【正文】 紙、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。液位給定液位給定下水箱PLCPLCC液位變送器流量變送器中水箱變頻器液位輸出 控制器的選擇 PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用PLC其主要特點(diǎn)如下：，、施工、維護(hù)操作方便。其實(shí)二者在本質(zhì)上具有相同性，如果副變量選為中水箱的液位，那么在下水箱液位高升高的情況下，必須調(diào)小泵入中水箱中的水流量，流量減小后一段時(shí)間，必然上水箱液位的液位上升速度減緩，甚至應(yīng)該出現(xiàn)液位下降的現(xiàn)象，隨著單位時(shí)間內(nèi)上水箱進(jìn)入下水箱水量的減小，并且下水箱出水量基本保持不變，則克服了下水箱液位的升高。流量作為副變量，那么在下水箱液位變動(dòng)時(shí)，流量做出相應(yīng)的調(diào)整，以使其克服下水箱液位的變動(dòng)。 控制對(duì)象的以中水箱為副對(duì)象，水泵直接向中水箱注水，時(shí)間常數(shù)小，時(shí)延小，控制通道短，從而可加快提高響應(yīng)速度，縮短過(guò)渡過(guò)程時(shí)間，符合副回路選擇的超前，快速，反應(yīng)靈敏等要求。主調(diào)節(jié)器執(zhí)行器副對(duì)象主對(duì)象副測(cè)量變送器主測(cè)量變送器給定輸出串級(jí)控制系統(tǒng)框圖主調(diào)節(jié)器在上圖所示的串級(jí)控制系統(tǒng)框圖中可以看到，由于副回路可以簡(jiǎn)化成一個(gè)正作用方式環(huán)節(jié)，主對(duì)象作用方式為正，主測(cè)量變送環(huán)節(jié)為正。確定過(guò)程是首先判定為保證內(nèi)環(huán)是負(fù)反饋副調(diào)節(jié)器應(yīng)選用那種作用方式，然后再確定主調(diào)節(jié)器的作用方式。 （3) 主、副調(diào)節(jié)器正反作用方式的確定 學(xué)習(xí)中我們認(rèn)識(shí)到，一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)正常工作必須保證采用的反饋是負(fù)反饋。主回路一般要求無(wú)差，主調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律應(yīng)選取PI或PID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(dòng)控制。嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(jì)中要保證主、副回路擾動(dòng)數(shù)量、時(shí)間常數(shù)之比值在3～10之間。副回路中如果包括的擾動(dòng)越多，其通道就越長(zhǎng)，時(shí)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(huì)降低。 3 (5) 在需要以流量實(shí)現(xiàn)精確跟蹤時(shí)，可選流量為副被控量。 (3) 副被控過(guò)程的滯后不能太大，以保持副回路的快速相應(yīng)特性。 2. 副回路的設(shè)計(jì) 由于副回路是隨動(dòng)系統(tǒng)， 對(duì)包含在其中的二次擾動(dòng)具有很強(qiáng)的抑制能力和自適應(yīng)能力，二次擾動(dòng)通過(guò)主、副回路的調(diào)節(jié)對(duì)主被控量的影響很小，因此在選擇副回路時(shí)應(yīng)盡可能把被控過(guò)程中變化劇烈、頻繁、幅度大的主要擾動(dòng)包括在副回路中，此外要盡可能包含較多的擾動(dòng)，可歸納如下： (1) 在設(shè)計(jì)中要將主要擾動(dòng)包括在副回路中。這里主要解決串級(jí)控制系統(tǒng)中兩個(gè)回路的協(xié)調(diào)工作問(wèn)題。單回路系統(tǒng)往往不能滿足生產(chǎn)工藝的要求，由于串級(jí)控制系統(tǒng)的副回路是隨動(dòng)控制系統(tǒng)，具有一定的自適應(yīng)性，在一定程度上可以補(bǔ)償非線性對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響。 4. 用于克服被控過(guò)程的非線性 在過(guò)程控制中，一般的被控過(guò)程都存在著一定的非線性。 3. 用于抑制變化劇烈幅度較大的擾動(dòng) 串級(jí)控制系統(tǒng)的副回路對(duì)于回路內(nèi)的擾動(dòng)具有很強(qiáng)的抑制能力。使用串級(jí)控制系統(tǒng)，在距離調(diào)節(jié)閥較近、純滯后較小的位置構(gòu)成副回路，把主要擾動(dòng)包含在副回路中，提高副回路對(duì)系統(tǒng)的控制能力，可以減小純滯后對(duì)主被控量的影響。在構(gòu)造二次回路時(shí)，應(yīng)該選擇一個(gè)滯后較小的副回路，保證快速動(dòng)作的副回路。因此，它可以很好的適用于以下工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合：1. 用于克服被控過(guò)程較大的容量滯后 在過(guò)程控制系統(tǒng)中，被控過(guò)程的容量滯后較大，特別是一些被控量是溫度等參數(shù)時(shí)，控制要求較高，如果采用單回路控制系統(tǒng)往往不能滿足生產(chǎn)工藝的要求。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。根據(jù)擾動(dòng)施加點(diǎn)的位置不同，可以分為三種情況：擾動(dòng)作用于副回路、擾動(dòng)作用于主回路和擾動(dòng)同時(shí)作用于副回路和主回路。