水箱液位控制系統(tǒng)整體設計論文

1、 . . . 水箱液位控制系統(tǒng)整體設計3.1 三水箱液位控制設計 為了能清晰地進行比較，對三容水箱閉環(huán)控制系統(tǒng)作了兩個方案：三閉環(huán)液位控制和單閉環(huán)液位控制，以其控制效果說明其優(yōu)缺點。本實驗是控制下水箱的液位達到給定值。3.1.1 三閉環(huán)控制系統(tǒng)原理三閉環(huán)控制系統(tǒng)屬于串級控制系統(tǒng)，是改善調節(jié)過程極其有效的方法。該系統(tǒng)由一個主控制回路和兩個副控制回路組成。其中副環(huán)在控制過程中起著粗調的作用，主環(huán)用來完成細調任務，最終使被調量滿足工藝要求，無論主環(huán)還是副環(huán)都有各自的調節(jié)對象，測量變送元件和調節(jié)器。系統(tǒng)中盡管有三個調節(jié)器，但他們作用各不一樣。主調節(jié)器具有自己獨立的設定值，它的輸出作為副調節(jié)器1的設定值

2、，副調節(jié)器1的輸出作為副調節(jié)器2的設定值，而副調節(jié)器2的輸出信號則是送到調節(jié)閥去控制生產過程。副環(huán)具有快速作用，它能有效的克服二次擾動的影響；改善了對象的動態(tài)特性，提高系統(tǒng)的工作頻率；對負荷和操作條件的變化有一定的自適應能力1,5，框圖如圖3.1所示。圖3.1三閉環(huán)系統(tǒng)方框圖3.1.2 單閉環(huán)控制系統(tǒng)原理單閉環(huán)控制系統(tǒng)屬于簡單控制系統(tǒng)，只有一個控制器和一個變送器?？刂破饔幸粋€自己獨立的設定值，它的輸出給調節(jié)閥去控制生產過程，當上中水箱有擾動時控制器不能馬上動作，只有當擾動影響到下水箱時，變送器才能夠檢測到，液位控制的本身就有很大的滯后，加上多個容器就很難控制了。最后用具體的調試曲線比較說明這一

3、點。方框圖如圖3.2所示。圖3.2單閉環(huán)的系統(tǒng)方框圖3.1.3硬件組成部分1、水箱包括上水箱、中水箱、下水箱和儲水箱。上、中、下水箱采用深藍色優(yōu)質有機玻璃，堅實耐用，透明度高。上、中水箱尺寸均為：D=25cm，H=20cm；下水箱尺寸為：D=35cm，H=20cm。水箱結構獨特，由三個槽組成，分別為緩沖槽、工作槽和出水槽，進水時水管的水先流入緩沖槽，出水時工作槽的水經過帶燕尾槽的隔板流入出水槽，這樣經過緩沖和線性化的處理，工作槽的液位較為穩(wěn)定，便于觀察。水箱底部均接有擴散硅壓力傳感器與變送器，可對水箱的壓力和液位進行檢測和變送。上、中、下水箱可以組合成一階、二階、三階單回路液位控制系統(tǒng)和雙閉環(huán)

4、、三閉環(huán)液位串級控制系統(tǒng)。儲水箱由不銹鋼板制成，尺寸為：長×寬×高為68cm×52cm×43cm完全能滿足上、中、下水箱的實驗供水需要。儲水箱部有兩個橢圓形塑料過濾網罩，以防雜物進入水泵和管道。2、管道與閥門整個系統(tǒng)管道由敷塑不銹鋼管連接而成，所有的手動閥門均采用優(yōu)質球閥，徹底避免了管道系統(tǒng)生銹的可能性。有效提高了實驗裝置的使用年限。其中儲水箱底部有一個出水閥，當水箱需要更換水時，把球閥打開將水直接排出。3、壓力傳感器、變送器三個壓力傳感器分別用來對上、中、下三個水箱的液位進行檢測，其量程為05KPa，精度為0.5級。采用工業(yè)用的擴散硅壓力變送器，帶不銹

