基于PLC的雙溶水箱液位串級控制的設(shè)計說明

1、 PAGE36 / NUMPAGES38基于PLC的雙溶水箱液位串級控制摘要本文首介紹了一種基于PLC的雙溶水箱液位竄級控制的設(shè)計。文章首先介紹了PLC的產(chǎn)生和定義、過程控制的發(fā)展。其次根據(jù)水箱的特性確定與曲線分析。對西門子S7-200系列可編程控制器的硬件進行掌握。進行了PID參數(shù)的整定與各個參數(shù)的控制性能的比較。應(yīng)PID控制算法所得到的曲線分析。在MCGS軟件上進行交互界面。通過整個系統(tǒng)各個部分的介紹和講解PLC的過控制指令PID指令來控制水箱水位。此方法使用簡單可靠，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程中的液位控制問題。此系統(tǒng)同樣可以滿足工廠對控制系統(tǒng)的需求，有著巨大的前景。關(guān)鍵詞： PLC 串級控

2、制 組態(tài)軟件 MCGS PID控制算法Abstract:this article first describes the channeling for a double dissolution based on PLC water tank liquid level control design. Article first describes the definitions, process control and development of PLC. Second according to the characteristics determine the water tank and

3、curves analysis. Siemens S7-200 series PLC hardware for mastering. PID parameter tuning and comparison of control performance of individual parameters. PID control algorithm and analysis of the resulting curve. On MCGS software interface. Throughout various parts of the system of introducing and exp

4、laining the PID control instructions instructtions of PLC to control water tank water level.Keywords: control configuration software MCGS of PLC cascade PID control algorithm目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc3128472541緒論 PAGEREF _Toc312847254 h 3HYPERLINK l _Toc3128472551.1 過程控制系統(tǒng)的發(fā)展概況與趨勢 PAGEREF _

5、Toc312847255 h 3HYPERLINK l _Toc3128472561.2 PLC的發(fā)展概況與趨勢 PAGEREF _Toc312847256 h 4HYPERLINK l _Toc3128472571.3 組態(tài)軟件的發(fā)展概況與趨勢 PAGEREF _Toc312847257 h 4HYPERLINK l _Toc3128472581.4 本文研究的主要容 PAGEREF _Toc312847258 h 5HYPERLINK l _Toc3128472592 水箱液位串級控制系統(tǒng)總體設(shè)計 PAGEREF _Toc312847259 h 6HYPERLINK l _Toc31284

6、72602.1 水箱系統(tǒng)的組成 PAGEREF _Toc312847260 h 6HYPERLINK l _Toc3128472612.1.1 西門子PLC控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc312847261 h 6HYPERLINK l _Toc3128472632.1.2 CPU模塊 PAGEREF _Toc312847263 h 7HYPERLINK l _Toc3128472642.1.3 I/O模塊 PAGEREF _Toc312847264 h 7HYPERLINK l _Toc3128472652.1.4 I/O接線圖 PAGEREF _Toc312847265 h 8HYPER

7、LINK l _Toc3128472662.1.5 信號間的轉(zhuǎn)換關(guān)系 PAGEREF _Toc312847266 h 8HYPERLINK l _Toc3128472672.2 雙容水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc312847267 h 9HYPERLINK l _Toc3128472682.2.1 雙容水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc312847268 h 9HYPERLINK l _Toc3128472692.2.2 雙容水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 PAGEREF _Toc312847269 h 10HYPERLINK l _Toc3128472702.2.3 雙容水箱對象特性 PAGER

8、EF _Toc312847270 h 11HYPERLINK l _Toc3128472713 串級控制 PAGEREF _Toc312847271 h 15HYPERLINK l _Toc3128472723.1 串級控制系統(tǒng)概述 PAGEREF _Toc312847272 h 15HYPERLINK l _Toc3128472733.2 串級控制系統(tǒng)的優(yōu)點 PAGEREF _Toc312847273 h 15HYPERLINK l _Toc3128472743.3 串級控制系統(tǒng)的適用場合 PAGEREF _Toc312847274 h 16HYPERLINK l _Toc312847275

9、4 控制規(guī)律 PAGEREF _Toc312847275 h 17HYPERLINK l _Toc3128472764.1 控制規(guī)律選擇 PAGEREF _Toc312847276 h 17HYPERLINK l _Toc3128472774.2 PID控制規(guī)律特點 PAGEREF _Toc312847277 h 17HYPERLINK l _Toc3128472784.3 PID控制調(diào)節(jié)規(guī)律 PAGEREF _Toc312847278 h 17HYPERLINK l _Toc3128472794.4 西門子S7-200系列PLC中PID指令的使用 PAGEREF _Toc312847279

10、h 18HYPERLINK l _Toc3128472804.5 在PLC中的PID控制的編程 PAGEREF _Toc312847280 h 19HYPERLINK l _Toc3128472814.5.1 回路的輸入輸出變量的轉(zhuǎn)換和標準化 PAGEREF _Toc312847281 h 19HYPERLINK l _Toc3128472824.5.2變量的圍 PAGEREF _Toc312847282 h 20HYPERLINK l _Toc3128472835 控制系統(tǒng)的設(shè)計 PAGEREF _Toc312847283 h 22HYPERLINK l _Toc3128472845.1 系

11、統(tǒng)設(shè)計 PAGEREF _Toc312847284 h 22HYPERLINK l _Toc3128472855.1.1 水箱液位的自動調(diào)節(jié) PAGEREF _Toc312847285 h 22HYPERLINK l _Toc3128472865.1.2 左水箱右水箱液位串級控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc312847286 h 22HYPERLINK l _Toc3128472875.2 硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc312847287 h 23HYPERLINK l _Toc3128472885.2.1 檢測單元 PAGEREF _Toc312847288 h 23HYPERLINK

