基于ADAM4000控制系統(tǒng)的A3000高級(jí)復(fù)雜實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基于ADAM4000控制系統(tǒng)的A3000高級(jí)復(fù)雜實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)(版本1.0)用戶文件編號(hào)：A3000DH033北京華晟高科教學(xué)儀器有限公司編制前 言基于ADAM4000控制系統(tǒng)的A3000高級(jí)復(fù)雜實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)是根據(jù)A3000過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容編寫的，包括了如下內(nèi)容：1、計(jì)算機(jī)一般控制實(shí)驗(yàn)。2、復(fù)雜控制實(shí)驗(yàn)。3、高等控制實(shí)驗(yàn)。為了更容易理解算法本身，所以選擇最簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)ADAM4000，算法在組態(tài)軟件中實(shí)現(xiàn)。同時(shí)所有程序都可以在仿真系統(tǒng)上驗(yàn)證。參考公司產(chǎn)品A3000SIMU相關(guān)文件。除了復(fù)雜控制實(shí)驗(yàn)之外，其他實(shí)驗(yàn)的對(duì)象操作過程比較簡(jiǎn)單，所以不介紹操作步驟。本培訓(xùn)書缺點(diǎn)

2、和錯(cuò)誤在所難免，敬請(qǐng)各位專家、院校師生和廣大讀者批評(píng)指正。申明：本培訓(xùn)書內(nèi)容只適合華晟高科A3000教學(xué)實(shí)驗(yàn)。范例和文檔內(nèi)容只用于提供信息，對(duì)本書不承擔(dān)任何保證。北京華晟高科教學(xué)儀器有限公司 二零零八年二月目 錄專心-專注-專業(yè)第一章 計(jì)算機(jī)控制一般性實(shí)驗(yàn)為了方便控制，所以計(jì)算機(jī)控制一般性實(shí)驗(yàn)和復(fù)雜控制將在ADAM4000上實(shí)現(xiàn)。1.1數(shù)字程序控制實(shí)驗(yàn)1.1.1工藝過程描述模擬一個(gè)純凈水處理過程。水在經(jīng)過反滲透之前，兩個(gè)水泵向精濾膜供水。由于水中雜質(zhì)比較多，在一定時(shí)間后，精濾膜的透過流量變小。48小時(shí)之后，精濾膜需要進(jìn)行反沖洗。但是向反滲透供水的工作不能停止。一般采用如下數(shù)字程序控制。我們模擬

3、這個(gè)過程，但是時(shí)間大大縮短。時(shí)間2.4分=144秒1.2分=72秒1.2分=72秒A泵流量1立方/小時(shí)，33%0.5立方/小時(shí)，16.5%停止，進(jìn)行反沖洗B泵流量停止，進(jìn)行反沖洗0.5立方/小時(shí)1立方/小時(shí)控制流程圖如圖1.1.1所示。圖1.1.1 程序控制流量流程圖1.1.2 算法實(shí)現(xiàn)和關(guān)鍵操作步驟采用PID控制。兩個(gè)PID，但是程序控制其給定值。界面如圖所示。程序代碼如下：/1000毫秒執(zhí)行一次。中間變量1=中間變量1+1;if(中間變量1>400)中間變量1=0;/輸入PID0_PV=AI0;PID1_PV=AI1;if(PID0_SP=0)AO0=0;elseAO0=PID0_M

4、V;if(PID1_SP=0)AO1=0;elseAO1=PID1_MV;if(中間變量1>=0 && 中間變量1<=100) PID0_SP=33; PID1_SP=0;if(中間變量1>100 && 中間變量1<=200) PID0_SP=16.5; PID1_SP=16.5;if(中間變量1>300 && 中間變量1<=400) PID0_SP=0; PID1_SP=33;注意開啟兩個(gè)水泵，兩個(gè)流量控制。一支路使用調(diào)節(jié)閥，一支路使用變頻器。1.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及記錄控制曲線如圖1.1.2所示。多個(gè)值的控制

5、曲線繪制在同一個(gè)圖上。1.2 數(shù)字濾波技術(shù)、標(biāo)度變換、非線性校正實(shí)驗(yàn)1.2.1工藝過程描述數(shù)字濾波技術(shù)、標(biāo)度變換、非線性校正實(shí)驗(yàn)就是單容下水箱液位控制，流程圖如圖1.2.1所示。圖1.2.1 數(shù)字濾波技術(shù)和非線性校正實(shí)驗(yàn)1.2.2 算法實(shí)現(xiàn)和關(guān)鍵操作步驟由于液位具有波動(dòng)，所以數(shù)據(jù)不是非常穩(wěn)定，采用數(shù)字濾波技術(shù)采用，進(jìn)行濾波。濾波算法：PV過濾=PV舊值*0.9+PV新值*0.1。由于ADAM4000內(nèi)部已經(jīng)有了濾波，所以效果不如使用PCI1711好。標(biāo)度變換，使用線性算法，把4-20毫安轉(zhuǎn)換成0-25厘米。非線性校正則考慮到水箱的出口流量和液位高度的開方成正比。所以采取開方算法，把輸入的過程值

6、直接校正，隨輸出流量成為線性。/工程量尺度變換float a;a=(AI0-4.0)*25.0/16.0;/數(shù)字濾波中間變量1=中間變量1*數(shù)字濾波加權(quán)系數(shù)+a*(1-數(shù)字濾波加權(quán)系數(shù));/同時(shí)對(duì)給定值和輸入值校正給定值1=Sqrt(中間變量2);測(cè)量值1=Sqrt(中間變量1);/輸出AO0=操作值1;1.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及記錄控制器控制曲線如圖1.2.2所示。1.3數(shù)字PID控制實(shí)驗(yàn)1.3.1 題目工藝過程描述單容下水箱液位PID控制流程圖如圖3.1.1所示。圖3.1.1 單容下水箱液位調(diào)節(jié)閥PID單回路控制測(cè)點(diǎn)清單如表3.1.1所示。表3.1.1單容下水箱液位調(diào)節(jié)閥PID單回路控制測(cè)點(diǎn)清

7、單序號(hào)位號(hào)或代號(hào)設(shè)備名稱用途原始信號(hào)類型工程量1FV-101電動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥位控制210VDCAO01002LT-103壓力變送器下水箱液位420mADCAI2.5kPa1.3.2 算法實(shí)現(xiàn)和關(guān)鍵操作步驟實(shí)驗(yàn)界面如圖所示。PID運(yùn)算可以采用標(biāo)準(zhǔn)的直接計(jì)算法和增量計(jì)算法。上次的計(jì)算值兩次相減：輸出時(shí)加上上次輸出就可以了。從公式可見，直接計(jì)算法很可能導(dǎo)致積分飽和，所以需要抗飽和的操作。定義ET0、ET1、ET2，要求變量可以負(fù)值和正值。例如定義到-到PID_KI, PID_KD在畫面中每1秒執(zhí)行一次。/數(shù)字PID控制。/關(guān)聯(lián)到IO數(shù)據(jù)PID0_PV=AI0;if (PID_I=0)/避免除0 PID_

