【正文】 位控制系統(tǒng)它使我們的生活、生產(chǎn)都帶來了不可想象的變化。在我國隨著社會的發(fā)展，很早就實行了自動控制。還在黃河治水中也的到了利用，通過液位控制系統(tǒng)檢測黃河的水位的高低，以免由于黃河水位的過高而在不了解的情況下，給我們?nèi)嗣駧砩ｋU和財產(chǎn)損失。二、在液位控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥是否與所控制的液體發(fā)生化學反應等，直接的影響到控制結(jié)果。四、調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，一個系統(tǒng)有了好的方案，但是如果參數(shù)整定錯誤那也是功虧一簣。 三菱PLC控制系統(tǒng)FX2系列PLC是三菱電機公司1991年繼F、FF2系列之后推出的產(chǎn)品，是目前運行速度最快的小型PLC之一。外存接口其他接口中央處理器CPUROMRAM編輯器CPROMEPROMRAM其他設備計算機A/D D/A輸入接口光電耦合輸出接口繼電器或晶體管 PLC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”。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。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，產(chǎn)生相應的控制信號，去起閉有關(guān)控制電路。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。I/O模塊將外部輸入信號變換成CPU能接受的信號，或?qū)PU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。輸出方式有三種：繼電器方式、晶體管方式和晶閘管方式。 過程建模過程控制系統(tǒng)的品質(zhì)，是由組成系統(tǒng)的過程和過程檢測控制儀表各環(huán)節(jié)的特性和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)所決定。所以，建立過程的數(shù)學模型，對實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化有著十分重要的意義。 一階單容上水箱對象特性所謂單容過程，是指只有一個貯蓄容量的過程。一、自衡過程的建摸所謂自衡過程，是指過程在擾動作用下，其平衡狀態(tài)被破壞后，不需要操作人員或儀表等干預，依靠起自身重新恢復平衡的過程。其流出量為，它取決于用戶的需要改變閥2開度可以改變。1h12（a）Xhtt00根據(jù)動態(tài)物料平衡關(guān)系有 （21）將公式（21）表示成增量式為 （22）式中： 、——分別表示為偏離某一平衡狀態(tài)、的增量；A——貯蓄截面積。由流體力學可知，流體在紊流情況下，液位h與流量之間為非線形關(guān)系。為了求單容過程的數(shù)學模型，需消去中間變量。這里，介紹后一種方法。 單容液位過程的傳遞函數(shù)為 （24）式中：——過程的時間常數(shù)，；——過程的放大系數(shù)，； C——過程的容量系數(shù)，或稱過程容量。其物理意義:是：引起單位被控量變化時被控過程貯存兩變化的大小。從上述分析可知，液阻不但影響過程的時間常數(shù)，而且還影響過程的放大系數(shù)，而容量系數(shù)C僅影響過程的時間常數(shù)。如皮帶運輸機的物料傳輸過程，管道輸送、管道反應和管道的混合過程等。當進水閥開度產(chǎn)生擾動后，需要流經(jīng)管道長度為l的傳輸時間后才流入貯罐，才使液位h發(fā)生變化。具有純時延單容過程的微分方程和傳遞函數(shù)為 （25）式中：——過程的時間常數(shù)，； ——過程的放大系數(shù)，； ——過程的純時延時間。介紹其建模方法。這樣，其流出量與液位h無關(guān)。由于流出量是不變的，所以貯罐液位或等速上升直至液體溢出，或者等速下降直至液位被抽干。 過程的傳遞函數(shù)為 （27）式中：——過程的積分時間常數(shù)。現(xiàn)在，以具有自衡能力的雙容過程為例，來討論其建立數(shù)學模型的方法。其被控量是第二只水箱的液位，輸入量為與上述分析方法相同，根據(jù)物料平衡關(guān)系可以列出下列方程 （29）為了消去雙容過程的中間變量、將上述方程組進行拉氏變換。，被控量的響應曲線。即多容過程對于擾動的響應在時間上存在時延，被稱為容量時延。容量時延可用作圖法求得，即通過響應曲線的拐點D作切線，與時間 無自衡能力的雙容過程ttt軸相交與A，與相交與C，C點在時間軸上的投影B，OA即為容量時延時間，AB即為過程的時間常數(shù)T。產(chǎn)生階躍變化時，液位并不立即以最大的速度變化，由于中間具有容積和阻力。同上所述，所示過程的數(shù)學模型為 （210）式中：——過程積分時間常數(shù)， ；T——第一只水箱的時間常數(shù)。PID控制的原理和特點工程實際中，應用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應用PID控制技術(shù)最為方便。