12、 l _Toc3128472895.2.2 執(zhí)行單元 PAGEREF _Toc312847289 h 24HYPERLINK l _Toc3128472905.2.3 控制單元 PAGEREF _Toc312847290 h 24HYPERLINK l _Toc3128472915.3 運行 PAGEREF _Toc312847291 h 24HYPERLINK l _Toc3128472925.3.1 左水箱液位比例調(diào)節(jié) PAGEREF _Toc312847292 h 24HYPERLINK l _Toc3128472935.3.2 右水箱液位比例積分調(diào)節(jié) PAGEREF _Toc31284

13、7293 h 25HYPERLINK l _Toc3128472945.3.3 左水箱液位比例積分微分調(diào)節(jié) PAGEREF _Toc312847294 h 25HYPERLINK l _Toc3128472956 程序的編寫 PAGEREF _Toc312847295 h 26HYPERLINK l _Toc3128472966.1 主程序 PAGEREF _Toc312847296 h 26HYPERLINK l _Toc3128472976.2 子程序 PAGEREF _Toc312847297 h 27HYPERLINK l _Toc3128472987 MCGS簡單交互界 PAGERE

14、F _Toc312847298 h 30HYPERLINK l _Toc3128472997.1 MCGS組態(tài)軟件的概述 PAGEREF _Toc312847299 h 30HYPERLINK l _Toc3128473007.2 MCGS交互界面設(shè)計流程 PAGEREF _Toc312847300 h 30HYPERLINK l _Toc3128473017.2.1 建立MCGS新工程 PAGEREF _Toc312847301 h 30HYPERLINK l _Toc3128473027.2.2 建立新畫面 PAGEREF _Toc312847302 h 30HYPERLINK l _To

15、c3128473037.2.3 工具箱的用應(yīng) PAGEREF _Toc312847303 h 32HYPERLINK l _Toc3128473047.2.4 建立文字框： PAGEREF _Toc312847304 h 32HYPERLINK l _Toc3128473057.2.5 對象元件庫管理 PAGEREF _Toc312847305 h 33HYPERLINK l _Toc3128473067.2.6 完整動畫演示 PAGEREF _Toc312847306 h 33HYPERLINK l _Toc312847307結(jié)束語 PAGEREF _Toc312847307 h 34HYP

16、ERLINK l _Toc312847308致 PAGEREF _Toc312847308 h 35HYPERLINK l _Toc312847309參考文獻 PAGEREF _Toc312847309 h 361緒論液位控制問題是工業(yè)生產(chǎn)過程中的一類常見問題，例如在飲料、食品加工，溶液過建，化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過程都需要對液位進行適當(dāng)?shù)目刂?。雙溶水箱液位的控制作為過程控制的一種，由于其自身存在滯后，對象隨負荷變化而表現(xiàn)非線性特性與控制系統(tǒng)比較復(fù)雜的特點，傳統(tǒng)的控制不能達到滿意的控制效果。以PLC、組態(tài)軟件為單元，可以組成從簡單到復(fù)雜的各種工業(yè)控制系統(tǒng)。PLC可以實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯編程與簡

17、單的算法編程，但是對于先進控制算法，如模糊控制算法等涉與到矩陣運算，由于算法本身的復(fù)雜性，單純依靠PLC編程功能已經(jīng)不能滿足要求；在這組態(tài)軟件編程語言可以彌補它的不足，因為運用此方法非常簡單。本文在S7-200環(huán)境中編寫了傳統(tǒng)的PID控制算法，實現(xiàn)了對雙溶水箱液位的控制。1.1 過程控制系統(tǒng)的發(fā)展概況與趨勢過程控制是一門與工業(yè)生產(chǎn)過程聯(lián)系十分緊密的科學(xué)，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速前進，過程控制也在日新月異地發(fā)展。它不僅在傳統(tǒng)地工業(yè)改造中起到了提高質(zhì)量，節(jié)約原材料和能源，減少環(huán)境污染等十分重要的作用，而且正在成為新建的規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程中不可缺少的組成部分。生產(chǎn)過程自動化是保持生產(chǎn)穩(wěn)定、降低

18、消耗、減少成本、改善勞動條件、保證安全和提高勞動生產(chǎn)率重要手段，在社會生產(chǎn)的各個行業(yè)起著與其重要的作用。其發(fā)展經(jīng)歷了一下幾個方面：局部自動化階段（50年代）過程計算機控制系統(tǒng)階段（60年代）集中控制、多參數(shù)控制階段(70年代)集散控制階段（80年代）目前過程控制正走向高階級段的未來，不論是從過程控制的歷史和現(xiàn)狀看，還是從過程控制發(fā)展的必要性、可能性來看，過程控制是朝著綜合化、智能化的方向發(fā)展，即計算機集成制造系統(tǒng)：以智能控制理論為基礎(chǔ)，以計算機與網(wǎng)絡(luò)為主要手段，對企業(yè)的經(jīng)營、計劃、調(diào)度、管理和控制全面綜合，實現(xiàn)從原料進庫到產(chǎn)品出廠的自動化、整個生產(chǎn)系統(tǒng)信息管理的最優(yōu)化。智能化是過程控制的發(fā)展必

19、然趨勢，對工業(yè)的發(fā)展有十分重要而現(xiàn)實的意義。1.2 PLC的發(fā)展概況與趨勢PLC的發(fā)展是提高生產(chǎn)力的要求推動的。最早的自動控制采用繼電器板進行的控制邏輯簡單、體積大。維護不便升級換代困難。隨著電子元器件的發(fā)展，1969年前后發(fā)明了PLC（Programmable Logic Controller）。最早的PLC主要作用是代替繼電器。完全用于邏輯（順序）控制存小、功能單一.但是，在回路調(diào)節(jié)時，仍需要單回路儀表或者OCS。隨著電子技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展，PLC從單純的數(shù)字量控制發(fā)展到簡單的模擬量控制和數(shù)字量控制相結(jié)合，部分代替了單回路儀表的功能。PLC的網(wǎng)絡(luò)能力從無到有，今天已經(jīng)非常強大。通過網(wǎng)絡(luò)，

