【正文】 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。 （3） 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)中考慮使二次回路中應(yīng)盡可能包含較多的擾動(dòng)，同時(shí)也要注意主、副回路擾動(dòng)數(shù)量的匹配問(wèn)題。如果所有的擾動(dòng)都包括在副回路中，主調(diào)節(jié)器也就失去了控制作用。比值過(guò)高，即副回路的時(shí)間常數(shù)較主回路的時(shí)間常數(shù)小得太多，副回路反應(yīng)靈敏，控制作用快，但副回路中包含的擾動(dòng)數(shù)量過(guò)少，對(duì)于改善系統(tǒng)的控制性能不利；比值過(guò)低，副回路的時(shí)間常數(shù)接近主回路的時(shí)間常數(shù)，甚至大于主回路的時(shí)間常數(shù)，副回路雖然對(duì)改善被控過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性有益，但是副回路的控制作用缺乏快速性，不能及時(shí)有效地克服擾動(dòng)對(duì)被控量的影響。 2) 主、副調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律的匹配、選擇 在串級(jí)控制系統(tǒng)中，主、副調(diào)節(jié)器的作用是不同的。系統(tǒng)對(duì)二個(gè)回路的要求有所不同。如果引入 I 控制，會(huì)延長(zhǎng)控制過(guò)程，減弱副回路的快速控制作用；也沒(méi)有必要引入 D控制，因?yàn)楦被芈凡捎?P控制已經(jīng)起到了快速控制作用，引入D控制會(huì)使調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作過(guò)大，不利于整個(gè)系統(tǒng)的控制。串級(jí)控制系統(tǒng)有兩個(gè)回路，主、副調(diào)節(jié)器作用方式的確定原則是要保證兩個(gè)回路均為負(fù)反饋。各環(huán)節(jié)放大系數(shù)極性的正負(fù)是這樣規(guī)定的：對(duì)于調(diào)節(jié)器 ，當(dāng)測(cè)量值增加，調(diào)節(jié)器的輸出也增加，則為負(fù)值（即正作用調(diào)節(jié)器）；反之，為正（即反作用調(diào)節(jié)器）。則為正，氣關(guān)為負(fù)。，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。 擴(kuò)充臨界比例度法實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)法調(diào)整PID參數(shù)的方法中較常用的是擴(kuò)充臨界比例度法,其最大的優(yōu)點(diǎn)是，參數(shù)的整定不依賴受控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，直接在現(xiàn)場(chǎng)整定、簡(jiǎn)單易行。擴(kuò)充比例度法適用于有自平衡特性的受控對(duì)象，是對(duì)連續(xù)時(shí)間PID控制器參數(shù)整定的臨界比例度法的擴(kuò)充。一般說(shuō)應(yīng)小于受控對(duì)象純延遲時(shí)間的十分之一。這時(shí)去掉積分作用和微分作用，將控制選擇為純比例控制器，構(gòu)成閉環(huán)運(yùn)行。（3）（4）根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果設(shè)置調(diào)節(jié)器的參數(shù)值。 三菱FX2系列PLC中PID指令的使用比例積分微分指令即PID指令其指令格式如下：FNC88 PID 操作數(shù)：[S1]、[S2]、[S3][D]：全部用數(shù)據(jù)寄存器D。[S2]：存放當(dāng)前值（PV）的地址。[S3]：指定存放控制回路參數(shù)值的首地址，共占用25個(gè)數(shù)據(jù)寄存器，其選用范圍為D0D75，各元件存放的參數(shù)如下：[S3]：采樣時(shí)間（），取值范圍為132767（ms）。BIT1：0為無(wú)輸入變化量報(bào)警，1為輸入變化量報(bào)警有效。[S3]+2：輸入濾波常數(shù)，099%。[S3]+4：積分時(shí)間常數(shù)（），032767（*100ms），為0和時(shí)無(wú)積分。[S3]+6：微分時(shí)間常數(shù)（），032767（*100ms），為0時(shí)無(wú)微分。[S3]+20：輸入變化量（增方）報(bào)警設(shè)定值，032767。[S3]+22：輸出變化量（增方）報(bào)警設(shè)定值，032767。[S3]+24：報(bào)警輸出 BIT0輸入變化量（增方）超出。 BIT2輸出變化量（增方）超出。PID指令用的算術(shù)表達(dá)式為： 輸出值上式中表示誤差。當(dāng)X0=ON時(shí)執(zhí)行PID指令，把PID控制回路的設(shè)定值存放在D100D124這25個(gè)數(shù)據(jù)寄存器中，對(duì)[S2]的當(dāng)前值（D1）和（S1）的設(shè)定值（D0）進(jìn)行比較，通過(guò)PID回路處理數(shù)值之間的偏差后計(jì)算出一個(gè)調(diào)節(jié)值，此調(diào)節(jié)值存入目標(biāo)操作數(shù)D150中。