【正文】 程向后推遲的程度，因此稱容量滯后，通常以τ c代表之。它不再是簡單的指數(shù)曲線，而是呈 11 圖 210 被調(diào)量變化的反映曲線 S 型的一條曲線。當(dāng)輸入量有一個階 躍增加 ΔQ1時。 )(6 3 ??? hT 86)0()()( 00 ?????? R hhRhK 二階雙容下水箱對象特性 二階雙容水箱的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 29。 表 23 新的平衡狀態(tài)的數(shù)據(jù) PLC 輸出值 水箱水位高度 h1 組態(tài)顯示值 0~100 cm cm 51 再將輸出儀表調(diào)回到系統(tǒng)第一次平衡前的位置，紀(jì)錄階躍響應(yīng)過程參數(shù)的曲線如圖 28 所示，階躍響應(yīng)過程參數(shù)如表 24。由此得到的 變化曲線如圖 27 所示。上水箱的水位趨于平衡，平衡后輸出值、水箱水位高度和測量顯示值如表 21 所示。 在一階單容上水箱對象特性測試實驗中，先設(shè)定輸出值的大小，這個值根據(jù)出水閥門的開度大小來設(shè)定，初次設(shè)定的值為 46。 當(dāng) t=T 時， 有 ）（）（）（ ??????? ? hKReKRTh 632063201 010 (24) 即 )1()( 0 TteKRth ??? (25) 當(dāng) t→∞時， h(∞ )=KR0，因而有 K=h(∞ )/R0=輸出穩(wěn)態(tài)值 /階躍輸入。 根據(jù)物料動態(tài)平衡的關(guān)系，求得： 122 QRhdt hdCR ????? (21) 8 在零初始條件下，對上式求拉氏變換，得： 11)()()(221 ????? TsKCsR RsQ sHsG (22) 式中， T 為水箱的時間常數(shù) (閥 4 的開度大小會影響到水箱的時間常數(shù) )， T=R2*C，K=R2 為過程放大倍數(shù)， R2 為閥 4 的液阻， C 為水箱的容量系數(shù)。 圖 26 一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線 如圖 25 所示，設(shè)水箱進(jìn)水口的進(jìn)水量為 Q1，出水口出水量 Q2，水箱液面高度為 h。畢業(yè)設(shè)計運(yùn)用直角坐標(biāo)圖解法確定系統(tǒng)一階系統(tǒng)的參數(shù)。同時，記錄對象的輸出數(shù)據(jù)或階躍響應(yīng)曲線，然后根據(jù)已給定對象模型的結(jié)構(gòu)形式，對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，決定模型中各參數(shù)。 圖 24 PS 307 電源模塊 (10A)基本電路圖 7 控制對象特性 一階單容上水箱特性 單容水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 25 所示，電動調(diào)節(jié)閥由 S7300PLC 手動輸出，通 圖 25 上水箱液位控制系統(tǒng)原理圖 過階躍響應(yīng)測試確定系統(tǒng)的對象模型的各參數(shù)。 PS 307 10A 模塊的輸入接單相交流系統(tǒng)，輸入電壓 120/230V， 50/60HZ，在輸入和輸出之間有可靠的隔離。系統(tǒng)選用10A 的電源模塊。 4 線回路的精度高，因此采用 4 線回路，它與負(fù)載的接線如圖 23 所示。 圖 22 SM 332 124 ?AO 位模入模塊端子接線圖 SM 332 可以輸出電壓，也可以輸出電流。 SM 332 模擬量輸出 [簡稱模出 (AO)]模塊目前有 3 種規(guī)格型號： 124 ?AO 位模塊、 122 ?AO 位模塊和 164 ?AO 位模塊。不用的通道要在組態(tài)軟件中屏蔽掉，以免受干擾。 SM 331 的每兩個輸入通道構(gòu)成一個輸入通道組，可以按通道組任意選擇測量 5 方法和測量范圍。SM 331 的 8 個模擬量輸入通道共用一個積分式 A/D 轉(zhuǎn)換部件。被測模擬量的精度是所設(shè)定的積分時間的正函數(shù)。 圖 21 SM 331 端子接線圖 SM 331 模入模塊主要由 A/D 轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開關(guān)、補(bǔ)償電路、恒流源、光電隔離元件、邏輯電路組成。 SM 331 模擬量輸入 [簡稱模入 (AI)] 模塊目前有三種規(guī)格型號，即 128 ?AI 位模塊、 168 ?AI 位模塊和 122 ?AI 位模塊 。 CPU 模塊面板上有 6個 LED 指示燈，顯示運(yùn)行狀態(tài)和故障。在此位置可以拔出鑰匙。 3) STOP：停止方式。 CPU不掃描用戶程序，可以用變成裝置讀出并監(jiān)控 PLC的 CPU中的程序，但不能改變裝置存儲器中的程序。在此位置鑰匙不能拔出。 1) RUNP：可編程運(yùn)行方式。 CPU 313 是具有更大存儲器、低成本的解決方案。 CPU 模塊 系統(tǒng)選用的 CPU模塊為 CPU 313。 ? 模塊可擴(kuò)展至最多三個擴(kuò)展機(jī)架，相當(dāng)高的安裝密度。 ? 快速，極其快速的指令處理大大地縮短了循環(huán)周期。 S7300 系列 PLC 的主要特點(diǎn)是： （ 1） 功能強(qiáng) ? 