【正文】 我還要感謝同組的各位同學(xué)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見(jiàn)，對(duì)于你們幫助和支持，在此我表示深深地感謝。不積跬步何以至千里，各位任課老師認(rèn)真負(fù)責(zé)，在他們的悉心幫助和支持下，我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)，順利完成畢業(yè)論文。同時(shí)一并感謝老師提供實(shí)驗(yàn)室過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備并給予我寶貴的指導(dǎo)，在此向老師和老師表示深深的感謝和崇高的敬意。對(duì)于以上兩點(diǎn)不足還有較大的改進(jìn)空間。在閱讀相關(guān)的文獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn)，如果改用S7—200 PLC或者單片機(jī)作為上位機(jī)的話，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的手段可能還會(huì)有所豐富。本文所研究的這種控制算法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能適應(yīng)不同的變化要求，因而在工程上有很大利用價(jià)值。在總結(jié)PID串級(jí)控制算法的同時(shí)，發(fā)現(xiàn)針對(duì)類似于水箱液位這種非線性、滯后系統(tǒng)，還可以采用單神經(jīng)元PID算法控制、模糊—神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦控制、基于TS模型的模糊PID控制等控制方式。6） 經(jīng)過(guò)對(duì)主副回路的PID調(diào)節(jié)，基本得到了超調(diào)量較小、余差為0、調(diào)節(jié)時(shí)間較短的串級(jí)液位控制系統(tǒng)，其中副回路的相關(guān)參數(shù)整定為：比例環(huán)節(jié)的比例度10，積分時(shí)間無(wú)限大，微分時(shí)間為0；主回路的相關(guān)參數(shù)整定為：比例環(huán)節(jié)的比例度15，積分時(shí)間為50，微分時(shí)間2。在上述步驟進(jìn)行整定時(shí)，從開(kāi)始加階躍擾動(dòng)到系統(tǒng)最終穩(wěn)定的時(shí)間為7min，調(diào)節(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，因此需要外加微分環(huán)節(jié)。在副回路比例度10，主回路比例度15的情況下，是中水箱液位在13cm穩(wěn)定時(shí)將設(shè)定值改為15cm，觀察階躍相應(yīng)，得到： 積分時(shí)間100時(shí)的階躍響應(yīng)其中綠色曲線表示設(shè)定值變化，紅色曲線表示階躍響應(yīng)曲線，黃色曲線表示副控回路的控制對(duì)象變化。由于主回路對(duì)中水箱的液位進(jìn)行精確控制，因此主回路的比例度要比副回路的稍大，設(shè)定為15，未超過(guò)15%，因此設(shè)定主回路的比例度設(shè)定為15是合適的。啟動(dòng)動(dòng)力支路，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，在中水箱給一個(gè)階躍信號(hào)，將水位設(shè)定值突然增加到15cm，觀察軟件的實(shí)時(shí)曲線的變化。設(shè)定主控回路的相關(guān)參數(shù)為比例度10，積分時(shí)間100，微分時(shí)間為0。 上位機(jī)實(shí)驗(yàn)界面3） 設(shè)定主控參數(shù)和副控參數(shù)，設(shè)定中水箱液位為13cm。 實(shí)驗(yàn)步驟1）開(kāi)啟電動(dòng)調(diào)節(jié)閥電源、24V電源、智能調(diào)節(jié)儀電源，根據(jù)儀表使用說(shuō)明書(shū)和液位傳感器使用說(shuō)明調(diào)整好儀表各項(xiàng)參數(shù)和液位傳感器的零位、增益。2）打開(kāi)電源單帶漏電保護(hù)空氣開(kāi)關(guān)，電壓表指示220V。調(diào)節(jié)器輸出的4~20mA接電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的4~20mA控制信號(hào)兩端。2）按上圖所示連線。 上水箱中水箱液位串級(jí)控制框圖 系統(tǒng)連線對(duì)操作面板按下圖進(jìn)行連線。（3）打開(kāi)上水箱和下水箱的出水閥至適當(dāng)開(kāi)度。 監(jiān)控畫(huà)面如下圖 水箱液位控制界面第四章 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 設(shè)備的連接和檢查（1）將AE2000B 實(shí)驗(yàn)對(duì)象的儲(chǔ)水箱灌滿水（至最高高度）。為使趨勢(shì)曲線能顯示變量的變化情況，必須先對(duì)變量做如下設(shè)置：選擇菜單“數(shù)據(jù)庫(kù)/數(shù)據(jù)詞典”，在變量列表中對(duì)相應(yīng)變量進(jìn)行設(shè)置，選中“記錄定義”對(duì)話框中“數(shù)據(jù)變化記錄”選擇框，使之有效。選擇“控件屬性”，對(duì)話框包括“曲線”和“坐標(biāo)系”兩部分。VIEW啟動(dòng)后，選擇菜單“畫(huà)面\打開(kāi)”，在彈出的對(duì)話框中選擇“監(jiān)控中心”。只有保存畫(huà)面上的改變以后，在VIEW中才能看到你的工作成果。在設(shè)置“儲(chǔ)水箱”的動(dòng)畫(huà)連接時(shí)將“填充方向”改為“由上向下填充”。單擊“動(dòng)畫(huà)連接”對(duì)話框的“確定”。注意填充方向和填充色的選擇。 定義變量建立動(dòng)畫(huà)連接: 在畫(huà)面上雙擊圖形對(duì)象“下水箱”，彈出“動(dòng)畫(huà)連接”對(duì)話框。這個(gè)變量名為“下水箱液位高度”，定義方法如下：在工程瀏覽器的左側(cè)選擇“數(shù)據(jù)詞典”，在右側(cè)雙擊“新建”，彈出“變量屬性”對(duì)話框；對(duì)話框設(shè)置為如圖6：設(shè)置完成后，單擊“確定”。 