【正文】 積分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)作用雖然會(huì)消除靜態(tài)誤差，但也會(huì)降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度，增加系統(tǒng)的超調(diào)量。. . . . .學(xué)習(xí)參考積分部分 積分部分的數(shù)學(xué)式表達(dá)如公式（2）可見(jiàn)： (2)從積分部分的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以知道，只要存在偏差，則它的控制作用就不斷的增加；只有在偏差e(t)=0時(shí)，它的積分才能是一個(gè)常數(shù)，控制作用才是一個(gè)不會(huì)增加的常數(shù)。控制 作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù) Kp，比例系數(shù) Kp 越大，控制作用越強(qiáng)，則過(guò)渡過(guò)程越快，控制過(guò)程的靜態(tài)偏差也就越?。坏?Kp 越大，也越容易產(chǎn)生振蕩，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 PID 控制算法分析 典型的 PID 控制結(jié)構(gòu)如圖 6 所示： 圖 6 PID 控制結(jié)構(gòu)圖比例部分 比例部分的數(shù)學(xué)式表達(dá)如公式（1）可見(jiàn)： (1)在模擬 PID 控制器中，比例環(huán)節(jié)的作用是對(duì)偏差瞬間作出反應(yīng)。 PID 控制算法特點(diǎn)技術(shù)成熟；PID 調(diào)節(jié)是連續(xù)系統(tǒng)理論中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的控制方法，它的結(jié)構(gòu)靈活，不僅可實(shí)現(xiàn)常規(guī)的 PID 調(diào)節(jié)，而且還可根據(jù)系統(tǒng)的要求，采用PI、PD、帶死區(qū)的 PID 控制等；不需求出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型； 控制效果好。在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。由于雙容水箱的數(shù)學(xué)模型是二階的，故它的穩(wěn)定性不如單容液位控制系統(tǒng)。被調(diào)量為下水位H。要保證中水箱閘板開(kāi)度大約下水箱閘板開(kāi)度，這樣控制效果好些。經(jīng)計(jì)算機(jī)算出的控制量通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換成1~5V的控制電信號(hào),加到功放上,通過(guò)改變調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度向水箱。本系統(tǒng)由雙容水箱作為控制對(duì)象,水箱的液位h1和h2作為被控量。鑒于串級(jí)控制方式所具有的這一優(yōu)勢(shì)，本設(shè)計(jì)最終采用串級(jí)控制方式來(lái)控制水箱液位。應(yīng)用于純滯后較大的對(duì)象當(dāng)對(duì)象純滯后較大，有時(shí)可以用串級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)改善系統(tǒng)的控制質(zhì)量應(yīng)用于擾動(dòng)變化激烈而且幅度大的對(duì)象串級(jí)控制系統(tǒng)的副回路對(duì)于進(jìn)入其中的擾動(dòng)具有較強(qiáng)的校正能力。串級(jí)控制方案主要適用場(chǎng)合如下：應(yīng)用于容量滯后較大的對(duì)象當(dāng)對(duì)象的容量滯后較大時(shí)。 串級(jí)控制系統(tǒng)的適用場(chǎng)合與單回路回饋控制系統(tǒng)比較，串級(jí)控制系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)。但是串級(jí)控制系統(tǒng)和單回路系統(tǒng)相比，在結(jié)構(gòu)上從對(duì)象中引入一個(gè)中間變量（副變量）構(gòu)成了一個(gè). . . . .學(xué)習(xí)參考回路，因此具有一系列的特點(diǎn)。圖 3 串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖其控制系統(tǒng)方框圖中各參數(shù)的含義如下所示：R主參數(shù)的給定值； C1被控的主參數(shù) ； C2副參數(shù)；f1(t)作用在主對(duì)象上的擾動(dòng)； f2(t)作用在副對(duì)象上的擾動(dòng)。 水箱液位串級(jí)系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì) 串級(jí)控制系統(tǒng)概述圖 3 是串級(jí)控制系統(tǒng)的方框圖。變送器可以連接各種設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)傳密封組件，以便用于如高粘度物料燈特殊應(yīng)用場(chǎng)合。盡管有大量的設(shè)定選項(xiàng)，但操作仍十分簡(jiǎn)單。可通過(guò)控制鍵，HART通訊，PROFIBUSPA或基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線接口進(jìn)行參數(shù)設(shè)定?？删幊蹋磦鞲衅鬟B接、測(cè)量范圍等也可編程。