【正文】 這樣，操作人員可以在較遠(yuǎn)的地方對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，系統(tǒng)可以適應(yīng)惡劣的生產(chǎn)環(huán)境。③ 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。② PLC控制器嵌入壓力對象裝置中。在控制系統(tǒng)中，串級控制系統(tǒng)對改善控制過程的品質(zhì)極為有效，它改善了單回路系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)大、容易受到干擾等缺點(diǎn)，因此在生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用。可以針對以下幾點(diǎn)對系統(tǒng)進(jìn)行完善，使其更適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場，在過程控制領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。這種通訊方式連接簡單，操作方便。系統(tǒng)介紹界面可以幫助用戶了解和使用該控制系統(tǒng)。③ 系統(tǒng)有良好的人際交互界面，在PC計(jì)算機(jī)上借助西門子WinCC組態(tài)軟件，編制實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件，用戶可以直接在PC機(jī)上實(shí)時(shí)監(jiān)視并控制壓力對象。② PLC采用的算法平均值法進(jìn)行數(shù)字濾波處理，即對采樣和模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換得到多個(gè)數(shù)據(jù)，用算術(shù)平均值法求平均值，以此平均值作為模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換的最終結(jié)果進(jìn)行處理。系統(tǒng)采用PID控制，其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、參數(shù)的整定也方便。① 系統(tǒng)中控制算法的選擇是影響系統(tǒng)性能的一個(gè)關(guān)鍵問題。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對壓力對象的測量、自動控制和實(shí)時(shí)監(jiān)控，具有人機(jī)交互功能，監(jiān)控軟件界面美觀，操作起來簡單明了，程序使用方便靈活，可移植性較高，實(shí)現(xiàn)了課題的要求。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，改變了工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫HMI應(yīng)用，開發(fā)時(shí)間長，效率低，可靠性差；選擇余地小，不能滿足用戶需求；難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互以及升級和增加功能都受到嚴(yán)重的限制的現(xiàn)狀，使用戶可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。檢查C語言中的變量名稱是否完全正確，可能會出現(xiàn)寫錯、大小寫不一致等情況，這屬于與粗心引起的錯誤，需使其和定義的變量完全一致。b. 查看WinCC項(xiàng)目中過程變量的地址是否出錯，其需和STEP 7中的數(shù)據(jù)塊中分配的地址一致，若不一致，需進(jìn)行修改。⑤ 項(xiàng)目激活后，監(jiān)控界面的數(shù)據(jù)沒有變化，一直顯示最初的數(shù)據(jù)。④壓力對象的量程為0~80Kpa，但是輸入線性轉(zhuǎn)換得到的都是0~100的電壓當(dāng)前值，如何解決量程不一致的問題。解決辦法：利用WinCC自帶的工具進(jìn)行檢測打開開始 WinCC ToolsChannel Diagnosis，查看WinCC項(xiàng)目的通訊情況，若為紅色的叉，則通訊失敗，需重新配置通信參數(shù)。需將WinCC項(xiàng)目 的計(jì)算機(jī)名改成和新PC機(jī)一致。② WinCC項(xiàng)目從一臺計(jì)算機(jī)拷到另一臺計(jì)算機(jī)上后，無法激活。 調(diào)試過程中的問題及其解決辦法① 上位機(jī)STEP 7平臺下的工程和PLC通訊失敗，工程無法下載到PLC中。 