20、可以實現(xiàn)分散控制，降低安裝成本，提高集成度。正是因為這種靈活性，用戶可以很方便地建立自己地自動化控制系統(tǒng)。PLC在設(shè)計時就是面向工業(yè)環(huán)境地。因此，可靠性和抗干擾能力都很強。PLC在長期應(yīng)用中，經(jīng)受了考驗，幾乎成為高可靠性的代名詞。幾乎所有大型地順序控制、重要的應(yīng)用，都是PLC實現(xiàn)的。可以說，沒有PLC就沒有現(xiàn)代制造業(yè)。PLC進一步融合OCS技術(shù)，發(fā)展到PAC（Programmable Automation Controller）。PAC可以方便的和企業(yè)網(wǎng)集成，實現(xiàn)信息化工廠。PLC網(wǎng)絡(luò)中Profibus.Modbus應(yīng)用也非常廣泛。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，PLC體積越來越小。但小型化是有限度的，并

21、不是越小越好。因為阻容元件等的體積很難縮小而抗干擾措施需要這些分立元件。同時，為了使用更加方便，功能更強，控制器的存不斷擴大，處理能力不斷增強。PLC廠家積極向過程自動控制領(lǐng)域拓展。PLC保持了靈活、可靠和高性價比的優(yōu)勢。同時在標準化和開放性方面有了長足的進步得到很多用戶的喜愛和使用。在功能方面只有某些在PLC基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的PAC系統(tǒng)才能滿足全廠控制的要求。因此PLC的根基依然牢固。目前自動化領(lǐng)域主要的發(fā)展方向是企業(yè)層和車間層的融合。在提高生產(chǎn)力、全球化、創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展的要求推動下，信息、通訊、控制和動力的融合是自動化發(fā)展的必有之路?？傊?，PLC順應(yīng)企業(yè)融合的需要，向標準化、多功能方向不

22、斷發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展功能不斷增強，發(fā)展前景非常樂觀。1.3 組態(tài)軟件的發(fā)展概況與趨勢隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)正以標準的工業(yè)計算機軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)，它具有適應(yīng)性強、開放型好、易于擴展、經(jīng)濟與開發(fā)周期短等優(yōu)點。監(jiān)控組態(tài)軟件在新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)起到越來越重要的作用。通常可以把組態(tài)軟件系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層、它不但實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)控與控制，且常在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達、組態(tài)開發(fā)的重要作用。監(jiān)控層的硬件以工業(yè)級的微型計算機和工作站為主，目前更趨向于工業(yè)微機。監(jiān)控層的軟件功能

23、由監(jiān)控組態(tài)軟件來實現(xiàn)。組態(tài)軟件指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專業(yè)軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，能以靈活多樣的組態(tài)方式（而不是編程方式）提供良好用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法，其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層地各項功能，并能同時支持各種硬件廠家地計算機和I/O設(shè)備，與高性能地工控計算機和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，向控制層和管理層提供軟、硬件地全部接口，進行系統(tǒng)集成。目前世界上有不少專業(yè)廠商生產(chǎn)和提供各種組態(tài)軟件產(chǎn)品。1.4 本文研究的主要容（1）一個系統(tǒng)是否能達到預(yù)期的控制效果，其系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型相當(dāng)?shù)闹匾?，直接關(guān)系到控制結(jié)果的正確與否。（2）在液位控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥

24、是否與所控制的液體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等，直接的影響到控制結(jié)果。（3）控制方案的選取，一個好的方案會讓系統(tǒng)更加完美，所以方案的選取也非常重要。（4）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2 水箱液位串級控制系統(tǒng)總體設(shè)計2.1 水箱系統(tǒng)的組成水箱系統(tǒng)由兩個串聯(lián)水箱、一個大水箱、一個水泵、兩個壓力變送器、管道與若干閥組成。兩個壓力變送器通過分別檢測兩個水箱壓力來確定水位高度。控制系統(tǒng)面板左側(cè)：電源：220V AC單相電源、空氣開關(guān)、對象系統(tǒng)流程圖。右側(cè)：S7-200 CPU224、EM235擴展模塊、I/O接口。圖2-1為雙溶水箱控制實驗臺2.1.1西門子PLC控制系統(tǒng)

25、S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測與控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。S7-200系列PLC可提供4個不同的基本型號的8種CPU供您使用。集成的24V負載電源CPU 221226各有2種類型CPU，具有不同的電源電壓和控制電壓。圖2-1-1為PLC的原理圖。外存接口其他接口中央處理器CPUROMRAM編輯器CPROMEPROMRAM其他設(shè)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管圖2-1-1PL

26、C的原理圖2.1.2 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”。其功能是：（1）PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能，接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。（2）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。（3）診斷電源、PLC部電路工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤。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(wù)，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去起閉有關(guān)控制電路。2.1.3I/O模塊I/O模塊是CPU與現(xiàn)成I/O裝置或其他外部設(shè)備之間的連接部件。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

27、/O元件供用戶選用。如輸入/輸出電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離、串/并行轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳送、誤碼校驗、A/D或D/A變換以與其他功能模塊等。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。其中輸入信號要通過光電隔離，通過濾波進入CPU控制板，CPU發(fā)出輸出信號至輸出端。輸出方式有三種：繼電器方式、晶體管方式和晶閘管方式。2.1.4 I/O接線圖水泵驅(qū)動模塊水泵左水箱LT2傳感器2AI1+AI1-AI2+AI2-AO+AO-LT1傳感器1右水箱EM235+-圖2-1-2 I/O接線示意圖2.1.5 信號間的轉(zhuǎn)換關(guān)系壓力變送器檢測