PID控制，實際中也有PI和PD控制。（1）比例（P）控制比例控制是一種最簡單的控制方式。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steadystate error）。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steadystate Error）。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。因此，比例+積分（PI）控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分（PD）控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。這種閥門開度與被調(diào)參數(shù)的偏差成比例的調(diào)節(jié)規(guī)律，稱為比例調(diào)節(jié)。如果用一個數(shù)學式來表示比例調(diào)節(jié)作用，可寫成： （31）式中 ——調(diào)節(jié)器的輸出變化值； ——調(diào)節(jié)器的輸入，即偏差； ——比例調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)。比例調(diào)節(jié)作用雖然及時、作用強，但是有余差存在，被調(diào)參數(shù)不能完全回復到給定值，調(diào)節(jié)精度不高，所以有時稱比例調(diào)節(jié)為“粗調(diào)”。對于工藝條件要求較高余差不允許存在的情況下，比例作用調(diào)節(jié)器不能滿足要求了，克服余差的辦法是引入積分調(diào)節(jié)。而且比例度不僅影響比例部分，也影響積分部分，使總的輸出既具有調(diào)節(jié)及時、克服偏差有力的特點，又具有克服余差的性能。但是，積分時間太小，積分作用就太強，過程振蕩劇烈，穩(wěn)定程度低；積分時間太大，積分作用不明顯，余差消除就很慢。微分調(diào)節(jié)的作用主要是用來克服被調(diào)參數(shù)的容量滯后。比如當看到偏差變化很大時，就估計到即將出現(xiàn)很大的偏差而過量地打開（關(guān)閉）調(diào)節(jié)閥，以克服這個預計的偏差，這種根據(jù)偏差變化速度提前采取的行動，意味著有“超前”作用，因而能比較有效地改善容量滯后比較大的調(diào)節(jié)對象的調(diào)節(jié)質(zhì)量。從上式可知，偏差變化的速度越大，微分時間越長，則調(diào)節(jié)器的輸出變化就越大。由于實際微分器的比例度不能改變，固定為100%，微分作用也只在參數(shù)變化時才出現(xiàn)，所以實際微分器也不能單獨使用。比例積分微分調(diào)節(jié)又稱PID調(diào)節(jié)，它可由下式表示： （34）PID調(diào)節(jié)中，有三個調(diào)節(jié)參數(shù)，就是比例度P、積分時間、微分時間。由分析可知，PID三作用調(diào)節(jié)質(zhì)量最好，PI調(diào)節(jié)第二，PD調(diào)節(jié)有余差。 串級控制隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，對于某些比較復雜的過程或者生產(chǎn)工藝、經(jīng)濟效益、安全運行、環(huán)境保護等要求更高的場合，單回路控制系統(tǒng)往往不能滿足其需求。串級控制系統(tǒng)采用兩套檢測變送器和兩個調(diào)節(jié)器，前一個調(diào)節(jié)器的輸出作為后一個調(diào)節(jié)器的設定，后一個調(diào)節(jié)器的輸出送往調(diào)節(jié)閥。整個系統(tǒng)包括兩個控制回路，主回路和副回路。一次擾動：作用在主被控過程上的，而不包括在副回路范圍內(nèi)的擾動。在串級控制系統(tǒng)中，由于引入了一個副回路，不僅能及早克服進入副回路的擾動，而且又能改善過程特性。其特點有以下幾點：一、改善了過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)控制質(zhì)量。三、提高了系統(tǒng)的工作頻率。（1） 主回路的設計 串級控制系統(tǒng)的主回路是定值控制，其設計單回路控制系統(tǒng)的設計類似，設計過程可以按照簡單控制系統(tǒng)設計原則進行。主要包括如何選取副被控參數(shù)、確定主、副回路的原則等問題。 歸納如下。 (2) 將更多的擾動包括在副回路中。 (4) 要將被控對象具有明顯非線性或時變特性的一部分歸于副對象中。 在這里要注意(2)和(3)存在明顯的矛盾，將更多的擾動包括在副回路中有可能導致副回路的滯后過大，這就會影響到副回路的快速控制作用的發(fā)揮，因此，在實際系統(tǒng)的設計中要兼顧(2)和(3)的綜合。 （3） 主、副回路的匹配 1) 主、副回路中包含的擾動數(shù)量、時間常數(shù)的匹配 設計中考慮使二次回路中應盡可能包含較多的擾動，同時也要注意主、副回路擾動數(shù)量的匹