【正文】 圖 2210，圖中，被控量為 2h ，輸入量 為 1Q 。產(chǎn)生容量時延的原因主要是兩個容積之間存在阻力 ，所 以使 2h 的響應(yīng)時間向后推移。與單容過程比較，多容過程受到擾動后，被控參數(shù) 2h 的變化速度并不是一開始就最大，而是要經(jīng)過一段時延之后才達到最大值。 雙容過程的數(shù)學模型為 : )1)(1()()()(210120 ???? sTsT KsQ sHsW （ 228） 式中： 1R —— 第一只水箱的時間常數(shù)， 211 RCT ? ； 2T —— 第二只水箱的時間常數(shù)， 322 RCT ? ； 0K —— 過程的放大系數(shù)， 30 RK ? ； 21,CC —— 分別是兩只水箱的容量系數(shù)。 圖 223（ a）所示為兩只水箱串聯(lián)工作的雙容過程。 11 雙容水箱對象特性 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，被控過程往往是由多個容積和阻力構(gòu)成，這種過程稱為多容過程。 為了實現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器應(yīng)為 PI 或 PID 控制。本系統(tǒng)是由左、右兩個水箱串聯(lián)組成，右上水箱的液位為系統(tǒng)的主控制量，左上水箱的液位為副控制量。被調(diào)量為下水位 H。要保證右水箱閘板開度大約下水箱閘板開度，這樣控制效果好些。經(jīng)計算機算出的控制控制量通過 D/A 轉(zhuǎn)換成 1～ 5V 的控制電信號，通過改變調(diào)節(jié)閥的開度向水箱。本系統(tǒng)由雙容水箱作為控制對象， 水箱的液位 h1 和 h2 作為被控量。 本設(shè)計應(yīng)用到水箱壓力在 0～ 2020pa 之間，經(jīng)過壓力變送器轉(zhuǎn)換成電壓信號為 1～ ，經(jīng)過 EM235 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號 6400～ 16640，其對應(yīng)的水箱 水位在 0～20cm 之間。輸出方式有三種：繼電器方式、晶體管方式和晶閘管方式。 I/O 模塊將外部輸入信號變換成 CPU 能接受的信號，或?qū)?CPU的輸出信號變換成需要的控制信號去驅(qū)動控制對象，以確保整個系統(tǒng)正常的工作。 PLC提供了各種操作電平與驅(qū)動能力的 I/O 模塊和各種用途 I/O 元件供用戶選用。 在 PLC 進入運行狀態(tài)后，從存儲器中逐條讀去用戶程序，按指令規(guī)定的任務(wù)，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去起閉有關(guān)控制電路。 （ 2）用掃描方式接受現(xiàn)場輸入裝置的狀態(tài)，并存入映像寄存器。 7 圖 211PLC的原理圖 CPU模塊 CPU 是 PLC 的核心組成部分，與通用微機的 CPU 一樣，它在 PLC 系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，故稱為“電腦”。集成的 24V 負載電源 CPU 221～ 226 各有 2 種類型 CPU，具有不同的電源電壓和控制電壓。 S7200 系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。S7200 系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。右側(cè)： S7200 CPU22 EM235 擴展模塊、 I/O接口。兩個壓力變送器通過分別檢測兩個水箱壓力來確定水位高度。 （ 3）控制方案的選取，一個好的方案會讓系統(tǒng)更加完美，所以方案的選取也非 常重要。 本文研究的主要內(nèi)容 （ 1）一個系統(tǒng)是否能達到預(yù)期的控制效果，其系統(tǒng)的數(shù)學模型相當?shù)闹匾?，直接關(guān)系到控制結(jié)果的正確與否。組態(tài)軟件指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專業(yè)軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，能以靈活多樣的組態(tài)方式（而不是編程方式）提供良好用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法，其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊可以非常 容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層地各項功能，并能同時支持各種硬件廠家地計算機和 I/O 設(shè)備，與高性能地工控計算機和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，向控制層和管理層提供軟、硬件地全部接口，進行系統(tǒng)集成。監(jiān)控層的硬件以工業(yè)級的微型計算機和工作站為主，目前更趨向于工業(yè)微機。通?？梢园呀M態(tài)軟件系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。 組態(tài)軟件的發(fā)展概況及趨勢 隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)正以標準的工業(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)，它具有適應(yīng)性強、開放型好、易于擴展、經(jīng)濟及開發(fā)周期短等優(yōu)點。在提高生產(chǎn)力、全球化、創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展的要求推動下，信息、通訊、控制和動力的融合是自動化發(fā)展的必有之路。因此 PLC 的根基依然牢固。同時在標準化和開放性方面有了長足的進步得到很多用戶的喜愛和使用。 PLC 廠家積極向過程自動控制領(lǐng)域拓展。因為阻容元件等的體積很難縮小而抗干擾措施需要這些分立元件。隨著電子技術(shù)的發(fā)展， PLC 體積越來越小。 PAC 可以方便的和企業(yè)網(wǎng)集成，實現(xiàn)信息化工廠?？梢哉f，沒有 PLC 就沒有現(xiàn)代制造業(yè)。 PLC 在長期應(yīng)用中，經(jīng)受了考驗，幾乎成為高可靠性的代名詞。 PLC 在設(shè)計時就是面向工業(yè)環(huán)境地。通過網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)分散控制，降低安裝成本，提高集成度。隨著電子技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展， PLC 從單純的數(shù)字量控制發(fā)展到簡單的模擬量控制和數(shù)字量控制相結(jié)合，部分代替了單回路儀表的功能。最早的 PLC 主要作用是代替繼電器。維護不便升級換代困難。 4 PLC 的發(fā)展概況及趨勢 PLC 的發(fā)展是提高生產(chǎn)力的要求推動的。其發(fā)展經(jīng)歷了一下幾個方面： 局部自動化階段（ 50 年代） 過程計算機控制系統(tǒng)階 段（ 60 年代） 集中控制、多參數(shù)控制階段 (70 年代 ) 集散控制階段（ 80 年代） 目前過程控制正走向高階級段的未來，不論是從過程控制的歷史和現(xiàn)狀看，還是從過程控制發(fā)展的必要性、可能性來看，過程控制是朝著綜合化、智能化的方向發(fā)展，即計算機集成制造系統(tǒng)：以智能控制理論為基礎(chǔ)，以計算機及網(wǎng)絡(luò)為主要手段，對企業(yè)的經(jīng)營、計劃、調(diào)度、管理和控制全面綜合，實現(xiàn)從原料進庫到產(chǎn)品出廠的自動化、整個生產(chǎn)系統(tǒng)信息管理的最優(yōu)化。