1、水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程向著大型、連續(xù)方向發(fā)展,對(duì)控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)提出了日益 增長(zhǎng)的要求。在這種情況下，傳統(tǒng)的單回路液位控制已經(jīng)難以滿(mǎn)足一些復(fù)雜的控制要求， 水箱液位控制系統(tǒng)由于控制過(guò)程特性呈現(xiàn)大滯后、外界環(huán)境的擾動(dòng)較大，要保持水箱液位 最后都保持設(shè)定值，用簡(jiǎn)單的單閉環(huán)反饋控制不能實(shí)現(xiàn)很好的控制效果，所以采用串級(jí)閉 環(huán)反饋系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用水箱液位和注水流量串級(jí)控制，設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由水箱、管道、三相磁力泵、 水壓傳感器、渦輪流量計(jì)、變頻器、可編程控制器及其輸入輸出通道電路等構(gòu)成。系統(tǒng)中 由液位PID控制器的設(shè)定值端口設(shè)置液位給定值，水壓力傳感器檢測(cè)液位。渦輪流量計(jì)測(cè) 流量

2、，變頻器調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，采用PID算法得出變頻器輸出值，實(shí)現(xiàn)流量的控制。流量 控制是內(nèi)環(huán)，液位控制是外環(huán)。制作相對(duì)應(yīng)的控制畫(huà)面，讓畫(huà)面的個(gè)按鈕與變量相對(duì)應(yīng)，對(duì)系統(tǒng)的個(gè)參數(shù)進(jìn)行整定， 通過(guò)不斷的調(diào)試，使系統(tǒng)盡可能的保持在要求的位置。系統(tǒng)電源由接觸器和按鈕控制，系統(tǒng)電源接通后PLC進(jìn)行必要的自檢和初始化，控制 器接收到系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕動(dòng)作信號(hào)后，通過(guò)接觸器接通電機(jī)電源，啟動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)工作，開(kāi)始 兩個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制。 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 1、設(shè)計(jì)目的和任務(wù)1 HYPERLINK l bookmark26 o C

3、urrent Document 1.1目的1 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 1.2主要任務(wù)1 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 2、設(shè)計(jì)方案提出及選擇1 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 2.1液位單閉環(huán)控制系統(tǒng)1 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 2.2液位流量串級(jí)控制系統(tǒng)1 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 3、液位串級(jí)控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)2

4、HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 3.1串級(jí)控制系統(tǒng)的組成2 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 3.2系統(tǒng)總貌圖4 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 4、設(shè)計(jì)方案的控制流程圖和電氣原理圖4 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 4.1水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)4 HYPERLINK l bookmark59 o Current Document 4.2水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)框圖的設(shè)計(jì)5 HYPER

5、LINK l bookmark62 o Current Document 4.3電氣原理圖的設(shè)計(jì)5 HYPERLINK l bookmark65 o Current Document 5、系統(tǒng)工作原理6 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 5.1水箱工作原理6 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 5.2 PID控制工作原理7 HYPERLINK l bookmark75 o Current Document 6、軟件流程圖及程序的編寫(xiě)7 HYPERLINK l bookmark79 o Curren

6、t Document 7、上位機(jī)畫(huà)面制作9 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 8、PID參數(shù)整定10 HYPERLINK l bookmark85 o Current Document 8.1串級(jí)控制回路系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)10 HYPERLINK l bookmark88 o Current Document 8.2串級(jí)控制系統(tǒng)的作用10 HYPERLINK l bookmark91 o Current Document 8.3監(jiān)控畫(huà)面參數(shù)的調(diào)節(jié)10 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 9、結(jié)果111、設(shè)

7、計(jì)目的和任務(wù)1.1目的利用實(shí)驗(yàn)室的多容水箱及其輔助檢測(cè)設(shè)備，并采用PLC作為控制器的硬件，設(shè)計(jì)一 個(gè)液位控制系統(tǒng)，使得液位能夠盡量保持平穩(wěn)在設(shè)定的范圍內(nèi)通過(guò)課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)對(duì)課程的理解與掌握，學(xué)會(huì)查尋資料、方案比較，以及設(shè)計(jì)計(jì) 算及系統(tǒng)調(diào)試等環(huán)節(jié)，初步掌握PLC的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，程序調(diào)試等PLC系統(tǒng)的開(kāi) 發(fā)過(guò)程，進(jìn)一步提高分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。1.2主要任務(wù)1 了解水箱液位的控制系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)，閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)和PID控制算法。2逐一明確檢測(cè)信號(hào)到PLC的輸入通道，包括傳感器的原理、連接方法、信號(hào)種類(lèi)、 引入PLC的接線和PLC的編址。3逐一明確從PLC到各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出通道，包括各