8、I=0.01;數(shù)字PID_KI = PID_P * 1/ PID_I;/1運(yùn)算周期數(shù)字PID_KD = PID_P * PID_D /1; 數(shù)字PID_ET0 = PID0_SP- PID0_PV; If (本站點(diǎn)數(shù)字PID算法選擇=1) / '=1采用增量計(jì)算/保留了上次本站點(diǎn)操作值1 PID0_MV= PID0_MV + PID_P * (數(shù)字PID_ET0 - 數(shù)字PID_ET1);/比例作用 If (PID_I<10000) /積分作用 PID0_MV =PID0_MV + 數(shù)字PID_KI * 數(shù)字PID_ET0;/積分作用 PID0_MV =PID0_MV +數(shù)字PI

9、D_KD * (數(shù)字PID_ET0 - 2 * 數(shù)字PID_ET1 + 數(shù)字PID_ET2);/微分作用 數(shù)字PID_ET2 = 數(shù)字PID_ET1; 數(shù)字PID_ET1 = 數(shù)字PID_ET0; ELSE/采用直接計(jì)算 /清除了本站點(diǎn)操作值1 PID0_MV=0; PID0_MV =PID0_MV+ PID_P * 數(shù)字PID_ET0;/比例作用 IF (PID_I<10000)/積分作用有意義 本站點(diǎn)數(shù)字PID_ISUM=本站點(diǎn)數(shù)字PID_ISUM + 數(shù)字PID_KI*數(shù)字PID_ET0; /積分作用 IF (本站點(diǎn)數(shù)字PID_ISUM> 100)/抗積分飽和 本站點(diǎn)數(shù)字PI

10、D_ISUM= 100; PID0_MV =PID0_MV +本站點(diǎn)數(shù)字PID_ISUM; PID0_MV =PID0_MV +數(shù)字PID_KD*(數(shù)字PID_ET0-數(shù)字PID_ET1);/微分作用 IF(PID0_MV>100)/輸出限制 PID0_MV=100;IF(PID0_MV<0)/輸出限制 PID0_MV=0; /關(guān)聯(lián)到IO數(shù)據(jù)AO0=PID0_MV;1.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及記錄控制器控制曲線如圖2.2.3所示。1.4 BANG-BANG控制該控制的復(fù)雜算法可以解決一些高等控制問題，但是我們將采用比較簡(jiǎn)單的算法，來驗(yàn)證這類控制的意義。1.4.1工藝過程描述如果要求單容下

11、水箱液位PID控制的具有快速響應(yīng)特性，并且在給定點(diǎn)位置還要準(zhǔn)確控制，那么如何控制呢。系統(tǒng)的工藝流程如圖1.4.1所示。圖1.4.1 單容下水箱液位調(diào)節(jié)閥BANG-BANG單回路控制1.4.2 算法實(shí)現(xiàn)和關(guān)鍵操作步驟BANG-BANG控制最早由厐特里亞金提出，屬于開關(guān)控制的非線性控制。如果一個(gè)系統(tǒng)控制有以下要求；即控制要實(shí)時(shí)性好，系統(tǒng)要穩(wěn)定，控制精度要求高。則可以采用非線性的Bang-Bang控制和線性的PID控制結(jié)合，其控制效果比較好。如果采用線性的PID控制，雖然穩(wěn)態(tài)精度容易滿足，但是大偏差時(shí)就容易出現(xiàn)較大的偏差，而且過度的時(shí)間比較長(zhǎng)，如果采用非線性的Bang-Bang控制，雖然能使過渡時(shí)間

12、最短，但是容易出現(xiàn)超調(diào)，而且在零點(diǎn)附近容易產(chǎn)生振蕩造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。鑒于這種情況，設(shè)計(jì)了一種變結(jié)構(gòu)的控制器是兩者的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)的結(jié)合起來，從而使系統(tǒng)運(yùn)行起來既快又穩(wěn)。設(shè)計(jì)的變結(jié)構(gòu)式的雙?？刂破魅鐖D3所示： 圖3變結(jié)構(gòu)式的雙?？刂苹芈方Y(jié)構(gòu)圖此結(jié)構(gòu)控制就是使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以在控制過程的各個(gè)瞬間，根據(jù)某些參數(shù)的狀態(tài)以躍變的方式有目的的變化，從而將不同的結(jié)構(gòu)揉和在一起，取得比固定結(jié)構(gòu)系統(tǒng)更加完善的性能指標(biāo)。據(jù)此，針對(duì)流漿箱的液位和總壓控制，提出了一種將非線性的Bang-Bang控制與線性的控制結(jié)合的變結(jié)構(gòu)雙?？刂品椒?。如圖2所示：當(dāng)設(shè)定值（SP）與檢測(cè)值（PV）產(chǎn)生一個(gè)偏差，由識(shí)別機(jī)構(gòu)通過不同的偏差來選擇不同

13、的控制器，當(dāng)偏差大于某個(gè)值的時(shí)候采用非線性Bang-Bang控制，當(dāng)偏差小于某個(gè)值的時(shí)候系統(tǒng)自動(dòng)切換到線性的PID控制。Bang-Bang控制器的設(shè)計(jì)Bang-Bang控制也稱為開關(guān)式控制，對(duì)于較大的偏差，例如Ena,控制量變化u取+Um或-Um，實(shí)行非線性開關(guān)控制模態(tài)，以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。其表達(dá)式如下：其中a為選擇開關(guān)的切換值對(duì)于液位控制如果直接使用PID，就必須在快速性和穩(wěn)定性之間進(jìn)行抉擇。但是如果實(shí)現(xiàn)了解了對(duì)象的特性，然后選擇了合適的bang-bang控制結(jié)合PID，則可能有比較好的結(jié)果。我們這里的bang-bang控制選擇比較簡(jiǎn)單的控制算法。首先測(cè)量液位和控制量在穩(wěn)態(tài)情況的一個(gè)對(duì)應(yīng)曲

14、線。這在系統(tǒng)特性測(cè)量中已經(jīng)獲取，當(dāng)然也可以依據(jù)閘板的高度不同，重新測(cè)量。例如SP下，控制量該是A穩(wěn)定。那么：如果PV<SP-a，MV=A-U，如果PV>SP-a，MV=A+U，其他情況使用PID控制。最好在切換時(shí)增加跟隨程序，保證切換時(shí)沒有擾動(dòng)。選擇合適的a, A，以便獲得最好的效果。實(shí)驗(yàn)的組態(tài)界面如圖所示。1.4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及記錄測(cè)量穩(wěn)態(tài)液位對(duì)應(yīng)的控制量如表所示。我們可以簡(jiǎn)化一下，在液位30-60之間使用直線表示。如果我們要控制液位60%，此時(shí)對(duì)應(yīng)的控制量為43。那么如果PV<60-a，MV=43-U，如果PV>60-a，MV=43+U，其他情況使用PID控制1.5

