過程檢測(cè)PLC流量控制.doc

1、第1章 概述1.1過程控制1工業(yè)過程控制的發(fā)展概況自本世紀(jì)30年代以來，伴隨著自動(dòng)控制理論的日趨成熟,自動(dòng)化技術(shù)不斷地發(fā)展并獲得了驚人的成就，在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)發(fā)展中起著關(guān)鍵性的作用。過程控制技術(shù)是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分，普遍運(yùn)用于石油、化工、電力、冶金、輕工、紡織、建材等工業(yè)部門。初期的過程控制系統(tǒng)采用基地式儀表和部分單元組合儀表，過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大多是單輸入，單輸出系統(tǒng)，過程控制理論是以頻率法和根軌跡法為主體的經(jīng)典控制理論，以保持被控參數(shù)溫度、液位、壓力、流量的穩(wěn)定和消除主要擾動(dòng)為控制目的過程。其后，串級(jí)控制、比值控制和前饋控制等復(fù)雜過程控制系統(tǒng)逐步應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，氣動(dòng)和電動(dòng)單元組合儀表

2、也開始大量采用，同時(shí)電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)開始應(yīng)用于過程控制領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了直接數(shù)字控制(DDC）和設(shè)定值控制（SPC）。之后,以最小二乘法為基礎(chǔ)的系統(tǒng)辨識(shí)，以極大值和動(dòng)態(tài)規(guī)劃為主要方法的最優(yōu)控制和以卡爾曼濾波理論為核心的最佳估計(jì)所組成的現(xiàn)代控制理論，開始應(yīng)用于解決過程控制生產(chǎn)中的非線性，耦合性和時(shí)變性等問題，使得工業(yè)過程控制有了更好的理論基礎(chǔ).同時(shí)新型的分布式控制系統(tǒng)（DCS）集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)、故障診斷技術(shù)和圖形顯示技術(shù)為一體，使工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)入控制管理一體化的新模式。現(xiàn)今工業(yè)自動(dòng)化己進(jìn)入計(jì)算機(jī)集成過程系統(tǒng)（CIPS）時(shí)代，并依托人工智能,控制理論和運(yùn)籌學(xué)相結(jié)合的智能控制技術(shù)向工廠綜

3、合自動(dòng)化的方向發(fā)展。2過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)現(xiàn)代化過程工業(yè)向著大型化和連續(xù)化的方向發(fā)展，生產(chǎn)過程也隨之日趨復(fù)雜，而對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量經(jīng)濟(jì)效益的要求,對(duì)生產(chǎn)的安全、可靠性要求以及對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求卻越來越高。不僅如此，生產(chǎn)的安全性和可靠性，生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益都成為衡量當(dāng)今自動(dòng)控制水平的重要指標(biāo).因此繼續(xù)采用常規(guī)的調(diào)節(jié)儀表(模擬式與數(shù)字式）已經(jīng)不能滿足對(duì)現(xiàn)代化過程工業(yè)的控制要求。由于計(jì)算機(jī)具有運(yùn)算速度快精度高存儲(chǔ)量大編程靈活以及具有很強(qiáng)的通信能力等特點(diǎn),目前以微處理器單片微處理器為核心的工業(yè)控制幾與數(shù)字調(diào)節(jié)器過程計(jì)算機(jī)設(shè)備，正逐步取代模擬調(diào)節(jié)器，在過程控制中得到十分廣泛的作用。在控制系統(tǒng)中引入計(jì)算機(jī)，可以充

4、分利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算邏輯判斷和記憶等功能完成多種控制任務(wù)和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律.在系統(tǒng)中，由于計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào),因而給定值和反饋量要先經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，才能輸入計(jì)算機(jī)。當(dāng)計(jì)算機(jī)接受了給定值和反饋量后,依照偏差值，按某種控制規(guī)律（PID）進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算結(jié)果再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而完成對(duì)系統(tǒng)的控制作用。過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成包括硬件和軟件（除了被控對(duì)象檢測(cè)與執(zhí)行裝置外）。1過程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件部分:（1）由中央處理器時(shí)鐘電路內(nèi)存儲(chǔ)器構(gòu)成的計(jì)算機(jī)主機(jī)是組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心部分，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理邏輯判斷控制量計(jì)算越限報(bào)警等，通過接口電路向