8、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的種類(lèi)和工作原理， 驅(qū)動(dòng)電路的構(gòu)成，PLC輸出信號(hào)的種類(lèi)和地址。4繪制水箱液位控制系統(tǒng)的電路原理圖，編制I/O地址分配表。5編制PLC程序，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，要求盡量多的在試驗(yàn)設(shè)備上演示 控制過(guò)程。2、設(shè)計(jì)方案提出及選擇2.1液位單閉環(huán)控制系統(tǒng)由一個(gè)水壓力傳感器、一個(gè)PID控制器、一個(gè)控制閥和一個(gè)水箱所構(gòu)成的單閉環(huán)控制 系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)液位的不斷檢測(cè)、變送，再于設(shè)定值的比較，求得偏差去調(diào)節(jié)進(jìn)水流量，以 達(dá)到水位達(dá)平穩(wěn)。2.2液位流量串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)采用兩套檢測(cè)變送器和兩個(gè)調(diào)節(jié)器，前一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出作為后 一個(gè)調(diào)節(jié)器的設(shè)定，后一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出送往調(diào)節(jié)閥。前一個(gè)調(diào)節(jié)器稱(chēng)為主調(diào)

9、節(jié)器， 它所檢測(cè)和控制的變量為水箱液位；后一個(gè)調(diào)節(jié)器稱(chēng)為副調(diào)節(jié)器，它所檢測(cè)和控制 的變量為進(jìn)水流量，是為了穩(wěn)定主變量（液位）而引入的輔助變量。由于本實(shí)驗(yàn)要求液位能夠盡量保持平穩(wěn)在設(shè)定的范圍內(nèi)，對(duì)液位的要求比較高，在這 種情況下,水箱液位控制系統(tǒng)由于控制過(guò)程特性呈現(xiàn)大滯后、外界環(huán)境的擾動(dòng)較大，要保 持水箱液位最后能保持設(shè)定值，液位單閉環(huán)控制系統(tǒng)已經(jīng)難以滿(mǎn)足控制要求，難以達(dá)到實(shí)現(xiàn)很好的控制效果，所以采用串級(jí)閉環(huán)反饋系統(tǒng)。3、液位串級(jí)控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)3.1串級(jí)控制系統(tǒng)的組成本實(shí)驗(yàn)裝置主要包含水箱、壓力變送器、流量變送器、西門(mén)子S7-300PLC控制系統(tǒng)、 SA01電源控制屏、變頻器、軟件為西門(mén)子S7

10、系列PLC編程軟件、西門(mén)子WinCC監(jiān)控組 態(tài)軟件。系統(tǒng)應(yīng)用的是西門(mén)子S7-300系列的PLC，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用靈活且易于維護(hù)。它采 用模塊化設(shè)計(jì)，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。硬件介紹被控對(duì)象水箱：供水系統(tǒng)有兩路：一路由三相（380V恒壓供水）磁力驅(qū)動(dòng)泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、 直流電磁閥、渦輪流量計(jì)及手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組成；另一路由變頻器、三相磁力驅(qū)動(dòng)泵（220V 變頻調(diào)速）、渦輪流量計(jì)及手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組成；檢測(cè)裝置壓力傳感器、變送器：三個(gè)壓力傳感器分別用來(lái)對(duì)上、中、下三個(gè)水箱的液位進(jìn)行檢測(cè)， 其量程為05KP，精度為0.5級(jí)。采用工業(yè)用的擴(kuò)散硅壓力變送器，帶不銹鋼隔離膜片