15、 校正網(wǎng)絡(luò)數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)1.5.1工藝過程描述單容非線性上水箱液位PID控制流程圖如圖1.5.1所示。圖1.5.1校正網(wǎng)絡(luò)數(shù)字濾波實(shí)驗(yàn)流程1.5.2 算法實(shí)現(xiàn)和關(guān)鍵操作步驟這里的算法和自適應(yīng)不同，而是把一個(gè)非線性的系統(tǒng)通過校正網(wǎng)絡(luò)，使得它成為線性特性。非線性截面積等截面積特性校正網(wǎng)絡(luò)濾波并且最好能夠把液位高度繼續(xù)校正為正比流量。把等截面積系統(tǒng)液位高度開方。液位控制，調(diào)節(jié)閥控制的是流量，那么液位變化率。如果輸入流量為Q，則高度變化率具有如下特性：采用H對(duì)應(yīng)到來進(jìn)行濾波。在H=R時(shí)的PI控制參數(shù)，獲得一定的控制效果。注意開啟時(shí)，需要讓水進(jìn)入上水箱。在組態(tài)軟件中的具體算法如下：/工程量尺度變換/數(shù)字

16、濾波，按照S=積分：K*sqrt(100h-h*h),/不考慮開方，積分h*h/2.0-h*h*h/300歸一化/中間值0作為給定值PID1_SP=中間值0;/僅僅用于顯示PID0_PV=sqrt(AI0*AI0/2.0-AI0*AI0*AI0/300.0);PID0_SP=sqrt(中間值0*中間值0/2.0-中間值0*中間值0*中間值0/300.0);/輸出AO0=PID0_MV;控制界面如圖所示。1.5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及記錄使用普通PID進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后找到最好的控制參數(shù)，得到控制曲線。然后使用校正網(wǎng)絡(luò)的方法進(jìn)行控制。然后找到最好的控制參數(shù)，得到控制曲線。要求在各自最好的情況下，使用校正網(wǎng)絡(luò)

17、的方法可以得到更好的控制效果。第二章 復(fù)雜控制實(shí)驗(yàn)2.1 比值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)2.1.1 測(cè)試題目描述流量比值控制系統(tǒng)控制流程圖如圖2.1.1所示。圖2.1.1 流量比值控制流程圖流量比值控制測(cè)點(diǎn)清單如表2.1.1所示。表2.1.1 流量比值控制控制測(cè)點(diǎn)清單序號(hào)位號(hào)或代號(hào)設(shè)備名稱用途原始信號(hào)類型工程量1FT-1011#流量計(jì)測(cè)量管路1流量420mADCAI0-3m3/h2FT-1022#流量計(jì)測(cè)量管路2流量420mADCAI0-3m3/h3U-101變頻器頻率控制，手動(dòng)控制1#流量210VDCAO01004FV-101調(diào)節(jié)閥控制跟蹤的流量210VDCAO0100水介質(zhì)一路（簡(jiǎn)稱為I路）由泵P101

18、（變頻器驅(qū)動(dòng)，手動(dòng)控制作為給定值）從水箱V104中加壓獲得壓頭，經(jīng)電磁閥XV-101進(jìn)入V103，水流量可通過變頻器或者手閥QV-106來調(diào)節(jié)；另一路（簡(jiǎn)稱為II路）由泵P102從水箱V104加壓獲得壓頭，經(jīng)由調(diào)節(jié)閥FV-101、水箱V103、手閥QV-116回流至水箱V104形成水循環(huán)，通過調(diào)節(jié)閥FV-101調(diào)節(jié)此路的水流量；其中，I路水流量通過渦輪流量計(jì)FT-101測(cè)得， II路水流量通過電磁流量計(jì)FT-102測(cè)得。2.1.2 控制算法和編程這是一個(gè)單閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)，或者說是隨動(dòng)系統(tǒng)?？梢宰屢粋€(gè)流量梗跟隨另一個(gè)流量的變化。有兩個(gè)算法。（1）流量計(jì)FT-101流量與流量計(jì)FT-102成

19、比例控制，如2.1.2所示，把FT101乘以比值系數(shù)，然后作為調(diào)節(jié)器的給定值。FT1022#調(diào)節(jié)閥FV101FT101比值器調(diào)節(jié)器Q2Q11#圖2.1.2 比值控制系統(tǒng)原理圖SPPVMV被調(diào)量為調(diào)節(jié)閥開度，控制目標(biāo)是水流量，通過兩個(gè)流量不同比例下的比較，然后輸出控制值到調(diào)節(jié)閥。實(shí)行PID控制，看控制效果，進(jìn)行比較。這樣方式下，由于FT101的測(cè)量不是非常穩(wěn)定，所以調(diào)節(jié)器的給定值是有些變動(dòng)的?？刂品€(wěn)定性可能不是很好，另外在實(shí)時(shí)曲線上可以直接看到穩(wěn)定的曲線。（2）流量計(jì)FT-101流量與流量計(jì)FT-102成比例控制，如2.1.3所示，把FT101 /FT102，然后作為調(diào)節(jié)器的測(cè)量值，而比值K作為

20、調(diào)節(jié)器給定值。FT1022#調(diào)節(jié)閥FV101FT101比值K調(diào)節(jié)器Q2Q11#圖2.1.3 比值控制系統(tǒng)原理圖SPPVMV除法器被除數(shù)這樣方式下，調(diào)節(jié)器的給定值是穩(wěn)定的，控制穩(wěn)定性較好，但是在實(shí)時(shí)曲線上可以顯示K值，最好的范圍是0.1-10（我們?cè)O(shè)置k的范圍就是0-10，而曲線上刻度是0-100，所以有些差異。2.1.3 操作過程和調(diào)試1、編寫控制器算法程序，下裝調(diào)試；編寫測(cè)試組態(tài)工程，連接控制器，進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。這些步驟不詳細(xì)介紹。2、在現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)上，打開手閥QV-102、QV-105，QV115，QV106，電磁閥XV101直接打開（面板上DOCOM接24V，XV101接GND）或打開QV11

21、1。3、在控制系統(tǒng)上，將支路1流量變送器（FT-101）輸出連接到控制器AI1，將支路2流量變送器（FT-102）輸出連接到控制器AI0，變頻器控制端連接到AO0，調(diào)節(jié)閥FV-101控制端連接到AO1，且變頻器手動(dòng)控制。注意：具體哪個(gè)通道連接指定的傳感器和執(zhí)行器依賴于控制器編程。對(duì)于全連好線的系統(tǒng)，例如DCS，則必須按照已經(jīng)接線的通道來編程。4、打開設(shè)備電源，包括調(diào)節(jié)閥電源，變頻器電源，變頻器設(shè)為外部信號(hào)操作模式。5、連接好控制系統(tǒng)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的通訊電纜，啟動(dòng)控制系統(tǒng)。6、啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，啟動(dòng)組態(tài)軟件，進(jìn)入測(cè)試項(xiàng)目界面。啟動(dòng)調(diào)節(jié)器，設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)，將調(diào)節(jié)器切換到自動(dòng)控制。7、啟動(dòng)水泵P102。8

