【正文】 隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，企業(yè)的自動化水平不斷提高，大量的 PLC 會不斷的裝配到生產(chǎn)過程當(dāng)中去，PLC 技術(shù)會有更加廣闊的應(yīng)用前景。例如 AB 系列 PLC 許多軟件還沒有進(jìn)行更加深入的研究；當(dāng)今控制理論已經(jīng)不再僅僅局限于以反饋和傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)的經(jīng)典控制理論，現(xiàn)代控制論、智能控制都有了長足的發(fā)展并且在某些領(lǐng)域獲得了應(yīng)用，比經(jīng)典控制理論獲得了更好的控制效果，關(guān)于這些方面的知識是目前個人水平所不及的，還有待于更進(jìn)一步的學(xué)習(xí)。在整個設(shè)計過程中根據(jù)大學(xué)四年期間所學(xué)的理論知識和指導(dǎo)老師的耐心指導(dǎo)完成了這次設(shè)計所需要的大部分工作，鞏固了之前所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，提高了我個人的理論水平和其他方面的水平，是我的大學(xué)生活即將結(jié)束之際一次很好的總結(jié)，山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 結(jié)束語53為今后進(jìn)一步的學(xué)習(xí)、工作打下了堅實的基礎(chǔ)。大量的實踐證明 PLC 的高穩(wěn)定性和高可靠性使其很利于在工業(yè)現(xiàn)場的特殊環(huán)境下工作，并且能夠極大地減少出現(xiàn)故障的概率、提高控制效果、減少工作人員的工作量。PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。汽包水位控制系統(tǒng)是控制理論和過程控制技術(shù)在實際生產(chǎn)過程中的一個典型應(yīng)用案例，當(dāng)前生產(chǎn)現(xiàn)場所應(yīng)用的控制方法也多是本文所論述的三沖量控制方案。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 監(jiān)控界面設(shè)計51圖 參數(shù)設(shè)定畫面按下趨勢圖按鈕可以顯示汽包水位的變化趨勢，如圖 所示。圖 汽包水位監(jiān)控圖通過這個監(jiān)控畫面可以在上位機(jī)上實時監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并且通過動畫和數(shù)字的形式輸出鍋爐汽包水位的高度，根據(jù)系統(tǒng)的運行狀況動態(tài)顯示汽包水位是否超限或處于正常范圍之內(nèi)，還可以通過輸入水位給定值改變汽包水位高度。然后進(jìn)行節(jié)點設(shè)置，選擇 OPC Sever 建立起 RSView32 與 Logix5000 系列控制器之間的通訊。我們利用 RSView32 進(jìn)行監(jiān)控界面的設(shè)計能夠使得在上位機(jī)上實時監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀況并可以設(shè)置系統(tǒng)的工作參數(shù)。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 監(jiān)控界面設(shè)計497 監(jiān)控界面設(shè)計 RSView32 是一種簡單易用的、可集成的、基于組件的人機(jī)界面系統(tǒng)。主程序山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 軟件設(shè)46和控制子程序的梯形圖分別如圖 和圖 所示。圖 模塊組態(tài)完成通訊模塊組態(tài)后可以根據(jù) DeveiceNet 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)確定變頻器給定信號地址為：Local:4:[0]。圖 模擬量輸入模塊組態(tài)最后根據(jù)硬件配置情況，輸入輸出端口地址可以做以下分配：汽包水位：Local:3: 蒸汽流量：Local:3:送水流量：Local:3:接觸器 KM1 控制信號：Local:5:接觸器 KM2 控制信號：Local:5:山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 軟件設(shè)45 通訊模塊組態(tài)由于該設(shè)計需要 DeviceNet 與變頻器通信，因此還需要進(jìn)行通訊模塊組態(tài)。采用與控制器組態(tài)類似的辦法，選擇模擬量輸入輸出模塊以及數(shù)字量輸出模塊完成組態(tài)。在 I/O 配置選項下單擊右鍵選擇 New Type，從所列出的所有模塊中選擇 1756L1M2，確定后出現(xiàn)如圖 所示畫面，為該模塊設(shè)置名稱及槽號即可。在這個軟件的環(huán)境下可以根據(jù)實際情況建立標(biāo)簽，避免了對 PLC 直接按照地址尋址造成的麻煩和錯誤；而且可以照實際情況完成控制器組態(tài)、I/O 組態(tài)、通訊組態(tài)等；從而方便的完成 Logix5000 系列 PLC 梯形圖程序設(shè)計。