【正文】 老師為我提供了良好的研究條件，謹(jǐn)向各位同仁表示誠摯的敬意和謝忱。感謝謝老師、王老師、程老師等對(duì)我的教育培養(yǎng)。李老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時(shí)三載，卻給以終生受益無窮之道。致 謝本課題在選題及研究過程中得到李老師的悉心指導(dǎo)。對(duì)于前人以前的所做的液位控制系統(tǒng)本系統(tǒng)更加的人性化，可以隨時(shí)修改液位的設(shè)定值。+=tttt0000ttttt00000 PID階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)曲線圖6 結(jié)論通過本次畢業(yè)論文的創(chuàng)作，我知道了液位控制系統(tǒng)在生活中的重要性。 上水箱液位比例積分微分調(diào)節(jié)對(duì)上水箱進(jìn)行比例積分微分調(diào)節(jié)即PID調(diào)節(jié)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。當(dāng)輸入信號(hào)為階躍變化時(shí)，才用PI調(diào)節(jié)器的情況。當(dāng)比例調(diào)節(jié)器的小于1時(shí)，（a）所示；當(dāng)比例調(diào)節(jié)器的大于1時(shí)，（b）所示。上電X1開始X2檢測(cè)X3A/D轉(zhuǎn)換X4傳送X5PID調(diào)節(jié)X6D/A轉(zhuǎn)換X7循環(huán)X8重新啟動(dòng)X9M1M2M3M4M5M6M7開始燈閃爍Y0輸入設(shè)定值Y1，并啟動(dòng)水泵Y2上限報(bào)警Y3，下限報(bào)警Y4A/D轉(zhuǎn)換輸出Y5Y1與Y5進(jìn)行偏差計(jì)算輸出Y6進(jìn)行PID調(diào)節(jié)輸出Y7D/A轉(zhuǎn)換輸出Y8閥門開度 上水箱流程圖5 運(yùn)行 上水箱液位比例調(diào)節(jié)，被調(diào)參數(shù)是上水箱的液位。它采用模塊化設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)主要包括CPU模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和電源模塊。在系統(tǒng)中，PLC是控制的中心元件，它的選擇是控制單元設(shè)計(jì)的重要部分。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥還提供手動(dòng)操作，它的上部有個(gè)手柄，和軸連在一起，在系統(tǒng)掉電時(shí)可進(jìn)行手動(dòng)控制，保證系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用。來自PLC的模擬量輸出DC420mA信號(hào)Ii與位置反饋信號(hào)If進(jìn)行比較，其差值經(jīng)放大后，控制伺服電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，再經(jīng)減速器后，改變調(diào)節(jié)器的開度，同時(shí)輸出軸的位移，經(jīng)位置發(fā)生器轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)If。系統(tǒng)中用到的調(diào)節(jié)閥是QS智能型調(diào)節(jié)閥，所用到的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，輸出為角行程，控制軸轉(zhuǎn)動(dòng)。來自調(diào)節(jié)器的信號(hào)經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換信號(hào)制式后，與來自執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置反饋信號(hào)比較，其信號(hào)差值輸入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用的方向和大小，其輸出的力或位移控制調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作，改變調(diào)節(jié)閥的流通面積，從而改變被控介質(zhì)的流量。執(zhí)行器的工作原理，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）兩部分組成。系統(tǒng)中用到的液位變送器是浙江浙大中控自動(dòng)化儀表有限公司生產(chǎn)的中控儀表SP0018G壓力變送器，屬于靜壓力式液位變送器，量程為010KPa，精度為 ，由24V直流電源供電，可以從PLC的電源中獲得，輸出為420mA直流。