22、、設(shè)置PID控制器參數(shù)，可以使用各種經(jīng)驗(yàn)法來整定參數(shù)，這里不限制使用的方法。具體可以參考2.4節(jié)。建議：因?yàn)镻ID的SP值會(huì)有一定的波動(dòng)，所以控制的穩(wěn)定性稍差，有一些難度。注意控制目標(biāo)是比值的穩(wěn)定，而給定值也是比值。干擾可以是K值的改變，也可以是變頻器控制量的改變（從而改變了FT-101）。2.1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及記錄流量比值控制曲線如圖1.1.4所示。比值系數(shù)3。P=24，I=2.5秒。圖1.1.4 流量比值控制曲線2.2 串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)2.2.1 測(cè)試題目描述液位和進(jìn)口流量串級(jí)控制流程圖如圖2.2.1所示。圖2.2.1 液位和進(jìn)口流量串級(jí)控制流程圖液位和進(jìn)口流量串級(jí)控制測(cè)點(diǎn)清單如表2.2.1所

23、示。表2.2.1 液位和進(jìn)口流量串級(jí)控制測(cè)點(diǎn)清單序號(hào)位號(hào)或代號(hào)設(shè)備名稱用途原始信號(hào)類型工程量1FT-1011#流量計(jì)測(cè)量管路1流量420mADCAI0-3m3/h2LT-103V103液位變送器測(cè)量液位420mADCAI0-2.5kPa3FV-101調(diào)節(jié)閥控制流量210VDCAO01004U101變頻器固定給值0-10VDCA00-100%水介質(zhì)一路（I路）由泵P101（變頻）從水箱V104中加壓獲得壓頭，經(jīng)流量計(jì)FT-101、電動(dòng)閥FV-101、水箱V-103、手閥QV-116回流至水箱V104而形成水循環(huán)，負(fù)荷的大小通過手閥QV-116來調(diào)節(jié)；其中，水箱V103的液位由液位變送器LT-10

24、3測(cè)得，給水流量由流量計(jì)FT-101測(cè)得。本例為串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)閥FV-101為操縱變量，以FT-101為被控變量的流量控制系統(tǒng)作為副調(diào)節(jié)回路,其設(shè)定值來自主調(diào)節(jié)回路以LT-103為被控變量的液位控制系統(tǒng)。以FT-101為被控變量的流量控制系統(tǒng)作為副調(diào)節(jié)回路流量變動(dòng)的時(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，縮短過渡過程時(shí)間，符合副回路選擇的超前，快速、反應(yīng)靈敏等要求。下水箱V103為主對(duì)象，流量FT-101的改變需要經(jīng)過一定時(shí)間才能反應(yīng)到液位，時(shí)間常數(shù)比較大，時(shí)延大。由上分析知：副調(diào)節(jié)器選純比例控制，反作用，自動(dòng)。主調(diào)節(jié)器選用比例控制或比例積分控制，反作用，自動(dòng)。實(shí)際上，串級(jí)

25、控制相對(duì)于單PID控制而言，穩(wěn)定性差，好處是在同樣的副回路干擾下，超調(diào)非常小。為了比較串級(jí)的這樣好處，我們?cè)O(shè)計(jì)了如圖2.2.1所示的工藝流程。首先進(jìn)行單PID實(shí)驗(yàn)，然變頻器輸出35Hz。然后找到最好的控制參數(shù)，一般P=1，I=20000毫秒，等系統(tǒng)穩(wěn)定后，改變變頻器輸出為50Hz，然后不斷記錄系統(tǒng)的超調(diào)量和穩(wěn)定時(shí)間。之后開始串級(jí)實(shí)驗(yàn)，同樣設(shè)定變頻器輸出35Hz，系統(tǒng)穩(wěn)定后，改變變頻器輸出為50Hz，然后不斷記錄系統(tǒng)的超調(diào)量和穩(wěn)定時(shí)間。如果控制好，可以發(fā)現(xiàn)在同樣的變頻器干擾下，串級(jí)超調(diào)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于單PID的超調(diào)量。2.2.2 控制算法和編程串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖如圖2.2.2所示。X主調(diào)節(jié)器LIC10

26、1副調(diào)節(jié)器LIC102下水箱液位LT103LT103主回路干擾給定值+-圖2.2.2 液位流量串級(jí)控制系統(tǒng)框圖X-調(diào)節(jié)閥FV101流量計(jì)FT101流量FT102下水箱液位副回路干擾以串級(jí)控制系統(tǒng)來控制下水箱液位，以第一支路流量為副對(duì)象，右邊水泵直接向下水箱注水，流量變動(dòng)的時(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，縮短過渡過程時(shí)間，符合副回路選擇的超前，快速、反應(yīng)靈敏等要求。下水箱為主對(duì)象，流量的改變需要經(jīng)過一定時(shí)間才能反應(yīng)到液位，時(shí)間常數(shù)比較大，時(shí)延大。將主調(diào)節(jié)器的輸出送到副調(diào)節(jié)器的給定，而副調(diào)節(jié)器的輸出控制執(zhí)行器。由上分析副調(diào)節(jié)器選純比例控制，反作用（要想流量大，則調(diào)節(jié)閥開度加

27、大），自動(dòng)。主調(diào)節(jié)器選用比例控制或比例積分控制，反作用（要想液位高，則調(diào)節(jié)閥開度加大），自動(dòng)。流量干擾通過變頻器頻率的變動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。變頻器頻率從40-50Hz變動(dòng)。工業(yè)上串級(jí)的投入是逐步的，最好可以做到無擾切換，具體實(shí)現(xiàn)投入無擾的方法可以參考網(wǎng)絡(luò)資料。這里不考慮這么復(fù)雜。 2.2.3 操作過程和調(diào)試1、首先完成單PID調(diào)節(jié)閥流量控制，獲得變頻器35Hz變動(dòng)到50Hz的超調(diào)量和穩(wěn)定時(shí)間。2、在現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)上，打開手動(dòng)調(diào)節(jié)閥QV-103、QV-115、QV-105，調(diào)節(jié)QV-116具有一定開度(閘板高度6毫米左右)，其余閥門關(guān)閉。3、在控制系統(tǒng)上，將流量計(jì)（FT-101）連到控制器AI1輸入端，下水箱液

28、位（LT-103）連到控制器AI0輸入端，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥FV-101連到控制器AO0端。把變頻器設(shè)置為面板操作。4、打開設(shè)備電源，包括變頻器電源。5、連接好控制系統(tǒng)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的通訊電纜，啟動(dòng)控制系統(tǒng)。6、啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，啟動(dòng)組態(tài)軟件，進(jìn)入測(cè)試項(xiàng)目界面。啟動(dòng)調(diào)節(jié)器，設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)，將調(diào)節(jié)器切換到自動(dòng)控制。7、啟動(dòng)變頻器到40-50Hz，系統(tǒng)開始運(yùn)行。8、首先將主調(diào)節(jié)器置手動(dòng)狀態(tài)，調(diào)整其輸出為某個(gè)輸出值，將它作為副調(diào)節(jié)器的SP值。9、在上述狀態(tài)下，整定副調(diào)節(jié)器的P參數(shù)。要求可以穩(wěn)定，而且比較快。10、預(yù)置主調(diào)節(jié)器的P、I參數(shù)（不要設(shè)置的太大），再將主調(diào)節(jié)器切換到自動(dòng)狀態(tài)。11、依據(jù)記錄曲線，調(diào)整主調(diào)節(jié)