帶死區(qū)式Kp=，Ti=35s，Td=0s，T=，控制死區(qū)= 帶死區(qū)式Kp=，Ti=35s，Td=0s，T=，控制死區(qū)= 帶死區(qū)式Kp=，Ti=35s，Td=0s，T=，控制死區(qū)= 帶死區(qū)式Kp=，Ti=35s，Td=0s，T=，控制死區(qū)=帶死區(qū)PID控制在常規(guī)的位置式PID基礎(chǔ)上加入了控制死區(qū)，這樣可以減少當(dāng)前值在目標(biāo)值附近的變動，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作不會那么頻繁，從而延長的其使用壽命。通過對比，結(jié)果表明，系統(tǒng)穩(wěn)定性較好。對于控制死區(qū)值的整定，與前面積分分離閾值的整定一樣，為了更好地觀察控制效果，將時(shí)間軸調(diào)整為3分鐘，使控制曲線更清晰和直觀。積分分離算法的參數(shù)整定，除整定Kp、T i、Td、T外，還需整定控制死區(qū)值。 積分分離式Kp=，Ti=25s，Td=0s，T=，積分閾值=30Kpa時(shí)的最佳曲線系統(tǒng)中加入積分校正以后，會產(chǎn)生過大的超調(diào)量，這對某些生產(chǎn)過程是絕對不允許的，引進(jìn)積分分離算法，既保持了積分的作用，又減小了超調(diào)量，使得控制性能有了較大的改善。 積分分離式Kp=、Ti=25s、Td=0s、T=，積分閾為30Kpa時(shí)的曲線圖=、Ti=25s、Td=0s、T=，積分閾為20Kpa時(shí)的曲線圖=、Ti=25s、Td=0s、T=，積分閾為35Kpa時(shí)的曲線圖通過對比，結(jié)果表明，積分分離閾=30Kpa時(shí)，系統(tǒng)超調(diào)量最小，反應(yīng)也較快，系統(tǒng)穩(wěn)定性更好。對于積分分離閾值的整定，為了更好地觀察控制效果，這里將時(shí)間軸由原來的10分鐘調(diào)整為3分鐘，控制曲線更清晰和直觀。積分分離算法的參數(shù)整定，除整定Kp、T i、Td、T外，還需整定積分分離閾值。特別是，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)在增量式算法的基礎(chǔ)上也加入了死區(qū)控制，減少了被控對象值在設(shè)定值附近的變動，從而使得系統(tǒng)更加完善。 增量式Kp=，Ti=25s，Td=0s，T=增量式算法雖然只是算法上的一點(diǎn)改動，卻有不少的優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算機(jī)（數(shù)字調(diào)節(jié)器）只輸出增量，計(jì)算機(jī)誤動作時(shí)造成的影響比較?。皇謩印詣忧袚Q的沖擊??；算式中不需要做累加，增量只跟最近的幾次采樣值有關(guān)，容易獲得較好的控制效果。對Td的整定，選擇Kp =，Ti=25s, T=，比較Td =0s 和Td = 的控制效果，結(jié)果表明，Td=0s時(shí)，系統(tǒng)更早進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，系統(tǒng)動態(tài)性能更好。對Kp的整定，選擇Ti=25s，Td=0s，T=，比較 Kp= 和Kp=，結(jié)果表明，Kp=，超調(diào)較小，系統(tǒng)動作靈敏，反應(yīng)速度也 較快，為Kp最佳值。如果有必要的話，對Td和控制周期T進(jìn)行調(diào)整，使系統(tǒng)性能更加理想。對于增量式算法，同樣需要整定Kp、Ti、Td以及T，同上，調(diào)試過程中先確定合適Kp，使系統(tǒng)反應(yīng)速度較快，同時(shí)超調(diào)又較小。 位置式Kp=，Ti=28s，Td=，T= 位置式PID算法結(jié)構(gòu)簡單，不過位置式PID的輸出u(kT)是全量輸出，是執(zhí)行機(jī)構(gòu)所應(yīng)達(dá)到的位置（如閥門的開度），調(diào)節(jié)器的輸出u(kT)跟過去的狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算工作量大，需要對e(kT)做累加，而且，計(jì)算機(jī)的故障有可能使u(kT)做大幅度的變化，這種情況在生產(chǎn)中一般是不容許的，而且有些場合可能會造成嚴(yán)重的事故。本系統(tǒng)中選擇控制周期T=，比例系數(shù)Kp=，微分時(shí)間常數(shù)Td=0s時(shí)，Ti分別選擇30s和28s進(jìn)行對比調(diào)試，結(jié)果表明Td=，系統(tǒng)更早進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，系統(tǒng)動態(tài)性能更好。