5、鋼隔離膜片，同時采用信號隔離技術，對傳感器溫度漂移跟隨補償。采用標準二線制傳輸方式，工作時需提供24V直流電源，輸出：420mADC。（本裝置已將電流信號轉換為電壓信號）。4、電動調節(jié)閥采用智能直行程電動調節(jié)閥，用來對控制回路的流量進行調節(jié)。電動調節(jié)閥型號為：QSTP-16K。具有精度高、技術先進、體積小、重量輕、推動力大、功能強、控制單元與電動執(zhí)行機構一體化、可靠性高、操作方便等優(yōu)點，電源為單相220V，控制信號為420mADC或15VDC，輸出為420mADC的閥位信號，使用和校正非常方便。5、水泵本裝置采用磁力驅動泵，型號為16CQ-8P，流量為30升/分，揚程為8米，功率為180W。泵

6、體完全采用不銹鋼材料，以防止生銹，使用壽命長。6、電磁閥在本裝置中作為電動調節(jié)閥的旁路，起到階躍干擾的作用。電磁閥工作壓力：最小壓力為0Kg/cm2，最大壓力為1MP/cm2 ；工作溫度：580；工作電壓：220VAC。3.1.4 三水箱液位系統(tǒng)結構圖圖3.3 三水箱液位系統(tǒng)結構圖系統(tǒng)是由上中下三個水箱串聯構成，主要是控制下水箱的液位達到給定值。由于延遲的存在，調節(jié)閥動作的效果往往需要經過一段延遲時間后才會在被調量上表現出來，所以每個水箱都有一個閉環(huán)進行控制。目的是減少上中水箱的時間常數，加快系統(tǒng)的響應速度。本系統(tǒng)控制的目的，不僅要使下水箱的液位等于給定值，而且當擾動出現在上中水箱時能夠很快就

7、被副調節(jié)器所克服，不至于對下水箱液位造成很大的影響，這比單閉環(huán)控制系統(tǒng)響應快的多。下水箱液位是主控制量，上中水箱的液位是副控制量。為了實現系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的主調節(jié)器應為PI或PID控制。由于副控回路的輸出要求能快速、準確地復現主調節(jié)器輸出信號的變化規(guī)律，對副參數的動態(tài)性能和余差無特殊的要求，因而副調節(jié)器可采用P或PI調節(jié)器1。3.2PLC控制系統(tǒng)的硬件配置在PLC控制系統(tǒng)設計的初期，首先應根據系統(tǒng)的輸入，輸出信號的性質和點數，以與對控制系統(tǒng)的功能和要求，確定系統(tǒng)的硬件配置。硬件組態(tài)的任務就是在STEP7中生成一個與實際的硬件系統(tǒng)完全一樣的系統(tǒng)。所有模塊的參數都是

8、用編程軟件來設置的，完全取消了過去用來設置參數的硬件DIP開關和電位器。硬件組態(tài)確定了PLC輸入輸出變量的地址，為設計用戶程序打下了基礎4。組態(tài)時，CPU之外的其他模塊的參數保存在CPU中。在PLC啟動時，CPU自動向其他模塊傳送設置的參數。PLC在啟動時，將STEP7中生成的硬件設置于實際的硬件配置進行比較，如果二者不符，將立即產生錯誤報告。圖3.4系統(tǒng)的硬件組態(tài)窗口插槽4安裝數字量的輸入輸出模塊SM323， Q0.0，Q0.1，Q0.2分別對應控制上中下水箱進水的電磁閥的輸出。具體的接線圖如圖3.5所示。圖3.5 DI/DO模塊SM323的接線圖插槽5安裝8輸入模擬量模塊SM331，起始地

9、址為272，結束地址為287。前四個輸入是15V的電壓測量信號，分別對應下中上水箱的液位測量，后四個輸入是溫度測量信號。具體接線圖如圖3.6所示。圖3.6 SM331 AI模塊接線圖插槽6安裝模擬量4輸出模塊SM332，起始地址288，結束地址295，輸出類型是420mA的電流信號，對應的是電動調節(jié)閥的開度。具體接線如圖3.7所示。圖3.7 AO模塊SM332接線圖插槽7是通訊模塊CP343-1，通過工業(yè)以太網將計算機和PLC在一起。WinCC與PLC連接總體結構圖如圖3.8所示圖3.8 WinCC與PLC連接總體結構圖3.3 PLC的軟件設計3.3.1 PLC的軟件組成PLC的軟件由系統(tǒng)程序

