【正文】 中水箱單回路 根據(jù)響應(yīng)曲線法中的 PID 整定公式，采用 PI 調(diào)節(jié)器得： 00 0 ????? PTP ? m i 0 ????? sT i ? 故 m in1, ???ip TPK 此時(shí)將參數(shù)輸入，改變中水箱液位設(shè)定值，進(jìn)行副調(diào)節(jié)器參數(shù)整定，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)結(jié)果如下： 第 36 頁(yè) 圖 63 中水箱單回路 中 下水箱液位串級(jí) 將副回路作為主回路的一個(gè)環(huán)節(jié)，按單回路反饋控制系統(tǒng)的整定方法整定主調(diào)節(jié)器的參數(shù)， 仍然用響應(yīng)曲線法測(cè)定參數(shù)。r39。b:o39。 y1=polyval(P,x)。 y=y/1000。 y=[144 ]39。經(jīng)過(guò)一定調(diào)節(jié)時(shí)間后 ,主管流量重新進(jìn)入平衡狀態(tài)。 在 matlab 中繪出擬合曲線如下： 圖 58 中下水箱階躍響應(yīng)擬合曲線 根據(jù)曲線采用切線作圖法計(jì)算中下水箱特性參數(shù)如下： 圖 59 中下水箱參數(shù)計(jì)算曲線 第 32 頁(yè) 由圖知： )0( )(,30,540 ?????? xyKssT ? 主管流量參數(shù)辨識(shí) 按圖連接線路 ,手動(dòng)操作調(diào)節(jié)器 ,控制調(diào)節(jié)閥開(kāi)度 ,使初始開(kāi) 度 OP1=30,等到主管流量處于平衡位置時(shí)。改變調(diào)節(jié)閥開(kāi)度至 OP2=50,即對(duì)中下水箱輸入階躍信號(hào) ,使其液位離開(kāi)原平衡狀態(tài)。經(jīng)過(guò)一定調(diào)節(jié) 時(shí)間后 ,水箱液位重新進(jìn)入平衡狀態(tài)。) 在 matlab 中繪出擬合曲線如下： 圖 53 中水箱階 躍響應(yīng)擬合曲線 根據(jù)曲線采用切線作圖法計(jì)算中水箱特性參數(shù)如下： 第 29 頁(yè) 圖 54 中水箱參數(shù)計(jì)算曲線 由圖知： )0( )(,18,212 ?????? xyKssT ? 故中水箱傳遞函數(shù)為： e SSSG 181 1212 )( ??? 下水箱參數(shù)辨識(shí) 按圖連接線路 ,手動(dòng)操作調(diào)節(jié)器 ,控制調(diào)節(jié)閥開(kāi)度 ,使初始開(kāi)度 OP1=30,等到水箱的液位處于平衡位置時(shí)。,x,y1,39。 plot(x,y,39。 P=polyfit(x,y,12)。 y=[ 6 ]。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中將階躍響應(yīng)初始點(diǎn)的值作為 Y 軸坐標(biāo)零點(diǎn)，后面的數(shù)據(jù)依次減去初始值處理，作為 Y 軸上的各階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)；將對(duì)應(yīng) Y 軸上階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集時(shí)間作為曲線上各 X 點(diǎn)的值。 控制進(jìn)水量 供水水 施加階躍輸入信號(hào) 階躍響應(yīng)輸出 丹麥泵 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥 水箱 第 28 頁(yè) 圖 52 中水箱階躍響應(yīng)曲線 由于實(shí)驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)可能存在誤差，直接使用計(jì)算法求解水箱模型會(huì)使誤差增大。改變調(diào)節(jié)閥開(kāi)度至 OP2=60,即對(duì)中水箱輸入階躍信號(hào) ,使其液位離開(kāi)原平衡狀態(tài)。 在測(cè)定模型參數(shù)中通過(guò)在 MCGS 監(jiān)控軟件組建人機(jī)對(duì)話窗口，改變調(diào)節(jié)閥開(kāi)度 ,控制水箱進(jìn)水量的大小，從而改變水箱液位及主管流量，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的階躍信號(hào)輸入。 