偏差(e)是設(shè)定值(SP)和過(guò)程變量(PV)的差。輸出=比例項(xiàng)+積分項(xiàng)+微分項(xiàng)其中： 是作為時(shí)間函數(shù)的回路輸出是回路增益是回路誤差(設(shè)定值和過(guò)程變量之間的差)是回路輸出的初始值為了能讓數(shù)字計(jì)算機(jī)處理這個(gè)控制算式，連續(xù)算式必須離散化為周期采樣偏差算式，才能用來(lái)計(jì)算輸出值。 + 積分項(xiàng)微分項(xiàng)是當(dāng)前采樣和前一次采樣的函數(shù)，比例項(xiàng)僅是當(dāng)前采樣的函數(shù)。由于計(jì)算機(jī)從第一次采樣開(kāi)始，每有一個(gè)偏差采樣值必須計(jì)算一次輸出值，只需要保存偏差前值和積分項(xiàng)前值。簡(jiǎn)化算式是：輸出=比例項(xiàng)+積分項(xiàng)+微分項(xiàng)。下面的算式可以用于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)定值或過(guò)程變量值：其中： 是現(xiàn)實(shí)世界數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)數(shù)值表達(dá)式。跨度是最大可能值減去最小可能值：對(duì)于單極性數(shù)值(典型值)為32,000。二、回路輸出值轉(zhuǎn)換成刻度整數(shù)值回路輸出值一般是控制變量，比如，在汽車(chē)速度控制中，可以是油閥開(kāi)度的設(shè)置。這一過(guò)程，是將PV和SP轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)值的逆過(guò)程。因此回路表中的這些變量只能被PID指令讀而不能被改寫(xiě)。當(dāng)輸出由手動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)镻ID(自動(dòng))控制時(shí)，回路表中的輸出值可以用來(lái)初始化輸出值。這個(gè)更新了的值用作下一次PID運(yùn)算的輸入，當(dāng)計(jì)算輸出值超過(guò)范圍()，那么積分項(xiàng)前值必須根據(jù)下列公式進(jìn)行調(diào)整：當(dāng)計(jì)算輸出或當(dāng)計(jì)算輸出其中：是調(diào)整過(guò)的偏差的數(shù)值；是在采樣時(shí)間n時(shí)回路輸出的比例項(xiàng)的數(shù)值；是在采樣時(shí)間n時(shí)回路輸出的微分項(xiàng)的數(shù)值；是在采樣時(shí)間n時(shí)回路輸出的數(shù)值；這樣調(diào)整積分前值，一旦輸出回到范圍后，可以提高系統(tǒng)的響應(yīng)性能。把積分項(xiàng)前值寫(xiě)入回路表，以備在下次PID運(yùn)算中使用。在實(shí)際運(yùn)用中，這樣做的目的是找到由于積分項(xiàng)前值引起的問(wèn)題。 4 控制方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)單相泵正常運(yùn)行，打開(kāi)閥1和閥2，打開(kāi)上水箱的出水閥，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥以一定的開(kāi)度來(lái)控制進(jìn)入水箱的水流量，調(diào)節(jié)手段是通過(guò)將壓力變送器檢測(cè)到的電信號(hào)送入PLC中，經(jīng)過(guò)A/D變換成數(shù)字信號(hào)，送入數(shù)字PID調(diào)節(jié)器中，經(jīng)PID算法后將控制量經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換成與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)送入電動(dòng)調(diào)節(jié)閥中控制通道中的水流量。經(jīng)過(guò)運(yùn)算后即輸出控制信號(hào)給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，使其開(kāi)度增大，以使通道里的水流量變大，增加水箱里的儲(chǔ)水量，液位升高。水箱的液位經(jīng)過(guò)壓力變送器檢測(cè)轉(zhuǎn)換成相關(guān)的電信號(hào)輸入到PLC的輸入接口，再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成控制量PV，給定值SP與控制量PV經(jīng)過(guò)PLC的CPU的減法運(yùn)算成了偏差信號(hào)e ,又輸入到PID調(diào)節(jié)器中，又開(kāi)始了新的調(diào)節(jié)。，該系統(tǒng)中，上水箱液位作為副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)對(duì)象，下水箱液位作為主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)對(duì)象。主回路和副回路結(jié)合有效地抑制環(huán)境的擾動(dòng)。