其工作原理如圖2所示： 圖 2 工作原理圖SITRANS TH100 溫度測(cè)量?jī)x表的優(yōu)點(diǎn)有：二線制變送器。這樣得到的信號(hào)又在數(shù)/模轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換為與負(fù)載無(wú)關(guān)的4~20mA的直流電流。再將與輸入變量成正比的電壓經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器中的多路調(diào)制器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。通過(guò)一臺(tái)PC，使用SIPROM T 軟件和SITRANS TH100/TH200 調(diào)制解調(diào)器，可以進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。由于設(shè)計(jì)緊湊，它可以安裝在B 型(DIN43729) 或更大的連接頭上。它的主要特點(diǎn)如下：帶有 16 位微處理器的信號(hào)快速處理系統(tǒng)；自動(dòng)識(shí)別傳感器的類型與存儲(chǔ)在 Smartplug 智能模塊中的標(biāo)定數(shù)據(jù)；PROFIBUSPA 或 HERT 通訊；簡(jiǎn)單的菜單操作、帶兩行的 LCD 顯示；自動(dòng)監(jiān)控功能；所有輸出信號(hào)的內(nèi)部仿真輸出功能；監(jiān)控傳感器在使用中的感應(yīng)電流和電級(jí)的在線功能；脈沖的模擬量輸出和數(shù)字量輸出，儀表狀態(tài)，極限值，流向和頻率的輸出；禁止或允許累積量清零，禁止或能關(guān)閉測(cè)量?jī)x表。SITRANS FM Intermag 2 電磁變送器分為一體型和分離型，適用于恒定電磁場(chǎng)的INTERMAG2 變送器可以應(yīng)用于流速可達(dá) 12 米/秒和最小電導(dǎo)率為 3μS/cm 的介質(zhì)。 電磁流量變送器電磁流量變送器的型號(hào)是 SITRANS FM Intermag 2，它是一個(gè)基于微處理器，并帶有數(shù)字顯示及多種語(yǔ)言的變送器。一些故障信號(hào)即可通過(guò)接線輸出，也可通過(guò)HART、現(xiàn)場(chǎng)總線接口輸出。通過(guò)故障信號(hào)的指示，例如執(zhí)行器隔膜的損壞、動(dòng)作滯后等，用戶可利用適當(dāng)?shù)木S護(hù)策略保證系統(tǒng)可靠?？蓪?shí)現(xiàn)測(cè)量（一些極值可調(diào)整）和監(jiān)控的功能，包括：行程累積行程方向改變次數(shù)報(bào)警計(jì)數(shù)死區(qū)自調(diào)整閥門極限位置（例如：閥座的磨損）. . . . .學(xué)習(xí)參考最高/ 最低溫度下的運(yùn)行小時(shí)數(shù)（按照溫度范圍）壓電閥運(yùn)行次數(shù)閥門定位時(shí)間執(zhí)行機(jī)構(gòu)泄漏智能電氣閥門定位器SIPART PS2 有更多的額外監(jiān)測(cè)功能，狀態(tài)顯示源自故障信號(hào)的監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)代壓電技術(shù)的使用，使SIPART PS2 只在動(dòng)作的時(shí)候消耗氣體，這就意味它在很短時(shí)間內(nèi)就可以收回本身投資。SIPART PS2 的特點(diǎn)就是耗氣量極少。亦可從PROFIBUS （SIPART PS2 PA ）總線信號(hào)中獲取電源。裝在直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的組件檢測(cè)的角度誤差被自動(dòng)地校正。壓電閥將控制指令轉(zhuǎn)換為氣動(dòng)位移增量，當(dāng)控制偏差很大時(shí)（高速區(qū)），定位器輸出一個(gè)連續(xù)信號(hào)；當(dāng)控制偏差不大（低速區(qū)），定位器輸出連續(xù)脈沖；當(dāng)控制器偏差在允許誤差范圍內(nèi)（自適應(yīng)或可調(diào)死區(qū)狀態(tài)），則沒(méi)有控制指令輸出。如果微處理器檢測(cè)到偏差，它就用一個(gè)五步開(kāi)關(guān)程序來(lái)控制壓電閥，壓電閥進(jìn)而調(diào)節(jié)進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的氣流量。做為實(shí)現(xiàn)這種功能的標(biāo)準(zhǔn)配置已經(jīng)集成二進(jìn)制輸入到基型產(chǎn)品中。智能電氣閥門定位器驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使閥門開(kāi)度達(dá)到與給定值相同的位置。 （3）溫度變送器： PA 溫度變送器把 PT100 的檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后傳送給 DP鏈路。總線控制柜總線控制柜有以下幾部分構(gòu)成：（1）直流電源：采用直流穩(wěn)壓電源，給主控單元和 DP 從站供電。電源控制臺(tái)（僅早期控制系統(tǒng)需依賴電源控制臺(tái)，升級(jí)后的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)本身已集成電源控制部分）電源控制屏面板：充分考慮人身安全保護(hù)，帶有漏電保護(hù)空氣開(kāi)關(guān)、電壓型漏電保護(hù)器、電流型漏電保護(hù)器。