【正文】 停止位： 1， ， 2 RS485 隔離 1500 均方根電壓 串口：三個 RS232 串口，兩個 RS485 串口 操作系統(tǒng)： Microsoft Windows 處理器： Strong Arm 206MHz 以太網(wǎng)用于程序下裝、編譯、以及串行設備和以太網(wǎng) /Inter 之間 的連接。 ADAM6500 帶有 1 個以太網(wǎng)（ 10/100BASET）端口和 4 個通信端口（ 3 個RS232 端口和 1 個 RS485 端口）。該模塊內(nèi)置了 WINDOWS 嵌入式操作系統(tǒng)，可以讓用戶運行在 Microsoft嵌入式 VB 或 VC++環(huán)境下開發(fā)的應用程序。 （ 3）選擇 Network 屬性頁，配置 TCP/IP 網(wǎng)絡，設置其 IP 地址為： ，子網(wǎng)掩碼為： 。 利用研華提供的 ADAM 以太網(wǎng)模塊工具進行初始化。在進行初始配置時，由于每一個模塊的 IP 都是： ，天津大學仁愛學院 2021屆本科生畢業(yè)設計（論文） 18 因此不要同時將兩個新模塊同時掛到網(wǎng)絡上進行初始配置，防止造成網(wǎng)絡沖突。 圖 ADAM6024的接線示意圖 由于 ADAM6024 輸入設置為電壓信號輸入，而水箱 T T T3 的液位信號及其流量均為電流信號，故在接入 ADAM6024 模擬量輸入通道前需外接 “ I/V轉(zhuǎn)換電路 ” 進行 I/V轉(zhuǎn)換。 ADAM6024 模塊的模擬量輸入范圍為： +/10V、 0~20mA 和 420mA；模擬量輸出范圍為： 010V、 0~20mA 和 4~20mA。使用 ADAM6024 代替數(shù)字量 I/O 模塊與模擬量 I/O 模塊的組合，以更少的模塊實現(xiàn)相同的功能。 在每個 ADAM6000 模塊的前面板上有兩個指示燈，每一個指示燈都有兩種狀態(tài)來指示模塊的系統(tǒng)狀態(tài) STU/LNK 和 SPD/COM，其含義如下： （ 1） STU（狀態(tài)）：紅燈閃爍 ——模塊處于運行狀態(tài)時； （ 2） LNK（連接）：綠燈亮 ——模塊同以太網(wǎng)正確連接； （ 3） SPD（速度 )：亮紅燈 ——以太網(wǎng)通訊速率達到 100M； （ 4） COM（通訊）：綠燈閃爍 ——模塊在接受 /接收數(shù)據(jù)。 支持基于 TCP 的通用的 Modbus/TCP 協(xié)議和 以太網(wǎng) UDP 協(xié)議； ADAM6000 系列模塊的主要技術指標如下： ADAM6000 系列產(chǎn)品是基于 Ether 的數(shù)據(jù)采集和控制模塊，它們集數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡傳輸能力于一身。 智能 Web 以太網(wǎng) I/O 模塊 (ADAM6000 系列 ) 遠程數(shù)據(jù)采集和控制模塊 (ADAM4000 系列 ) 這在實際生產(chǎn)中有很大的應用價值，以避免不必要的損失。在本系統(tǒng)中，上位監(jiān)控 PC 機只用于組態(tài)各種監(jiān)控界面，并沒有控制程序，從而將控制獨立開來。在 ADAM6500 模塊中完成數(shù)據(jù)采集和各種控制算法的編程與運算，并將控制結果再次反送回至 ADAM6024 模塊。 以太網(wǎng) 圖 基于 ADAM模塊的以太網(wǎng)液位控制系統(tǒng)結構圖 系統(tǒng)的工 作流程為：液位傳感器傳出的 4~20mA 的電流信號經(jīng)過 I/V轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為標準的 l5V 電壓信號并送入 ADAM6024 數(shù)據(jù)采集模塊。同時，遠程的監(jiān)控 PC 機也接入到以太網(wǎng)中，從而實現(xiàn)通過以太網(wǎng)的連接。 基于 ADAM 模塊的以太網(wǎng)液位控制系統(tǒng)設計 基于 ADAM 模塊的控制系統(tǒng)的硬件設計 該控制系統(tǒng)的控制器采用研華 ADAM6500 嵌入式以太網(wǎng)控制器，利用研華ADAM6024 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)輸入輸出模塊 的功能，和遠程監(jiān)控 PC 機構成一個典型的應用控制系統(tǒng)。 