29、器的P、I參數(shù)、副調(diào)節(jié)器的P參數(shù)，一般是副調(diào)節(jié)器較大，主調(diào)節(jié)器較小。副調(diào)節(jié)器：一般純比例(P)控制，反作用，自動(dòng)，KC2(副回路的開環(huán)增益)較大。主調(diào)節(jié)器：比例積分(PI)控制，反作用，自動(dòng)，KC1 KC2(KC1主回路開環(huán)增益)。12、待系統(tǒng)穩(wěn)定后，類同于單回路控制系統(tǒng)那樣，對(duì)系統(tǒng)加擾動(dòng)信號(hào)，擾動(dòng)的大小與單回路時(shí)相同。就是把變頻器從40變動(dòng)到50Hz。13、通過反復(fù)對(duì)副調(diào)節(jié)器和主調(diào)節(jié)器參數(shù)的調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有較滿意的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和較高的靜態(tài)精度。14、使用單回路進(jìn)行液位控制，流程和串級(jí)一樣。增加流量干擾，就是把變頻器從40變動(dòng)到50Hz?？刂魄€進(jìn)行對(duì)比，看效果如何。2.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及記錄如果

30、串級(jí)超調(diào)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于單PID的超調(diào)量，則效果效果比較好了。思考一下，如果干擾在主回路又如何?例如在單PID的情況下，把閘板從開口11毫米突然變化到5毫米，看系統(tǒng)的超調(diào)量如何。在串級(jí)下進(jìn)行同樣的操作，看系統(tǒng)的超調(diào)量如何。分析理論上這個(gè)超調(diào)量是否不同。2.3 前饋-反饋控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)2.3.1工藝過程描述前饋控制又稱擾動(dòng)補(bǔ)償，它與反饋調(diào)節(jié)原理完全不同，是按照引起被調(diào)參數(shù)變化的干擾大小進(jìn)行調(diào)節(jié)的。在這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中要直接測(cè)量負(fù)載干擾量的變化，當(dāng)干擾剛剛出現(xiàn)而能測(cè)出時(shí)，調(diào)節(jié)器就能發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)使調(diào)節(jié)量作相應(yīng)的變化，使兩者抵消。因此，前饋調(diào)節(jié)對(duì)干擾的克服比反饋調(diào)節(jié)快。但是前饋控制是開環(huán)控制，其控制效果需要通過反

31、饋加以檢驗(yàn)。前饋控制器在測(cè)出擾動(dòng)之后，按過程的某種物質(zhì)或能量平衡條件計(jì)算出校正值。前饋-反饋控制的工藝和串級(jí)完全一樣，這是一個(gè)讓人迷惑的地方。實(shí)際的好處可能就是體現(xiàn)在比例調(diào)節(jié)器（串級(jí)的副回路）和比值加法器（前饋）的控制速度上。那么我們可以通過同樣的工藝設(shè)計(jì)，驗(yàn)證單PID，串級(jí)控制，前饋-反饋控制的超調(diào)，以及控制時(shí)間，穩(wěn)定時(shí)間，這樣來比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。流量-液位前饋反饋控制流程圖如圖2.3.1所示。圖2.3.1 流量-液位前饋反饋控制流程圖但是，要想獲得加法器的加權(quán)系統(tǒng)，首先需要測(cè)量一個(gè)特性曲線，看多大的K值，使得系統(tǒng)干擾在正常的工作范圍內(nèi)，起到補(bǔ)償?shù)淖饔谩Ｋ郧梆伩刂菩枰孪戎老到y(tǒng)的某些特性

32、的。這個(gè)曲線可以通過測(cè)量調(diào)節(jié)閥控制量和流量的關(guān)系曲線而獲得。2.3.2 控制算法和編程如果支路一出現(xiàn)擾動(dòng)，經(jīng)過流量計(jì)測(cè)量之后，測(cè)量得到干擾的大小，然后在通過調(diào)整調(diào)節(jié)閥開度，直接進(jìn)行補(bǔ)償，而不需要經(jīng)過調(diào)節(jié)器。如果沒有反饋，就是開環(huán)控制，那么這個(gè)控制就會(huì)有余差。增加反饋通道，使用PI進(jìn)行控制。我們進(jìn)行了部分簡(jiǎn)化。前饋控制和副回路的P控制不同，最好能夠在控制前獲得一個(gè)平衡干擾的公式。例如如果知道流量在X下變動(dòng)10，對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)閥開度變動(dòng)Y。那么就可以直接補(bǔ)償。被調(diào)量為調(diào)節(jié)閥，控制量是支路1流量，控制目標(biāo)是下水箱液位。然后實(shí)現(xiàn)反饋控制，通過測(cè)量水箱液位，控制調(diào)節(jié)閥，從而把前饋控制不能修正的誤差進(jìn)行修正。

33、2.3.3 操作過程和調(diào)試1、首先進(jìn)行單PID調(diào)節(jié)閥流量控制，然后進(jìn)行串級(jí)控制。記錄超調(diào)量、控制時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間。2、在現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)上，打開手動(dòng)調(diào)節(jié)閥QV-103、QV-115、QV-105，調(diào)節(jié)QV-116具有一定開度(閘板高度6毫米左右)，其余閥門關(guān)閉。3、在控制系統(tǒng)上，將流量計(jì)（FT-101）連到控制器AI1輸入端，下水箱液位（LT-103）連到控制器AI0輸入端，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥FV-101連到控制器AO0端。把變頻器設(shè)置為面板操作。4、打開設(shè)備電源，包括變頻器電源。5、連接好控制系統(tǒng)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的通訊電纜，啟動(dòng)控制系統(tǒng)。6、啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，啟動(dòng)組態(tài)軟件，進(jìn)入測(cè)試項(xiàng)目界面。啟動(dòng)調(diào)節(jié)器，設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)

34、，將調(diào)節(jié)器切換到自動(dòng)控制。7、啟動(dòng)變頻器到35-50Hz，系統(tǒng)開始運(yùn)行。在頻率45 Hz下，給定值50%，記錄最后穩(wěn)定的流量值，寫到組態(tài)界面中。8、如果沒有測(cè)量得到K值，則從3開始設(shè)置，逐步減少。設(shè)置調(diào)節(jié)器到普通PID控制時(shí)的最佳值。9、依據(jù)記錄曲線，調(diào)整調(diào)節(jié)器的P、I參數(shù)、K參數(shù)。10、待系統(tǒng)穩(wěn)定后，類同于單回路控制和串級(jí)控制系統(tǒng)那樣，對(duì)系統(tǒng)加擾動(dòng)信號(hào)，擾動(dòng)的大小與單回路和串級(jí)時(shí)相同。就是把變頻器從40變動(dòng)到50Hz。11、通過反復(fù)對(duì)調(diào)節(jié)器和K參數(shù)的調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有較滿意的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和較高的靜態(tài)精度。12、使用單回路和串級(jí)進(jìn)行液位控制，流程和串級(jí)一樣。增加流量干擾，就是把變頻器從40變動(dòng)到50