28、水箱壓力在05000pa圍，經(jīng)過壓力變送器轉(zhuǎn)換成15V模擬量電壓信號，經(jīng)過模擬信號接口輸送給EM235擴展模塊；15V模擬量信號經(jīng)過EM235轉(zhuǎn)換成640032000數(shù)量信號，再將其輸送到PLC 中；經(jīng)過程序控制，對應(yīng)050cm水箱水位。 本設(shè)計應(yīng)用到水箱壓力在02000pa之間，經(jīng)過壓力變送器轉(zhuǎn)換成電壓信號為12.6V，經(jīng)過EM235轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號640016640，其對應(yīng)的水箱水位在020cm之間。水箱壓力值05000pa經(jīng)壓力變送器轉(zhuǎn)換成電壓值15V,其轉(zhuǎn)換關(guān)系可用函數(shù)表達式表示: Y(x)-1/(x-0)=(5-1)/(5000-0) (2-1-3)化簡為:Y(x)=0.0008x+

29、1 (2-1-4)EM235模塊將15V壓力信號轉(zhuǎn)換為640032000數(shù)字信號,其轉(zhuǎn)換關(guān)系為:Y(x)-6400/(x-1)=(32000-6400)/(5-1) (2-1-5)化簡為:Y(x)=1600 x-4800 (2-1-6)640032000數(shù)字信號進行標準化處理為(除以32000)得到結(jié)果為0.21.標準化處理結(jié)果0.21與050cm水箱水位的對應(yīng)關(guān)系表達式為:Y(x)-0/(x-0.2)=(50-0)/(1-0.2) (2-1-7)化簡為: Y(x)=62.5x-12.5 (2-1-8)本設(shè)計中數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系:水箱壓力值02000pa經(jīng)壓力變送器轉(zhuǎn)換成電壓值12.6V,其轉(zhuǎn)

30、換關(guān)系可用函數(shù)表達式表示:Y(x)=0.0008x+1 (2-1-9)EM235模塊將12.6V壓力信號轉(zhuǎn)換為640016640數(shù)字信號,其轉(zhuǎn)換關(guān)系為:Y(x)=6400 x (2-1-10)640016640數(shù)字信號進行標準化處理為(除以32000)得到結(jié)果為0.20.52.標準化處理結(jié)果0.20.52與020cm水箱水位的對應(yīng)關(guān)系表達式為:Y(x)=62.5x-12.5 (2-1-11)2.2 雙容水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.2.1 雙容水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)雙容水箱是兩個串聯(lián)在一起的水箱，整個系統(tǒng)有左水箱、右水箱、儲水箱愛與管和閥門組成。本系統(tǒng)由雙容水箱作為控制對象，水箱的液位h1和h2作為被控量。水箱里液位

31、的變化，由壓力傳感器轉(zhuǎn)換成420mA的標準電信號，在I/O接口的A/D轉(zhuǎn)換成二進制編碼的數(shù)學(xué)信號后，送入計算機端口。經(jīng)計算機算出的控制控制量通過D/A轉(zhuǎn)換成15V的控制電信號，通過改變調(diào)節(jié)閥的開度向水箱。水從左水箱進入，左水箱閘板開度8毫米，進入右水箱，右水箱閘板開度5-6毫米。要保證右水箱閘板開度大約下水箱閘板開度，這樣控制效果好些。水流入量Qi由調(diào)節(jié)閥u控制，流出量Qo則由用戶通過閘板來改變。被調(diào)量為下水位H。雙溶水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-2-1所示圖2-2-1雙溶水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.2.2雙容水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖雙溶水箱液位控制系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)如圖2-2-2所示（a）結(jié)構(gòu)圖 （b）方框圖 圖2-2-2雙閉

32、環(huán)液位控制系統(tǒng)圖2-2-2為雙閉環(huán)串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖和方框圖。本系統(tǒng)是由左、右兩個水箱串聯(lián)組成，右上水箱的液位為系統(tǒng)的主控制量，左上水箱的液位為副控制量。本系統(tǒng)的控制目的，不僅要使右上水箱的液位等于給定值，而且當(dāng)擾動出現(xiàn)在左上水箱時，由于它們的時間常數(shù)均小于右上水箱，故在右上水箱的液位未發(fā)生明顯變化前，擾動所產(chǎn)生的影響已通過回路的控制與時地被消除。為了實現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器應(yīng)為PI或PID控制。由于副控回路的輸出要求能快速、準確地復(fù)現(xiàn)主調(diào)節(jié)器輸出信號的變化規(guī)律，對副參數(shù)的動態(tài)性能和余差無特殊要求，因而副調(diào)節(jié)器采用P或PI調(diào)節(jié)器。2.2.3雙容水箱對象特

33、性在工業(yè)生產(chǎn)過程中，被控過程往往是由多個容積和阻力構(gòu)成，這種過程稱為多容過程。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(xué)模型的方法。0Q000圖2-2-3雙容過程與其響應(yīng)曲線圖2-2-3（a）所示為兩只水箱串聯(lián)工作的雙容過程。其被控量是第二只水箱的液位，輸入量為與上述分析方法一樣，根據(jù)物料平衡關(guān)系可以列出下列方程 （2-2-4） （2-2-5） （2-2-6） （2-2-7）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，并畫出方框圖如2-2-9所示。雙容過程的數(shù)學(xué)模型為: （2-2-8）1/C1s1/R21/C2s1/R3圖2-2-9雙容過程方框圖式中：第一只水箱的時間常數(shù)

34、，；第二只水箱的時間常數(shù)，；過程的放大系數(shù)，；分別是兩只水箱的容量系數(shù)。圖2-2-10所示為流量有一階躍變化時，被控量的響應(yīng)曲線。與單容過程比較，多容過程受到擾動后，被控參數(shù)的變化速度并不是一開始就最大，而是要經(jīng)過一段時延之后才達到最大值。即多容過程對于擾動的響應(yīng)在時間上存在時延，被稱為容量時延。產(chǎn)生容量時延的原因主要是兩個容積之間存在阻力，所以使的響應(yīng)時間向后推移。容量時延可用作圖法求得，即通過響應(yīng)曲線的拐點D作切線，與時間圖2-2-10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。對與無自衡能力的雙容過程，可見圖2