10、和用戶程序組成。系統(tǒng)程序由PLC制造廠商設計編寫的，并存入PLC的系統(tǒng)存儲器中，用戶不能直接讀寫與更改。系統(tǒng)程序一般包括系統(tǒng)診斷程序、輸入處理程序、編譯程序、信息傳送程序、監(jiān)控程序等。 PLC的用戶程序是用戶利用PLC的編程語言，根據控制要求編制的程序。在PLC的應用中，最重要的是用PLC的編程語言來編寫用戶程序，以實現控制目的。由于PLC是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是廣大電氣技術人員，為了滿足他們的傳統(tǒng)習慣和掌握能力，PLC的主要編程語言采用比計算機語言相對簡單、易懂、形象的專用語言。 PLC編程語言是多種多樣的，對于不同生產廠家、不同系列的PLC產品采用的

11、編程語言的表達方式也不一樣，但基本上可歸納兩種類型：一是采用字符表達方式的編程語言，如語句表等；二是采用圖形符號表達方式編程語言，如梯形圖等。以下簡要介紹幾種常見的PLC編程語言。1、梯形圖（LAD）梯形圖是使用得最多的PLC圖形編程語言。梯形圖與繼電器電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠熟悉繼電器控制的電氣人員掌握，特別適合于數字量邏輯控制。梯形圖由觸點，線圈和用方框表示的指令框組成。觸點代表邏輯輸入條件，例如外部的開關，按鈕和部條件等。線圈通常代表邏輯運算的結果，常用來控制外部的指示燈，交流接觸器和部的標志位等。指令框用來表示定時器，計數器或者數學運算等附加指令。2、語句表（ST

12、L）S7系列PLC將指令表稱為語句表（Statement List），它是一種類似于微機的匯編語言中的文本語言，多條語句組成一個程序段。語句表比較合適經驗豐富的程序員使用，可以實現某些不能用梯形圖或功能塊圖表示的功能。3、功能塊圖（FBD）功能塊圖(FBD)使用類似于布爾代數的圖形邏輯符號來表示控制邏輯。一些復雜的功能（例如數學運算功能等）用指令框來表示，有數字電路基礎的人很容易掌握。方框的左側為邏輯運算的輸入變量，右側為輸出變量，輸入，輸出端的小圓圈表示“非”運算，方框被“導線”連接在一起，信號自左向右流動。4、邏輯圖語言 邏輯圖是一種類似于數字邏輯電路結構的編程語言，由與門、或門

13、、非門、定時器、計數器、觸發(fā)器等邏輯符號組成。有數字電路基礎的電氣技術人員較容易掌握5、高級語言  隨著PLC技術的發(fā)展，為了增強PLC的運算、數據處理與通信等功能，以上編程語言無法很好地滿足要求。近年來推出的PLC，尤其是大型PLC，都可用高級語言，如BASIC語言、C語言、PASCAL語言等進行編程。采用高級語言后，用戶可以像使用普通微型計算機一樣操作PLC，使PLC的各種功能得到更好的發(fā)揮1,3。 3.3.2 程序流程圖 是三閉環(huán)？下水箱液位與給定值比較送給主調節(jié)器中水箱的液位值與主調節(jié)器輸出對應的液位比較送給副調節(jié)器1上水箱的液位值與副調節(jié)器1輸

14、出對應的液位值比較送給副調器2自動？是3.8控制器的輸出給調節(jié)閥手動輸出給控制器否單閉環(huán)？否是下水箱的液位值與給定值比較，送給調節(jié)器調節(jié)器的輸出控制電動調節(jié)閥的開度否開始PQW288輸出控制調節(jié)閥開度結束圖3.9 程序流程圖3.3.3 部分PLC程序設計圖3.10 部分PLC程序設計程序段4：壓力變送器3對應的是下水箱的傳感器，從PIW272輸出的是027648的模擬值，將其傳送到存儲器字MW2，為了運算精確，將整形數據轉換成實數形式，放在存儲器MD8中。程序段5：MD8÷27648×100將PIW272輸出的027648的模擬值轉換成0100的數，又乘以5，轉換成對應的液

15、位值，“5”是輸入系數。程序段18和19：控制器控制電動調節(jié)閥的開度，控制器的輸出是浮點數，轉換成027648的數，取MD74的低字MW76中的16位整數運算結果送到PQW288，該地址連接著電動調節(jié)閥，進而控制調節(jié)閥的開度。FB41模塊是PID控制模塊，P-SEL、I-SEL和D-SEL是P、I、D選擇允許的輸入端口，當對應輸入為“1”時，才起作用，SP-INT是設定值的輸入端口，想讓水箱液位達到多高就在此輸入液位值，PV-IN是反饋回的液位的輸入端口，即MD16存儲的PIW272對應的液位值。GAIN、TI和TD是比例、積分和微分時間的輸入端口。LMN是控制器的輸出口。監(jiān)控畫面設計4.1W

