它對生產(chǎn)的影響不容忽視。這里 “ 過程 ” 是指在生產(chǎn)裝置或設(shè)備中進行的物質(zhì)和能量的相互作用和轉(zhuǎn)換過程。 3． 完成本課題的工作方案 1月 10日 —— 4月 05日了解 PID 的基本原理 4月 06日 —— 4月 20日 熟悉 S7300 軟 件編程環(huán)境及組態(tài)王軟件 4月 21日 —— 5月 09日畫出組態(tài)王監(jiān)控畫面 5月 10日 —— 5月 23日編寫并調(diào)試水箱液位調(diào)節(jié)閥 PID 控制程序 5月 24日 —— 6月 17日撰寫畢業(yè)論文。同時，它也是控制理論應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，因此對于時滯系統(tǒng)的研究有其很重 要的意義。 液位控制，在豎直雙容下水箱液位調(diào)節(jié)過程中，下水箱液位受到管道壓力、流量和調(diào)節(jié)閥開度的影響，為了很 好的調(diào)節(jié)下水箱液位和管道壓力、流量和調(diào)節(jié)閥開度之間的關(guān)系，應(yīng)用 PID 算法來達到調(diào)節(jié)要求。時滯系統(tǒng)作為復雜控制系統(tǒng)中的一個重要部分廣泛存在于現(xiàn)代的工業(yè)過程中。 液位控制問題是工業(yè)生產(chǎn)過程中的一類常見問題，例如在飲料、食品加工，溶液過濾，化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過程中都需要對液位進行適當?shù)目刂啤? （ 2）對于多入多出被控對象，需要研究針對具有顯著耦合的多變量過程的多 變量 PID 參數(shù)整定方法，進一步完善分散繼電反饋方法，盡可能減少所需先驗信 息量，使其易于在線整定。 PID 的發(fā)展過程，很大程度上是它的參數(shù)整定方法和參數(shù)自適應(yīng)方法的研究 過程。在控制理論和 技術(shù)飛速發(fā)展的今天，工業(yè)過程控制中 95%以上的控制回路都具有 PID 結(jié)構(gòu)，并 且許多高級控制都是以 PID 控制為基礎(chǔ)。 開始日期 1 月 10 日 完成日期 6 月 17 日 院長 (簽字 ) 2020 年 1 月 10 日 西 安 郵 電 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論文 ) 工 作 計 劃 學生姓名 _郭珂 __指導教師 ___沈建冬 ______職稱 ____ 講師 ___ _ 院 (系 )___ _自動化學院 ________專業(yè) ________自動化 ________ 題 目 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計 _______________________________________________________ 工作進程 1 月 10 日 ~4 月 05 日 了解 PID 的基本原理 4 月 06 日 ~4 月 20 日 熟悉 S7300 軟件編程 環(huán)境及組態(tài)王軟件 4 月 21 日 ~5 月 09 日 畫出組態(tài)王監(jiān)控畫面 5 月 10 日 ~5 月 23 日 編寫并調(diào)試水箱液位調(diào)節(jié)閥 PID 控制程序 5 月 24 日 ~6 月 17 日 撰寫畢業(yè)論文起 止 時 間 工 作 內(nèi) 容 主要參考書目 (資料 ) 主要參考書目 (資料 ) [1]胡壽松 .自動控制原理 .科學出版社 ,2020。 熟練掌握組態(tài)王 軟件。 西 安 郵 電 學 院 畢業(yè)設(shè)計 ( 論文 ) 課題名稱： 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計 院 系 ： 自動化學院 專 業(yè)： 自動化 班 級： 自動 0703 班 學生姓名： 郭 珂 導師姓名： 沈建冬 職稱： 講師 起止時間： 2020 年 1 月 10 日 至 2020 年 06 月 17 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）誠信聲明書 本人聲明：本人所提交的畢業(yè)論文《 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系