35、-2-10，圖中，被控量為，輸入量為。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。對擾動的響應(yīng)有他、一定的時延和慣性。同上所述，所示過程的數(shù)學(xué)模型為 （2-2-11）式中：過程積分時間常數(shù)，； T第一只水箱的時間常數(shù)。同理，無自衡多容過程的數(shù)學(xué)模型為 （2-2-12）當(dāng)然無自衡多容過程具有純時延時，則其數(shù)學(xué)模型為 （2-2-13）3 串級控制3.1 串級控制系統(tǒng)概述圖3-1是串級控制系統(tǒng)的方框圖。該系統(tǒng)有主、副兩個控制回路，主、副調(diào)節(jié)器相串聯(lián)工作，其中主調(diào)節(jié)器有自己獨立的給定值R，它的輸出m1作為副調(diào)節(jié)器給定值，副調(diào)節(jié)器的輸出m2控制執(zhí)行器，以改變主參數(shù)C1。圖3-1

36、串級控制系統(tǒng)方框圖R-主參數(shù)的給定值；C1-被控的主參數(shù)；C2-副參數(shù)f1(t)-作用在主對象上的擾動f2(t)-作用在副對象上的擾動3.2 串級控制系統(tǒng)的優(yōu)點串級控制系統(tǒng)從總體上看，仍然是一個定值控制系統(tǒng)，因此，主變量在干擾作用下的過渡過程和單回路定值控制系統(tǒng)的過渡過程具有一樣的品質(zhì)指標。但是串級控制系統(tǒng)和單回路系統(tǒng)相比，在結(jié)構(gòu)上從對象中引入一個中間變量（副變量）構(gòu)成一個回路，因此具有一系列的特點。串級控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點由：a.副回路的干擾抑制作用發(fā)生在副回路的干擾，在影響主回路之前即可由副控制器加以校正；b.主回路響應(yīng)速度的改善副回路的存在，使副對象的相位滯后對控制系統(tǒng)的影響減小，從而改善

37、了主回路的響應(yīng)速度；c.魯棒性的增強串級系統(tǒng)對副對象與調(diào)節(jié)閥特性的變化具有較好的魯棒性；d.副回路控制的作用副回路可以按照主回路的需要對于質(zhì)量流實施精確的控制。3.3 串級控制系統(tǒng)的適用場合與單回路回饋控制系統(tǒng)比較，串級控制系統(tǒng)有許多優(yōu)點。如串級控制系統(tǒng)能改善對象的動態(tài)特性、提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量；能迅速克服進入副回路的二次擾動；能提高系統(tǒng)的工作頻率以與對負荷變化的適應(yīng)性較強等等。串級控制方案主要使用場合如下：a.應(yīng)用于容量滯后較大的對象當(dāng)對象的容量滯后較大時。若采用串級控制，使等效對象的時間常數(shù)減小，以提高系統(tǒng)的工作效率，加快反映速度，可以得到較好的控制質(zhì)量。b. 應(yīng)用于純滯后較大的對象當(dāng)對象滯

38、后較大，有時可以利用串級控制系統(tǒng)來改善系統(tǒng)的控制質(zhì)量c.應(yīng)用于擾動變化激烈而且幅度大的對象串級控制系統(tǒng)的副回路對于進入其中的擾動具有較強的校正能力。d.應(yīng)用于參數(shù)互相關(guān)聯(lián)的對象在有些過程中，有時兩個互相關(guān)聯(lián)的參數(shù)需要利用同一個介質(zhì)進行控制鑒于串級控制方式所具有的這一優(yōu)勢，本設(shè)計最終采用串級控制方式來控制水箱液位。4 控制規(guī)律4.1 控制規(guī)律選擇本設(shè)計采用的是工業(yè)控制中最常用的PID控制規(guī)律，環(huán)與外環(huán)的控制算法采用PID算法，PID算法實現(xiàn)簡單，控制效果好，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，外環(huán)PID的輸出作為環(huán)的輸入，環(huán)跟隨外環(huán)的輸出。在工程實際中，應(yīng)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

39、制，又稱PID調(diào)節(jié)。它結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)易于調(diào)整，在長期的應(yīng)用中積累了豐富的經(jīng)驗。4.2 PID控制規(guī)律特點a.技術(shù)成熟；PID調(diào)節(jié)是連接系統(tǒng)理論術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的控制方法，它的結(jié)構(gòu)靈活，不僅可實現(xiàn)常規(guī)的PID調(diào)節(jié)，而且還可根據(jù)系統(tǒng)的要求，采用PI、PD、帶死區(qū)的PID控制等；b.不許求出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；c.控制效果好。雖然計算機控制是非連續(xù)的，但由于計算機的運算速度越來越快，因此用數(shù)字PID完全可以代替模擬調(diào)節(jié)器，并且能得到比較滿意的效果4.3PID控制調(diào)節(jié)規(guī)律典型的PID控制結(jié)構(gòu)如圖4-1所示： 圖4-1 PID控制結(jié)構(gòu)圖1.比例部分在模擬PID控制器中，比例環(huán)節(jié)的作用是對偏差瞬間作出反應(yīng)

40、。偏差一旦產(chǎn)生控制器立即產(chǎn)生控制作用，使控制量向減少偏差的方向變化?？刂谱饔玫膹娙跞Q于比例系數(shù)Kp，比例系數(shù)Kp越大，控制作用越強，則過渡過程越快，控制過程的靜態(tài)偏差也就越小；但是Kp越大，也越容易產(chǎn)生振蕩，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。故而，比例系數(shù)Kp選擇必須恰當(dāng)，才能過渡時間少，靜差小而又穩(wěn)定的效果。2.積分部分積分部分的數(shù)學(xué)表達如公式（2）可見：積分部分表達式（2）從積分部分的數(shù)學(xué)表達式可以知道，只要存在偏差，則它的控制作用就不斷的增加；只有在偏差e（t）0時，它的積分才能是一個常數(shù)，控制作用才是一個不會增加的常數(shù)?？梢?，積分部分可以消除系統(tǒng)的偏差。積分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)作用雖然會消除靜態(tài)誤差，但也會降