16、inCC系統(tǒng)簡介WinCC運行于個人計算機環(huán)境，可以與多種自動化設備與控制軟件集成，具有豐富的設置項目、可視窗口和菜單選項，使用方式靈活，功能齊全。用戶在其友好的界面下進行組態(tài)、編程和數據管理，可形成所需的操作畫面、監(jiān)視畫面、控制畫面、報警畫面、實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線和打印報表等。它為操作者提供了圖文并茂、形象直觀的操作環(huán)境，不僅縮短了軟件設計周期，而且提高了工作效率。WinCC的另一個特點在于其整體開放性，它可以方便地與各種軟件和用戶程序組合在一起，建立友好的人機界面，滿足實際需要。用戶也可將WinCC作為系統(tǒng)擴展的基礎，通過開放式接口，開發(fā)其自身需要的應用系統(tǒng)。 WinCC因其具有獨特

17、的設計思想而具有廣闊的應用前景。借助于模塊化的設計，能以靈活的方式對其加以擴展。它不僅能用于單用戶系統(tǒng)，而且能構成多用戶系統(tǒng)，甚至包括多個服務器和客戶機在的分布式系統(tǒng)。WinCC集生產過程和自動化于一體，實現了相互間的集成。4.2 三水箱控制系統(tǒng)的WinCC畫面組態(tài)過程4.2.1WinCC通訊連接WinCC的通訊連接是組態(tài)上位機監(jiān)控界面的第一步。本系統(tǒng)在上位監(jiān)控機和控制器之間采用工業(yè)以太網方式通訊，在控制器和現場裝置之間采用PROFIBUS方式通訊。將通訊程序添加到WinCC資源管理的變量管理器中，計算機上安裝的通訊驅動程序是具有.chn擴展名的文件。通道單元要讀寫PLC的過程值，必須建立與該

18、PLC的連接。通過右鍵單擊相應的通道單元條目，并從彈出式菜單中選擇“新建驅動程序連接”來建立WinCC與PLC之間的連接。要獲得PLC中的某個數據，必須組態(tài)WinCC變量，相對于沒有過程驅動程序連接的部變量，我們稱這些變量為外部變量。要創(chuàng)建新的WinCC變量，可通過右鍵單擊相應的條目，從彈出式菜單中選擇“新建變量”。其操作界面如圖4.1所示。在WinCC變量屬性對話框中，可以定義不同的變量屬性。圖4.1 變量的建立4.2.2 監(jiān)控界面組態(tài)打開WinCC組態(tài)環(huán)境：點擊菜單“開始”->“Simatic”->“WinCC”->“Windows Control Center 6.0”

19、，打開的WinCC組態(tài)畫面如圖4.2（系統(tǒng)會默認打開上次編輯的工程）所示。圖4.2 WINCC組態(tài)畫面4.2.3 新建一工程點擊菜單“文件”->“新建”，打開如圖4.3所示窗口。在打開的窗口中，選擇“單用戶項目”，點擊確定按鈕，打開圖4.4所示窗口。在項目名稱中輸入“sza”。圖4.3創(chuàng)建新項目向導圖4.4 輸入新項目名稱4.2.4 組態(tài)變量選中變量管理器，單擊鼠標右鍵，在彈出的對話框中選擇“添加新的驅動程序”，在彈出的對話框中，選擇“SIMATIC S7 Protocol Suite.CHN”項，單擊“OPEN”按鈕，打開一個窗口選中“TCP/IP”項，新建一個驅動程序連接，在名稱項中

20、輸入“S7”點擊OK。這樣就建立了一個新的驅動連接。雙擊“S7”項，在右側的窗口中單擊鼠標右鍵，在彈出的菜單中，選擇“新建變量組”項，然后再在剛建的變量組中單擊右鍵，選擇“新建變量”項，打開如圖4.5所示的窗口。圖4.5變量屬性設置 在名稱中輸入“p_select”，在數據類型中選擇“二進制變量”，在地址一項中，單擊“選擇”按鈕，彈出如圖4.6所示的窗口。在DB號中輸入“41”，在地址中選擇“位”，在D項中輸出“0”，位(I)中輸出“3”，點擊“OK”按鈕。返回圖4.5按鈕（此時地址項中已經有數據存在）。在圖4.5的窗口中，點擊“OK”按鈕，p_select變量組態(tài)完成。用同樣的方法組態(tài)以下變

