【正文】 實驗四 P 2 I 600000 D 0 SP 、 實驗曲線如下圖所示： 圖 49 參數(shù)實驗 實驗結(jié)果分析： SP=10 貌似很標準 ， 但。加大 I值可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定。 實驗曲線如下圖所示： 圖 46 參數(shù)實驗 實驗結(jié)果分析： 由圖可知系統(tǒng)動作緩 慢，主要原因是 P值太小，應(yīng)將 P 值往大調(diào)。 就以上三次實驗分析可知： 水箱開度：上水箱 QV117 為 4，下水箱 QV116 為 2較好。 實驗三 P I 10000 D 0 SP 、 水箱開度：上水箱 QV117 為 4，下水箱 QV116 為 。 實驗二 P I 10000 D 0 SP 水箱開度：上水箱 QV117 為 4，下水箱 QV116 為 2。這里不限制使用的 方法。啟動調(diào)節(jié)器，設(shè)置各項 參數(shù)，將調(diào)節(jié)器的手動控制切換到自動控制。 。 ，調(diào)節(jié)閥 (FV101)通電。所謂容器的截面積就是整個容器，輸出負載由 QV117 設(shè)定。 ，所以可以選擇容器大小。 ，將手閥 QV102,QV107 完全 打開，并使 QV116， QV117 閘板具有一定開度， QV116 開度高度比 QV117 低一些。 測試清單如下表所示： 序列 位號 設(shè)備名稱 用途 原始信號類型 工作量 1 FV101 電動調(diào)節(jié)閥 閥位反饋 2～ 10VDC AO 0～ 100﹪ 2 TL103 液位變送器 下水箱液位 4～ 20mADC AI 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計 27 上位組態(tài)要求 組態(tài)流程圖界面 測試要求的組態(tài)流程圖界面，如 下 圖所示： 圖 42 組態(tài) 圖 儀器 參數(shù) 清單 儀器 清單表 如下圖 所示： 名稱 數(shù)據(jù)類型 功能描述 FV101 調(diào)節(jié)閥 I/O 實型 顯示調(diào)節(jié)器輸出值 MV LT103 液位變送器 I/O 實型 顯示水箱液位值（調(diào)節(jié)器 PV） SP 調(diào)節(jié)器設(shè)定值 I/O 實型 調(diào)節(jié)器自動狀態(tài)些可改寫，同時讓手動輸出值跟中這個數(shù)值 P 調(diào)節(jié)器比例系數(shù) I/O 實型 可改寫 I 調(diào)節(jié)器比例系數(shù) I/O 實型 可改寫 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計 28 D 調(diào)節(jié)器微分系數(shù) I/O 實型 可改寫 手動 /自動 PID 調(diào)節(jié)器狀態(tài) I/O 實型 點擊，調(diào)節(jié)器狀態(tài)切換 M/MV PID 調(diào)節(jié)器手動 輸出值 I/O 實型 調(diào)節(jié)器手動狀態(tài)下，點擊則彈出輸入對話框（改變調(diào)節(jié)器輸出值），自動狀態(tài)跟隨調(diào)節(jié)器輸出值 操作過程和調(diào)試 ，下裝調(diào)試；編寫測試組態(tài)工程，連接控制器，進行 聯(lián)合調(diào)試。 圖 41 豎直雙容 水箱 液位 遠程 控制 系統(tǒng)回路 測試清單 水介質(zhì)由泵 P102 從水箱 V104 中加壓獲得壓頭，經(jīng)由調(diào)節(jié)閥 FV101 進入水箱 V102，通過手閥 QV11水箱 103 測得，用調(diào)節(jié)手閥 QV116 或 QV117 的開啟程度來模擬負載的大小， QV118 全開?！敖M態(tài)王”提供了 21種動畫鏈接方式： 一個 圖形對象可以同時定義多個鏈接，組合成復雜的效果，意識滿足實際中任意的動畫現(xiàn)實需要。系統(tǒng)為用戶提供了矩形、直線、橢圓（圓）、扇形、多邊形、文本等基本圖形對象，及按鈕、趨勢曲線窗口、報警窗口、報表等復雜的圖形對象。 新建畫面 進入組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)后，就可以為每個工程建立數(shù)目不限的的畫面，在每個畫面上生成互相關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動態(tài)圖形對象。變量類型、連接設(shè)備、寄存器 型號 可以從 下圖中得知 。 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計 22 圖 321 數(shù)據(jù)詞典 點擊“新建”彈出定義變量窗口，點擊基本屬性欄輸入變量名“ PID0_PV”→選擇變量類型“ I/O 實數(shù)” →描述變量等進行變量的設(shè)置，如下圖所示： 圖 322 定義變量 點擊確定完成變量“ PID0_PV”的定義。 圖 320 新建的“雙容水箱液位調(diào)節(jié)” 組態(tài)王定義變量 數(shù)據(jù)庫是“組態(tài)王”軟件的核心部分，工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況要以動畫的形式 反映在屏幕上，操作者在計算機前發(fā)布的指令也要迅速送達生產(chǎn) 現(xiàn)場，所以這一 切都是以實時數(shù)據(jù)庫為中介環(huán)節(jié)，所以說數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機和下位機的橋梁。