它不僅在傳統(tǒng)地工業(yè)改造中起到了提高質(zhì)量，節(jié)約原材料和能源，減少環(huán)境污染等十分重要的作用，而且正在成為新建的規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程中不可缺少的組成部分。本文在 S7200環(huán)境中編寫了傳統(tǒng)的 PID 控制算法，實現(xiàn)了對雙溶水箱液位的控制。以 PLC、組態(tài)軟件為單元，可以組成從簡單到復(fù)雜的各種工業(yè)控制系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞： PLC 串級控制 組態(tài)軟件 MCGS PID控制算法 II Abstract: this article first describes the channeling for a double dissolution based on PLC water tank liquid level control design. Article first describes the definitions, process control and development of PLC. Second according to the characteristics determine the water tank and curves analysis. Siemens S7200 series PLC hardware for mastering. PID parameter tuning and parison of control performance of individual parameters. PID control algorithm and analysis of the resulting curve. On MCGS software interface. Throughout various parts of the system of introducing and explaining the PID control instructions instructtions of PLC to control water tank water level. Keywords: control configuration software MCGS of PLC cascade PID control algorithm 1 目錄 1緒論 ...................................................................................................................................................................3 過程控制系統(tǒng)的發(fā)展概況及趨勢 ........................................................................................................3 PLC的發(fā)展概況及趨勢 .........................................................................................................................4 組態(tài)軟件的發(fā)展概況及趨勢 ................................................................................................................4 本文研究的主要內(nèi)容 ............................................................................................................................5 2 水箱液位串級控制系統(tǒng)總體設(shè)計 ................................................................................................................6 水箱系統(tǒng)的組成 .....................................................................................................................................6 西門子 PLC 控制系統(tǒng) ....................................................................................................................6 CPU模塊 ..........................................................................................................................................7 I/O模塊 ..........................................................................................................................................7 I/O接線圖 .....................................................................................................................................8 信號間的轉(zhuǎn)換關(guān)系 ........................................................................................................................8 雙容水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu) .................................................................................................................................9 雙容水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ........................................................................................................................9 雙容水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖 ................................................................................................................. 10 雙容水箱對象特性 ....................................................................