5、系統(tǒng)發(fā)出各種控制命令，指揮系統(tǒng)安全可靠的協(xié)調(diào)工作。(2）包括各種控制開關(guān)數(shù)字鍵功能鍵指示燈聲訊器和數(shù)字顯示器等的控制臺(tái)是人機(jī)對(duì)話的聯(lián)系紐帶，操作人員可以通過操作臺(tái)向計(jì)算機(jī)輸入和修改控制參數(shù),發(fā)出操作命令；計(jì)算機(jī)向操作人員顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài),發(fā)出報(bào)警信號(hào)。（3）通用外圍設(shè)備包括打印機(jī)記錄儀圖形顯示器閃存等,它們用來顯示存儲(chǔ)打印記錄各種數(shù)據(jù)。(4）I/O接口和I/O通道是計(jì)算機(jī)主機(jī)與外部連接的橋梁.I/O通道有模擬量通道和數(shù)字量通道。模擬量I/O通道將有傳感變送器得到的工業(yè)對(duì)象的生產(chǎn)過程參數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)）變換成二進(jìn)制代碼傳送給計(jì)算機(jī)；同時(shí)將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字控制量變換為控制操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)的模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)

6、對(duì)生產(chǎn)過程的控制。2過程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件部分：（1）系統(tǒng)軟件由計(jì)算機(jī)及過程控制系統(tǒng)的制造廠商提供,用來管理計(jì)算機(jī)本身資源,方便用戶使用計(jì)算機(jī)。（2）應(yīng)用程序由用戶根據(jù)要解決的控制問題而編寫的各種程序（如各種數(shù)據(jù)采集濾波程序控制量計(jì)算程序生產(chǎn)過程監(jiān)控程序）,應(yīng)用軟件的優(yōu)劣將影響到控制系統(tǒng)的功能精度和效率。1.2 可編程控制器PLCPLC是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置.它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出,控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與

7、工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。它有如下特點(diǎn)：1.編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)：梯形圖是使用得最多的PLC的編程語言,其電路符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似，提醒圖語言形象直觀,易學(xué)易懂。2.功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高：一臺(tái)小型PLC內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性價(jià)比。通過通信聯(lián)網(wǎng)，PLC可以實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。3。硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng):PLC已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用,使用能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。4.可靠性高，抗干擾能

8、力強(qiáng)：PLC使用了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力,平均無故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬小時(shí)以上,可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，PLC已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。5.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量下:PLC使用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中問繼電器、時(shí)問繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過程中，一般通過修改程序就可以解決發(fā)現(xiàn)的問題，系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)問比繼電器系統(tǒng)少得多。6.維修工作量小,維修方便：PLC的故障率很低，并且有完善的故障診斷功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)PLC上

9、的發(fā)光二極管或編程軟件提供的信息,方便地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速的排除故障。7.體積小，功耗低：對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用PLC后，可以減少大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，小型PLC的體積僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小因此可以將開關(guān)柜的體積縮小到原來的12110。第2章 控制方案的設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)框圖控制系統(tǒng)框圖是控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的前提條件，它根據(jù)控制工藝的具體流程，反映系統(tǒng)信息的流動(dòng)控制過程，本設(shè)計(jì)采用串級(jí)控制，考慮流量變化快，時(shí)間慣性小，應(yīng)較快得到抑制，選擇流量作為副被控參數(shù)，副環(huán)是隨動(dòng)控制，追求快速性，因而采用P調(diào)節(jié)，P調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)控制閥的開度改變流量，流量傳感器將檢測(cè)信號(hào)送