設(shè)計(jì)中涉及到液位的檢測(cè)和變送，以便系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)通道中的水流量，控制水箱的液位。在過程控制系統(tǒng)中，檢測(cè)環(huán)節(jié)是比較重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。PID1為外環(huán)，控制下水箱的液位，它的輸出值作為PID2的設(shè)定值，PID2控制上水箱的液位。主對(duì)象副對(duì)象執(zhí)行器PID1PID2A/DD/A主變送器副變送器A/DSP+————PVe 上下水箱控制方框圖在這里，執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍然是電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，依舊由PLC經(jīng)過PID算法后控制它的開度以控制水管里的水流量，控制兩個(gè)水箱的水位。這里的擾動(dòng)主要是水箱的出水閥的擾動(dòng)，有時(shí)是認(rèn)為的因素，有時(shí)是機(jī)械的因素，擾動(dòng)總是不可避免的。上水箱下水箱液位控制系統(tǒng)由于控制過程特性呈現(xiàn)大滯后，外界環(huán)境的擾動(dòng)較大，要保持上水箱下水箱液位最后都保持設(shè)定值，用簡(jiǎn)單的單閉環(huán)反饋控制不能實(shí)現(xiàn)很好的控制效果，所以采用串級(jí)閉環(huán)反饋系統(tǒng)。所以系統(tǒng)能實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)水箱的液位。其中SP為給定信號(hào)，由用戶通過計(jì)算機(jī)設(shè)定，PV為控制變量，它們的差是PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號(hào)，經(jīng)過PLC的PID程序運(yùn)算后輸出，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)經(jīng)過PLC的D/A轉(zhuǎn)換成420mA的模擬電信號(hào)后輸出到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥中調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥的開度，以控制水的流量，使水箱的液位保持設(shè)定值。當(dāng)液位升高到設(shè)定高度時(shí)，設(shè)定值與控制變量平衡，PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號(hào)為零，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥就維持在那個(gè)開度，流量也不變，同時(shí)水箱的液位也維持不變。 出水口閥3閥2電動(dòng)調(diào)節(jié)閥壓力表閥1出水口閥6下水箱液位傳感器上水箱液位傳感器閥4進(jìn)水口溢水口溢水口儲(chǔ)水箱單向泵出水口進(jìn)水口 系統(tǒng)原理圖當(dāng)上水箱的液位小于設(shè)定值時(shí)，壓力變送器檢測(cè)到的信號(hào)小于設(shè)定值，設(shè)定值與反饋值的差就是PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號(hào)。 在這個(gè)部分中控制的是上水箱的液位。手工調(diào)整積分項(xiàng)前值時(shí)，必須小心謹(jǐn)慎。用戶可以在執(zhí)行PID指令以前修改回路表中積分項(xiàng)前值。然后在每次PID運(yùn)算結(jié)束之后。如果使用積分控制，積分項(xiàng)前值要根據(jù)PID運(yùn)算結(jié)果更新。輸出變量是由PID運(yùn)算產(chǎn)生的，所以在每一次PID運(yùn)算完成之后，需更新回路表中的輸出值， 。第一步是使用下面給出的公式，將回路輸出轉(zhuǎn)換成一個(gè)標(biāo)定的實(shí)數(shù)值：= (偏移量) * 跨度其中： 是回路輸出經(jīng)過標(biāo)定的實(shí)數(shù)值是回路輸出標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)數(shù)值，跨度值域大小，可能的最大值減去可能的最小值對(duì)于單極性為32,000 (典型值)對(duì)于雙極性為64,000 (典型值)過程變量和設(shè)定值是PID運(yùn)算的輸入值。在回路輸出可以用于驅(qū)動(dòng)模擬輸出之前，回路輸出必須轉(zhuǎn)換成一個(gè)16位的標(biāo)定整數(shù)值。對(duì)于雙極性數(shù)值(典型值)為64,000。是現(xiàn)實(shí)世界數(shù)值的未標(biāo)準(zhǔn)化的或原始的實(shí)數(shù)值表達(dá)式。