本系統(tǒng)中選擇控制周期T=，比例系數(shù)Kp=，微分時(shí)間常數(shù)Td=0s時(shí)，Ti分別選擇30s和28s進(jìn)行對比調(diào)試，結(jié)果表明Ti=28時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差最小，振蕩次數(shù)也較少。在本系統(tǒng)中選擇控制周期T=，積分時(shí)間常數(shù)Ti=25s，微分時(shí)間常數(shù)Td=，、結(jié)果表明，Kp=，超調(diào)較小，系統(tǒng)動作靈敏，反應(yīng)速度也較快，為Kp最佳值。PID參數(shù)的整定方法是在其他參數(shù)不變的情況下，改變一個(gè)參數(shù)的值，觀察控制效果，首先確定系統(tǒng)的Kp，然后再調(diào)節(jié)Ti，有需要再調(diào)節(jié)Td和控制周期T。微分控制能夠預(yù)測偏差，產(chǎn)生超前的校正作用，因此，微分控制可以較好地改善動態(tài)性能。只有Ti合適，過渡特性比較理想，能消除穩(wěn)態(tài)誤差。積分控制通常會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性較低，Ti小，積分作用大，振蕩次數(shù)多，Ti太小會導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，Kp加大可以減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。Kp太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢，Kp太大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定。對于壓力、液位、流量等對象的控制，可以采用比例（P）控制、比例積分（PI）控制，也可以采用比例積分微分（PID）控制。每一種算法都需要進(jìn)行PID參數(shù)的整定，找到最合適的Kp、Ti、Td和控制周期T，需要考慮死區(qū)的算法還需選取合適的控制死區(qū)，積分分離PID算法需要找到合適的積分分離閾。 WinCC通訊診斷工具 邏輯連接診斷結(jié)果示意2. PLC程序的執(zhí)行情況診斷在STEP 7軟件中，可以對PLC梯形圖程序的執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)視，查看有無數(shù)據(jù)采集、程序執(zhí)行過程中有無數(shù)據(jù)變化，同時(shí)還可以檢查程序有否按設(shè)計(jì)方式的執(zhí)行。本系統(tǒng)可以從兩個(gè)方面進(jìn)行硬件通訊診斷，即為WinCC系統(tǒng)診斷和PLC程序執(zhí)行情況診斷。若有，則說明硬件間的通訊正常，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 系統(tǒng)的調(diào)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成以后，對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，主要有這幾個(gè)方面的內(nèi)容：一是硬件間的通訊狀態(tài)的診斷，即各個(gè)模塊之間是否連通并可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；二是PID參數(shù)的整定，即找出合適的控制參數(shù)，使系統(tǒng)的控制效果達(dá)到最佳。點(diǎn)擊“實(shí)時(shí)動態(tài)”或“壓力曲線”可以查看實(shí)時(shí)動態(tài)圖或壓力變化趨勢。⑦ 在實(shí)時(shí)監(jiān)控界面下，選擇被控對象、手動或自動的控制方式以及PID控制算法，設(shè)置好控制參數(shù)，然后點(diǎn)擊“參數(shù)投運(yùn)”，此時(shí)系統(tǒng)開始進(jìn)行控制。在首頁，若點(diǎn)擊“退出”，可以直接退出系統(tǒng)。④ 在PC計(jì)算機(jī)上打開WinCC編好的監(jiān)控程序ye_tian. MCP，即進(jìn)入監(jiān)控系統(tǒng)的首頁。② 打開PC計(jì)算機(jī)、PLC控制器、壓力對象裝置（以及空氣壓縮機(jī)）等裝置。具體操作步驟如下：① ，連接PLC與壓力對象裝置。 工藝流程圖界面⑤ 系統(tǒng)介紹界面系統(tǒng)介紹界面有關(guān)于系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、硬件組成和軟件設(shè)計(jì)的簡要介紹，通過系統(tǒng)介紹界面，用戶可以了解系統(tǒng)的構(gòu)成和設(shè)計(jì)思想，有助于了解和使用系統(tǒng)。