【正文】 控制規(guī)律；副回路要求起控制的快速性，可以有余差，一般情況選取P控制規(guī)律而不引入 I 或 D 控制。主調(diào)節(jié)器是定值控制，副調(diào)節(jié)器是隨動控制。嚴(yán)重時會出現(xiàn)主、副回路“共振”現(xiàn)象，系統(tǒng)不能正常工作。原則上，在設(shè)計中要保證主、副回路擾動數(shù)量、時間常數(shù)之比值在3～10之間。副回路中如果包括的擾動越多，其通道就越長，時間常數(shù)就越大，副回路控制作用就不明顯了，其快速控制的效果就會降低。 例如，圖1所示的以物料出口溫度為主被控參數(shù)、爐膛溫度為副被控參數(shù)，燃料流量為控制參數(shù)的串級控制系統(tǒng)，假定燃料流量和氣熱值變化是主要擾動，系統(tǒng)把該擾動設(shè)計在副回路內(nèi)是合理的。 (5) 在需要以流量實(shí)現(xiàn)精確跟蹤時，可選流量為副被控量。 (3) 副被控過程的滯后不能太大，以保持副回路的快速相應(yīng)特性。 (1) 在設(shè)計中要將主要擾動包括在副回路中。 （2） 副回路的設(shè)計 由于副回路是隨動系統(tǒng)， 對包含在其中的二次擾動具有很強(qiáng)的抑制能力和自適應(yīng)能力，二次擾動通過主、副回路的調(diào)節(jié)對主被控量的影響很小，因此在選擇副回路時應(yīng)盡可能把被控過程中變化劇烈、頻繁、幅度大的主要擾動包括在副回路中，此外要盡可能包含較多的擾動。這里主要解決串級控制系統(tǒng)中兩個回路的協(xié)調(diào)工作問題。四、對負(fù)荷變化的適應(yīng)性較強(qiáng)。二、能迅速克服進(jìn)入副回路的二次擾動。副調(diào)節(jié)器具有“粗調(diào)”的作用，主調(diào)節(jié)器具有“細(xì)調(diào)”的作用，從而使其控制品質(zhì)得到進(jìn)一步提高。二次擾動：作用在副被控過程上的，即包括在副回路范圍內(nèi)的擾動。副回路由副變量檢測變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過程構(gòu)成；主回路由主變量檢測變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過程和主過程構(gòu)成。圖 串級控制系統(tǒng)方框圖前一個調(diào)節(jié)器稱為主調(diào)節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱主變量（主被控參數(shù)），即工藝控制指標(biāo)；后一個調(diào)節(jié)器稱為副調(diào)節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱副變量（副被控參數(shù)），是為了穩(wěn)定主變量而引入的輔助變量。為了提高控制品質(zhì)，在單回路控制方案的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了串級控制系統(tǒng)。純比例調(diào)節(jié)雖然動偏差比PI調(diào)節(jié)小，但余差大，而純積分調(diào)節(jié)質(zhì)量最差，所以一般不單獨(dú)使用。適當(dāng)選取這三個參數(shù)值，就可以獲得良好的調(diào)節(jié)質(zhì)量。一般都是和其它調(diào)節(jié)作用相配合，構(gòu)成比例微分或比例積分微分調(diào)節(jié)器。對于一個固定不變的偏差，不管其有多大，微分做用的輸出總是零，這是微分作用的特點(diǎn)。什么是微分調(diào)節(jié)？微分調(diào)節(jié)是指調(diào)節(jié)器的輸出變化與偏差變化速度成正比，可用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為： （33）式中： ——調(diào)節(jié)器的輸出變化值；——微分時間；——偏差信號變化的速度。在生產(chǎn)實(shí)際中，有經(jīng)驗(yàn)的工人總是既根據(jù)偏差的大小來改變閥門的開度大?。ū壤饔茫?，同時又根據(jù)偏差變化速度的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果把積分時間放到最大，PI調(diào)節(jié)器就喪失了積分作用，成了一個純比例調(diào)節(jié)器。由于它是在比例調(diào)節(jié)（粗調(diào)）的基礎(chǔ)上，有加上一個積分調(diào)節(jié)（細(xì)調(diào)），所以又稱再調(diào)調(diào)節(jié)或重定調(diào)節(jié)。因?yàn)閱渭兊姆e分作用使過程緩慢，并帶來一定程度的振蕩，所以積分調(diào)節(jié)很少單獨(dú)使用，一般都和比例作用組合在一起，構(gòu)成比例積分調(diào)節(jié)器，簡稱PI調(diào)節(jié)器，其作用特性可用下式表示： （32）這里，表示PI調(diào)節(jié)作用的參數(shù)有兩個：比例度P和積分時間。純比例調(diào)節(jié)只能用于干擾較小、滯后較小，而時間常數(shù)又不太小的對象。放大倍數(shù)是可調(diào)的，所以比例調(diào)節(jié)器實(shí)際上是一個放大倍數(shù)可調(diào)的放大器。比例調(diào)節(jié)規(guī)律及其特點(diǎn)比例調(diào)節(jié)作用，一般用字母P來表示。在人工調(diào)節(jié)的實(shí)踐中，如果能使閥門的開度與被調(diào)參數(shù)偏差成比例的話，就有可能使輸出量等于輸入量，從而使被調(diào)參數(shù)趨于穩(wěn)定，達(dá)到平衡狀態(tài)。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。（3）微分（D）控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。