副回路由副變量檢測(cè)變送、副調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和副過(guò)程構(gòu)成；主回路由主變量檢測(cè)變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和主過(guò)程構(gòu)成。串級(jí)控制系統(tǒng)采用兩套檢測(cè)變送器和兩個(gè)調(diào)節(jié)器，前一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出作為后一個(gè)調(diào)節(jié)器的設(shè)定，后一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出送往控制器，前一個(gè)調(diào)節(jié)器稱為主調(diào)節(jié)器，它所檢測(cè)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(gè)調(diào)節(jié)器稱為副調(diào)節(jié)器，它所檢測(cè)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。除此之外，還有一些其它的克服大容積遲延的控制方案，例如前饋控制、大遲延滯后補(bǔ)償控制。而串級(jí)控制系統(tǒng)可以用一般常規(guī)儀表來(lái)實(shí)現(xiàn)，成本增加也不大，卻可以起到十分明顯的提高控制質(zhì)量的效果，因此往往采用串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)液位進(jìn)行控制。液位和流量是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最常用的兩個(gè)參數(shù)，對(duì)液位和流量進(jìn)行控制的裝置在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的十分普遍。另外，隨著生產(chǎn)過(guò)程向著大型、連續(xù)和強(qiáng)化方向發(fā)展，對(duì)操作條件要求更加嚴(yán)格，參數(shù)間相互關(guān)系更加復(fù)雜，對(duì)控制系統(tǒng)的精度和功能提出許多新的要求，對(duì)能源消耗和環(huán)境污染也有明確的限制。在大多數(shù)情況下，這種簡(jiǎn)單系統(tǒng)已經(jīng)能夠滿足工藝生產(chǎn)的要求，因此，它是一種最基本的、使用最廣泛的控制系統(tǒng)。第二章 系統(tǒng)方案選擇比例積分微分調(diào)節(jié)（PID調(diào)節(jié)）PID調(diào)節(jié)器的動(dòng)作規(guī)律是 ()或 ()式中δ、TI和TD參數(shù)意義與PI、PD調(diào)節(jié)器相同。這條回路主要通過(guò)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度來(lái)調(diào)整進(jìn)入中水箱的水量。由變頻器控制增壓泵的出水量來(lái)調(diào)整進(jìn)入中水箱的水量。 液位雙水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)主要包括的對(duì)象有：中水箱、下水箱、儲(chǔ)水箱、電磁閥，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，變頻器，增壓泵和送水管道以及管道中用到的旋塞閥。要求以串級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)控制下水箱液位，以中水箱為副對(duì)象，右邊水泵直接向中水箱注水，時(shí)間常數(shù)小、時(shí)延小，控制通道短，從而可加快提高響應(yīng)速度，縮短過(guò)渡過(guò)程時(shí)間，符合副回路選擇的超前，快速、反應(yīng)靈敏等要求。 monitoring目 錄第一章 緒論 6 選題背景 6 被控對(duì)象 6 控制系統(tǒng)要求 6第二章 系統(tǒng)方案選擇 7 常見(jiàn)控制規(guī)律的類型 7 控制方案的比較選擇 7 串級(jí)控制系統(tǒng)介紹 8 串級(jí)控制整體介紹 8 主副控制對(duì)象的選擇 11 控制器的選擇 12 PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用 12 PLC的工作階段 12 PLC對(duì)輸入/輸出的處理規(guī)則 14 14 14 15第三章供配電設(shè)計(jì)及器件選型 16 主回路部分 16 控制回路的設(shè)計(jì) 18 元器件的選型 19 增壓泵的特點(diǎn)及選型 19 變頻器的特點(diǎn)及選型： 19 手動(dòng)調(diào)節(jié)閥的選型 21 熔斷器 22 斷路器 22 中間繼電器 23 轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) 24 按鈕 24 電源的選擇 24第四章 控制器的選擇及硬件設(shè)計(jì) 26 PLC的選擇 26 EM235的介紹 28 控制電路的設(shè)計(jì) 30第五章 PLC軟件設(shè)計(jì) 32 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)步驟 32 STEP7編程軟件簡(jiǎn)介 32 程序流程圖 33 33 PID初始化 34 PID運(yùn)算 34 35 梯形圖 39 39 輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 