11、， 同時(shí)采用信號(hào)隔離技術(shù)，對(duì)傳感器溫度漂移跟隨補(bǔ)償。采用標(biāo)準(zhǔn)二線制傳輸方式，工作時(shí) 需提供24V直流電源，輸出：420mADC。流量傳感器、變送器：三個(gè)渦輪流量計(jì)分別用來(lái)對(duì)由電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制的動(dòng)力支路、由 變頻器控制的動(dòng)力支路及盤(pán)管出口處的流量進(jìn)行檢測(cè)。它的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，反應(yīng)快。 采用標(biāo)準(zhǔn)二線制傳輸方式，工作時(shí)需提供24VDC。流量范圍：01.2M，精度：1.0%；輸 出：4 20mADC?？刂破罶A-01電源控制屏面板：合上總電源空氣開(kāi)關(guān)及鑰匙開(kāi)關(guān)，此時(shí)三只電壓表均指示 380V左右，定時(shí)器兼報(bào)警記錄儀數(shù)顯亮，停止按鈕燈亮。此時(shí)打開(kāi)照明開(kāi)關(guān)、變頻器開(kāi) 關(guān)及24V開(kāi)關(guān)電源即可提供照明燈，變頻

12、器和24V電。按下啟動(dòng)按鈕，停止按鈕燈熄， 啟動(dòng)按鈕燈亮，此時(shí)合上三相電源、單相I、單相II、單相III空氣開(kāi)關(guān)即可提供相應(yīng)電源 輸出，作為其他設(shè)備的供電電源。執(zhí)行結(jié)構(gòu)變頻器：SA-11交流變頻控制掛件采用日本三菱公司的FR-S520S-0.4K-CH（R）型變頻 器，控制信號(hào)輸入為420mADC或05VDC，交流220V變頻輸出用來(lái)驅(qū)動(dòng)三相磁力驅(qū) 動(dòng)泵。三相磁力驅(qū)動(dòng)泵（220V變頻調(diào)速）：本裝置采用兩只磁力驅(qū)動(dòng)泵一只為三相380V恒 壓驅(qū)動(dòng)，另一只為三相變頻220V輸出驅(qū)動(dòng)?？刂破魑鏖T(mén)子S7-300PLC控制系統(tǒng)：西門(mén)子S7-300是采用模塊化結(jié)構(gòu)的中小型PLC，包括 一個(gè)CPU313主機(jī)模

13、塊、一個(gè)SM331模擬量輸入模塊和一個(gè)SM332模擬量輸出模塊，以 及一塊西門(mén)子CP5611專(zhuān)用網(wǎng)卡和一根MPI網(wǎng)線。其中SM331為8路模擬量輸入模塊， SM332為4路模擬量輸出模塊。軟件介紹西門(mén)子S7系列PLC編程軟件：本裝置中PLC控制方案采用了德國(guó)西門(mén)子公司的 S7-300PLC，而西門(mén)子S7-300PLC采用的是Step 7編程軟件。利用這個(gè)軟件可以對(duì)相應(yīng)的 PLC進(jìn)行編程、調(diào)試、下裝、診斷。西門(mén)子WinCC監(jiān)控組態(tài)軟件：S7-300PLC控制方案采用WinCC軟件作為上位機(jī)監(jiān)控 組態(tài)軟件，WinCC是結(jié)合西門(mén)子在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)和Microsoft的強(qiáng)大功能 的產(chǎn)物。作

14、為一個(gè)國(guó)際先進(jìn)的人機(jī)界面(HMI)軟件和SCADA系統(tǒng)，WinCC提供了適用于 工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報(bào)表的功能模板；并具有高性能的過(guò)程耦合、快速的畫(huà) 面更新、以及可靠的數(shù)據(jù)；WinCC還為用戶(hù)解決方案提供了開(kāi)放的界面，使得將WinCC 集成入復(fù)雜、廣泛的自動(dòng)化項(xiàng)目成為可能。o=和由源線由.壓招汶 /定時(shí)器兼報(bào)警記錄儀00： 00: 00單相in單相II單相I三相電源復(fù)位確認(rèn)數(shù)據(jù)救位功能功能指示怡也清定麥 輸AI.時(shí)密定揪時(shí)碼時(shí)網(wǎng)三相電源線電壓指示O O電源總開(kāi)關(guān)關(guān)開(kāi)0三相電源輸出也更一I 單相電京 I,單相1 單相II 單相III I停止O啟動(dòng)圖1源控制屏示意圖3.2系統(tǒng)總貌圖圖2實(shí)