極強(qiáng)的計算性能，完善的指令集， MPI 接口和通過 SIMECLAMS 聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)功能， 使 S3300 功能更強(qiáng)。每個 CPU都有一個編程用的 RS485 接口，可以和計算機(jī)連接， PLC 作為下位機(jī)，利用計算機(jī)作為上位機(jī)進(jìn)行編程。簡單實用的分布式結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的通信聯(lián)網(wǎng)能力，使其應(yīng)用十分靈活。品種繁多的 CPU模塊和功能模塊能滿足各種領(lǐng)域的自動控制任務(wù)，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選擇合適的模塊，維修時更換模塊也很方便。 3 2 S7300 中小型 PLC 和控制對象介紹 西門子 PLC 控制系統(tǒng) 西門子的中小型 PLC S7300 系列采用模塊式結(jié)構(gòu)，用搭積木的方法來組成系統(tǒng)。 2) 適應(yīng)性強(qiáng)，可 以廣泛應(yīng)用于化工、熱工、冶金、煉油以及造紙、建材等 3) 魯棒性強(qiáng)，即其控制品質(zhì)對被控對象特性的變化不大敏感。 總結(jié)近年來 PID 控制的發(fā)展趨勢，可以將 PID 控制的發(fā)展分為兩個大方向：傳統(tǒng) PID 控制技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展和各種新型控制技 術(shù)與 PID 控制的結(jié)合。一方面，各種新的控制思想不斷被應(yīng)用于 PID 控制器的設(shè)計之中，或者是用新的控制思想設(shè)計出具有 PID 結(jié)構(gòu)的新控制器， PID 控制技術(shù)被注入了新的活力。在革新階段，PID 控制器已經(jīng)發(fā)展成一種 最魯棒的、 可靠的、易于應(yīng)用的控制器。第一個階段為發(fā)明階段 (1900～1940)PID 控制的思想逐漸明確，氣動反饋放大器被發(fā)明，儀表工業(yè)的重心放在實際 PID 控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計上。這些智能控制方法各有千秋，但又存在各自的不足 ， 它們相互交叉結(jié)合或與傳統(tǒng)的控制方法結(jié)合將會產(chǎn)生更佳的效果。智能控制對于復(fù)雜的工業(yè)過程往往可以取得很好的控制效果。目前，比較成熟的自適應(yīng)控制分三類： A、自整定調(diào)節(jié)器及其它簡單自適應(yīng)控制器； B、模型參考自適應(yīng)控制； C、自校正調(diào)節(jié)與控制。 (3) 自適應(yīng)控制 在過程工業(yè)中，不少的過程是時變的， 如采用參數(shù)與結(jié)構(gòu)固定不變的控制器，則控制系統(tǒng)的性能會不斷惡化，這時就需要采用自適應(yīng)控制系統(tǒng)來適應(yīng)時變的過程。它高度結(jié)合了工業(yè)實際的要求，綜合控制質(zhì)量比較高，因而很快引起工業(yè)控制界以及學(xué)術(shù)界的廣泛興趣與重視。 過程工業(yè)控制算法的應(yīng)用現(xiàn)狀 過程控制在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，在理論的研究與生產(chǎn)的實踐中發(fā)展出很多的控制算法，主要有下列幾種： (1) PID控制算法 大量的事實證明，傳統(tǒng)的 PID控制算法對于絕大部分工業(yè)過程的被控對象 (高達(dá)90%)可取得較好的控制結(jié)果， 可以進(jìn)一步提高控制質(zhì)量。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。美國數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)中標(biāo)，并于 1969 年研制出第一臺可編程控制器 PDP14，在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，并取得了滿意的效果，可編程控制器自此誕生。 10) 用戶存儲器大于 4KB。 7) 輸入可為市電 8) 輸出可為市電，容量要求在 2A 以上，可直接驅(qū)動接觸器等。 5) 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機(jī)。 3) 可靠性高于繼電器控制裝置。主要 內(nèi)容是： 1) 編程方便，可現(xiàn)場修改程序。 20 世紀(jì) 60 年代，計算機(jī)技術(shù)開始應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，但由于價格高、輸入輸出電路不匹配、編程難度大以及難以適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境等原因，未能在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得推廣。