（2）積分（I）控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進(jìn)行控制的。即當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。同理，無自衡多容過程的數(shù)學(xué)模型為 （211）當(dāng)然無自衡多容過程具有純時延時，則其數(shù)學(xué)模型為 （212） 3 PID調(diào)節(jié)及串級控制系統(tǒng) PID調(diào)節(jié)的各個環(huán)節(jié)及其調(diào)節(jié)過程對擾動的響應(yīng)有他、一定的時延和慣性。對與無自衡能力的雙容過程，圖中，被控量為，輸入量為。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)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(dá)到最大值。雙容過程的數(shù)學(xué)模型為 （210） 1/C1s1/R21/C2s1/R3——— 雙容過程方框圖式中：——第一只水箱的時間常數(shù)，；——第二只水箱的時間常數(shù)，；——過程的放大系數(shù)，；——分別是兩只水箱的容量系數(shù)。0Q000 雙容過程及其響應(yīng)曲線（a）所示為兩只水箱串聯(lián)工作的雙容過程。 當(dāng)過程具有純時延時，則其傳遞函數(shù)為 （28） 二階雙容下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。圖27所示過程的微分方程為 （26） 式中：C——貯罐的容量系數(shù)。當(dāng)流入量發(fā)生階躍變化時，液位h即發(fā)生變化。 單容過程及其響應(yīng)曲線。二、無自衡過程的建模所謂無自衡過程，是指過程在擾動的作用下，其平衡狀態(tài)被破壞后，不需要操作人員或儀表等干預(yù)，依靠其自身能力不能重新恢復(fù)平衡的過程。它與無時延單容過程的階躍響應(yīng)曲線在形狀上完全相同，僅差一純時延。，流量通過長度為l的管道流入貯罐。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，過程的純時延問題是經(jīng)常碰到的。（b）所示為單容液位被控過程的階躍響應(yīng)曲線。被控過程都具有一定貯存物料或能量的能力，其貯存能力的大小，稱為容量或容量系數(shù)。將式（22）、式（23）拉氏變換后,。消去中間變量的方法很多，如可用代數(shù)代換法，可用信號流圖法，也可用畫方框圖的方法。但為了簡化起見，經(jīng)線形變化，則可近似認(rèn)為與h成正比關(guān)系，而與閥2的阻力成反比，即 （23）式中：——閥2的阻力，稱為液阻。在靜態(tài)時，；當(dāng)發(fā)生變化時，液位h隨之變化，貯蓄出口處的靜壓隨之變化，也發(fā)生變化。,h為其輸出變量,則該被控過程的數(shù)學(xué)模型就是h與之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式。液位過程，其流入量，改變閥1的開度可以改變的大小。單容過程還可分為有自衡能力和無自衡能力兩類?？梢赃@樣說，一個過程控制系統(tǒng)的優(yōu)劣，主要取決于對生產(chǎn)工藝過程的了解和建立過程的數(shù)學(xué)模型。在構(gòu)成控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計中，過程的數(shù)學(xué)模型是極其重要的基礎(chǔ)資料。根據(jù)PLC的設(shè)計特點(diǎn)，它對電源并無特殊需求，它可使用一般工業(yè)電源。其中輸入信號要通過光電隔離，通過濾波進(jìn)入CPU控制板，CPU發(fā)出輸出信號至輸出端。如輸入/輸出電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離、串/并行轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳送、誤碼校驗(yàn)、A/D或D/A變換以及其他功能模塊等。 I/O模塊I/O模塊是CPU與現(xiàn)成I/O裝置或其他外部設(shè)備之間的連接部件。診斷電源、PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤。其功能是：PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能，接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。下面我們以小型FX2系列PLC為例介紹PLC的硬件組成。2 FX2系列PLC和控制對象介紹三、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。一、一個系統(tǒng)是否能達(dá)到預(yù)期的控制效果，其系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型相當(dāng)?shù)闹匾苯雨P(guān)系到控制結(jié)果的正確與否。而在我國液位控制系統(tǒng)也利用得相當(dāng)?shù)膹V泛，特別在鍋爐液位控制，水箱液位控制。它使在控制中更加的安全，節(jié)約了更多的勞動力，更多的時間。引入PLC使控制方式更加的集中、有效、更加的及時。一個系統(tǒng)的液位是否穩(wěn)定，直接影響到了工業(yè)生產(chǎn)的安全與否、生產(chǎn)效率的高低、能源是否能夠得到合理的利用等一系列重要的問題。從而我們現(xiàn)在就引入了工業(yè)生產(chǎn)的自動化控制。在新型的自動化技術(shù)工具方面，開始采用微處理器為核心的智能單元組合儀表；在測量變送器方面，教為突出的成分在線檢測與數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用日益廣泛；在模擬式調(diào)節(jié)儀表方面，不僅Ⅲ型儀表產(chǎn)品品種增加，可靠性提高，而且是本質(zhì)安全防爆，適應(yīng)了