41、低系統(tǒng)的影響速度，增加系統(tǒng)的超調(diào)量。積分常數(shù)Ti越大，積分的積累作用越弱，這時系統(tǒng)在過渡時不會產(chǎn)生振蕩;但是增大積分常數(shù)Ti會減慢靜態(tài)誤差的消除過程，消除偏差所需的時間也較長，但可以減少超調(diào)量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)Ti較小時，則積分的作用較強，這時系統(tǒng)過渡時間中有可能產(chǎn)生振蕩，不過消除偏差所需的時間較短。所以必須根據(jù)實際控制的具體要求來確定Ti。3.微分部分 實際的控制系統(tǒng)除了希望消除靜態(tài)誤差外，還要求加快調(diào)節(jié)過程。在偏差出現(xiàn)的瞬間，或在偏差變化的瞬間，不但要對偏差量做出立即響應(yīng)，而且要根據(jù)偏差的變化趨勢預(yù)先給出適當(dāng)?shù)募m正。為了實現(xiàn)這一作用，可在PI控制的基礎(chǔ)上加入微分環(huán)節(jié)，形成PID控制器。

42、微分環(huán)節(jié)的作用使阻止偏差的變化。它是根據(jù)偏差值變化趨勢進行控制。偏差變化的越快，微分控制器的輸出就越大，并能在偏差值變大之前進行修正。微分作用的引入，將有助于減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，特別對高階系統(tǒng)非常有利，它加快了系統(tǒng)的跟蹤速度。但微分的作用對輸入信號的噪聲很敏感，對那些噪聲較大的系統(tǒng)一般不用微分，或在微分起作用之前先對輸入信號進行濾波。微分部分的作用由微分時間常數(shù)Td決定。Td越大時，則它抑制偏差e（t）變化的作用越強；Td越小時，則它反抗偏差e（t）變化的作用達到最優(yōu)。所以PID調(diào)節(jié)器的數(shù)學(xué)描述如公式(4)可見： PID數(shù)學(xué)描述式(4)4.4 西門子S7-200系列PLC中P

43、ID指令的使用比例積分微分指令即PID指令其指令格式如下：PID指令用的算術(shù)表達式為： 輸出值上式中表示誤差。該指令可以用中斷、子程序、步進梯形指令和條件跳步指令，指令的應(yīng)用如圖4-2所示。當(dāng)X0=ON時執(zhí)行PID指令，把PID控制回路的設(shè)定值存放在D100-D124這25個數(shù)據(jù)寄存器中，對S2的當(dāng)前值（D1）和（S1）的設(shè)定值（D0）進行比較，通過PID回路處理數(shù)值之間的偏差后計算出一個調(diào)節(jié)值，此調(diào)節(jié)值存入目標操作數(shù)D150中。X0PIDD0D1D100D150S1S2S3D圖4-2 PID指令的應(yīng)用4.5 在PLC中的PID控制的編程4.5.1回路的輸入輸出變量的轉(zhuǎn)換和標準化PID控制器調(diào)

44、節(jié)輸出，保證偏差(e)為零，使系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。偏差(e)是設(shè)定值(SP)和過程變量(PV)的差。PID控制的原理基于下面的算式；輸出M(t)是比例項、積分項和微分項的函數(shù)。輸出=比例項+積分項+微分項：其中： 是作為時間函數(shù)的回路輸出；是回路增益；是回路誤差(設(shè)定值和過程變量之間的差)；是回路輸出的初始值；為了能讓數(shù)字計算機處理這個控制算式，連續(xù)算式必須離散化為周期采樣偏差算式，才能用來計算輸出值。數(shù)字計算機處理的算式如下：輸出= 比例項+微分項：其中：是在采樣時刻n，PID回路輸出的計算值；是回路增益；是采樣時刻n的回路誤差值； 是回路誤差的前一個數(shù)值(在采樣時刻n-1)；是采樣時刻x的回

45、路誤差值；是積分項的比例常數(shù)；是回路輸出的初始值；是微分項的比例常數(shù)；從這個公式可以看出，積分項是從第1個采樣周期到當(dāng)前采樣周期所有誤差項的函數(shù)。微分項是當(dāng)前采樣和前一次采樣的函數(shù)，比例項僅是當(dāng)前采樣的函數(shù)。在數(shù)字計算機中，不保存所有的誤差項，實際上也不必要。由于計算機從第一次采樣開始，每有一個偏差采樣值必須計算一次輸出值，只需要保存偏差前值和積分項前值。作為數(shù)字計算機解決的重復(fù)性的結(jié)果，可以得到在任何采樣時刻必須計算的方程的一個簡化算式。簡化算式是：輸出=比例項+積分項+微分項：其中： 是在采樣時間n時，回路輸出的計算值；是回路增益；是采樣時刻n的回路誤差值；是回路誤差的前一個數(shù)值(在采樣時

46、刻n-1)；是積分項的比例常數(shù)；是積分項的前一個數(shù)值(在采樣時刻n-1)；是微分項的比例常數(shù)；1.回路輸入的轉(zhuǎn)換和標準化:是將現(xiàn)實世界的值的實數(shù)值表達形式轉(zhuǎn)換成0.0-1.0之間的標準化值。下面的算式可以用于標準化設(shè)定值或過程變量值： 其中： 是現(xiàn)實世界數(shù)值的標準化的實數(shù)值表達式。是現(xiàn)實世界數(shù)值的未標準化的或原始的實數(shù)值表達式。偏移量對于單極性為0.0。對于雙極性為0.5?？缍仁亲畲罂赡苤禍p去最小可能值：對于單極性數(shù)值(典型值)為32,000。對于雙極性數(shù)值(典型值)為64,000。2.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，在汽車速度控制中，可以是油閥開度的設(shè)置?；芈份敵鍪?/p>