天津大學仁愛學院 2021屆本科生畢業(yè)設計（論文） 15 第三章 基于以太網(wǎng)的液位控制系統(tǒng)設計 近年來，隨著網(wǎng)絡 技術的發(fā)展，在工業(yè)現(xiàn)場中如何將測控系統(tǒng)等儀器和設備接入互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)信息共享和遠程控制成為人們關注的課題。以電動閥 1 和電動閥 2 的開度作為控制輸入，以水箱 T1 和 T3的液位作為控制輸出，組成雙輸入雙輸出的對象。如圖 所示，打開水泵 1 和水泵 2；使用電動閥 1 和電動閥 2；打開連接閥門 CV CV CV CV4；打開泄水閥門 LV1 和 LV3，關閉其它閥門。 壓力傳感器 CV3 電動調(diào)節(jié)閥 CV1 CV2 LV3 圖 單輸入單輸出三階系 統(tǒng) 根據(jù)流量平衡原理可得 1211 dtdhA ?? 23122 dtdhA ?? (316) odtdhA 3233 ?? 其中 11 kuQ? 21211212 2)s g n ( hhghhSazQ ??? 32321223 2)s g n ( hhghhSazQ ??? (317) 333 2 ghSazQ o ? 儲水箱 水泵 1 1 T2 1 3 2 T1 T3 天津大學仁愛學院 2021屆本科生畢業(yè)設計（論文） 13 其中，其它的定義同上。儲水箱中的水通過電動閥門 1 進入水箱 T1，分別通過連接閥門 CV CV2 進入水箱 T2 和水箱 T3，由泄水閥門 LV3 流回儲水箱。 CV3 壓力傳感器 電動調(diào)節(jié)閥 CV1 LV2 圖 單輸入單輸出二階系統(tǒng) 變量的定義同前。儲水箱中的 水通過電動閥門 1 進入水箱 T1，并通過連接閥門 CV1 進入水箱 T2，由泄水閥門 LV2 流回儲水箱。以 1011 hhh ??? ， 0111 iii Q ??? ， 011 1ooo Q ??? 表示可以得到 oi dthdA 111 ????? （ 26) 由（ 22)和（ 23)式可以得到 11 ukQi ??? （ 27） 1101 2 hhCQ o ??? （ 28） 把 (27)、 (28)兩式代入 (26)式中可得 11011 2 hhCukdt hdA ????? （ 29） 去掉其增量符號，并整理可得到 1101110 22 uChkhdtdhACh ?? （ 210) 將上式進行 Laplace 變換 ,得到如下傳遞函數(shù)模型 1)( ??TsKsH （ 211) 其中， ChkK 102? ， ChAT 102? 。首先要把（ 24)式寫成增量的形式。gSazC 21? ，其中 az1 表示水箱 1 泄水閥門的流量系數(shù)， s 表示連通管道的橫截面積， g 代表重力加速度。 A 表示水箱的截面積，并假設水箱的截面積相 同。以電動閥 1 的開度作為控制輸入，以水箱 T1液位作為控制輸出，組成一階的單輸入單輸出對象。 SISO 一階系統(tǒng)建模 如圖 所示，打開水泵 1，關閉水泵 2；使用電動閥 1，關閉電動閥 2；打開泄水閥門 LV1，打開閥門 CV3，關閉其它閥門。直流恒流源輸出 0～20mA 直流電流信號，用以調(diào)試電動調(diào)節(jié)閥的動作。功耗： 5VA 天津大學仁愛學院 2021屆本科生畢業(yè)設計（論文） 9 電源控制箱 電網(wǎng)電壓經(jīng)過空氣開關進入電源控制箱，為被控對象上的傳感器、執(zhí)行器提供相應的電源。介質(zhì)溫度：﹣ 4～﹢ 200℃ 重復精度：177。公稱壓力： 電源 ： 220VAC 50HZ 該電動閥具有精度高、技術先進、體積小、重量輕、推動力大、功能強、控制單元與電動執(zhí)行機構一體化、可靠性高、操作方便等優(yōu)點，使用和校正非常方便。電動調(diào)節(jié)閥將控制器送來的標準控制信號轉(zhuǎn)換為相應的閥門開度，且閥門開度與輸入信號成線性關系，閥門的流量特性為等百分比特性，安裝在管道上用來控制、調(diào)節(jié)流量。該傳感器具有抗過載、沖擊 能力強，穩(wěn)定性、可靠性高，測量精度高等優(yōu)點。