其中： 是在采樣時(shí)間n時(shí)，回路輸出的計(jì)算值；是回路增益；是采樣時(shí)刻n的回路誤差值；是回路誤差的前一個(gè)數(shù)值(在采樣時(shí)刻n1)；是積分項(xiàng)的比例常數(shù)；是積分項(xiàng)的前一個(gè)數(shù)值(在采樣時(shí)刻n1)；是微分項(xiàng)的比例常數(shù)；一、回路輸入的轉(zhuǎn)換和標(biāo)準(zhǔn)化:。作為數(shù)字計(jì)算機(jī)解決的重復(fù)性的結(jié)果，可以得到在任何采樣時(shí)刻必須計(jì)算的方程的一個(gè)簡(jiǎn)化算式。在數(shù)字計(jì)算機(jī)中，不保存所有的誤差項(xiàng)，實(shí)際上也不必要。+ 微分項(xiàng)是在采樣時(shí)刻n，PID回路輸出的計(jì)算值；是回路增益；是采樣時(shí)刻n的回路誤差值； 是回路誤差的前一個(gè)數(shù)值(在采樣時(shí)刻n1)；是采樣時(shí)刻x的回路誤差值；是積分項(xiàng)的比例常數(shù)；是回路輸出的初始值；是微分項(xiàng)的比例常數(shù)；從這個(gè)公式可以看出，積分項(xiàng)是從第1個(gè)采樣周期到當(dāng)前采樣周期所有誤差項(xiàng)的函數(shù)。數(shù)字計(jì)算機(jī)處理的算式如下：輸出= 比例項(xiàng)PID控制的原理基于下面的算式；輸出M(t)是比例項(xiàng)、積分項(xiàng)和微分項(xiàng)的函數(shù)。X0PIDD0D1D100D150[S1]S2S3D PID指令的應(yīng)用 PID控制器調(diào)節(jié)輸出，保證偏差(e)為零，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。該指令可以用中斷、子程序、步進(jìn)梯形指令和條件跳步指令。 BIT3輸出變化量（減方）超出。 BIT1輸入變化量（減方）超出。[S3]+23：輸出變化量（減方）報(bào)警設(shè)定值，032767。[S3]+21：輸入變化量（減方）報(bào)警設(shè)定值，032767。[S3]+7至[S3]+19 PID運(yùn)算占用。[S3]+5：微分增益（），0100%。[S3]+3：比例增益（），1%32767%。BIT2：0為無輸入變化量報(bào)警，1為輸出變化量報(bào)警有效。[S3]+1：動(dòng)作方向（ACT），BIT0：0為正動(dòng)作，1為反動(dòng)作。[D]：存放控制回路調(diào)節(jié)值（MV）即輸出值的地址。[S1]：存放設(shè)定值（SV）的地址。觀察系統(tǒng)的響應(yīng)過程，若記錄曲線不符合要求時(shí)，再適當(dāng)調(diào)整整定參數(shù)值。、的值，計(jì)算出調(diào)節(jié)器各個(gè)參數(shù)、的值。 臨界振蕩整定計(jì)算公式代入逐漸減小比例度，即減小，直至系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍信號(hào)的響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩（穩(wěn)定邊緣），將這時(shí)的比例放大系數(shù)記為,臨界振蕩周期記為。 調(diào)節(jié)參數(shù)控制規(guī)律P2PI/PID（2）用選定的使系統(tǒng)工作。整定步驟：擴(kuò)充比例度法整定數(shù)字PID控制器參數(shù)的步驟是：（1）預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期。根據(jù)單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中介紹的閉合系統(tǒng)必須為負(fù)反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，即閉環(huán)各環(huán)節(jié)比例度乘積必須為正，故主調(diào)節(jié)器均選用反作用調(diào)節(jié)器，副調(diào)節(jié)器均選用反作用調(diào)節(jié)器。過程放大系數(shù)極性是：當(dāng)過程的輸入增大時(shí)，即調(diào)節(jié)閥開大，其輸出也增大，則為正，反之，為負(fù)。調(diào)節(jié)閥為氣開。確定過程是首先判定為保證內(nèi)環(huán)是負(fù)反饋副調(diào)節(jié)器應(yīng)選用那種作用方式，然后再確定主調(diào)節(jié)器的作用方式。 3) 主、副調(diào)節(jié)器正反作用方式的確定 一個(gè)過程控制系統(tǒng)正常工作必須保證采用的反饋是負(fù)反饋，及其主通道各環(huán)節(jié)放大系數(shù)極性乘積必須為正值。主回路一般要求無差，主調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律應(yīng)選取PI或PID控制規(guī)律；副回路要求起控制的快速性，可以有余差，一般情況選取