一般 PLC 默認的地址（即站號）為 2，槽號為 2，故將組態(tài)王設(shè)備地址定義為 后點擊下一步→完成 。 填寫設(shè)備地址，輸入“ ”。如果讀者使用的是有多個串口的電腦，請根據(jù) MPI 電纜所插實際位置選擇串口號。如下圖所示： 圖 318 設(shè)備配置導向 在設(shè)備配置導向中選擇“ PLC”→“西門子” →“ S7300” →“ MPI（電纜） ” 。 工程瀏覽器是組態(tài)王的一個重要組成部分，他將圖形畫面、命令語言、設(shè)備雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計 20 驅(qū)動程序、配方、報警、網(wǎng)絡(luò)等工程元素集中管理，工程人員可以一目了然地查看工程的各個組成部分。 運行組態(tài)王 。 第六步：保存工程并運行 完成以上步驟后，一個可以拿到現(xiàn)場運行的工程就制作完成了。 第四步：編寫命令語言 通過 腳本程序的編寫以完成較復雜的操作上位控制。 第二步： 設(shè)置端口、 添加工程變量 并定義數(shù)據(jù)庫 添加工程中需要的硬件設(shè)備和工程中使用的變量，包括內(nèi)存變量和 I/O 變量。 組態(tài)王建立工程的一般過程 通常情況下，建立一個工程大致可分為以下幾個步驟： 第一步：創(chuàng)建新工程 創(chuàng)建一個文件夾將 工程先關(guān)的文件 存放其中 。 (3)連接 ,就是畫面上的圖素以怎樣的動畫來模擬現(xiàn)場設(shè)備的運行 ,以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計 18 應(yīng)用程序 過程中要考慮以下三個方面 : (1)圖形 ,是用抽象的圖形畫面來模擬實際的工業(yè)現(xiàn)場和相應(yīng)的 工 控 設(shè)備。 (2)該系統(tǒng)是中文界面 ,具有 人機界面 友好、結(jié)果可視化的優(yōu)點。它還具有豐富的 設(shè)備驅(qū)動程序 和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。 組態(tài)軟件 也為試驗者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗者實時現(xiàn)場監(jiān)控。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通?？梢园堰@ 樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。對于 FC202 流程圖如 下 圖所示： 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計 17 組態(tài)王 組態(tài)王的 定義 組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng) 軟件 ，是新型的工業(yè) 自動控制系統(tǒng) ，它以標準的工業(yè)計算機軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。而輸出則相反，要將（ 0～ 100） Real 值輸出成為 Word 格式（ 5530～27648）數(shù)據(jù)。在手動時， SP 跟隨 MV， MV 等于 MAN（手操作值），自動時 MAN（手操作值）跟隨MV。如圖313 所示。 其中： IN: 需要進行轉(zhuǎn)換的原始輸入變量 IN_MIN: 原始變量的下限值 IN_MAX: 原始變量的上限值 OUT_MIN: 轉(zhuǎn)換成的目標變量的下限值 OUT_MAX: 轉(zhuǎn)換成的目標變量的上限值 OUT： 輸出目標變量 轉(zhuǎn)換公式為： 輸入流程如下圖所示： 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計 15 圖 315 流程圖 PID 為 FB41 功能塊。因此我們需要編寫一個專門用來進行數(shù)值轉(zhuǎn)換的功能（ FC，類似于函數(shù)，可以被其他程序調(diào)用），把 5530～ 27648 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 PID 控制所需 0～ 100 的數(shù)據(jù)，并通過組態(tài)軟件監(jiān)控 0～ 100 的數(shù)據(jù)，符合人們的日常 習慣。 （ 4） 數(shù)據(jù)塊：它不附屬于任 何邏輯塊，含有生產(chǎn)線或設(shè)備所需的值，并可在程序的任何點直接使用。 （ 3）背景數(shù)據(jù)塊：它是直接附屬于某邏輯塊，例如，功能塊。 （ 1）組織塊（ OB）：是操作系統(tǒng)和用戶程序的接口 。本控制系統(tǒng)用戶程序，主要有四類程序塊：組織塊 OB、功能塊 FB、功能 FC 和數(shù)據(jù)塊 DB。系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊 (SDB)中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)含有系統(tǒng)組態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)的信息，它是用戶運行硬件組態(tài)時提供的數(shù)據(jù) 自動生成的。生成項目時會再塊文件夾中自動生成一個空的組織塊 OB1。 “塊”對象包含程序塊 (Blocks)、用戶定義的數(shù)據(jù)類型（ UDT）、系統(tǒng)數(shù)據(jù)（ System data）和調(diào)試程序用的變量表（ VAT）。