但是繼電器控制系統(tǒng)具有明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大、可靠性低、故障查找困難以及維修不方便。 關(guān)鍵詞： S7300 西門子 PLC、控制對象特 性、 PID 控制算法、擴(kuò)充臨界比例法、壓力變送器、電動調(diào)節(jié)閥、 PID 指令。 針對雙容水箱普遍存在容積延 遲問題和傳統(tǒng) PID 單回路控制難于達(dá)到控制要求的特點(diǎn)，提出了基于串級技術(shù)和 PLC 控制器的雙容液位控制系統(tǒng) 。 可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller， PLC），它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 （ 3）采樣時間 Ts=；積分時間 Ti=30S；微分時間 Td=0S。 技術(shù)參數(shù)：（ 1） 利用定時中斷功能實現(xiàn) PID 控制的定時采樣及輸出控制。系統(tǒng)利用對 PLC 軟件的設(shè)計 ,實現(xiàn)變頻器的參數(shù)設(shè)置、故障診斷和電機(jī)的啟動和停止。 煙 臺 南 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 題目 PLC 的液位控制設(shè)計 姓 名 ： __ _______ 所在學(xué)院 ： 自動化工程學(xué)院 ___ ______ 所學(xué)專業(yè) ： 電氣工程及其自動化 ___ 班 級 ： _08 級三班 __ ____ 學(xué) 號 ： ___ _ 指導(dǎo)教師 ： _ ___ _____ 完成時間 ： 2021 年 3 月 16 日 __ 畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書 論文題目 PLC的液位控制設(shè)計 院部 自動化工程學(xué)院 專業(yè) 電氣工程及其自動化 班級 08 級 3班 畢業(yè)論文（設(shè)計）的要求： 本系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)能源的充分利用和生產(chǎn)的需要，需要對電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，考慮到電機(jī)的啟動、運(yùn)行、調(diào)速和制動的特性，采用 ABB 公司的 ABB ACS800 變頻器，系統(tǒng)中由S7300 系列 PLC 完成數(shù)據(jù)的采集和對變頻器、電機(jī)等設(shè)備的控制任務(wù)?；?S7300 PLC的編程軟件 ,采用模塊化的程序設(shè)計方法，大量采用代碼重用，減少軟件的開發(fā)和維護(hù) 。 畢業(yè)論文（設(shè)計）的內(nèi)容與技術(shù)參數(shù) 本設(shè)計使用的是軟件是 STEP7Micro/WIN,該軟件主要協(xié)助用戶開發(fā)應(yīng)用程序，除了具有創(chuàng)建程序的相關(guān)功能，還有一些文檔管理等工具性功能，還可直接通過軟件設(shè)置 PLC 的工作方式、參數(shù)和運(yùn)行監(jiān)控等 。 （ 2） 在本系統(tǒng)中，只用比例積分控制，確定增益和時間常數(shù)為：增益 Kc=。 畢業(yè)論文（設(shè)計）工作計劃 2021． 12 看關(guān)于單片機(jī)原理的書籍； 看關(guān)于自動控制關(guān)于比例積分微分有關(guān)書籍； 看有關(guān)顯示電路，輸出控制電路和故障報警電路的書籍； 制定開題報告； 開始編寫論文： a 編寫所用到的各種元器件的原理和簡單介紹 b 完成主題設(shè)計思路 完成電路圖設(shè)計； 編寫主程序； 完成裝置的調(diào)試工作； 完成設(shè)計總結(jié) 接受任務(wù)日期 2021 年 12 月 6 日 要求完成日期 2021 年 3 月 8 日 學(xué) 生 (簽名 ) 2021 年 3 月 8 日 指 導(dǎo) 教 師 (簽名 ) 年 月 日 院長 (主任 ) (簽名 ) 年 月 日 I 摘 要 本次畢業(yè)設(shè)計的課題是基于 PLC 的液位控制系統(tǒng)的設(shè)計。 可編程邏輯控制器實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)相同，基本構(gòu)成 為： 電源 、 中央處理單元 (CPU)、 存儲器 、 輸入輸出接口電路 、 功能模塊 、 通信模塊 。 系統(tǒng)根據(jù)雙容水箱的數(shù)學(xué)模型，采用微分先行的串級控制技術(shù)、 PLC 控制器、MCCS 軟件組態(tài)實現(xiàn)了雙容水箱液位的高精度控制和實時顯示 本文的主要內(nèi)容包括：水箱的特性確定與實驗曲線分析， S7300 可編程控制器的硬件掌握， PID 參數(shù)的整定及各個參數(shù)的控制性能的比較，應(yīng)用 PID 控制算法所得到的實驗曲線分析，整個系統(tǒng)各個部分的介紹和應(yīng)用 PLC 語句編程來控制水箱水位。 II Abstract This graduation project topic is based on the PLC fluid position control sy