47、0.0和1.0之間的一個標準化了的實數(shù)值。在回路輸出可以用于驅(qū)動模擬輸出之前，回路輸出必須轉(zhuǎn)換成一個16位的標定整數(shù)值。這一過程，是將PV和SP轉(zhuǎn)換為標準值的逆過程。第一步是使用下面給出的公式，將回路輸出轉(zhuǎn)換成一個標定的實數(shù)值： = (-偏移量) * 跨度其中： 是回路輸出經(jīng)過標定的實數(shù)值；是回路輸出標準化的實數(shù)值；偏移量對于單極性值為0.0，對于雙極性值為0.5；跨度值域大小，可能的最大值減去可能的最小值；對于單極性為32,000 (典型值)；對于雙極性為64,000 (典型值)。4.5.2變量的圍過程變量和設(shè)定值是PID運算的輸入值。因此回路表中的這些變量只能被PID指令讀而不能被改寫。輸

48、出變量是由PID運算產(chǎn)生的，所以在每一次PID運算完成之后，需更新回路表中的輸出值， 輸出值被限定在0.0-1.0之間。當(dāng)輸出由手動轉(zhuǎn)變?yōu)镻ID(自動)控制時，回路表中的輸出值可以用來初始化輸出值。如果使用積分控制，積分項前值要根據(jù)PID運算結(jié)果更新。這個更新了的值用作下一次PID運算的輸入，當(dāng)計算輸出值超過圍(大于1.0或小于0.0)，那么積分項前值必須根據(jù)下列公式進行調(diào)整： ；當(dāng)計算輸出或；當(dāng)計算輸出。其中： 是調(diào)整過的偏差的數(shù)值；是在采樣時間n時回路輸出的比例項的數(shù)值；是在采樣時間n時回路輸出的微分項的數(shù)值；是在采樣時間n時回路輸出的數(shù)值；這樣調(diào)整積分前值，一旦輸出回到圍后，可以提高系統(tǒng)

49、的響應(yīng)性能。而且積分項前值也要限制在0.0-0.1之間，然后在每次PID運算結(jié)束之后。把積分項前值寫入回路表，以備在下次PID運算中使用。用戶可以在執(zhí)行PID指令以前修改回路表中積分項前值。在實際運用中，這樣做的目的是找到由于積分項前值引起的問題。手工調(diào)整積分項前值時，必須小心謹慎，還應(yīng)保證寫入的值在0.0-1.0之間。5 控制系統(tǒng)的設(shè)計5.1 系統(tǒng)設(shè)計 5.1.1水箱液位的自動調(diào)節(jié)在這個部分中控制的是左右箱的液位。系統(tǒng)原理圖如圖5-1所示。單相泵正常運行，打開閥1，打開倆水箱連通閥，電動調(diào)節(jié)閥以一定的開度來控制進入水箱的水流量，調(diào)節(jié)手段是通過將壓力變送器檢測到的電信號送入PLC中，經(jīng)過A/D

50、變換成數(shù)字信號，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D/A轉(zhuǎn)換成與電動調(diào)節(jié)閥開度相對應(yīng)的電信號送入電動調(diào)節(jié)閥中控制通道中的水流量。圖5-1系統(tǒng)原理圖當(dāng)左水箱的液位小于設(shè)定值時，壓力變送器檢測到的信號小于設(shè)定值，設(shè)定值與反饋值的差就是PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號。經(jīng)過運算后即輸出控制信號給電動調(diào)節(jié)閥，使其開度增大，以使通道里的水流量變大，增加水箱里的儲水量，液位升高。當(dāng)液位升高到設(shè)定高度時，設(shè)定值與控制變量平衡，PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號為零，流量也不變，同時水箱的液位也維持不變。5.1.2 左水箱右水箱液位串級控制系統(tǒng)左水箱右水箱液位控制系統(tǒng)由于控制過程特性呈現(xiàn)大滯后，外界環(huán)境的擾

51、動較大，要保持左水箱右水箱液位最后都保持設(shè)定值，用簡單的單閉環(huán)反饋控制不能實現(xiàn)很好的控制效果，所以采用串級閉環(huán)反饋系統(tǒng)。左水箱右水箱液位控制系統(tǒng)圖如圖5-2所示，該系統(tǒng)中，左水箱液位作為副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)對象，右水箱液位作為主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)對象。這里的擾動主要是水箱的出水閥的擾動，有時是認為的因素，有時是機械的因素，擾動總是不可避免的。主回路和副回路結(jié)合有效地抑制環(huán)境的擾動。主對象副對象執(zhí)行器PID1PID2A/DD/A主變送器副變送器A/DSP+PVe圖5-2 左右水箱控制方框圖在這里，執(zhí)行機構(gòu)仍然是電動調(diào)節(jié)閥，依舊由PLC經(jīng)過PID算法后控制它的開度以控制水管里的水流量，控制兩個水箱的水位。它有兩個

52、PID回路，分別是PID1和PID2。PID1為外環(huán)，控制下水箱的液位，它的輸出值作為PID2的設(shè)定值，PID2控制上水箱的液位。5.2 硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件的設(shè)計包括檢測單元、執(zhí)行單元和控制單元的設(shè)計，他們互相聯(lián)系，組成一個完整的系統(tǒng)。5.2.1檢測單元在過程控制系統(tǒng)中，檢測環(huán)節(jié)是比較重要的一個環(huán)節(jié)。液位是指密封容器或開口容器中液位的高低，通過液位測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，使之達到物料的平衡，從而保證生產(chǎn)過程順利進行。設(shè)計中涉與到液位的檢測和變送，以便系統(tǒng)根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)通道中的水流量，控制水箱的液位。液位變送器分為浮力式、靜壓力式、電容式、應(yīng)

53、變式、超聲波式、激光式、放射性式等。系統(tǒng)中用到的液位變送器是浙大中控自動化儀表生產(chǎn)的中控儀表SP0018G壓力變送器，屬于靜壓力式液位變送器，量程為0-10KPa，精度為 ，由24V直流電源供電，可以從PLC的電源中獲得，輸出為4-20mA直流。5.2.2執(zhí)行單元執(zhí)行單元是構(gòu)成自動控制系統(tǒng)不可缺少的重要組成環(huán)節(jié)，它接受來自調(diào)節(jié)單元的輸出信號，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程的物料或能量實現(xiàn)過程參數(shù)的自動控制。執(zhí)行器的工作原理，由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）兩部分組成。執(zhí)行機構(gòu)首先將來自調(diào)節(jié)器的信號轉(zhuǎn)變成推力或位移，對調(diào)節(jié)機構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)的