用鼠標選中圖中某一層的對象，在管理器右邊的工作區(qū)將顯示所選文件內(nèi)的對象和下一級的文件夾。第一層為項目，第二層為站（ Station），站是組態(tài)硬件的開始。如下圖所示： 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計 12 圖 311 組織快命名 圖中清晰地顯示了項目的分層結(jié)構(gòu)。展開至“塊”，即可在塊內(nèi)編程。 添加方法如下：右鍵單 擊“雙容水箱液位控制 系統(tǒng) ” →“插入 新 對象”→ “ SIMATIC 300 站點”，如下圖所示： 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計 9 圖 35 建立 SIMATIC S7300 站點 單擊 SIMATIC 300(1) 站點會出現(xiàn)“硬件 ”組態(tài)圖標 ，雙擊此圖標進入“硬件組態(tài)”環(huán)境，如下圖所示： 圖 36 硬件組態(tài) 硬件組態(tài) 雙擊硬件組態(tài) 后出現(xiàn) HW Config 窗口 。 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計 8 圖 33 命名及存儲路徑的選擇 點擊“確定”按鈕，生成如下圖所示的新工程。如 下圖 所示： 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計 7 圖 31 CPU 模塊 S7300編程 S7300 編程主要分為：創(chuàng)建工程、硬件組態(tài)、程序編寫三個方面。其中 CPU 313C2DP自帶 16DI/16DO，內(nèi)含 40 針前連接器一個，配一個 64k 存儲卡。如果系統(tǒng)任務(wù)超過了 8 個，則可以擴展機架（每個帶 CPU 的中央機架可以擴展 3 個機架）。后三個模塊在機架上可以任意放置，系統(tǒng)可以自動分配模塊的地址。 （ 5）功能模塊（ FM） 用于進行復雜的、重要的但獨立于 CPU 的過程，如：計算、位置控制和閉環(huán)控制。測量輸入信號并控制輸出設(shè)備。置于 3 號機架，沒有接口模塊時，機架位置為空。 （ 3）接口模塊（ IM） 接口模塊將各個機架連接在一起。 （ 2）中央處理器（ CPU） CPU 存儲并處理用戶程序，為模塊分配參數(shù)，通過嵌入的 MPI 總線處理編程設(shè)備和 PC、模塊、其它站點之間的通訊，并可以為進行 DP主站或從站操作裝配一個集成的 DP接口。只有Ｔｄ合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時間。 (3) 微分控制Ｔｄ對系統(tǒng)性能的影響 微分作用可以改善動態(tài)特性，Ｔｄ偏大時，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時間較短。如果Ｋｃ的符號選擇不當對象狀態(tài) (pv 值 )就會離控制目標的狀態(tài) (sv 值 )越來越遠，如果出現(xiàn)這樣的情況Ｋ p 的符號就一定要取反。Ｋ p 太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢。Ｋ p偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時間加長。 PID參數(shù)整定 對于純滯后對象的補償控制點采用了 Smith 預(yù)測器，使控制對象與補償環(huán)節(jié)一起構(gòu)成一個簡單的慣性環(huán)節(jié)。它具有原理簡單 ，易于實現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨立，參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點；而且在理論上可以證明，對于過程控制的典型對象 ──“ 一階滯后＋純滯后 ” 與 “ 二階滯后＋純滯后 ” 的控制對象， PID 控制器是一種最優(yōu)控制。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例 +微分 (PD)控制器能改善系統(tǒng)在 調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。因此，比例 +積分 (PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的 或簡稱有差系統(tǒng)。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（ Steadystate error）。 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠程控制系統(tǒng)的設(shè)計 4 比例（ P）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。 PID控制，實際中也有 PI和 PD 控制。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的 其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用 PID控制技術(shù)最為方便。 PID 控制原理 及 特點 在工程實際中，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，簡稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。 目前， PID 控制及其控制器或智能 PID 控制