15、驗(yàn)室高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)物仿真4、設(shè)計(jì)方案的控制流程圖和電氣原理圖4.1水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)以液位為控制目標(biāo)， 所以以水箱液位為主控參數(shù)、進(jìn) 水流量為副被控參數(shù)Lsp :液位設(shè)定值LC：液位控制器FC：流量控制器LT：水壓力變送器FC：流量變送器圖3水箱液位流量串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖4.2水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)框圖的設(shè)計(jì)水箱液位流量控制系統(tǒng)圖如圖3所示，在這里，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是水泵，由PLC經(jīng)過(guò)PID 算法后控制變頻器以控制水管里的水流量，控制水箱的水位。該系統(tǒng)有兩個(gè)控制回路：主 控制回路為液位控制，副控制回路為流量控制，主副調(diào)節(jié)器串聯(lián)工作，其中液位控制有獨(dú) 立的給定值Lsp，它的輸出值

16、作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，副調(diào)節(jié)器的輸出值控制執(zhí)行器（變 頻器），以改變主參數(shù)OUT。外環(huán)為液位環(huán)內(nèi)環(huán)為流量環(huán)Gfc：液位控制器Gfc：流量控制器Gm1：水壓力變送器Gm2：流量變送器 控制閥：變頻器和水泵Gp：水箱圖4水箱液位流量串級(jí)控制系統(tǒng)框圖43電氣原理圖的設(shè)計(jì)4.3.1 PLC模塊選擇原則模塊連接設(shè)備控制信號(hào)所需數(shù)量AI模塊水壓力變送器15V2個(gè)通道流量變送器15VAO模塊變頻器420mA1個(gè)通道DI模塊手動(dòng)開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)量12個(gè)通道DO模塊故障顯示開(kāi)關(guān)量1 2個(gè)通道電氣原理圖的設(shè)計(jì)圖5液位流量制系統(tǒng)電氣原理圖5、系統(tǒng)工作原理51水箱工作原理水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)，它是由主控、副控兩會(huì)路組成，主控

17、回路的調(diào)節(jié)器稱(chēng)主調(diào)節(jié) 器，控制對(duì)象為水箱，水箱的液位為系統(tǒng)的主控制量，副控制回路中的調(diào)節(jié)器稱(chēng)副調(diào)節(jié)器， 流入水箱的流量作為副控制量，主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定，副調(diào)節(jié)器的輸出直 接調(diào)節(jié)電磁閥的轉(zhuǎn)速，改變進(jìn)入水箱的泵的流量，從而達(dá)到控制水箱液位的目的；在該控 制系統(tǒng)中，由于水箱存在容積延遲，從而導(dǎo)致該過(guò)程的難以控制。串級(jí)控制是改善調(diào)節(jié)過(guò) 程動(dòng)態(tài)性能的有效方法，由于其超前的控制作用，可以大大克服系統(tǒng)的容積延遲。采用一 步整定法，通過(guò)WINCC組態(tài)軟件對(duì)整定過(guò)程及液位的平衡過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，直至達(dá)到 主、副回路的最佳整定參數(shù)。5.2 PID控制工作原理比列環(huán)節(jié)對(duì)過(guò)程的影響：比例度6越大，放大倍

18、數(shù)Kc越小，最大偏差增大，調(diào)節(jié)周 期增長(zhǎng)，穩(wěn)定性增加；積分環(huán)節(jié)對(duì)過(guò)程的影響：Ti越小，克服余差的能力提高，最大偏差減小，調(diào)節(jié)周期縮 短：但是過(guò)渡過(guò)程震振蕩加劇，穩(wěn)定性降低，積分時(shí)間越短，振蕩傾向就越強(qiáng)烈，甚至?xí)?成為不穩(wěn)定的發(fā)散振蕩。微分環(huán)節(jié)對(duì)過(guò)程的影響：主要是對(duì)控制系統(tǒng)的振蕩的抑制，改善調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特 性，克服滯后，通常和比例、比例微分配合使用。比例度越大，放大倍數(shù)越小，積分時(shí)間越長(zhǎng)，積分作用越弱，微分時(shí)間越長(zhǎng)，微分作 用越強(qiáng)6、軟件流程圖及程序的編寫(xiě)這是一個(gè)將int型數(shù)據(jù)變換為rea l型數(shù)據(jù)的 變換，為數(shù)據(jù)的變換做準(zhǔn)備，保存為FC1PLC的AI模塊的PIW256對(duì)應(yīng)的是液位的檢測(cè)，將