35、Hz?？刂魄€進(jìn)行對(duì)比，看效果如何。2.3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及記錄如果前饋反饋的超調(diào)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于單PID的超調(diào)量，而且控制時(shí)間比串級(jí)快，那么就符合理論分析了。液位-流量前饋反饋測(cè)試曲線如圖1.1.6所示。K=3。圖1.1.6 液位-流量前饋反饋測(cè)試曲線2.4 經(jīng)典解耦控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)2.4.1工藝過程描述管道壓力和流量解耦控制流程圖如圖2.4.1所示。圖2.4.1 管道壓力和流量解耦控制流程圖管道壓力和流量解耦控制測(cè)點(diǎn)清單如表2.4.1所示。表2.4.1管道壓力和流量解耦控制測(cè)點(diǎn)清單序號(hào)位號(hào)或代號(hào)設(shè)備名稱用途原始信號(hào)類型工程量1FT-102渦輪流量計(jì)給水流量II420mADCAI0-3m3/h2PT-1

36、01壓力變送器給水壓力420mADCAI150kPa3FV-101電動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥位控制210VDCAO01004U-101變頻器頻率控制210VDCAO0100水介質(zhì)由泵P101（變頻器U-101驅(qū)動(dòng)）從水箱V104中加壓獲得壓頭，經(jīng)手閥QV-103（用于兩個(gè)支路連接）、流量計(jì)FT-101、壓力傳感器PT101、電動(dòng)閥FV-101、水箱V103、手閥QV-116回流至水箱V104而形成水循環(huán)，水箱只作為一個(gè)連通器；其中，給水壓力由壓力變送器PT-101測(cè)得，給水流量由FT-101測(cè)得。本例為解耦調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)閥FV-101為被控變量壓力PT-101的操縱變量，變頻器U-101為被控變量流量FT-

37、101的操縱變量，兩條支路各自的調(diào)節(jié)器的運(yùn)算輸出通過解耦器的函數(shù)解耦運(yùn)算，分別去控制各自調(diào)節(jié)回路的操縱變量。管道中流量、壓力控制系統(tǒng)就是相互耦合的系統(tǒng)。變頻器和調(diào)節(jié)閥都對(duì)系統(tǒng)的壓力和流量造成影響，因此，當(dāng)壓力偏大而開大調(diào)節(jié)閥時(shí)，流量也將增加，如果此時(shí)通過流量控制器作用而調(diào)小變頻器，結(jié)果又使管路的壓力下降，變頻器和調(diào)節(jié)閥互相影響，這是一個(gè)典型的關(guān)聯(lián)系統(tǒng)。關(guān)聯(lián)的系數(shù)與溫度等參數(shù)無關(guān)。由于系統(tǒng)變頻器調(diào)節(jié)I支路流量，調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)II支路流量，為了實(shí)現(xiàn)解耦實(shí)驗(yàn)，需要并聯(lián)兩個(gè)支路。并管之后還可以選擇使用II支路的電磁流量計(jì)來進(jìn)行流量測(cè)量。2.4.2 控制算法和編程管道中流量、壓力控制系統(tǒng)就是相互耦合的系統(tǒng)。

38、變頻器和調(diào)節(jié)閥都對(duì)系統(tǒng)的壓力和流量造成影響。因此，當(dāng)壓力偏大而開大調(diào)節(jié)閥時(shí)，流量也將增加，此時(shí)通過流量控制器作用而調(diào)小變頻器，結(jié)果又使管路的壓力下降，變頻器和調(diào)節(jié)閥互間互相影響，這是一個(gè)典型的關(guān)聯(lián)系統(tǒng)。關(guān)聯(lián)的系數(shù)與溫度等參數(shù)無關(guān)。如圖2.4.2所示：PT101調(diào)節(jié)閥FT102圖2.4.2 管道壓力與流量解耦控制實(shí)驗(yàn)P2解耦器PICFIC調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器P1h變頻器水泵我們固定P1在小范圍內(nèi)，由于不涉及溫度等問題，所以該過程基本上只與壓力和開度有關(guān)，是時(shí)不變的。如果把P1定義成未知數(shù)，則可以列出一個(gè)方程。使用對(duì)角矩陣法進(jìn)行解耦算法。如圖2.4.3所示。-Gc1Gc2Uc1Uc2Y1Y2D11D22D

39、12D21-G11G22G12G21U1U2r1給定值r2給定值圖2.4.3 解耦控制系統(tǒng)框圖調(diào)節(jié)器解耦器對(duì)象系統(tǒng)-在本測(cè)試題中，Gc1為流量-變頻器的調(diào)節(jié)器，反作用；Gc2為壓力-調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)器，正作用。對(duì)于對(duì)象，被調(diào)量與調(diào)節(jié)量具有關(guān)系，這里換一個(gè)變量符號(hào)。 (公式 1.2.1)加入控制系統(tǒng)，那么調(diào)節(jié)量來源于解耦器，調(diào)節(jié)器 (可以是一個(gè)PID調(diào)節(jié)器，等等) 輸出就是解耦器輸入。 (公式 1.2.2)對(duì)于采用了解耦器的系統(tǒng)傳遞函數(shù)為 (公式 1.2.3)綜合上面的關(guān)系，如果G矩陣的逆存在，則我們可以設(shè)計(jì)D就等于它的逆乘以一個(gè)對(duì)角陣(可以是單位矩陣)，這樣可以使得一個(gè)被調(diào)節(jié)量?jī)H與一個(gè)調(diào)節(jié)器輸出量

40、之間有關(guān)系，而與另一個(gè)獨(dú)立。從而達(dá)到解耦目的。根據(jù)我們實(shí)驗(yàn)測(cè)得P0=80，P2=5，P1設(shè)為未知數(shù)x。實(shí)際數(shù)值P0=150kPa*80%水柱，P2=150kPa*5%水柱。那么增益矩陣為： (公式 1.2.2)解耦矩陣： (公式 1.2.5)注意壓力與流量有一個(gè)限制關(guān)系。簡(jiǎn)單的，在變頻器為35Hz，調(diào)節(jié)閥開度50%時(shí)，這個(gè)壓力和流量將作為系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的給定值，然后在這個(gè)值附近變動(dòng)。不能變化太大，否則無法穩(wěn)定。如果量程范圍不一樣，或者水泵特性改了，則整個(gè)矩陣不同。為了統(tǒng)一，設(shè)置如下：解耦矩陣： (公式 1.2.5)2.4.3 操作過程和調(diào)試1、編寫單回路控制程序，下裝調(diào)試；編寫單回路測(cè)試組態(tài)工程。