10、回P調(diào)節(jié)器并形成負(fù)反饋,此閉環(huán)作為內(nèi)環(huán)。溫度變化相對(duì)緩慢，時(shí)間慣性大，作為主被控參數(shù)，主環(huán)是定值控制，追求準(zhǔn)確性，采用PID調(diào)節(jié)。得到控制系統(tǒng)框圖如圖2-1所示：水泵2PLCQT電動(dòng)閥2V1上水箱V1下水箱V22V10儲(chǔ)水箱 圖21流量控制實(shí)驗(yàn)流程圖實(shí)驗(yàn)原理:本論文采用PLC控制,將流量控制在設(shè)定值。根據(jù)設(shè)定的流量輸出給PLC，PLC根據(jù)P、I、D參數(shù)進(jìn)行PID運(yùn)算,輸出信號(hào)給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,從而達(dá)到管內(nèi)流量的平衡。電動(dòng)閥支路流量控制的方塊原理圖：如圖2-2：圖22流量控制實(shí)驗(yàn)方框圖2。2 被控對(duì)象建模實(shí)驗(yàn)對(duì)象水路圖如圖2-3所示：圖23 實(shí)驗(yàn)對(duì)象水路圖本實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)象主要由水箱、鍋爐兩大部分組成.

11、供水系統(tǒng)有兩路:一路由單相磁力驅(qū)動(dòng)泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、渦輪流量計(jì)及手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組成；另一路由單相磁力驅(qū)動(dòng)泵及手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組成. 由于本次論文是基于PLC的流量控制系統(tǒng)所以不涉及加熱的鍋爐。本論文中傳感器與變送器的選擇，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，控制電路均按照此裝置中已安裝的應(yīng)用。1。被控對(duì)象管道及閥門:整個(gè)系統(tǒng)管道由敷塑不銹鋼管連接而成,所有的手動(dòng)閥門均采用優(yōu)質(zhì)球閥，徹底避免了管道系統(tǒng)生銹的可能性.有效提高了實(shí)驗(yàn)裝置的使用年限。 2.檢測(cè)裝置 流量傳感器、變送器:采用電磁流量計(jì)，型號(hào)為 FMCLDE15。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24V直流電源。流量范圍:01。2m3/h；

12、精度：1。0；輸出:420mADC.3。執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥：本裝置采用的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥是由是Honeywell的ML7420A6033型電動(dòng)閥門執(zhí)行器和三通線性閥門組成。其執(zhí)行器采用智能直行程調(diào)節(jié),根據(jù)控制的信號(hào)變化,來調(diào)節(jié)執(zhí)行器的行程，從而調(diào)節(jié)三通線性閥門的開度，進(jìn)而對(duì)控制回路的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)；具有精度高、技術(shù)先進(jìn)、體積小、重量輕、推動(dòng)力大、功能強(qiáng)、控制單元與電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化、可靠性高、使用和校正非常方便等優(yōu)點(diǎn)；工作時(shí)需提供24V交流電源（此電壓由變壓器提供）,軸桿推力：600N，執(zhí)行器行程：20mm，輸入信號(hào)：0-10Vdc或2-10Vdc；本裝置中的執(zhí)行器已被設(shè)置為輸入信號(hào)為2-10Vdc,

13、由于實(shí)驗(yàn)控制臺(tái)輸出的信號(hào)為420mADC,故接到執(zhí)行器的信號(hào)線兩端加500歐的電阻.其三通線性閥門的直徑為20mm。水泵：本裝置采用上海新西山有限公司生產(chǎn)的磁力驅(qū)動(dòng)泵，型號(hào)為MP55RM及MP15RM，其中MP55RM的進(jìn)口直徑：25，出口直徑：25，流量為60升/分，揚(yáng)程為4米,功率為90W;MP15RM的進(jìn)口直徑為25mm;出口直徑：25,流量為8升/分，揚(yáng)程為2.4米，功率為10W。泵體完全采用不銹鋼材料,以防止生銹,使用壽命長。此裝置兩只磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵均接為單相變頻220V輸出驅(qū)動(dòng)控制，分別為兩條水路供水。4.系統(tǒng)控制臺(tái)“PCSE型過程控制綜合實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)控制臺(tái)"主要由電氣控