靜音式空氣壓縮機(jī)用于給氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥提供氣源，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過(guò)三角膠帶傳帶動(dòng)空壓機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)，經(jīng)連桿帶動(dòng)活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使汽缸、活塞、閥組所組成的密閉空間容積產(chǎn)生周期變. . . . .學(xué)習(xí)參考化，完成吸氣、壓縮、排氣的空氣壓縮過(guò)程，壓縮空氣經(jīng)繞有冷卻翅片的排氣銅管、單向閥進(jìn)入儲(chǔ)氣罐。電磁閥型號(hào)為：ZS15；工作壓力：最小壓力為 0Kg/㎝ 2，最大壓力為 10Kg/㎝ 2 ；工作溫度：－5～80℃。輸出電壓用來(lái)控制加熱器加熱，從而控制鍋爐的溫度。其中一只為三相380V 恒壓驅(qū)動(dòng)，另一只為三相變頻 220V 輸出驅(qū)動(dòng)。水泵：本裝置采用磁力驅(qū)動(dòng)泵，型號(hào)為 16CQ8P，流量為 32 升/分，揚(yáng)程為 8 米，功率為 180W。由 CPU 直接發(fā)送的數(shù)字信號(hào)控制閥門的開(kāi)度，本氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)進(jìn)行零點(diǎn)校正，使用和校正都非常方便。執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)閥：采用 SIEMENS 帶 PROFIBUSPA 通訊協(xié)議的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用來(lái)進(jìn)行控制回路流量的調(diào)節(jié)。輸出：4～20mA 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。流量傳感器、轉(zhuǎn)換器：流量傳感器分別用來(lái)對(duì)調(diào)節(jié)閥支路、變頻支路及盤管出口支路的流量進(jìn)行測(cè)量。六個(gè) Pt100 傳感器的檢測(cè)信號(hào)中檢測(cè)鍋爐內(nèi)膽溫度的一路到 SIEMENS 帶 PROFIBUSPA 通訊協(xié)議的溫度變送器，直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)；另外五路直接接至 SM331 模擬量輸入模塊。壓力傳感器用來(lái)對(duì)上、中、下水箱的液位進(jìn)行檢測(cè)，其精度為 級(jí)，因?yàn)闉槎€制，故工作時(shí)需串接 24V 直流電源。其中儲(chǔ)水箱底有一個(gè)出水閥，當(dāng)水箱需要更換水時(shí)，將球閥打開(kāi)讓水直接排出。管道：整個(gè)系統(tǒng)管道采用敷塑不銹鋼管組成，所有的水閥采用優(yōu)質(zhì)球閥，徹底避免了管道系統(tǒng)生銹的可能性。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)需要選擇不同的滯后時(shí)間。冷卻層和加熱層都裝有溫度傳感器檢測(cè)其溫度。模擬鍋爐：此鍋爐采用不銹鋼制成，由加熱層（內(nèi)膽）和冷卻層（夾套）組成。儲(chǔ)水箱尺寸為：長(zhǎng)寬高=68cm52㎝43㎝。上、中水箱尺寸均為：d=25cm,h=20 cm； 下水箱尺寸為：d=35cm,h=20 cm。水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和儲(chǔ)水箱。系統(tǒng)動(dòng)力支路分兩路：一路由三相（380V 交流）磁力驅(qū)動(dòng)泵、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、交流電磁閥、西門子電磁流量計(jì)及手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組成；另一路由西門子變頻器、三相磁力驅(qū)動(dòng)泵（220V 變頻） 、渦輪流量計(jì)及手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組成。 . . . . .學(xué)習(xí)參考2 雙容水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) FCS 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)組成及簡(jiǎn)介本現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是基于 PROFIBUS 通訊協(xié)議、在傳統(tǒng)過(guò)程控制裝置的基礎(chǔ)上升級(jí)而成的新一代過(guò)程控制系統(tǒng)。 利用 WINCC 組態(tài)軟件編寫水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控程序。第六部分 結(jié)束語(yǔ)總結(jié)設(shè)計(jì)最后達(dá)到的效果，分析本次設(shè)計(jì)過(guò)程中的得失。第四部分 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)本部分介紹了監(jiān)控軟件的發(fā)展歷程以及其在過(guò)程控制系統(tǒng)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，給出了組態(tài)軟件 WINCC 的功能特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合，并用 WINCC 實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)。