【正文】 基本圖形元素及動畫構(gòu)件庫，在用戶窗口內(nèi)組合成各種復(fù)雜的畫面。 完善菜單按鈕功能： 包括對菜單命令、監(jiān)控器件、操作按鈕的功能組態(tài)；實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)、各種曲線、數(shù)據(jù)報表、報警信息輸出等功能；建立工程安全機(jī)制等。 連接設(shè)備驅(qū)動程序： 選定與設(shè)備相匹配的設(shè)備構(gòu)件，連接設(shè)備通道，確定數(shù)據(jù)變量的數(shù)據(jù)處理方式，完成設(shè)備屬性的設(shè)置。 工程完工綜合測試： 最后測試工程各部分的工作情況，完 成整個工程的組態(tài)工作，實施工程交接。 采用智能型電動調(diào)節(jié)閥，用來進(jìn)行控制回路流量的調(diào)節(jié) 。 圖 常規(guī)儀表側(cè)控制對象總貌圖 電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級控制 5 制作工程畫面 工程建立 進(jìn)入 MCGS組態(tài)環(huán)境。 工 程需存放在 MCGS子目錄 WORK的目錄下，否則工程無法運行。如圖 。 （ 1）添加對象元件，如下圖所示： 圖 對象元件庫管理圖 （ 2）添加按鈕構(gòu)建，如圖 ： 電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級控制 6 圖 標(biāo)準(zhǔn)按鈕構(gòu)建屬性設(shè)置圖 （ 3）添加實時曲線構(gòu)建，并設(shè)置其屬性，如下圖所示： 圖 實時曲線構(gòu)建屬性設(shè)置圖 （ 4）整體畫面 最后生成的畫面如圖所示： 電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級控制 7 圖 工程效果圖 然后，一定要檢查組態(tài)設(shè)備是否正確。 構(gòu)建實時數(shù)據(jù)庫 在實時數(shù)據(jù)庫中，至少添加三個點，屬性為數(shù)值型，分別是盤管出口溫度、鍋爐內(nèi)膽溫度和控制電加熱絲功率的控制量。打開設(shè)備工具箱，將 OPC設(shè)備添加到設(shè)備組態(tài)窗口中，如圖 圖 添加設(shè)備 添加完設(shè)備以后還要進(jìn)行設(shè)備屬性的修改，使得能夠與計算機(jī)有很好的進(jìn)行通訊。 圖 設(shè)備屬性設(shè)置 1 圖 設(shè)備屬性設(shè)置 2 運行策略 經(jīng)各個部分組態(tài)配置生成的組態(tài)工程，只是一個順序執(zhí)行的監(jiān)控系統(tǒng)，不能對系統(tǒng)的運行流程進(jìn)行自由控制，這只能適應(yīng)簡單工程項目的需要。為此， MCGS 引入運行策略的概念，用以解決上述問題。MCGS 為用戶提供了進(jìn)行策略組態(tài)的專用窗口和工具箱。 一個應(yīng)用系統(tǒng)有三個固定的運行策略：啟動策略、循環(huán)策略和退出策略。如圖 。運行后，在界面中點擊“實驗二十一、盤管出口水溫滯后控制實驗”，如圖 所示。 圖 進(jìn)入運行環(huán)境 電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級控制 10 第三章 鍋爐盤管出口溫度 建模 對于本文中的過程控制實驗室鍋爐盤管出口溫度滯后系統(tǒng)，需要建立其模型。凡是用模型描述系統(tǒng)的因果關(guān)系或相互關(guān)系的過程都屬于建模。 建模的概念 建模，就是 建立被控對象的數(shù)學(xué)模型。對于同一個實際系統(tǒng)，人們可以根據(jù)不同的用途和目的建立不同的模型。 要有先驗知識 在建模中，被控對象內(nèi)部所進(jìn)行的物理、化學(xué)過程符合已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的許多定理、原理及模型。 試驗數(shù)據(jù) 過程的信息也能通過對對象的試驗與測量而獲得。 建模步驟 1) 明確建模目的和驗前知識：目的不同，對模型的精度和形式要求不同； 事先對系統(tǒng)的了解程度。 