14、制接線底板、信號(hào)控制板、DDC，智能儀表及S7200 PLC控制器單元組成。5。電氣控制接線底板該電氣控制接線底板位于控制臺(tái)柜的底部，其主要有調(diào)壓模塊、液位繼電器、4個(gè)接觸器，一個(gè)溫度變送器，兩個(gè)開關(guān)電源以及幾排接線端子等器件組成，通過它們之間和信號(hào)控制板間特定的連線來形成符合實(shí)驗(yàn)要求的整體統(tǒng)一控制系統(tǒng)。 第3章 PID控制器原理3.1 PID控制器簡(jiǎn)介PID控制器可以方便地實(shí)施多種控制算法，多年以來，在過程控制中，按偏差的比例（P)、積分（I）和微分（D）進(jìn)行控制的PID控制器（亦稱PID調(diào)節(jié)器)，是應(yīng)用最為廣泛的一種自動(dòng)控制器。它具有原理簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨(dú)立,參數(shù)的選

15、定比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；選擇系統(tǒng)調(diào)節(jié)規(guī)律的目的，是使調(diào)節(jié)器與調(diào)節(jié)對(duì)象能很好地匹配，使組成的控制系統(tǒng)能滿足工藝上所提出的動(dòng)、靜態(tài)性能指標(biāo)的要求.1、比例(P）調(diào)節(jié)純比例調(diào)節(jié)器是一種最簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)器，它對(duì)控制作用和擾動(dòng)作用的響應(yīng)都很快速。由于比例調(diào)節(jié)只有一個(gè)參數(shù)，所以整定很方便。這種調(diào)節(jié)器的主要缺點(diǎn)是使系統(tǒng)存在靜態(tài)誤差。2、積分(I）調(diào)節(jié)積分調(diào)節(jié)器的突出特點(diǎn)是，只要被調(diào)量存在偏差，其輸出的調(diào)節(jié)作用便隨時(shí)間不斷加強(qiáng),直到偏差為零。在被調(diào)量的偏差消除以后，由于積分規(guī)律的特點(diǎn)，輸出將停留在新的位置而不回復(fù)原位，因而能保持靜差為零。但是，單純的積分調(diào)節(jié)動(dòng)作過于緩慢，因而在改善靜態(tài)準(zhǔn)確度的同時(shí)，往往使調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)

16、變壞，過渡過程時(shí)間內(nèi)延長，甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定.因此在實(shí)際生產(chǎn)中，總是把比例作用的及時(shí)性和積分作用消除靜差的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來,組成比例積分調(diào)節(jié)器（簡(jiǎn)稱PI調(diào)節(jié)器)，其傳遞函數(shù)為Gc(S）=Kp（1+1/T1S)3、微分（D)調(diào)節(jié)微分調(diào)節(jié)器能在偏差信號(hào)出現(xiàn)或變化的瞬間，立即根據(jù)變化的趨勢(shì)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的調(diào)節(jié)作用，使偏差盡可能地消除在萌芽狀態(tài)之中。但是單純的微分調(diào)節(jié)對(duì)靜態(tài)偏差毫無抑制作用，因此不能單獨(dú)使用,總要和比例或比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合起來，稱為PD調(diào)節(jié)器和PID調(diào)節(jié)器.PD調(diào)節(jié)器由于有微分的作用，能增加系統(tǒng)的穩(wěn)定度，比例系數(shù)的增加能加快系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程，減小動(dòng)態(tài)和靜態(tài)誤差，但微分不能過大，以利于抗高頻干擾