40 PID運(yùn)算 41 輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 41第五章 組態(tài)軟件 43 組態(tài)王簡(jiǎn)介 43 工程的建立 43 創(chuàng)建項(xiàng)目 44 建立趨勢(shì)曲線畫(huà)面 46 建立數(shù)據(jù)庫(kù) 47 建立組態(tài)動(dòng)畫(huà) 49 運(yùn)行調(diào)試中的問(wèn)題及解決方法 51致 謝 52參考文獻(xiàn) 53附 錄 54附錄一 程序梯形圖附錄二英文翻譯附錄三英文原文第一章 緒論A3000過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括了測(cè)試對(duì)象單元，供電系統(tǒng)，傳感器，執(zhí)行器（包括變頻器及移相調(diào)壓器），從而組成了一個(gè)只需接受外部標(biāo)準(zhǔn)控制信號(hào)的完整，獨(dú)立的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。 liquid level。本論文論述了一個(gè)基于S7200的液位——流量串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和步驟，在A3000過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上，我被控對(duì)象進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，進(jìn)行了串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行了整定，并使用了組態(tài)王開(kāi)發(fā)了監(jiān)控畫(huà)面，進(jìn)行對(duì)下位機(jī)的監(jiān)控。摘 要現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對(duì)控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)提出了新的要求，簡(jiǎn)單的單回路控制已經(jīng)難以滿足一些復(fù)雜的控制要求。串級(jí)控制系統(tǒng)把兩個(gè)單回路控制系統(tǒng)以一定的結(jié)構(gòu)形式串聯(lián)在一起，它不僅具有單回路控制系統(tǒng)的全部功能，而且還具有許多單回路控制系統(tǒng)所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：串級(jí)控制；液位；流量 ；監(jiān)控Abstract The development of modern industrial control systems to control the quality of proposed new requirements, a simple singleloop control has been difficult to meet some of the plex control requirements. Cascade control system of the two singleloop control system in series with a certain structure, it not only has the singleloop control system for all functions, but also singleloop control system has many advantages not available. This paper discusses a liquid level based on S7200 flow cascade control system design methods and procedures, process control experiment in the A3000, I am charged with a mathematical model objects, carried out the design of cascade control system , and the PID parameters tuning, and use the monitor screen King view developed to conduct surveillance on the lower puter.Keywords: Cascade control。 flow。如圖所示液位串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)。下水箱為主對(duì)象，水需要經(jīng)過(guò)中水箱才能進(jìn)入下水箱，時(shí)間常數(shù)比較大，時(shí)延大。這些設(shè)備可以構(gòu)成兩個(gè)回路：一個(gè)是由由中水箱、下水箱、儲(chǔ)水箱、變頻器、增壓泵、電磁閥、部分供水管道以及管道中用到的旋塞閥。而兩外一個(gè)回路是由中水箱、下水箱、儲(chǔ)水箱、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、增壓泵、部分供水管道以及管道中用到的旋塞閥構(gòu)成。雙水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)要求能夠較準(zhǔn)確的建立起雙水箱的數(shù)學(xué)模型，并且選擇合適的變量作為控制變量，控制下水箱液位達(dá)到設(shè)定值，并對(duì)干擾有比較快的響應(yīng)速度，能在較短的時(shí)間內(nèi)克服擾動(dòng)，達(dá)到理想的控制效果。