選擇I/O口變量 定義變量的方法 :將要建立的“監(jiān)控中心”，需要從下位機(jī)采集下水箱液位高度的變化，所以需要在數(shù)據(jù)庫(kù)中定義這個(gè)變量。設(shè)備定義完成后，你可以在工程瀏覽器的右側(cè)看到新建的外部設(shè)備“ICP1”。在組態(tài)王工程瀏覽器的左側(cè)選中“ COM1”，在右側(cè)雙擊“新建”，運(yùn)行“設(shè)備配置向?qū)А?。進(jìn)入“工程瀏覽器”。在工程描述文本框中輸入對(duì)該工程的描述文字。 單擊“下一步”繼續(xù)。 建立新工程　　啟動(dòng)“組態(tài)王”工程管理器，選擇菜單“文件\新建工程”或單擊“新建”按鈕，彈出如圖2示： 單擊“下一步”繼續(xù)。　2) 數(shù)據(jù),就是創(chuàng)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫(kù),并用此數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量描述工控對(duì)象的各屬性,比如水位、流量等。對(duì)用戶而言,操作簡(jiǎn)單易學(xué)且編程簡(jiǎn)單,參數(shù)輸入與修改靈活,具有多次或重復(fù)仿真運(yùn)行的控制能力,可以實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線,這些很強(qiáng)的交互能力使其在自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)揮理想的效果。 （3）組態(tài)王軟件使用步驟： 使用組態(tài)王實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)仿真的基本方法： 1) 圖形界面的設(shè)計(jì) 2) 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù) 3) 建立動(dòng)畫(huà)連接 4) 運(yùn)行和調(diào)試 (4)組態(tài)王軟件特點(diǎn):　 使用組態(tài)王軟件開(kāi)發(fā)具有以下幾個(gè)特點(diǎn):　　 1)實(shí)驗(yàn)全部用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn),只需利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)就可完成自動(dòng)控制系統(tǒng)課程的實(shí)驗(yàn),從而大大減少購(gòu)置儀器的經(jīng)費(fèi)。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(huà)面，并以動(dòng)畫(huà)方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。通過(guò)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開(kāi)發(fā)的重要作用。 （2）組態(tài)王軟件的特點(diǎn)：它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。在具體選擇時(shí)，是在調(diào)節(jié)閥氣開(kāi)氣關(guān)方式已經(jīng)選定的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。對(duì)于串級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的選擇原則是整個(gè)控制系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)，即其主通道各環(huán)節(jié)的放大系數(shù)極性乘積必須為正值。在具體選擇時(shí)，實(shí)在調(diào)節(jié)閥氣開(kāi)、氣關(guān)形式；然后根據(jù)生產(chǎn)工藝條件和調(diào)節(jié)閥形式確定副調(diào)節(jié)器的正反作用方式；最后再根據(jù)主副回路參數(shù)的關(guān)系，決定主副調(diào)節(jié)器的正反作用方式。并且一般也不引入微分控制作用，因?yàn)楦被芈繁旧砥鹬焖俚淖饔?，再引入微分控制?guī)律會(huì)使調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作過(guò)大，反而對(duì)控制不利。副參數(shù)的設(shè)置是為了保證主參數(shù)的控制質(zhì)量，因此允許在一個(gè)較大的范圍內(nèi)變動(dòng)，并允許有余差，因此副調(diào)節(jié)器只要選P控制規(guī)律進(jìn)行比例調(diào)節(jié)即可，具有放大系數(shù)較大，控制作用強(qiáng)，余差小的特點(diǎn)。（3） 主副調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇在串級(jí)控制系統(tǒng)中，主副調(diào)節(jié)器所起的作用是不同的。在副回路設(shè)計(jì)時(shí)，要充分發(fā)揮這一特點(diǎn)，把生產(chǎn)過(guò)程中的主要擾動(dòng)（并要盡量的包含一些其他的擾動(dòng)）包含在副回路中，一盡量減少對(duì)主參數(shù)的影響，提高主參數(shù)的控制質(zhì)量。（2） 副參數(shù)的選擇和副回路的設(shè)計(jì) 1）副參數(shù)的選擇副回路應(yīng)包括生產(chǎn)過(guò)程中的變化劇烈，頻繁并且幅度很大的主要擾動(dòng)，并要盡可能的多包含一些擾動(dòng)。凡直接或間接與生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行性能密切相關(guān)并可直接測(cè)量的工藝參數(shù)均可以選擇為主參數(shù)。主回路是一個(gè)定值控制系統(tǒng)。 主回路和副回路的PID參數(shù)整定關(guān)于主回路與副回路的調(diào)節(jié)順序，一般是先對(duì)副回路進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后對(duì)主回路進(jìn)行調(diào)節(jié)。（3） 整定微分環(huán)節(jié)若經(jīng)過(guò)步驟（2），PI控制只能消除穩(wěn)態(tài)誤差，而動(dòng)態(tài)過(guò)程不能令人滿意，則應(yīng)加入微分控制，構(gòu)成