41、2、編寫控制器算法程序，下裝調(diào)試；編寫測(cè)試組態(tài)工程，連接控制器，進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。這些步驟不詳細(xì)介紹。3、在現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)上，打開手動(dòng)調(diào)節(jié)閥QV-115、QV-103，QV-105，打開QV-116閘板，其余閥門關(guān)閉。注意一定關(guān)閉閥門QV-102，QV-114，QV-111，XV102。4、按照連接表接線：將水泵出口壓力PT-101連接到AI0；流量計(jì)FT-101輸出到AI1；AO0連接到變頻器，AO1連接到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。5、打開測(cè)試系統(tǒng)電源，調(diào)節(jié)閥通電，變頻器通電。6、可以讓調(diào)節(jié)閥全開，事先進(jìn)行簡(jiǎn)單Pi控制，做流量計(jì)-變頻器調(diào)節(jié)回路單獨(dú)工作，確定PI控制參數(shù)。7、可以讓變頻器全開，事先進(jìn)行簡(jiǎn)單Pi控制，

42、壓力變送器-調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)回路單獨(dú)工作，確定PI控制參數(shù)。8、引入解耦控制。重新下裝程序，重新運(yùn)行組態(tài)軟件。一般對(duì)調(diào)節(jié)器直接使用單PID的控制參數(shù)，可以適當(dāng)把比例系數(shù)減少，加大積分時(shí)間。9、在兩個(gè)調(diào)節(jié)器手動(dòng)的情況下，設(shè)置變頻器35Hz，調(diào)節(jié)閥開度50%，然后等待系統(tǒng)穩(wěn)定，記錄穩(wěn)定后的壓力和流量。10、把記錄下來的壓力和流量作為系統(tǒng)的給定值寫入。然后把調(diào)節(jié)器從手動(dòng)改為自動(dòng)。等待系統(tǒng)穩(wěn)定。11、稍微調(diào)節(jié)給定值，例如壓力增大一些。注意一定在一個(gè)合理的變動(dòng)范圍，否則系統(tǒng)是無法穩(wěn)定的。2.4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及記錄如果系統(tǒng)在新的給定值下最終達(dá)到穩(wěn)定，那么系統(tǒng)就是穩(wěn)定的。當(dāng)然我們發(fā)現(xiàn)除非壓力很高，或者壓力很小，否

43、則整個(gè)系統(tǒng)很容易穩(wěn)定的。范例控制曲線如圖1.2.5所示。流量給定值15%（0.45立方/小時(shí)），壓力86.5%（130KPa）。圖1.2.5 解耦控制曲線2.5 聯(lián)鎖控制和超馳調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)2.5.1工藝過程描述水介質(zhì)一路（I路）由泵P101（變頻）從水箱V104中加壓獲得壓頭，經(jīng)由散熱器X-102II進(jìn)入鍋筒E101，通過手閥QV-114至泵P101（變頻）而形成熱水循環(huán)；另一路（II路）由泵P102（工頻）從水箱V104加壓獲得壓頭，經(jīng)由散熱器X-102II、手閥QV-113回流至水箱V104而形成冷水循環(huán)； I路循環(huán)水量可由手閥QV-114來調(diào)整，II路水的開啟、切斷可由電磁閥XV-102來控

44、制。鍋爐液位的極限狀態(tài)可由液位開關(guān)LSH-106、LSL-105來產(chǎn)生，鍋爐溫度由熱電阻TE-101來測(cè)得，并經(jīng)控制器判斷發(fā)出鍋筒E101溫度高、高高等狀態(tài)信號(hào)。這四個(gè)信號(hào)作為聯(lián)鎖控制的數(shù)字量信號(hào)，保證鍋筒在故障狀態(tài)下，不超過其能承受的極限。邏輯聯(lián)鎖的緊急保護(hù)和緊急停車工藝流程圖如圖2.5.1所示。圖2.5.1 聯(lián)鎖控制系統(tǒng)流程圖聯(lián)鎖控制測(cè)點(diǎn)清單如表2.5.1所示：表2.5.1 聯(lián)鎖控制測(cè)點(diǎn)清單序號(hào)位號(hào)或代號(hào)設(shè)備名稱用途信號(hào)類型工程量1TE-101熱電阻鍋筒水溫Pt100AI01002LSL-105液位開關(guān)鍋筒液位極低聯(lián)鎖干接點(diǎn)DINC3LSH-106液位開關(guān)鍋筒液位極高聯(lián)鎖干接點(diǎn)DINC4X

45、V-102電磁閥給水緊急冷卻干接點(diǎn)DONC5GZ101加熱調(diào)壓器4-20毫安AO6U101變頻器4-20毫安AO現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的鍋爐系統(tǒng)具有三級(jí)邏輯保護(hù)：繼電器保護(hù)、緊急保護(hù)、緊急停車。（1）其中液位開關(guān)LSL-105是防止干燒的，實(shí)際控制電路是繼電器硬件電路，當(dāng)液位低于防止干燒的最低液位，則自動(dòng)斷開其它控制支路的輸入，從而直接關(guān)斷調(diào)壓器，以防止干燒。液位開關(guān)LSL-105控制的聯(lián)鎖屬于硬件連鎖，是不能讓學(xué)生修改的，以避免損壞加熱器。（2）由鍋爐溫度傳感器、溫度控制器，電磁閥XV102組成的控制聯(lián)鎖系統(tǒng)是學(xué)生可以自己修改的。測(cè)試目標(biāo)是控制鍋爐的溫度。（2）由液位開關(guān)LSH-106、鍋爐溫度傳感器、溫

46、度控制器組成的緊急停車系統(tǒng)是學(xué)生可以自己修改的。測(cè)試目標(biāo)是控制鍋爐的溫度。2.5.2 控制算法和編程電磁閥開關(guān)控制，聯(lián)鎖警戒溫度PID控制緊急停車溫度液位繼電器保護(hù)，程序無法控制緊急停車高限低限高限溫度典型應(yīng)用的范例如圖2.2.2所示。圖2.2.2 溫度曲線（1） 液位低限導(dǎo)致加熱系統(tǒng)完全停止。（2） 當(dāng)鍋爐內(nèi)水溫低于警戒溫度，調(diào)壓器PID調(diào)節(jié)。（3） ，溫度超過警戒溫度，則選擇另外一個(gè)控制方式：加熱器繼續(xù)PID控制，開始注入冷水。直到溫度下降到安全位置。在這個(gè)溫度下，聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)認(rèn)為通過強(qiáng)制手段，可以保持繼續(xù)生產(chǎn)。（4） 鍋爐內(nèi)水溫繼續(xù)升高，到達(dá)高限溫度，則系統(tǒng)停止運(yùn)行，關(guān)閉電磁閥，關(guān)閉加熱