第二部分 控制要求、任務(wù)分析詳細(xì)介紹雙容水箱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及工作原理；建立雙容水箱系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)實(shí)際對(duì)象畫出系統(tǒng)框圖；選擇、確定適合的被控變量、測(cè)量參數(shù)及操作變量等。下面從每一章的角度具體講述研究的主要內(nèi)容。目前世界上有不少專業(yè)廠商生產(chǎn)和提供各種組態(tài)軟件產(chǎn)品。監(jiān)控層的軟件功能由監(jiān)控組態(tài)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。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，且常在自動(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。監(jiān)控組態(tài)軟件在新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)起到越來(lái)越重要的作用。總之 PLC 順應(yīng)企業(yè)融合的需要，向標(biāo)準(zhǔn)化、多功能方向不斷發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展功能不斷增強(qiáng)，發(fā)展前景非常樂(lè)觀。目前自動(dòng)化領(lǐng)域主要的發(fā)展方向是企. . . . .學(xué)習(xí)參考業(yè)層和車間層的融合。在功能方面只有某些在 PLC 基礎(chǔ)之上發(fā)展起來(lái)的 PAC 系統(tǒng)才能夠滿足全廠控制的要求。PLC 保持了靈活、可靠和高性價(jià)比的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，為了使用更加方便，功能更強(qiáng)，控制器的內(nèi)存不斷擴(kuò)大，處理能力不斷增強(qiáng)。但小型化是有限度的，并不是越少越好。PLC 網(wǎng)絡(luò)中 應(yīng)用也非常廣泛。PLC 進(jìn)一步融合 OCS 技術(shù)，發(fā)展到PAC(ProgrammableAutomationController)。幾乎所有大型的順序控制、重要的應(yīng)用，都是 PLC 實(shí)現(xiàn)的。因此，可靠性和抗干擾能力都很強(qiáng)。正是因?yàn)檫@種靈活性，用戶可以很方便地建立自己的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。PLC 的網(wǎng)絡(luò)能力從無(wú)到有，今天已經(jīng)非常強(qiáng)大。仍然需要單回路儀表或者 OCS。最早的 PLC 用于邏輯(順序)控制內(nèi)存小功能單一。維護(hù)不便升級(jí)換代困難。 PLC 的發(fā)展概況及趨勢(shì)PLC 的發(fā)展是提高生產(chǎn)力的要求推動(dòng)的。事實(shí)上，這些問(wèn)題正在迅速得到解決，國(guó)內(nèi)對(duì) EPA技術(shù)（Ether for Process Automation）也取得了很大的進(jìn)展。 現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)如下：現(xiàn)場(chǎng)總線使自控設(shè)備與系統(tǒng)步入了信息網(wǎng)絡(luò)的行列，為其應(yīng)用開(kāi)拓了更為廣闊. . . . .學(xué)習(xí)參考的領(lǐng)域； 一對(duì)雙絞線上可掛接多個(gè)控制設(shè)備， 便于節(jié)省安裝費(fèi)用； 　 節(jié)省維護(hù)開(kāi)銷； 　 提高了系統(tǒng)的可靠性； 　 為用戶提供了更為靈活的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)?，F(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)如下：現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備具有通信功能，便于構(gòu)成工廠底層控制網(wǎng)絡(luò)；　　通信標(biāo)準(zhǔn)的公開(kāi)、一致，使系統(tǒng)具備開(kāi)放性，設(shè)備間具有互可操作性。該系統(tǒng)底層以集測(cè)量控制調(diào)節(jié)等功能于一身智能設(shè)備作為基本單元，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行互連，構(gòu)成了一個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的或單元級(jí)的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)；再通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與車間級(jí)或工廠級(jí)的控制中心和管理部門互連，形成以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的工業(yè)控制系統(tǒng)。因此把現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的