19、檢 測(cè)值送入PLC內(nèi)將PIW256 口的數(shù)據(jù)變換為real型由于采集來(lái)的數(shù)據(jù)可能為負(fù)數(shù)，通過(guò)該 語(yǔ)句將小于0的數(shù)據(jù)過(guò)濾掉將過(guò)濾后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為0100之間的數(shù) 據(jù)，即用采集來(lái)的數(shù)據(jù)乘于系數(shù)0.003617。 最后將值保存到MD24中PLC的AI模塊的PIW260對(duì)應(yīng)的是流量 的檢測(cè)，將檢測(cè)值送入PLC內(nèi)將PIW260 口的數(shù)據(jù)變換為real型由于采集來(lái)的數(shù)據(jù)可能為負(fù)數(shù)，通過(guò)該語(yǔ)句將小于0的數(shù)據(jù)過(guò)濾掉將過(guò)濾后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為0100之間的數(shù)據(jù)，即用采 集來(lái)的數(shù)據(jù)乘于系數(shù)0.003617。最后將值保存到MD36 中這是液位控制環(huán)的PID控制器的設(shè)計(jì)，其中SP 為液位給定信號(hào)，我們通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)定，設(shè)定值存

20、放 在MD50中；PV為控制變量（即液位檢測(cè)、反饋）， 數(shù)據(jù)存放在MD24中，它們的差是PID調(diào)節(jié)器的輸入 偏差信號(hào)，經(jīng)過(guò)PLC的PID程序運(yùn)算后輸出，送給負(fù) 環(huán)，作為流量環(huán)的輸入OGffT CP櫥1 UH-KjC2UDIJER契1 r Qi, ih .anf r iE 已阻E-ILK 1A d B. 9i_3ELLEJjPi. i.-nrrHiU!LB_IJ . r j1 LTTl_伽LfliJf iJ 或i宣. . .CTCLSER.Eg-SPIOM-rui4 - 6. rr w w bMK-函N這是流量控制環(huán)的PID控制器的設(shè)計(jì)，其中 SP為液位環(huán)的輸出，存放在MD28中，PV為 控制變

21、量（即流量的檢測(cè)、變送），存放在MD36 中，它們的差是PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號(hào)，經(jīng) 過(guò)PLC的PID程序運(yùn)算后輸出，調(diào)節(jié)器的輸出 信號(hào)LMN經(jīng)過(guò)PLC的D/A轉(zhuǎn)換成420mA的 模擬電信號(hào)后輸出到變頻器的輸入，通過(guò)變換水 泵的頻率以控制進(jìn)水的流量，使水箱的液位保持 設(shè)定值。水箱的液位經(jīng)過(guò)水壓力變送器檢測(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)換成液位環(huán)的控制量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？1。調(diào)節(jié)器中，又開(kāi)始了新的調(diào)節(jié)。所以系統(tǒng)能實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié) 水箱的液位。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是變頻器，由PLC經(jīng)過(guò)PID算法后控制它的輸出以控制水管里

22、的水流量， 控制水箱的水位。它有兩個(gè)PID回路，分別是PID1和PID2。PID1為液位環(huán)（外環(huán)），控 制水箱的液位，它的輸出值作為PID2的設(shè)定值，PID2控制水箱的流量。7、上位機(jī)畫(huà)面制作，先將PLC接入電路，導(dǎo)入PLC事物的各模塊將PLC接入MPI網(wǎng)絡(luò)中TfiffOK dLi沏30-?冉曲-i wetk 57 riiTTOTL sini, fl EbJulri ElLmuiEkknwl UliM-W h!T*2iKl-lllb1F昭m煩use&4AK m4漣17芹點(diǎn)甦m14 叮尊盧毒 理EC!-g心（點(diǎn)辨?zhèn)蒪m34 （M點(diǎn)舞 H昭皿Zi物HII 33費(fèi)HII 0董型諄點(diǎn)歌mbmw瀏囹任冶