管路上的任 意一個手動閥門都可作為干擾源，用以產(chǎn)生干擾信號；兩套動力系統(tǒng)，其中任意一套可作為調(diào)節(jié)通道，另一套作為干擾通道，也可產(chǎn)生階躍干擾信號，整個被控對象組成了一個復雜的控制系統(tǒng)。由于水箱系統(tǒng)具有滯后的特性，因此可以通過連接閥門和泄水閥門的組合，來模擬具有一階、二階、三階的滯后過程對象。系統(tǒng)采用德國威樂和丹麥格蘭富兩套循環(huán)水泵供水，他們都具有噪音低，壽命長等優(yōu)點，可以減少使用中出現(xiàn)意外。 CV4 液位傳感器 CV3 電動 調(diào)節(jié)閥 CV1 CV2 LV1 LV2 LV3 圖 三容水箱實驗裝置結構圖 儲水箱 水泵 1 2 1 3 1 2 T1 T3 T2 水泵 2 天津大學仁愛學院 2021屆本科生畢業(yè)設計（論文） 8 三個玻璃容器 Tank1(T1)、 Tank2(T2)、 Tank3(T3)通過兩個連接閥門 CV1和 CV2 依次連接。 三容水箱實驗裝置的硬件結構 三容水箱實驗裝置的結構及工作原理 整個三容水箱實驗裝置由水箱主體、水泵、檢測傳感裝置、執(zhí)行裝置以及電源控制箱組成。三容水箱的控制可以作為研究更為復雜的非線性系統(tǒng)的基礎，又具有較強的理論性，涉及到控制原理、智能控制、流體力學等多個學科。 天津大學仁愛學院 2021屆本科生畢業(yè)設計（論文） 7 第二章 三容水箱數(shù)學建模 隨著工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，人們對控制系統(tǒng)的控制精度、響應速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性與適應能力的要求越來越高。設計了以 C8051F02O 單片機為核心、 ZNE100T 為以太網(wǎng)模塊的以太網(wǎng)現(xiàn)場控制模塊。 本文主要研究內(nèi)容 三容水箱實驗裝置模擬了工業(yè)現(xiàn)場多種典型的非線性時變多耦合系統(tǒng)，液位是三容水箱控制系統(tǒng)中的重要參數(shù)之一，本文就是針對液位參數(shù)的控制展開研究。工業(yè)上許多被控對象的整體或局部都可以抽象成三容水箱的數(shù)學模型 ,三容水箱系統(tǒng)的數(shù)學建模以及控制策略的研究對工業(yè)生產(chǎn)中液位控制系統(tǒng)的研究有指導意義。因此， 對于液位控制系統(tǒng)進行研究有著很高的實用價值。 天津大學仁愛學院 2021屆本科生畢業(yè)設計（論文） 6 液位控制系統(tǒng)是以液位為被控參數(shù)的控制系統(tǒng)，就是對某一容器內(nèi)的液體的進入量或流出量進行控制，從而使液體的高度保持在所希望的數(shù)值上。建立實時遠程監(jiān)控系統(tǒng)對設備和生產(chǎn)進行實時監(jiān)控，對出現(xiàn)的突發(fā)事件進行實時響應，確定故障發(fā)生的種類和部位，是維護質(zhì)量、提高管理水平以及提高勞動生產(chǎn)率的真正體現(xiàn)。其次，采用基于以太網(wǎng)遠程監(jiān)控，可以實現(xiàn)無人值守，從而節(jié)省大量的人力、物力和財力，特別是對于一些條件惡劣、不適宜人工操作的現(xiàn)場環(huán)境有著重要的意義。因此，結合以太網(wǎng)實現(xiàn)過程控制系統(tǒng)的遠程監(jiān)控功能己經(jīng)成為一個重要的研究課題，對基于以太網(wǎng)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)這一課題的研究有著重要的現(xiàn)實意義。隨著以太網(wǎng)技術的廣泛應用，建網(wǎng)所需的成本不斷的降低，基于以太網(wǎng)的各種 軟硬件開發(fā)也日益成熟。這些都是智能 PID 控制發(fā)展的極有前途的方向。 (2)對于多入多出被控對象，需要研究針對具有顯著 耦 合的多變量過程的多變量 PID 參數(shù)整定方法，進一步完善分散繼電反饋方法，盡可能減少所 t需先驗信息量，使其易于在線整定。按照發(fā)展階段劃分，可分為常規(guī) PID參數(shù)整定方法及智能 PID 參數(shù)整定方法；按照被控對象個數(shù)來劃分，可分為單變量 PID 參數(shù)天津大學仁愛學院 202