第 18 頁(yè) 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 上位機(jī)組態(tài)設(shè)計(jì) 建立數(shù)據(jù)對(duì)象及通道 表 41 數(shù)據(jù)對(duì)象及通道 類型 數(shù)據(jù)對(duì)象 注釋 通道類型 自動(dòng)手動(dòng)切換 MAN 手動(dòng)標(biāo)志 水箱特性測(cè)試 S1_PV 水箱液位測(cè)量值 DF100 S1_MV 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥輸出值 DF104 單回路 S2_PV 水箱液位測(cè)量值 DF110 S2_MV 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥輸出值 DF114 S2_SV 水箱液位設(shè)定值 DF118 中下水箱液位串級(jí) S3_PV1 中 水箱液位測(cè)量值 DF130 S3_PV2 下水箱液位測(cè)量值 DF134 S3_MV1 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥輸出值 DF138 S3_SV 下水箱液位設(shè)定值 DF142 液位流量串級(jí) S4_PV 主管流量測(cè)量值 DF150 S4_MV 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥輸出值 DF154 S4_SV 主管流量設(shè)定值 DF158 S4_PV2 下水箱液位測(cè)量值 DF162 S4_SV2 下水箱液位設(shè)定值 DF166 副調(diào)節(jié)器 Kp0 比例增益 DF312 Ti0 積分時(shí)間 DF320 Td0 微分時(shí)間 DF324 主調(diào)節(jié)器 Kp1 比例增益 DF412 Ti1 積分時(shí)間 DF420 Td1 微分時(shí)間 DF424 第 19 頁(yè) 組態(tài)畫面設(shè)計(jì) 水箱特性測(cè)試及數(shù)據(jù)采集 圖 41水箱特性測(cè)試 圖 42 水箱液位數(shù)據(jù)采集 第 20 頁(yè) 單回路 PID 及數(shù)據(jù)采集 圖 43 單回路 PID 整定 圖 44單回路 PID 數(shù)據(jù)采集 第 21 頁(yè) 中下水箱液位串級(jí) 圖 45 中下水箱液位串級(jí) 主管流量特性測(cè)試及數(shù)據(jù)采集 圖 46 主管流量特性測(cè)試 第 22 頁(yè) 圖 47 主管流量數(shù)據(jù)采集 主管流量 PID 及數(shù)據(jù)采集 圖 48 主 管流量 PID 整定 第 23 頁(yè) 圖 49 主管流量 PID 整定數(shù)據(jù)采集 液位流量串級(jí) 圖 410液位流量串級(jí) 第 24 頁(yè) 程序設(shè)計(jì) 的 I/O 口分配 表 42I/O 地址分配 輸入輸出 功能 AIW0 中水箱液位變送器信號(hào)輸入 /主管流量變送器信號(hào)輸入 AIW2 下水箱液位變送器信號(hào)輸入 AQW0 PID 輸出，用于控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度 中間變量 表 43 中間變量 變量 功能 PLC 運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控位 手動(dòng)運(yùn)行 SMB34 用于存儲(chǔ)定時(shí)中斷時(shí)間間隔 VD500 由 AIW0 轉(zhuǎn)換的工程量 VD504 由 AIW2 轉(zhuǎn)換的工程量 VD5 PID 輸出值 AC0 累加器 AC1 累加器 AC2 累加器 VB300 PID0 控制回路表的起始地址 VD300 LOOP0 的過(guò)程變量值，標(biāo)準(zhǔn)化至 之間 VD304 LOOP0 的給定值，標(biāo)準(zhǔn)化至 之間 VD308 LOOP0 的輸出值，標(biāo)準(zhǔn)化至 之間 VD316 LOOP0 的采樣周期，以秒為單位 VD328 LOOP0 的前一時(shí)刻積分項(xiàng)累計(jì)值，標(biāo)準(zhǔn)化至 之間 VB400 PID1 控制回路表的起始地址 VD400 LOOP1 的過(guò)程變量值，標(biāo)準(zhǔn)化至 之間 VD404 LOOP1 的給定值，標(biāo)準(zhǔn)化至 之間 VD408 LOOP1 的輸出值，標(biāo)準(zhǔn)化至 之間 VD416 LOOP1 的采樣周期，以秒為單位 VD428 LOOP1 的前一時(shí)刻積分項(xiàng)累計(jì)值，標(biāo)準(zhǔn)化至 之間 第 25 頁(yè) 程序流程圖 主程序流程圖 開(kāi) 始初 始 化設(shè) 定 電 動(dòng) 調(diào) 節(jié)閥 開(kāi) 度結(jié) 束 圖 411 水箱 /主管流量特性測(cè)試 開(kāi) 始初 始 化結(jié) 束是 否 需 要 手 動(dòng) 調(diào)節(jié) ？