3) 確定模型結(jié)構(gòu)：選擇一種適當(dāng)?shù)哪Ｐ徒Y(jié)構(gòu)。 5) 模型校驗：驗證模型的有效性 建模方法 過程系統(tǒng)建模方法有機(jī)理法和測試法等。 測試法，是根據(jù)工業(yè)過程的輸入和輸出的實測數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理后得到的模型。 階躍響應(yīng)曲線能形象、直觀地描述被控過程得動態(tài)特性。求出被控過程輸入量與輸出量之間的動態(tài)數(shù)學(xué)關(guān)系 —— 傳遞函數(shù)。過小，激勵弱，可能響應(yīng)信號被其他干擾所淹沒，是測試結(jié)果不可靠。 ②試驗開始前確保被控對象處于某一選定的穩(wěn)定工況，并且在其期間避免其他 偶然性的擾動。 ④多次測試。同樣條件下多次測試減少干擾因素的影響。如果忽略熱水在盤管內(nèi)流動時的熱損耗，則可近似地把盤管視為一階帶 純滯后環(huán)節(jié)。 方法二：先測出控制量到盤管的溫度模型 G1(s)，再測出控制量到鍋爐內(nèi)膽的模型 G2（ s） ，如圖 所示，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中盤管與鍋爐內(nèi)膽是串接的。本文采用是正是這個方法。等水溢出后，確認(rèn)管路連接好以后將閥門 F1 F1 F1 F113 全開，其余閥門關(guān)閉，形成一個循環(huán)水的過程系統(tǒng)。 本文采用的是數(shù)據(jù)采集卡控制： 1． 首先確?！?AT4數(shù)據(jù)采集卡控制” 、“ AT1智能儀表控制”掛件的通信接口連接到計算機(jī)串口，將二者的電源輸入 L、 N 端與單相 I 電源 L、 N 端對應(yīng)連接。 3. 管路、閥門、接線檢查無誤后接通總電源開關(guān)，打開 24V 電源開關(guān)、電動調(diào)節(jié)閥開關(guān)、溫控模塊開關(guān)、單相 I 開關(guān)，將磁力泵開關(guān)打到手動位置。 5. 設(shè)置一個合適的給定值（ 5%15%的階躍設(shè)定值）。 6. 進(jìn)入運行界面，記住開始的確切時間，并觀察盤管和鍋爐內(nèi)膽的溫度值的變化，直至穩(wěn)定不發(fā)生變化時，再記下其結(jié)束時間， 退出運行環(huán)境。設(shè)采樣時間為二分鐘， 求出每二分鐘內(nèi)各取盤管和鍋爐內(nèi)膽溫度的平均值，二者各 65組數(shù)據(jù)，并作為 Matlab 仿真的數(shù)據(jù)，繪制成一記錄表，因本文篇幅所限只列出了從初始時間零到時間 70的數(shù)據(jù)。 初始時間下盤管溫度： ℃ ，鍋爐內(nèi)膽溫度： ℃。 圖 展示的是去掉初始值的鍋爐內(nèi)膽的階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)。 電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級控制 13 0 20 40 60 80 100 120 1400123456t i m e ( m i n )y1 圖 內(nèi)膽的階躍響應(yīng)數(shù)據(jù) 0 20 40 60 80 100 120 14020212223242526t i m e ( m i n )y 圖 實際測得的內(nèi)膽階躍響應(yīng)數(shù)據(jù) 圖 。 0 20 40 60 80 100 120 1400123456t i m e ( m i n )y1 圖 盤管的階躍響應(yīng) 電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級控制 14 0 20 40 60 80 100 120 14018192021222324t i m e ( m i n )y 圖 實際測得的盤管階躍響應(yīng)數(shù)據(jù) 電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級控制 15 表 實時溫度數(shù)據(jù) 鍋爐內(nèi)膽 盤管 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 時間（ min） 溫度（℃） 電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級控制 16 3. 