17、。PD調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：Gc（S）=Kp(1+TDS)PID是常規(guī)調(diào)節(jié)器中性能最好的一處調(diào)節(jié)器.它將比例、積分、微分三種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合在一起，既可達(dá)到快速敏捷,又可達(dá)到平穩(wěn)準(zhǔn)確,只要三項(xiàng)作用的強(qiáng)度配合適當(dāng)，便可得到滿意的調(diào)節(jié)效果。它的傳遞函數(shù)為Gc（S）=Kp(1+1/T1S+ TDS）3。2 PID控制系統(tǒng)PID控制器是一種線性控制器,它根據(jù)給定值r(t)與實(shí)際輸出值c(t）構(gòu)成控制偏差e（t）,即e（t）=r（t）c(t）將偏差的比例（P）、積分(I）、微分（D)通過線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)過程對(duì)象進(jìn)行控制,故稱為PID控制器?？刂埔?guī)律為:或以傳遞函數(shù)形式表示：其中比例系數(shù), 積分時(shí)間常數(shù)

18、微分時(shí)間常數(shù) PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖31所示：c(t)+r(t) 比例P積分I微分D被控對(duì)象圖3-1 PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3。3 PID控制參數(shù)的整定及方法3.3。1 PID控制參數(shù)的整定簡(jiǎn)介過程控制器采用的控制器通常都有一個(gè)或多個(gè)需要調(diào)整的參數(shù)和調(diào)整這些參數(shù)的相應(yīng)機(jī)構(gòu)(如旋鈕、開關(guān)）或相應(yīng)設(shè)備。通過調(diào)整這些參數(shù)使控制器特性與被控過程特性配合好，獲得滿意的系統(tǒng)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性稱為控制器參數(shù)整定.由于人們?cè)趨?shù)調(diào)整中，總是力圖達(dá)到最佳的控制效果,所以常稱“最佳整定"，相應(yīng)的控制器參數(shù)稱為“最佳參數(shù)整定”.衡量控制器參數(shù)是否最佳，需要規(guī)定一個(gè)明確的反應(yīng)控制系統(tǒng)質(zhì)量的性能指標(biāo)，一般分為穩(wěn)態(tài)

19、指標(biāo)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)。需要指出的是，不同生產(chǎn)過程對(duì)于控制過程的品質(zhì)要求不完全一樣，因而對(duì)系統(tǒng)整定性能指標(biāo)的選擇有較大的靈活性。作為系統(tǒng)整定的性能指標(biāo),它應(yīng)能綜合反映系統(tǒng)控制質(zhì)量,同時(shí)又便于分析與計(jì)算。3。3.2 PID控制參數(shù)整定方法控制器參數(shù)的整定方法很多，歸納起來可分為兩大類，理論計(jì)算整定法與工程整定法。顧名思義，理論計(jì)算整定法是在已知過程的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，依據(jù)控制理論，通過理論計(jì)算來求取“最佳整定參數(shù)”；而工程整定法是根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，直接在過程控制系統(tǒng)中進(jìn)行的控制器參數(shù)整定方法。由于無論是用解析法或?qū)嶒?yàn)法求取的過程數(shù)學(xué)模型都只能近似反映過程的動(dòng)態(tài)特性，因而理論計(jì)算所得到的整定參數(shù)值可靠性不夠高，

20、在現(xiàn)場(chǎng)使用中還需進(jìn)行反復(fù)調(diào)整。相反工程整定法雖未必得到“最佳整定參數(shù)”，但由于其不需知道過程的完整數(shù)學(xué)模型，使用者不需要具備理論計(jì)算所必須的控制理論知識(shí)，因而簡(jiǎn)便、實(shí)用，易于被工程技術(shù)人員所接受并優(yōu)先使用。下面將介紹本次設(shè)計(jì)中在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試調(diào)節(jié)器參數(shù)時(shí)所采用的一種整定方法，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)整定法.這種方法是人們?cè)陂L期的工程實(shí)踐中,從各種控制規(guī)律對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響的定性分析中總結(jié)出來的一種行之有效,并且得到廣泛運(yùn)用的工程整定方法。（1）經(jīng)驗(yàn)法若將控制系統(tǒng)液位、流量、溫度和壓力等參數(shù)來分類，則屬于同一類別的系統(tǒng)，其對(duì)象往往比較接近，無論是控制器形式還是所整定的參數(shù)均可相互參考。表2。1為經(jīng)驗(yàn)法整定參數(shù)的參考