47、器。變頻器繼續(xù)運(yùn)行，保持水循環(huán)1分鐘，然后停止。（5） 如果液位超過高限，則也緊急停車。關(guān)閉電磁閥，關(guān)閉加熱器。變頻器繼續(xù)運(yùn)行，保持水循環(huán)1分鐘，然后停止。程序代碼如下，每1000毫秒運(yùn)行一次。if(高限<PID0_SP+1)高限=PID0_SP+1;if(停車溫度<高限+1)停車溫度=高限+1;PID0_PV=PID0_PV*0.9+AI0*0.1;AO0=PID0_MV;/暫時(shí)的，可能下面的條件滿足會(huì)改寫這里。/低限制液位已經(jīng)固定給繼電器保護(hù)，程序無法控制。if(bit(DI0,1)=0)/到達(dá)LS12，加熱緊急停止，停止注水，泵1分鐘停止/注意是0有效 AO0=0; BITS

48、ET(DO0,1,0);/停止注水 泵停車標(biāo)記位=1;/液位處于高限以下（低限繼電器保護(hù)），正常，看溫度if(bit(DI0,1)=1) if(AI0>高限+0.5 && AI0<停車溫度-0.5)/溫度到高限 BITSET(DO0,1,1);/注水 if(AI0<高限-0.5 && AI0<停車溫度-0.5)/溫度到高限 BITSET(DO0,1,0);/停止注水 if(AI0>停車溫度+0.5)/溫度到停車溫度，停止加熱，停止注水 AO0=0; BITSET(DO0,1,0);/停止注水 泵停車標(biāo)記位=1;/泵1分鐘停止 IF(

49、泵停車標(biāo)記位=1 && 緊急停車計(jì)時(shí)器=-1)/剛剛出現(xiàn)要求水泵運(yùn)行1分鐘標(biāo)記 緊急停車計(jì)時(shí)器=60;/開始對(duì)水泵運(yùn)行定時(shí)器 泵停車標(biāo)記位=0;/恢復(fù)水泵運(yùn)行1分鐘標(biāo)記，避免重復(fù) if(緊急停車計(jì)時(shí)器>0)/如果超過1，變頻器運(yùn)行 AO1=60; 緊急停車計(jì)時(shí)器=緊急停車計(jì)時(shí)器-1;/不斷減1 IF (緊急停車計(jì)時(shí)器=0)/達(dá)到1，則停止水泵 AO1=0; IF(緊急停車計(jì)時(shí)器=-1)/開始時(shí)=0，變頻器運(yùn)行，保證水循環(huán)，這個(gè)只在系統(tǒng)剛進(jìn)入有效 AO1=60;2.5.3 操作過程和調(diào)試1、編寫單回路控制程序，下裝調(diào)試；編寫單回路測(cè)試組態(tài)工程。2、編寫控制器算法程序，下裝調(diào)

50、試；編寫測(cè)試組態(tài)工程，連接控制器，進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。這些步驟不詳細(xì)介紹。3、在現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)上，打開手動(dòng)調(diào)節(jié)閥QV-115、QV-111，QV-112，打開QV-102，XV102，其余閥門關(guān)閉。4、按照連接表接線：將鍋爐溫度LT-101連接到AI0；AO0連接到加熱調(diào)壓器，AO1連接電動(dòng)調(diào)節(jié)閥手動(dòng)模式控制；變頻器面板操作。DO0連接電磁閥XV102。5、打開測(cè)試系統(tǒng)電源，調(diào)節(jié)閥通電，變頻器通電。6、變頻器全開，熱水循環(huán)。7、確定加熱的PI控制參數(shù)。8、正常控制溫度，穩(wěn)定后抓圖。然后手動(dòng)控制調(diào)節(jié)器，加大控制量，模擬故障狀態(tài)，使得鍋爐溫度不斷升高，察看控制，直到緊急停車完成為止。2.5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及記錄

51、范例控制曲線如圖2.5.2所示。2.6 大延遲的Smith預(yù)估補(bǔ)償控制采用Smith預(yù)估補(bǔ)償控制，然后和PI控制，PID控制進(jìn)行比較。由于穩(wěn)定的大延遲滯后控制比較困難，所以我們選擇雙容傳輸延遲來實(shí)驗(yàn)。2.6.1 工藝過程描述雙容滯后下水箱液位控制流程圖如圖2.6.1所示。圖2.6.1 豎直雙容液位調(diào)節(jié)閥PID單回路控制其控制系統(tǒng)框圖如圖2.6.2所示：圖4.14.2 史密特補(bǔ)償系統(tǒng)方框圖XGC(S)控制器Kpgp(s) e-TdSKpgp(s)Y(S)干擾D(S)R(S)+-+純滯后e-TdSKsgs(s)U(S)Y(S)系統(tǒng)的對(duì)象傳遞函數(shù)為：，為使調(diào)節(jié)器的采集信號(hào)Y(s)不會(huì)延遲，則并聯(lián)一個(gè)

52、補(bǔ)償器，如圖中虛線部分，具有傳遞函數(shù)。使得調(diào)節(jié)品質(zhì)與沒有純延遲一樣，只是時(shí)間坐標(biāo)比設(shè)定值延遲了。2.6.2 控制算法和編程在單回路控制系統(tǒng)中，D(s)表示調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)，用于校正GP(s)部分；表示被控對(duì)象的傳遞函數(shù)，GP(s)為被控對(duì)象中不包含純滯后部分的傳遞函數(shù)，為被控對(duì)象純滯后部分的傳遞函數(shù)。為純滯后時(shí)間。圖2.6.3 帶純滯后環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)史密斯預(yù)估控制原理是：與D(s)并接一補(bǔ)償環(huán)節(jié)，用來補(bǔ)償被控對(duì)象中的純滯后部分，這個(gè)補(bǔ)償環(huán)節(jié)稱為史密斯預(yù)估補(bǔ)償器，其傳遞函數(shù)為補(bǔ)償后的系統(tǒng)框圖如圖2.6.4所示。圖2.6.4 史密斯預(yù)估補(bǔ)償回路圖由史密斯預(yù)估器和調(diào)節(jié)器D(s)組成的補(bǔ)償回路稱為純滯后補(bǔ)償器，其傳遞函數(shù)為:系統(tǒng)中的滯后環(huán)節(jié)使信號(hào)延遲，為此，在內(nèi)存中專門設(shè)定N個(gè)單元作為存放信號(hào)m(k)的歷史數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)，式中T為采樣周期。每采樣一次，把m(k)記入0單元，同時(shí)把0單元原來存放數(shù)據(jù)移到1單元，1單元原來存放數(shù)據(jù)移到2單元，依次類推。從單元N輸出的信號(hào)，就是滯后N個(gè)采樣周期的M（K-N）信號(hào)。史密斯預(yù)估器的輸出可按圖6的順序計(jì)算。圖2.6.5 史密斯預(yù)估器方框u(k)是PID控制器的輸出，是史密斯預(yù)估器的輸入。從圖中可知，必須先計(jì)算傳遞函數(shù)的輸出后，才能計(jì)算預(yù)估器的輸出：。工業(yè)對(duì)象可近似用一階