21、量，組態(tài)好的變量如圖4.7所示。圖4.6 選擇變量地址圖4.7組態(tài)好的變量上圖顯示的只是LOOP1-DB41變量組的變量，總體的外部變量見表4.1部變量見表4.3。名稱類型參數程序中名稱pv1man1-onman1lmn1d-select1i-select1p-select1dead-bgain1ti1di1lmn-hlmlmn-llmsp-int1tm-lag-rst1man2-ond-select2i-select2p-select2gain2ti2di2lmn-hlm-1lmn-llm-1sp-int2man2lmn2-rst2pv2dead-b-1man3-onman3sp-int3l

22、mn-hlmlmn-llmdead-b-232位浮點數IEEE754二進制變量32位浮點數IEEE75432位浮點數IEEE754二進制變量二進制變量二進制變量32位浮點數IEEE75432位浮點數IEEE75432位浮點數IEEE75432位浮點數IEEE75432位浮點數IEEE75432位浮點數IEEE75432位浮點數IEEE75432位浮點數IEEE754二進制變量二進制變量二進制變量二進制變量二進制變量32位浮點數IEEE75432位浮點數IEEE75432位浮點數IEEE75432位浮點數IEEE75432位浮點數IEEE75432位浮點數IEEE75432位浮點數IEEE754

23、32位浮點數IEEE754二進制變量32位浮點數IEEE75432位浮點數IEEE754二進制變量32位浮點數IEEE75432位浮點數IEEE75432位浮點數IEEE75432位浮點數IEEE75432位浮點數IEEE754DB41， DD92DB41, D0.1DB41, DD16DB41, DD72DB41， D0.7DB41， D0.4DB41， D0.3DB41， DD36DB41， DD20DB41， DD24DB41， DD28DB41， DD40DB41， DD44DB41， DD6DB41, DD32DB41, D0.0DB42, D0.1DB42， D0.7DB42， D

24、0.4DB42， D0.3DB42， DD20DB42， DD24DB42， DD28DB42， DD40DB42， DD44DB42， DD6DB42, DD16DB42, DD72DB42, D0.0DB42， DD92DB42， DD36DB43, D0.1DB43， DD16DB43, DD6DB43, DD40DB43, DD44DB43，DD36PVMAN-ONMANLMND-SELI-SELP-SELDEADB-WGAINTITDLMN-HLMLMN-LLMSP-INTTM-LAGCOM-RSTMAN-OND-SELI-SELP-SELGAINTITDLMN-HLMLMN-LLM

25、SP-INTMANLMNCOM-RSTPVDEADB-WMAN-OMMANSP-INTLMN-HLMLMN-LLMDEADB-W表4.1外部過程變量表4.2外部過程變量（續(xù)4.1）名稱類型參數程序中名稱d-select3i-select3p-select3gain3ti3di3pv3lmn3-rstsbhxzdbhxzssxzsxxsx二進制變量二進制變量二進制變量32位浮點數IEEE75432位浮點數IEEE75432位浮點數IEEE75432位浮點數IEEE75432位浮點數IEEE754二進制變量二進制變量二進制變量二進制變量二進制變量二進制變量DB43，D0.7DB43，D0.4DB4

26、3，D0.3DB43，DD20DB43，DD24DB43，DD28DB43，DD92DB43，DD72DB43, D0.0DB1, D0.0DB1, D0.1DB1, D0.2DB1, D0.3DB1, D0.4D-SELI-SELP-SELGAINTITDPVLMNCOM-RST表4.3 部變量對象變量類型實時曲線歷史曲線數據報表主調節(jié)器副調節(jié)器副調節(jié)器單閉環(huán)自動手動ssqxlsqxsbztiaoftiaoftiao1dbhautoman二進制變量二進制變量二進制變量二進制變量二進制變量二進制變量二進制變量二進制變量二進制變量4.2.5 畫面組態(tài)在圖4.2中，選中“圖形編輯器”，單擊鼠標右鍵