23、jgiwijyt!油占伊普午岬午 上上上上上上上上上將應(yīng)用到的各變量與程序中的存 儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)起來(lái)，注意個(gè)變量的類(lèi) 型上位機(jī)的控制畫(huà)面的制作：在控制畫(huà)面里面選擇各變量的顯示形式、顯 示類(lèi)型其中手動(dòng)開(kāi)關(guān)設(shè)置為鼠標(biāo)點(diǎn)左鍵液位輸出有兩種形式，數(shù)字顯示和圖像顯示 其他變量采用對(duì)應(yīng)的文本顯示點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕則就可以運(yùn)行了注意：如果監(jiān)控畫(huà)面沒(méi)有借到MPI網(wǎng)監(jiān)控畫(huà) 面就是深黑色，正常情況下是淺黑色左圖為液位設(shè)定原始為25 （第一處），達(dá)到 平衡后經(jīng)階躍跳變?yōu)?5后（第2處），再次進(jìn)入 平衡，然后通過(guò)外部加水，外部干擾（第3處）， 出現(xiàn)擾動(dòng)，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)入平衡。8、PID參數(shù)整定81串級(jí)控制回路系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)串級(jí)控制回

24、路系統(tǒng)增加了副回路，使性能得到改善，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1能迅速克服進(jìn)入副回路擾動(dòng)的影響。定性分析：當(dāng)擾動(dòng)進(jìn)入副回路后，首先，副被 控變量檢測(cè)到擾動(dòng)的影響，并通過(guò)副回路的定值作用及時(shí)調(diào)節(jié)操縱變量，使副被控變量回 復(fù)到副設(shè)定值，從而使擾動(dòng)對(duì)主被控變量的影響減少。即副環(huán)回復(fù)對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行粗調(diào)，主環(huán) 回路對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行細(xì)調(diào)。因此，串級(jí)控制系統(tǒng)能夠迅速克服進(jìn)入副環(huán)擾動(dòng)的影響，并使系統(tǒng) 余差大大減小。2串級(jí)控制系統(tǒng)可以串級(jí)控制、主控和副控等多種控制方式，主控方式是切除副回路， 以主被控變量作為被控變量的單回路控制；副控方式是切除主回路，以副被控變量作為被 控變量的單回路控制。因此，在串級(jí)控制系運(yùn)行過(guò)程中，如果某

25、些部件發(fā)生故障.可靈活 地進(jìn)行切換；減少對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的影響。8.2串級(jí)控制系統(tǒng)的作用1克服被控過(guò)程較大的容量滯后在過(guò)程控制系統(tǒng)中，被控過(guò)程的容量滯后較大，特別是一些被控量是溫度等參數(shù)時(shí)， 控制要求較高，如果采用單回路控制系統(tǒng)往往不能滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的要求。利用串級(jí)控制系 統(tǒng)存在二次回路而改善過(guò)程動(dòng)態(tài)特性，提高系統(tǒng)工作頻率，合理構(gòu)造二次回路，減小容量 滯后對(duì)過(guò)程的影響，加快響應(yīng)速度。在構(gòu)造二次回路時(shí)，應(yīng)該選擇一個(gè)滯后較小的副回路， 保證快速動(dòng)作的副回路。2克服被控過(guò)程的純滯后被控過(guò)程中存在純滯后會(huì)嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，使控制系統(tǒng)不能滿(mǎn)足生產(chǎn)工 藝的要求。使用串級(jí)控制系統(tǒng)，在距離調(diào)節(jié)閥較近、純滯后

26、較小的位置構(gòu)成副回路，把主 要擾動(dòng)包含在副回路中，提高副回路對(duì)系統(tǒng)的控制能力，可以減小純滯后對(duì)主被控量的影 響。改善控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。3抑制變化劇烈幅度較大的擾動(dòng)串級(jí)控制系統(tǒng)的副回路對(duì)于回路內(nèi)的擾動(dòng)具有很強(qiáng)的抑制能力。只要在設(shè)計(jì)時(shí)把變化 劇烈幅度大的擾動(dòng)包含在副回路中，即可以大大削弱其對(duì)主被控量的影響。4.克服被控過(guò)程的非線性在過(guò)程控制中，一般的被控過(guò)程都存在著一定的非線性。這會(huì)導(dǎo)致當(dāng)負(fù)載變化時(shí)整個(gè) 系統(tǒng)的特性發(fā)生變化，影響控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。單回路系統(tǒng)往往不能滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的要 求，由于串級(jí)控制系統(tǒng)的副回路是隨動(dòng)控制系統(tǒng)，具有一定的自適應(yīng)性，在一定程度上可 以補(bǔ)償非線性對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響。