它有兩個(gè)PID回路，分別是PID1和PID2。 硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)包括檢測(cè)單元、執(zhí)行單元和控制單元的設(shè)計(jì)，他們互相聯(lián)系，組成一個(gè)完整的系統(tǒng)。液位是指密封容器或開(kāi)口容器中液位的高低，通過(guò)液位測(cè)量可知道容器中的原料、半成品或成品的數(shù)量，以便調(diào)節(jié)流入流出容器的物料，使之達(dá)到物料的平衡，從而保證生產(chǎn)過(guò)程順利進(jìn)行。液位變送器分為浮力式、靜壓力式、電容式、應(yīng)變式、超聲波式、激光式、放射性式等。執(zhí)行單元是構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)不可缺少的重要組成環(huán)節(jié)，它接受來(lái)自調(diào)節(jié)單元的輸出信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成直角位移或轉(zhuǎn)角位移，以改變調(diào)節(jié)閥的流通面積，從而控制流入或流出被控過(guò)程的物料或能量實(shí)現(xiàn)過(guò)程參數(shù)的自動(dòng)控制。執(zhí)行機(jī)構(gòu)首先將來(lái)自調(diào)節(jié)器的信號(hào)轉(zhuǎn)變成推力或位移，對(duì)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推力或位移，改變調(diào)節(jié)閥的閥芯或閥座間的流通面積，以達(dá)到最終調(diào)節(jié)被控介質(zhì)的目的。當(dāng)位置反饋信號(hào)與輸入信號(hào)相等時(shí)，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，調(diào)節(jié)閥處于某一開(kāi)度。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成框圖。當(dāng)Ii=If時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)閥處于某一開(kāi)度，即Q=KIi，式中Q為輸出軸的轉(zhuǎn)角，K為比例常數(shù)?？刂茊卧钦麄€(gè)系統(tǒng)的心臟。系統(tǒng)應(yīng)用的是三菱FX2系列的PLC，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用靈活且易于維護(hù)?，F(xiàn)在以上水箱的液位控制系統(tǒng)為例。在輸入的偏差信號(hào)為階躍信號(hào)。比例調(diào)節(jié)器（a）（b） 比例調(diào)節(jié)器的實(shí)驗(yàn)特性圖000 上水箱液位比例積分調(diào)節(jié)我們得到了PI調(diào)節(jié)器的實(shí)驗(yàn)的變化曲線圖。當(dāng)輸入信號(hào)為階躍號(hào)時(shí)， 所示?；赑LC的液位控制系統(tǒng)能讓我們?cè)谏钪杏龅奖容^危險(xiǎn)的場(chǎng)合中變得安全化、智能化。但本論文有許多不足之處，在PLC的編程方面做得不夠理想，希望大家指正。李老師多次詢問(wèn)研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開(kāi)拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。對(duì)李老師的感激之情是無(wú)法用言語(yǔ)表達(dá)的。他們細(xì)心指導(dǎo)我的學(xué)習(xí)與研究，在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]王樹(shù)青編著，《工業(yè)過(guò)程控制工程》，化學(xué)工業(yè)出版社，北京，2002[2]施仁、劉文江、鄭輯先編著，《自動(dòng)儀表與過(guò)程控制》，電子工業(yè)出版社，北京1995[3]邵裕森編著，《過(guò)程控制及儀表》，上海交通大學(xué)出版社，上海，1997[4]王永初編著，《自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)》，機(jī)械工業(yè)出版社，北京，1983年[5]黃俊飲編著，《靜、動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的實(shí)用建模過(guò)程》，機(jī)械工業(yè)出版社，北京，1988[6]金以慧編著，《過(guò)程控制》，青華大學(xué)出版社，北京，1993年[7]帥克寬等編著，《過(guò)程參數(shù)檢測(cè)》，中國(guó)計(jì)量出版社，北京，1990[8]尹宏業(yè)編著，《可編程控制器應(yīng)用》，航天出版社，北京，1998[9]吳麗編著，《電氣控制與PLC實(shí)用教程》，黃河水利出版社，河南，2005[10]顧戰(zhàn)松編著，《可編程控制器原理及應(yīng)用》，國(guó)防工業(yè)出版社，北京，1996[11]尤田涑編著，《參數(shù)檢測(cè)與過(guò)程控制》，浙江大學(xué)出版社，浙江，1997