21、數(shù)據(jù),在此基礎(chǔ)上,對(duì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)作進(jìn)一步修正。若需加微分作用,微分時(shí)間常數(shù)按TD=（1/3 1/4）TD計(jì)算。（2）臨界比例度法這種整定方法是在閉環(huán)情況下進(jìn)行的。設(shè)T1=,TD=0，使調(diào)節(jié)器工作在純比例情況下,將比例度由大逐漸變小，使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)呈現(xiàn)等幅振蕩，如圖2。2所示。根據(jù)臨界比例度s和振蕩周期Ts，按表二所列的經(jīng)驗(yàn)版式,求取調(diào)節(jié)器的參考參數(shù)數(shù)值，這種整定方法是以得到4：1衰減為目標(biāo)。（3）阻尼振蕩法(衰減曲線法)在閉環(huán)系統(tǒng)中，先把調(diào)節(jié)器設(shè)置為純比例作用，然后把比例度由大逐漸減小，加階路擾動(dòng)觀察輸出響應(yīng)的衰減過程，直至出現(xiàn)圖2.3所示的4:1衰減過程為止。這時(shí)的比例度稱為4：1衰減比例

22、度，用s表示之。相鄰兩波峰間的距離稱4：1衰減周期Ts。和s，運(yùn)用表三所示的經(jīng)驗(yàn)公式，就可計(jì)算出調(diào)節(jié)器預(yù)整定的參數(shù)值。第4章 控制方案的仿真4。1組態(tài)軟件組態(tài)軟件指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)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）提供良好的用戶開發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的使用方法，它解決了控制系統(tǒng)通用性問題。其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，并能同時(shí)支持各種硬件廠家的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，與高可靠的工控計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，可向控制層和管理層提供軟硬件的全部接口,進(jìn)行系統(tǒng)集成。組態(tài)軟件通常有以下幾方面的功能：1.強(qiáng)大的界面顯示

23、組態(tài)功能:目前,工控組態(tài)軟件大都運(yùn)行于Windows 環(huán)境下,充分利用Windows 的圖形功能完善界面美觀的特點(diǎn)，可視化的IE 風(fēng)格界面、豐富的工具欄，操作人員可以直接進(jìn)人開發(fā)狀態(tài)，節(jié)省時(shí)間。豐富的圖形控件和工況圖庫，既提供所需的組件,又是界面制作向?qū)?提供給用戶豐富的作圖工具,可隨心所欲地繪制出各種工業(yè)界面，并可任意編輯，從而將開發(fā)人員從繁重的界面設(shè)計(jì)中解放出來，豐富的動(dòng)畫連接方式，如隱含、閃爍、移動(dòng)等等,使界面生動(dòng)、直觀。2。良好的開放性：社會(huì)化的大生產(chǎn)，使得系統(tǒng)構(gòu)成的全部軟硬件不可能出自一家公司的產(chǎn)品，“異構(gòu)"是當(dāng)今控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)之一。開放性是指組態(tài)軟件能與多種通信協(xié)議互

24、聯(lián),支持多種硬件設(shè)備。開放性是衡量一個(gè)組態(tài)軟件好壞的重要指標(biāo)。3.豐富的功能模塊：供豐富的控制功能庫，滿足用戶的測(cè)控要求和現(xiàn)場(chǎng)要求。利用各種功能模塊，完成實(shí)時(shí)監(jiān)控、產(chǎn)生功能報(bào)表、顯示歷史曲線、實(shí)時(shí)曲線、提供報(bào)普等功能，使系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面，易于操作。系統(tǒng)既可適用于單機(jī)集中式控制、DCS 分布式控制，也可以是帶遠(yuǎn)程通信能力的遠(yuǎn)程側(cè)控系統(tǒng)。4.強(qiáng)大的教據(jù)庫，配有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換.可存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)，如模擬量、離散討、字符型等。5.可編程的命令語言。強(qiáng)圖形界面。有可編程的命令語育,使用戶可根據(jù)自己的需要編寫程序，增強(qiáng)圖形界面。6.周密的系統(tǒng)安全防范:全可靠運(yùn)行.對(duì)不同的操作者，賦