7 模型參數(shù)的確定 因為盤管、鍋爐內(nèi)膽的對象均具有滯后特性，所以所得的傳遞函數(shù)可以定為 G(s)= ? ? ? ?1 sKG s eTs ??? ? , τ為對象的滯后時間， T為對象的時間常數(shù)， K為靜態(tài)放大系數(shù)。用 作圖法確定參數(shù) T、 τ ，簡單，但誤差大，適用于 PID參數(shù)的工程整定 。 0( ) (0)yyK x??? （ ） ()y? =， (0)y =， 0x =10%，則 %K ?? =58。 選取兩個不同時刻 t1和 t2， t2 t1τ ,帶入公式 ? ? ? ?? ?120 1 2 10211tTtTy t e t ty t e?????????? ? ? ? ??????? （ ） 兩邊取對數(shù)： ? ?? ?101202ln 1ln 1t ytTt ytT?????? ??? ? ?????? ????? ? ????? （ ） 聯(lián)解得： ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?210 1 0 22 0 1 1 0 20 1 0 2l n 1 l n 1l n 1 l n 1l n 1 l n 1ttTy t y tt y t t y ty t y t??????? ?? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ??? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ??? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? （ ） 電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級控制 17 本文選取的分別是 14: 15:00時刻下的盤管溫度數(shù)值 、 t1和 t2，帶入公式 4 45中，算出 T=63,τ =5。 鍋爐內(nèi)膽的靜態(tài)放大系數(shù) K由公式 K=62。 模型校驗 通過 參數(shù)估計 得到的模型，雖然按某種準(zhǔn)則在選定的模型類中是最好的，但是并不一定能達(dá)到建模的目的，所以還必須進(jìn)行 模型 檢驗。 在系統(tǒng)輸入 u分別作用在系統(tǒng)、模型的 情況下 ， 將 系統(tǒng)輸出 y與模型的輸出 ym互為比較，若兩者并無太大差別， 模型的輸出 ym可近似 為 y系統(tǒng)輸出 來進(jìn)行實 驗等其他環(huán)節(jié)。 式中 x為輸出量， y 為被測物理量 。 圖 、 Matlab 軟件繪的 : 0 20 40 60 80 100 120 1400123456t i m e ( m i n )y1 圖 鍋爐內(nèi)膽的溫度模型 電加熱鍋爐盤管出口溫度的串級控制 18 0 20 40 60 80 100 120 1400123456t i m e ( m i n )y1 圖 盤管溫度模型 圖 反映 了 這些離散點的一般趨勢， 沒有 出現(xiàn) 過大的 局部波動 ，擬合效果較好。在控制要求不太苛刻的情況下，本文 分別采用單回路 PID控制、串級 PID控制以及串級結(jié)合 Smith預(yù)估補(bǔ)償?shù)姆椒ǎM(jìn)行研究與仿真， 針對該系統(tǒng)選用可行的控制方案 。本方案的控制量為盤管出水口水溫 T，而控制量是鍋爐內(nèi)膽的水溫，將盤管出口鉑電阻檢測到的溫度信號 TT5 作為反饋信號，在與給定量比較后的差值通過調(diào)節(jié)器控制單相調(diào)壓模塊的輸出電壓，以控制單相電加 熱管的加熱強(qiáng)度，同時用供水系統(tǒng)以固定的頻率把鍋爐內(nèi)膽的熱水恒速輸送到盤管，再流回鍋爐內(nèi)膽。為了獲得滿意的控制效果，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應(yīng)選擇 PID 控制，并且 PID 調(diào)節(jié)器的比例度δ和積分時間常數(shù) TI應(yīng)設(shè)的比較大 [7]。為了改善系統(tǒng)品 質(zhì)，采用串級