設(shè) 定 水 箱 液 位 / 主 管流 量P I D 控 制手 動(dòng) 調(diào) 節(jié)YN 圖 412單回路水箱液位 /主管流量 PID 第 26 頁(yè) 開(kāi) 始初 始 化結(jié) 束是 否 需 要 手 動(dòng) 調(diào)節(jié) ？設(shè) 定 水 箱 液 位P I D 串 級(jí) 控 制手 動(dòng) 調(diào) 節(jié)YN 圖 413液位串級(jí) PID 中斷程序流 程圖 開(kāi) 始返 回讀 AIW0的 值標(biāo) 準(zhǔn) 化 01之 間讀 AIW2的 值標(biāo) 準(zhǔn) 化 01之 間將 VD5換 算 為 工程 實(shí) 際 值送 至 AQW0經(jīng) D/A轉(zhuǎn) 換 后 輸 出 圖 414 中斷程序流程圖 第 27 頁(yè) 5 被控對(duì)象建模與辨識(shí) 階躍響應(yīng)曲線法建立模型 在本設(shè)計(jì)中將通過(guò)實(shí)驗(yàn)建模的方法，分別測(cè)定被控對(duì)象中水箱、下水箱和中下水箱在輸入階躍信號(hào)后的液位響應(yīng)曲線和相關(guān)參數(shù)以及主管流量的響應(yīng)曲線和參數(shù)。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥型號(hào)為： QSVP16K。輸出： 4～ 20mA 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。 流量變送器采用流量傳感器、轉(zhuǎn)換器，流量傳感器用來(lái)對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥支路、的流量進(jìn)行測(cè)量。主調(diào)節(jié)器有自己獨(dú)立的設(shè)定值，它的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器的輸出控制執(zhí)行器，以改變下水箱液位 . 第 15 頁(yè) 液 位 調(diào) 節(jié) 器 流 量 調(diào) 節(jié) 器 電 動(dòng) 調(diào) 節(jié) 閥 中 下 水 箱流 量 變 送 器液 位 變 送 器——管 道一 次 干 擾二 次 干 擾 圖 33主管流量下水箱液位串級(jí)方框圖 第 16 頁(yè) 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件選型 表 31硬件選型表 名稱 型號(hào) 參數(shù) 個(gè)數(shù) 水箱 無(wú) 中水箱： d=25cm,h=20cm 下水箱： d=35cm,h=20cm 2 擴(kuò)散硅壓力變送器 MB400 精度為 ， 4— 20mA電流（須外供 24V 直流電源） 2 渦輪流量計(jì) LWGY10 流量范圍： 0～ ，精度：%，輸出： 4～ 20mA 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 1 智能型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 QSVP16K 電源 220VAC 50HZ 輸入控制信號(hào)： 4～ 20mA DC 或1～ 5V DC 1 丹麥泵 ups2560 電源： 220V 功率： 45W 至 90W 最大流量： m3/h 最大揚(yáng)程： 5m 進(jìn)出口徑： 25mm 1 電磁閥 2W16025 工作壓力：最小壓力為 0Kg/㎝2，最大壓力為 7Kg/㎝ 2 工作溫度：－ 5～ 80℃ 1 S7200 PLC CPU 224 CN I/O: 14/10 1 模擬量擴(kuò)展模塊 EM 235 轉(zhuǎn)換時(shí)間小于 250us 穩(wěn)定時(shí)間：電壓 100us, 電流： 020mA 1