在 RSLogix5000 環(huán)境下進(jìn)行通訊模塊配置時就可以實現(xiàn) PLC 通過 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)對變頻器的控制。點擊Inut 按鈕將會出現(xiàn)如圖 所示窗口，明 1336PlusII 變頻器已經(jīng)分配到掃描器當(dāng)中。上載完成后掃描器列表（Scanlist）對話框左側(cè)將會出現(xiàn)所有的有效設(shè)備，這些設(shè)備將按照在 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點號順序排列，點擊方向按鈕后選擇1336PlusII 變頻器設(shè)備可以將設(shè)備的 I/O 數(shù)據(jù)自動的配置到掃描器的 I/O 數(shù)據(jù)表當(dāng)中。根據(jù)硬件配置在模塊對話框（Module ）里設(shè)置模塊的槽號(Slot)為 4，然后點擊“應(yīng)用”和“確定” 完成該模塊的槽號和節(jié)點配置。按照之前所設(shè)計的配置在該設(shè)計中將會掃描到 1756_DNB 和 1336PlusII 變頻器，如圖 所示。在項目樹中展開找到 DeviceNet 通信模塊 1756_DNB，山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 軟件設(shè)41并選中它下面的 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)對 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行掃描如圖 所示。首先運行 RSLinx 軟件選擇 Communication 菜單，在其下拉選項中選擇 Configue Drivers，然后進(jìn)行通信配置，該設(shè)計中選擇 Ether Devices通過以太網(wǎng)進(jìn)行 PLC 與上位機(jī)之間的通信，如圖 所示，然后選擇添加驅(qū)動程序配置 IP 地址就可以完成通信配置。此外為了提高 PLC 的運行效率，在程序設(shè)計時可以設(shè)定 1山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 軟件設(shè)39秒的定時時間，當(dāng)定時滿 1 秒時執(zhí)行 PID 控制算法，未滿 1 秒時 PLC 處理程序的其他部分以及完成 PLC 自身的各種功能。而過程控制現(xiàn)場的很多參數(shù)變化并非十分劇烈，有較大的時間延遲，按照工程經(jīng)驗對于流量參數(shù)采樣時間為 1～2 秒，對于水位參數(shù)來說采樣時間為 3～5 秒，汽包水位控制系統(tǒng)采樣時間設(shè)定為 1 秒是可以滿足控制要求的 [4] 。此外 PLC 在執(zhí)行控制算法時由于運算復(fù)雜，需要消耗大量的系統(tǒng)時間降低了 PLC 運行效率，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。 程序流程設(shè)計 按照控制要求和硬件設(shè)計我們可以對系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計，首先進(jìn)行的是程序流程設(shè)計，并在此基礎(chǔ)上可以完成 PLC 的梯形圖程序設(shè)計。綜上所訴我們可以得到流量調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)是： ()()20wS?水位調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)是： ()11()(8) SS????前饋調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)是： ()()30d山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 軟件設(shè)386 軟件設(shè)計 根據(jù)參數(shù)整定的結(jié)果，汽包水位的穩(wěn)定可以按照這些控制算法來實現(xiàn)，在執(zhí)行控制運算之前，可以對汽包水位的高度狀態(tài)進(jìn)行判斷，并做出相應(yīng)的處理。 將前饋補償器的輸出信號引入內(nèi)回路，使蒸汽流量信號和給水流量信號較好的配合以消除“ 虛假水位現(xiàn)象 ”的影響。step(s)。sk=s1*s2**500。在 matlab 命令窗口中輸入以下指令：s1=tf(,[36,1,0])。step(s)。sk=s1*s2**100。35t/h 鍋爐汽包是一個沒有自平衡能力的被控對象，其傳遞函數(shù)是：山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 控制算法及參數(shù)整定34 ()()36)PGS??根據(jù) ZieglerNichols 響應(yīng)曲線法，假設(shè)沒有自平衡能力的被控對象的傳遞函數(shù)是： ()()1)GS????可以按照表 所示進(jìn)行參數(shù)整定，其中 ，而且yaTu??yuT????表 響應(yīng)曲線法參數(shù)調(diào)節(jié)器參數(shù)控制規(guī)律K I DP 1/aPI ?PID ?