54、推力或位移，改變調(diào)節(jié)閥的閥芯或閥座間的流通面積，以達到最終調(diào)節(jié)被控介質(zhì)的目的。來自調(diào)節(jié)器的信號經(jīng)信號轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換信號制式后，與來自執(zhí)行機構(gòu)的位置反饋信號比較，其信號差值輸入到執(zhí)行機構(gòu)，以確定執(zhí)行機構(gòu)作用的方向和大小，其輸出的力或位移控制調(diào)節(jié)閥的動作，改變調(diào)節(jié)閥的流通面積，從而改變被控介質(zhì)的流量。當(dāng)位置反饋信號與輸入信號相等時，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，調(diào)節(jié)閥處于某一開度。系統(tǒng)中用到的調(diào)節(jié)閥是QS智能型調(diào)節(jié)閥，所用到的執(zhí)行機構(gòu)為電動執(zhí)行機構(gòu)，輸出為角行程，控制軸轉(zhuǎn)動。電動執(zhí)行機構(gòu)的組成框圖。來自PLC的模擬量輸出DC4-20mA信號Ii與位置反饋信號If進行比較，其差值經(jīng)放大后，控制伺服電動機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)

55、，再經(jīng)減速器后，改變調(diào)節(jié)器的開度，同時輸出軸的位移，經(jīng)位置發(fā)生器轉(zhuǎn)換成電流信號If。當(dāng)Ii=If時，電動機停止轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)閥處于某一開度，即Q=KIi，式中Q為輸出軸的轉(zhuǎn)角，K為比例常數(shù)。電動調(diào)節(jié)閥還提供手動操作，它的上部有個手柄，和軸連在一起，在系統(tǒng)掉電時可進行手動控制，保證系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用。5.2.3控制單元控制單元是整個系統(tǒng)的心臟。在系統(tǒng)中，PLC是控制的中心元件，它的選擇是控制單元設(shè)計的重要部分。系統(tǒng)應(yīng)用的是西門子S7-200系列的PLC，其結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活且易于維護。它采用模塊化設(shè)計，本系統(tǒng)主要包括CPU模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和電源模塊。5.3 運行5.3.1 左水箱液位

56、比例調(diào)節(jié)以圖6-3所示的液位比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)為例，被調(diào)參數(shù)是左水箱的液位。在輸入的偏差信號為階躍信號。當(dāng)比例調(diào)節(jié)器的小于1時，其比例調(diào)節(jié)器的實驗特性圖為圖5-3（a）所示；當(dāng)比例調(diào)節(jié)器的大于1時，其比例調(diào)節(jié)器的實驗特性圖為圖5-3（b）所示。比例調(diào)節(jié)器（a）（b）圖5-3比例調(diào)節(jié)器的實驗特性圖0005.3.2 右水箱液位比例積分調(diào)節(jié)當(dāng)輸入信號為階躍變化時，才用PI調(diào)節(jié)器的情況。我們得到了PI調(diào)節(jié)器的實驗的變化曲線圖，如圖5-2所示。5.3.3 左水箱液位比例積分微分調(diào)節(jié)對左水箱進行比例積分微分調(diào)節(jié)即PID調(diào)節(jié)進行實驗。當(dāng)輸入信號為階躍號時，對應(yīng)的PID階躍響應(yīng)實驗曲線圖如圖5-4+=tttt000

57、0圖5-46 程序的編寫6.1 主程序此程序中首先是設(shè)定值VD104除以50傳送到VD204寄存器上，比例系數(shù)、采樣時間、積分時間、微分時間通過實數(shù)傳送指令傳送到寄存器上，這部分是主控制器。副比例系數(shù)、副采樣時間、積分時間、微分時間通過實數(shù)傳送指令傳送到寄存器上，這部分是福控制器。6.2 子程序在這個子程序中可以用一個公式加以總結(jié)：AIW2除以32000減0.2乘1.25傳送到VD200再乘以50傳送到VD100在控制右水箱的程序中可用此公式加以概括：AIW0除以32000減0.2乘1.25傳送到AVD400再乘50傳送到VD300.7 MCGS簡單交互界7.1 MCGS組態(tài)軟件的概述MCGS

58、組態(tài)軟件具有動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、工程報表、數(shù)據(jù)與曲線等強大功能，在自動控制中占據(jù)主力軍的位置，已逐漸成為工業(yè)自動化的靈魂。7.2 MCGS交互界面設(shè)計流程7.2.1 建立MCGS新工程首先在計算機上安裝“MCGS組態(tài)軟件”,在 Windows 桌面上，會有 “Mcgs 組態(tài)環(huán)境”與“Mcgs 運行環(huán)境” 圖標。鼠標雙擊“Mcgs 組態(tài)環(huán)境”圖標，進入 MCGS 組態(tài)環(huán)境。在菜單“文件”中選 “新建工程” .如圖7-1圖7-17.2.2建立新畫面在MCGS組態(tài)平臺上，單擊“用戶窗口”，在“用戶窗口”中單擊“新建窗口”按鈕， 則產(chǎn)生新“窗口0”，即： 選中“窗口0”，如圖7-2圖7-2選中“窗口0”,單擊“窗口屬性”，進入“用戶窗口屬性設(shè)置”，將“窗口名稱” 改為：水位控制；將“窗口標題”改為：水位控制；在“窗口位置”中選中“最大化顯 示”，其它不變，單擊“確認”。如圖7-3圖7-3選中“水位控制” ，單擊“動畫組態(tài)” ，進入動畫制作窗口。如圖7-4圖7-47.2.3工具箱的用應(yīng)單擊