27、8.3監(jiān)控畫(huà)面參數(shù)的調(diào)節(jié)在實(shí)驗(yàn)中各個(gè)變量與監(jiān)控畫(huà)面對(duì)應(yīng)，各變量的參數(shù)都可以在監(jiān)控畫(huà)面里修改。針對(duì) 本次的液位流量串級(jí)控制系統(tǒng)可用以下步驟對(duì)PID參數(shù)整定：1）根據(jù)副變量的類(lèi)型，按 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選擇好副控制器的比例度；2）將副控制器參數(shù)置于經(jīng)驗(yàn)值，然后按單回路控制 系統(tǒng)中任一整定方法整定主控制器參數(shù)；3）觀察控制過(guò)程，根據(jù)主、副控制器放大系數(shù) 匹配的原理，適當(dāng)調(diào)整主、副控制器的參數(shù)，使主變量控制質(zhì)量最好；4）若出現(xiàn)振蕩， 可加大主（或副）控制器的比例度，即可消除。如出現(xiàn)劇烈振蕩，可先轉(zhuǎn)入遙控，待產(chǎn)生 穩(wěn)定之后，重新投運(yùn)和整定。本供水系統(tǒng)的設(shè)定值是水箱滿(mǎn)水位的25%時(shí)的水位，過(guò)程變量是水壓力傳感器檢測(cè)

28、液 位值和渦輪流量計(jì)測(cè)流值，輸出是作為電動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)和水泵，可以允許最大值的0% 到100%，設(shè)定值可以預(yù)先設(shè)定后直接輸入回路表中，過(guò)程變量是一個(gè)單極性的模擬量， 回路輸出值也是一個(gè)單極性的模擬量，用來(lái)控制水泵速度。這個(gè)模擬量的范圍是0.0到1， 分辨率是1/32000.本工程的特點(diǎn)是在系統(tǒng)中，水泵的機(jī)械慣性比較大，故系統(tǒng)主要用比例和積分控制。 其增益和時(shí)間常數(shù)可以通過(guò)工程計(jì)算初步確定。實(shí)際上，還需要一些調(diào)整，以達(dá)到最優(yōu)化 控制效果。初步確定的增益和時(shí)間常數(shù)為Kc=1Td=20sTi=5min系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)關(guān)閉出水口，用手動(dòng)控制進(jìn)水泵速度，使水位達(dá)到滿(mǎn)水位的25%，然后打 開(kāi)出水口，同時(shí)水泵控制

29、由手動(dòng)方式切換到自動(dòng)方式。這種切換由一個(gè)輸入的開(kāi)關(guān)量控制， 具體描述如下：I1.0位控制手動(dòng)到自動(dòng)的切換，off代表手動(dòng)，on代表自動(dòng)。當(dāng)工作在手 動(dòng)方式下，可以把水泵的速度直接寫(xiě)入回路表中的輸出寄存器，本設(shè)計(jì)程序采用自動(dòng)控制 方式，其中，OB1的功能是PLC初次運(yùn)行時(shí)初始化程序并進(jìn)行下面的試驗(yàn)。I1.0等于0時(shí)進(jìn)行PID自動(dòng)控制，并把PID運(yùn)算的輸出值送到PQW272中，從而控 制進(jìn)水泵的速度，以保持水箱的水面高度。2.3.2. PID的回路表偏移地址域格式類(lèi)型說(shuō)明50液位設(shè)定雙字一實(shí)數(shù)輸入/輸出在0100之間24液位反饋雙字一實(shí)數(shù)輸入/輸出在0100之間54液位Kc雙字一實(shí)數(shù)輸入/輸出在010之間28流量輸入雙字一實(shí)數(shù)輸入/輸出在0100之間36流量反饋雙字一實(shí)數(shù)輸入/輸出在0100之間58流量Kc雙字一實(shí)數(shù)輸入/輸出在0100之間62最后液位輸出雙字一實(shí)數(shù)輸入/輸出在0100之間9、結(jié)果1通過(guò)本次水箱液位流量串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不難看出所采用的串級(jí)控制方案很好地 克服了雙容對(duì)象的容量延遲對(duì)液位控制的不利影響，取得了較好的控制效果。通過(guò)上位機(jī) 監(jiān)控組態(tài)界面的設(shè)計(jì)，使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行和控制狀態(tài)更直觀。目前，控制系統(tǒng)通過(guò)調(diào)試運(yùn) 行，系統(tǒng)運(yùn)行情況良好。2我們還可