由此可以知道對于 35t/h 鍋爐汽包來說: 則 PID ???數(shù)分別是： ， ， ?I 27T?? 82DT?由于將副回路等效為一個增益為 的純比例環(huán)節(jié)實際 PID 調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)是： ()?將 35t/h 鍋爐汽包的傳遞函數(shù)作如下改寫： ()2..1()136)PGSS??對于 PID 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)也做類似的改寫：山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 控制算法及參數(shù)整定35 ()()(8)2h SGSS???? 將反饋系數(shù) 等效到前向通道內(nèi)，即可以認(rèn)為 PID 調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)擴(kuò)大 100 倍，在 matlab 命令窗口中輸入以下指令：s1=tf(,[36,1,0])。圖 副回路仿真波形圖 然后我們可以對主回路再進(jìn)行參數(shù)整定，可以將副回路的等效為一個純比例環(huán)節(jié)，其增益為 。運行后可以得到仿真波形圖如圖 所示，從圖中我們可以看響應(yīng)延遲時間較小，閉環(huán)增益也符合要求。s=feedback(sk,)。經(jīng)過反復(fù)調(diào)試我們最終確定副調(diào)節(jié)器的增益是20，在 matlab 命令窗口中輸入以下指令：s1=tf(,[,1])。 由于副回路調(diào)節(jié)器的任務(wù)是快速動作以消除進(jìn)入副回路的擾動，而且副參數(shù)并不要求無差，所以選用 P 調(diào)節(jié)器就可以滿足要求了。Gw( s ) Gf( s )NwNhGp( s )NdH+++Gh( s )HrGd( s ) W+圖 汽包水位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 控制算法及參數(shù)整定32其中 Nd、N w、N h 分別表示蒸汽流量傳感器、給水流量傳感器、水位傳感器的反饋系數(shù)，G w(S)、G h(S)、G d(S)分別表示給水流量調(diào)節(jié)器、水位調(diào)節(jié)器、前饋調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)，其放大倍數(shù)可以分別表示為 Kw、K h、K d ，G f(S)、 Gp(S) 分別表示變頻器、鍋爐汽包的傳遞函數(shù)，其放大倍數(shù)可以分別表示為 Kf、K p 、 Hr 是水位給定信號。由于理論計算法要以被控對象的動態(tài)特性為依據(jù)，而動態(tài)特性測取時往往具有不準(zhǔn)確性，而且容易隨工作狀態(tài)的變化而變化，因此應(yīng)當(dāng)采用工程整定的辦法。此外微分反應(yīng)的是變化率，當(dāng)輸入沒有變化時微分作用輸出為零，因此微分作用不能單獨使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合組成 PD 或 PID 控制器。在微分時間選擇合適情況下可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時間。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 控制算法及參數(shù)整定31微分調(diào)節(jié)作用對系統(tǒng)性能的影響：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢。反之 Ti 大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時間常數(shù) Ti。提高無差度。比例系數(shù)可以選負(fù)數(shù)，這主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器以及控制對象的特性決定的。PID 調(diào)節(jié)規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法，它的參數(shù)整定方式簡便，結(jié)構(gòu)改變靈活，可以方便的改變?yōu)镻I、PD 、PID 等控制器。在控制系統(tǒng)中，按照給定信號和反饋信號之間的偏差的比例（P） 、積分（I ）和微分（D）進(jìn)行控制的 PID 控制器是應(yīng)用最為廣泛的一種自動控制器 [8]。液位傳感器電源輸入J 0蒸汽流量傳感器電源輸入信號輸出送水流量傳感器電源輸入J 0 / W F 0信號輸出J 1J 1J 0 / S F 0J 1 C P U 電源1 7 5 6 L 1 M 21 7 5 6 E n n e t1 7 5 6 I F 6 I1 7 5 6 O B 1 6 DS F 1L1L 0 W F 1 P EP EP EP EA 1 N 1 S F 1 W F 1 L 1S F 0W F 0 Q 2 Q 1L0 信號輸出 2 5 0 Ω 250Ω 250Ω1 7 5 6 D N B / A 圖 控制線路連線圖山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件設(shè)計