27、，在彈出的菜單中，選擇“新建畫面”項。窗口右側增加了一個文件“NewPdl0.Pdl”，選中“NewPdl0.Pdl”，單擊鼠標右鍵，在彈出的菜單中選擇“重命名畫面”，輸出“New.pdl”，點擊“確定”按鈕，雙擊“New.pdl”，打開如圖4.8所示的窗口。圖4.8 圖形編輯界面點擊工具欄上的圖標，彈出圖庫窗口。窗口中，選中需要的圖形，單擊鼠標左鍵不放，將其拖到畫面組態(tài)窗口中。用同樣的方法添加管道、水箱、閥與傳感器等。系統(tǒng)組態(tài)畫面（系統(tǒng)構造組態(tài)圖和參數組態(tài)圖）?？梢妶D4.15。4.2.6 對象屬性的動態(tài)化1、矩形對象的設定選中其中一個長方形圖形，單擊鼠標右鍵，選擇“屬性”項，彈出一對話框，在

28、對話框中，選擇“填充”項，在右側的擴展項中，選擇“填充量”，單擊鼠標右鍵，打開對象屬性窗口，選擇“動態(tài)對話框”項。選擇變量“PV1”，在數據類型中，選擇“直接”項，界面如圖4.9所示，點擊“應用”按鈕。在“其它”項單擊，選中“顯示”單擊鼠標右鍵，打開對象屬性窗口，選擇“動態(tài)對話框”項。選擇部變量“ztiao”，在數據類型中，選擇“布爾”型。副調節(jié)器1和副調節(jié)器2以與他們的設定值，測量值和輸出值可以用同樣的方法設定。圖4.9選擇變量圖4.10 I/O域組態(tài)窗口2、輸出/輸入區(qū)域的設定選中組態(tài)窗口中的輸入輸出域，單擊鼠標右鍵，在彈出的菜單中，選擇組態(tài)對話框。打開如圖4.10所示I/O域組態(tài)窗口。在

29、“變量”項，選擇“PV1”，“更新”項選擇“根據變化”，這樣就組態(tài)了一個I/O域。 輸出/輸入域“顯示”部分的設定方法和矩形的一樣，屬于哪個調節(jié)器的輸入/輸出就選擇哪個部變量。用同樣的方法可以組態(tài)每個調節(jié)器的ti，di等。4.2.7 實時曲線和歷史曲線的組態(tài)在圖4.8的窗口中，點擊“控件”項，打開如圖4.11所示的控件選項窗口。圖4.11控件選項窗口在窗口中，點擊“WinCC Online Trend Control”項，在組態(tài)窗口中，拖一個長方形的區(qū)域，歷史曲線顯示控件被放置到窗口中。雙擊這個控件，打開如圖4.12所示的WinCC在線趨勢控件屬性窗口。圖4.12 WINCC在線趨勢控件屬性窗

30、口在“選擇歸檔/變量”項中，點擊“選擇”按鈕，添加需要顯示的變量名。用同樣的方法組態(tài)實時曲線和數據報表（顯示歸檔變量）。4.2.8 添加按鈕的動作給畫面添加6個按鈕，其名稱分別為：歷史曲線，實時曲線，實驗流程，數據報表參數整定，退出實驗，自動，手動，單閉環(huán)選擇，三閉環(huán)選擇。雙擊“歷史曲線”按鈕，打開屬性窗口，點擊“事件”項，在“按鈕”->“鼠標”->“釋放左鍵”項，單擊鼠標右鍵，在彈出的菜單中，選擇“C動作”，打開如圖4.13所示的編輯動作窗口。在窗口中輸入：“SetTagBit("ssqx",0); SetTagBit("lsqx",1);

31、SetTagBit("sb",0);”三條語句，點擊確定按鈕。也就是想在點擊哪個按鈕，出現哪種情況時，就把那個情況置“1”，否則置“0”。圖4.13編輯動作窗口選中“歷史曲線”控件，單擊鼠標右鍵，在打開的菜單中，選擇“屬性”項。在打開的對話框中，選擇“屬性”->“其它”->“允許操作員”項，單擊鼠標右鍵，打開歷史曲線對象屬性窗口。選擇“動態(tài)對話框”項，按圖4.14進行變量連接79。圖4.14 動態(tài)變量連接用同樣的方法，分別定義其它幾個按鈕。系統(tǒng)完全組態(tài)好的畫面如圖4.15所示。圖4.15 系統(tǒng)主監(jiān)控界面網絡通訊通過前面的介紹，編完了三水箱的控制程序和WinCC的

