【正文】 實驗三 P 2 I 600000 D 0 SP 、 實驗曲線如下圖所示： 圖 48 參數(shù)實驗 實驗結果分析： 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。 雙容水箱液位調節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設計 30 實驗曲線如下圖所示： 圖 44 尋找水箱開度 實驗結果分析： 本次試驗 調節(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，結果較為理想，只需調節(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。 雙容水箱液位調節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設計 26 4 運行和調試 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。 設備定義完成后，可以在工程瀏覽器的右側看到新建的外部設備“ S7300” 如 下圖 所示：在定義數(shù)據(jù)庫變量時，只要把 I/O 變量連結到這臺設備上，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“設備地址設置指南”， 下來菜單選雙容水箱液位調節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設計 21 擇 COM1 口。 在左側目錄中選擇“設備” →“ COM1” ,在工程瀏覽器右側雙擊“新建”圖標，運行“設備配置導向”。 組態(tài)王畫面 雙容水箱液位調節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設計 19 組態(tài)王的設備組態(tài) 西門子 S7300 在與組態(tài)網通訊時，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生動態(tài)效果。 組態(tài)王與 I/O 設備 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、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，方便地構成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設備的狀態(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換為 420mA，或者 210V 范圍內。實際工程應用中，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)在分層結構中一對象的形式保存，左邊窗口內的樹（ Tree）顯示項目的結構。 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： 雙容水箱液位調節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設計 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，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，超調量也較大，調節(jié)時間也較長。Ｋ p可以選負數(shù)，這主要是由執(zhí)行機構、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 調節(jié)器 ）是應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 以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。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、輸入輸出接 口。 雙容水箱液位調節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設計 3 2 PID PID調節(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)，廣泛應用于化工、冶金、醫(yī)藥、航空燈領域，對液位的控制效果直接影響到產品的質量，甚至影響生產設備的安全性。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 控制器以其結構簡單，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。 本題目設計豎直雙容下水箱液位調節(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節(jié)閥開度的自動調節(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，它對生產的影響不容忽視。這里 “ 過程 ” 是指在生產裝置或設備中進行的物質和能量的相互作用和轉換過程。 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日編寫并調試水箱液位調節(jié)閥 PID 控制程序 5月 24日 —— 6月 17日撰寫畢業(yè)論文。同時，它也是控制理論應用的一個重要領域，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節(jié)過程中，下水箱液位受到管道壓力、流量和調節(jié)閥開度的影響，為了很好的調節(jié)下水箱液位和管道壓力、流量和調 節(jié)閥開度之間的關系，應用 PID 算法來達到調節(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，化工生產等多種行業(yè)的生產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)自適應方法的研究 過程。在控制理論和 技術飛速發(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 結構，并 且許多高級控制都是以 PID 控制為基礎。 開始日期 1 月 10 日 完成日期 6 月 17 日 院長 (簽字 ) 2021 年 1 月 10 日 西 安 郵 電 學 院 畢 業(yè) 設 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 雙容水箱液位調節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設計 _______________________________________________________ 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 編寫并調試水箱液位調節(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 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 ,2021。 熟練掌握組態(tài)王 軟件。 西 安 郵 電 學 院 畢業(yè)設計 ( 論文 ) 課題名稱： 雙容水箱液位調節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設計 院 系 ： 自動化學院 專 業(yè)： 自動化 班 級： 自動 0703 班 學生姓名： 導師姓名： 職稱 ： 講師 起止時間： 2021 年 1 月 10 日 至 2021 年 06 月 17 日 畢業(yè)設計（論文）誠信聲明書 本人聲明：本人所提交的畢業(yè)論文《 雙容水箱液位調節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設計 》是本人在指導教師指導下獨立研究、寫作的成果，論文中所引用他人的文獻、數(shù)據(jù)、圖