單回路控制系統(tǒng)是過(guò)程控制中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種形式，它只用一個(gè)調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器也只有一個(gè)輸入信號(hào)，從系統(tǒng)方框圖看，只有一個(gè)閉環(huán)。但是也有另外一些情況，譬如調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性決定了它很難控制，而工藝對(duì)調(diào)節(jié)質(zhì)量的要求又很高；或者調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性雖然并不復(fù)雜，但控制的任務(wù)卻比較特殊，則單回路控制系統(tǒng)就無(wú)能為力了。為此，需要在單回路的基礎(chǔ)上，采取其它措施，組成復(fù)雜控制系統(tǒng)，而串級(jí)控制系統(tǒng)就是其中一種改善和提高控制品質(zhì)的極為有效的控制系統(tǒng)。液位的時(shí)間常數(shù)T一般很大，因此有很大的容積遲延，如果用單回路控制系統(tǒng)來(lái)控制，可能無(wú)法達(dá)到較好的控制質(zhì)量。一般情況下，流量是影響液位的主要因素，其時(shí)間常數(shù)較小，將它納入副回路進(jìn)行控制，不僅有效地克服了流量對(duì)液位造成的干擾，而且使系統(tǒng)工作頻率提高，能夠?qū)σ何粚?shí)行較快的控制。但這兩種控制方案較難用一般常規(guī)儀表來(lái)實(shí)現(xiàn)，在經(jīng)濟(jì)性和簡(jiǎn)便性上不如串級(jí)控制，一般用在其它有特殊要求的控制系統(tǒng)中，因此液位—流量的控制方案中，串級(jí)控制是一種很好的選擇。整個(gè)系統(tǒng)包括兩個(gè)控制回路，主回路和副回路。 串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程及應(yīng)用場(chǎng)合當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生時(shí)，破壞了穩(wěn)定狀態(tài)，調(diào)節(jié)器進(jìn)行工作。在串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于引入了一個(gè)副回路，不僅能及早克服進(jìn)入副回路的擾動(dòng)，而且又能改善過(guò)程特性。串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)包括它能改善了過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，提高系統(tǒng)控制質(zhì)量；能迅速克服進(jìn)入副回路的二次擾動(dòng)；能提高了系統(tǒng)的工作頻率；對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)性較強(qiáng)等等。利用串級(jí)控制系統(tǒng)存在二次回路而改善過(guò)程動(dòng)態(tài)特性，提高系統(tǒng)工作頻率，合理構(gòu)造二次回路，減小容量滯后對(duì)過(guò)程的影響，加快響應(yīng)速度。2. 用于克服被控過(guò)程的純滯后 被控過(guò)程中存在純滯后會(huì)嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，使控制系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)工藝的要求。改善控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。只要在設(shè)計(jì)時(shí)把變化劇烈幅度大的擾動(dòng)包含在副回路中，即可以大大削弱其對(duì)主被控量的影響。這會(huì)導(dǎo)致當(dāng)負(fù)載變化時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的特性發(fā)生變化，影響控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括主回路的設(shè)計(jì)、副回路的設(shè)計(jì)以及主副回路間參數(shù)的匹配這三個(gè)方面，下面進(jìn)行較為詳細(xì)的說(shuō)明：1. 主回路的設(shè)計(jì) 串級(jí)控制系統(tǒng)的主回路是定值控制，其設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)類似，設(shè)計(jì)過(guò)程可以按照簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則進(jìn)行。主要包括如何選取副被控參數(shù)、確定主、副回路的原則等問(wèn)題。 (2) 將更多的擾動(dòng)包括在副回路中。 (4) 要將被控對(duì)象具有明顯非線性或時(shí)變特性的一部分歸于副對(duì)象中。 在這里要注意(2)和(3)兩條不能單方面考慮，將更多的擾動(dòng)包括在副回路中有可能導(dǎo)致副回路的滯后過(guò)大，這就會(huì)影響到副回路的快速控制作用的發(fā)揮，因此，在實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中要兼顧(2)和(3)的綜合。主、副回路的匹配 （1) 主、副回路中包含的擾動(dòng)數(shù)量、時(shí)間常數(shù)的匹配 設(shè)計(jì)中