32、監(jiān)控界面，現在就需要通過網絡使他們之間能夠通訊進而控制整個系統(tǒng)。下面就簡單的介紹實現的過程。首先，要保證硬件的配置要和實際的系統(tǒng)完全一樣。其次，WinCC的PG/PC的端口選擇，外部變量建立在TCP/IP里，單擊TCP/IP，顯示如圖5.1。圖5.1 變量設置在右邊的界面里對“sy”點擊右鍵，選擇“屬性”，在點擊“屬性”，在出現的對話框如圖5.2。圖5.2 連接參數 圖5.3 系統(tǒng)參數改變“IP地址”要和系統(tǒng)設定的一樣，本實驗的地址為“172.16.13.200”，機架號“0”，插槽號“2”，然后點擊“確定”。再在圖5.1右面的界面里單擊右鍵選擇“系統(tǒng)參數”點擊“單元”如圖5.3所示?！癈P類

33、型/總線結構”填寫TCP/IP，“邏輯設備名稱”選擇的是本機的網絡適配器。再次，對STEP 7的設定，硬件中的CP343-1的IP地址也改為“172.16.13.200”，子網掩碼“255.255.0.0”點擊“確定”，然后將改變之后的硬件重新編譯下。PG/PC的設定如圖5.4。都選擇和自己的電腦一樣的適配器。圖5.4 STEP 7的PG/PC接口設置最后，將STEP 7的硬件和程序都下載到PLC中，如果，沒有紅燈，則表示正常，否則，一部分一部分的查找原因，直到正常為止?？刂葡到y(tǒng)PID參數整定6.1 數字PID控制PID控制是比例積分微分控制的簡稱。PID控制具有原理簡單，使用方便，適應性強，

34、魯棒性強等優(yōu)點。它是一種負反饋控制，能緩解對象中的不平衡，正確的達到自動控制的目的。PID調節(jié)的實質；根據輸入的偏差值，按比例、積分、微分的函數關系進行運算，運算結果用以控制輸出。即：調節(jié)器的輸入與輸出為比例-積分-微分關系10。6.1.1PID控制的原理常規(guī)的PID控制系統(tǒng)的原理圖如圖6.1所示。系統(tǒng)由PID控制器，被控對象和反饋檢測環(huán)節(jié)組成。比 例積分比例微分比例被控對象檢測裝置r(t)e(t)u(t)圖6.1 PID控制系統(tǒng)圖6.1.2 控制器公式實際應用中，可以根據受控對象的特性和控制性能的要求，靈活的采用不同的控制組合，構成比例（P）控制器： （6.1）比例+積分（PI）控制器： （

35、6.2）比例+積分+微分（PID）控制器： （6.3）其中Kp比例系數；TI積分時間常數；TD微分時間常數。PID控制具有很多優(yōu)點：不需要被控對象的數學模型，自動控制理論中的分析和設計方法主要是建立在被控對象的線性定常數學模型的基礎上的。該模型忽略了實際系統(tǒng)中的非線性和時變性，與實際系統(tǒng)有較大的差距。對于許多工業(yè)控制對象，根本就無法建立較為準確的數學模型，因此自動控制理論中的設計方法很難用于大多數控制系統(tǒng)。對于這一類系統(tǒng)，使用PID控制可以得到比較滿意的效果。PID控制器的結構典型，程序設計簡單，計算工作量較小，各參數有明確的物理意義，參數調整方便，容易實現多回路控制、串級控制等復雜的控制。根

36、據被控對象的具體情況，可以采用PID控制器的多種變種和改進的控制方式，例如PI、PD、帶死區(qū)的PID、被控量微分PID、積分分離PID和變速積分PID等，但比例控制一般是必不可少的。隨著智能控制技術的發(fā)展，PID控制與神經網絡控制等現代控制方法結合，可以實現PID控制器的參數自整定，使PID控制器具有經久不衰的生命力10。6.1.3PID的控制規(guī)律1、 比例調節(jié)的特點比例調節(jié)的顯著特點就是有差調節(jié)。Kp太小雖然沒有超調，系統(tǒng)的輸出量變化緩慢，調節(jié)時間長，穩(wěn)態(tài)誤差與Kp成反比。增大Kp使系統(tǒng)反應靈敏，上升速度快，且可以減小穩(wěn)態(tài)誤差，但是太大會使閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定，震蕩次數增加，調節(jié)時間長，導致動態(tài)性