25、予不同的操作權(quán)限，保證整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。7.仿真功能。提供強(qiáng)大的仿真功能使系統(tǒng)并行設(shè)計(jì),從而縮短開發(fā)周期。4.2 RS232與RS485通信在工業(yè)控制、電力通訊、智能儀表等領(lǐng)域，通常情況下是采用串口通信的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。最初采用的方式是RS232接口，由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)比較復(fù)雜,各種電氣設(shè)備會(huì)在環(huán)境中產(chǎn)生比較多的電磁干擾,會(huì)導(dǎo)致信號(hào)傳輸錯(cuò)誤。除此之外，RS232接口只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，不具備聯(lián)網(wǎng)功能，最大傳輸距離也只能達(dá)到幾十米，不能滿足遠(yuǎn)距離通信要求。而RS485則解決了這些問題，數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式，可以有效的解決共模干擾問題，最大距離可以到1200米,并且允許多個(gè)收發(fā)設(shè)備接到同一條

26、總線上。隨著工業(yè)應(yīng)用通信越來越多，1979年施耐德電氣制定了一個(gè)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的總線協(xié)議Modbus協(xié)議，現(xiàn)在工業(yè)中使用RS485通信場(chǎng)合很多都采用Modbus協(xié)議。實(shí)際上在RS485之前RS232就已經(jīng)誕生，但是RS232有幾處不足的地方：1.接口的信號(hào)電平值較高，達(dá)到十幾V，容易損壞接口電路的芯片,而且和TTL電平不兼容,因此和PLC電路接起來的話必須加轉(zhuǎn)換電路。2.傳輸速率有局限，不可以過高，一般到幾十Kb/s就到極限了。3.接口使用信號(hào)線和GND與其他設(shè)備形成共地模式的通信，這種共地模式傳輸容易產(chǎn)生干擾，并且抗干擾性能也比較弱。4。傳輸距離有限，最多只能通信幾十米。5.通信的時(shí)候只能兩點(diǎn)

27、之間進(jìn)行通信，不能夠?qū)崿F(xiàn)多機(jī)聯(lián)網(wǎng)通信。針對(duì)RS232接口的不足，就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標(biāo)準(zhǔn),RS485就是其中之一,他具備以下的特點(diǎn)：1?？梢砸种乒材８蓴_。尤其工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境比較復(fù)雜，干擾比較多，所以通信如果采用的是差分方式，就可以有效的抑制共模干擾。而RS485就是一種差分通信方式，它的通信線路是兩根,通常用A和B或者D+和D來表示。邏輯“1"以兩線之間的電壓差為+(0.26）V表示，邏輯“0”以兩線間的電壓差為-(0。26)V來表示，是一種典型的差分通信。2。RS485通信速度快，最大傳輸速度可以達(dá)到10Mb/s以上。3。RS485內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)，采用的是平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗干擾能力也大大增加。4.傳輸距離最遠(yuǎn)可以達(dá)到1200米左右，但是他的傳輸速率和傳輸距離是成反比的,只有在100Kb/s以下的傳輸速度,才能達(dá)到最大的通信距離，如果需要傳輸更遠(yuǎn)距離可以使用中繼。5.可以在總線上進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信，總線上允許掛多個(gè)收發(fā)器，從現(xiàn)有的RS485芯片來看，有可以掛32、64、128、256等不同個(gè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)器。RS485的接口非常簡(jiǎn)單，和RS232所使用的MAX232是類似的，只需要一個(gè)RS485轉(zhuǎn)換器，就可以直接和電腦串行口連接起來，并且完全使用的是和UART一致的異步串行通信協(xié)議。但是由于RS485是差分通信，因此接收數(shù)據(jù)和發(fā)送