利用WinCC控件自帶的工具，可以查看設(shè)置哪幾條曲線可見、放大部分曲線，暫停曲線等。界面上有系統(tǒng)的實(shí)時(shí)動態(tài)。若選擇手動，設(shè)定好手動輸出值，然后點(diǎn)擊按鈕“參數(shù)投運(yùn)”，系統(tǒng)將把剛剛設(shè)定的手動輸出值給電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制閥門的開度。點(diǎn)擊按鈕“退出系統(tǒng)”即退出系統(tǒng)，并關(guān)閉監(jiān)控軟件。① 系統(tǒng)首頁系統(tǒng)激活后，首先進(jìn)入的是首頁。 激活項(xiàng)目項(xiàng)目激活后，在安裝了WinCC的PC機(jī)上，運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)成監(jiān)控軟件使用。 過程畫面的編輯4. 項(xiàng)目的激活過程畫面編輯完成后，設(shè)置好WinCC系統(tǒng)的運(yùn)行屬性，激活項(xiàng)目。 過程變量創(chuàng)建示意圖3. 監(jiān)控界面的創(chuàng)建與編輯在圖形編輯器中，即Graphics Design，創(chuàng)建并命名所需的畫面。過程變量需在邏輯連接 “壓力控制”中創(chuàng)建。內(nèi)部變量可以直接在變量管理中新建，并且可以對其進(jìn)行復(fù)制、剪切、粘貼等。 實(shí)時(shí)監(jiān)控程序設(shè)計(jì)流程框圖 TCP/IP通道單元邏輯連接的建立2. 內(nèi)部變量和過程變量的創(chuàng)建通訊連接建立完成后，進(jìn)行內(nèi)部變量和過程變量的創(chuàng)建。在該驅(qū)動程序下選擇TCP/IP通道單元，建立一個(gè)邏輯連接，并設(shè)置IP地址。WinCC的基本組件包括組態(tài)軟件和運(yùn)行軟件，實(shí)時(shí)監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)利用WinCC的組態(tài)軟件開發(fā)和組態(tài)一個(gè)項(xiàng)目，利用WinCC的運(yùn)行軟件對過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。⑨ 交叉引用表，負(fù)責(zé)搜索在畫面、函數(shù)、歸檔和消息中所使用的變量、函數(shù)、OLE對象和ActiveX控件。⑦ 文本庫，編輯不同語言版本下的文本消息。⑤ 報(bào)表編輯器，提供許多標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)表，也可設(shè)計(jì)各種格式的報(bào)表，并可按照預(yù)定的時(shí)間進(jìn)行打印。③ 報(bào)警記錄，用于定義報(bào)警的類型和時(shí)間及其相關(guān)的詳細(xì)信息。它包含以下九大部件：① 變量管理器，管理WinCC中所使用的外部變量、內(nèi)部變量和通訊驅(qū)動程序。WinCC另一個(gè)特點(diǎn)是在于它的整體開放性，它可以方便地與各種軟件和用戶程序組合在一起，建立友好的人機(jī)界面，滿足實(shí)際需要。WinCC運(yùn)行于個(gè)人計(jì)算機(jī)環(huán)境，可以與多種自動化設(shè)備及控制軟件集成，具有豐富的設(shè)置項(xiàng)目、可視窗口和菜單選項(xiàng)，使用方式靈活，功能齊全，用戶在其友好的界面下進(jìn)行組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)管理，可形成工業(yè)生產(chǎn)過程的所需的操作畫面、監(jiān)視畫面、控制畫面、報(bào)警畫面、實(shí)時(shí)趨勢曲線和歷史趨勢曲線、歸檔以及報(bào)表打印[21]等。軟件集成了SCADA、組態(tài)、腳本語言、OPC等先進(jìn)技術(shù)，提供了Windows操作系統(tǒng)（Windows 2000或XP）環(huán)境下使用各種通用軟件的功能。在裝有WinCC的PC機(jī)上，監(jiān)控程序只要被激活，就可以作為實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件使用。 輸出子程序流程框圖 上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控程序 上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控程序[19]是在組