37、能變壞3,10。2、積分調節(jié)的特點積分調節(jié)的特點是無差調節(jié)。控制器中的積分作用與當前的誤差大小和誤差歷史情況都有關，只要誤差不為零控制器的輸出就會因積分作用而不斷變化，誤差為正時積分項不斷增大，反之減小。積分作用是消除穩(wěn)態(tài)誤差和提高控制精度，積分作用一般是必須的。因為積分時間項在分母中， 越小，積分速度越快，積分作用越強。但是積分作用有遲后特性，不像比例部分，只要誤差一出現就立即起作用，積分作用太強會使系統(tǒng)的響應動態(tài)性能變差，超調量增大，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定，因此積分很少單獨使用3,10。3、微分調節(jié)的特點微分部分的輸出與誤差的微分（即誤差的變化速率）成正比，反映了被控量的變化趨勢，其作用是阻礙被

38、控量的變化。微分具有超前和預測的特性，在超調尚未出現之前就能提前給出控制的作用。適當的微分作用可以使超調量減少，調節(jié)時間縮短，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，其缺點是對干擾噪聲敏感，使系統(tǒng)抑制干擾的能力降低。微分時間表示了微分作用的強弱，越大，微分作用越強，但是太大可能會引起頻率較高的震蕩，或是被控量接近穩(wěn)態(tài)值時變化緩慢。這是因為接近穩(wěn)態(tài)值時，誤差很小，比例部分消除誤差的能力很弱。由于微分部分太強，抑制了被控制量的上升，導致被控制量上升極為緩慢，達到穩(wěn)態(tài)時間長3,10?？偨Y起來，不同的控制規(guī)律有不同的特點，對于一樣的控制對象，不同的控制規(guī)律，有不同的控制效果，圖6.2是不同控制規(guī)律時的過渡過程式曲線。圖6.

39、2 不同控制規(guī)律時的過渡過程式曲線6.2 PID參數的調整方法為了減少需要整定的參數，可以首先采用PI控制算法。在調試開始時應設置比較保守的參數，比例增益不要太大。給出一個階躍信號后，觀察系統(tǒng)輸出量的波形，根據輸出波形提供給的信息和PID參數與系統(tǒng)性能的關系，反復調節(jié)PID的參數。如果階躍響應的超調量太大，經過多次震蕩才能穩(wěn)定，應減小增益，增大積分時間，如果階躍響應沒有超調，但是被控制量上升過于緩慢，過渡時間太長應按相反的方向調整參數。如果消除誤差的速度較慢，可以適當減小積分時間。如果反復調節(jié)Kp和，超調量仍然較大，可以加入微分從0逐漸增大，反復調節(jié)這三個參數3。若將控制系統(tǒng)按照液位、流量、溫

40、度和壓力等參數來分類，則屬于同一類別的系統(tǒng)，其對象往往比較接近，所以無論是控制器的形式還是所整定的參數均可相互參考。表6.1為經驗法整定參數的參考數據，在此基礎上，對調節(jié)器的參數作進一步修正。若需加微分作用，微分時間常數按TD=(1/31/4)TI計算1。表6.1 經驗法整定參數系統(tǒng)參數(%)TI(min)TD(min)溫度流量壓力液位206040100307020803100.110.430.53系統(tǒng)調試7.1 測試容與步驟該設計選擇上、中、下三只水箱串聯組成三容對象（三階系統(tǒng)），控制目標是下水箱的液位。實驗之前先將儲水箱中貯足水量，然后將閥門F1-1、F1-2、F1-6全開，將上水箱出水閥

41、門F1-9開至適當開度（50%90%）、中水箱出水閥門F1-10開至適當開度（40%80%）、下水箱出水閥門F1-11開至適當開度（30%70% 要求閥門開度滿足F1-9 > F1-10 > F1-11），其余閥門均關閉。具體步驟如下：1、接線：220V接面板COM，N與N1、N2、N3短接，D1、D2、D3分別接面板DO1、DO2、DO3；弱電連線：將“LT1上水箱液位”（1-5V信號）對應接至模擬量輸入通道AI2； LT2中水箱液位（1-5V信號）對應接至模擬量輸入通道AI1；LT3下水箱液位（1-5V信號）對應接至模擬量輸入通道AI0；將模擬量輸出通道AO0接至電動閥控制輸入。2、接通總電源空氣開關，閉合三相電源和單向電源，打開電動調節(jié)閥與控制站電源，給電動調節(jié)閥、S7-300PLC上電。3、打開Step 7軟件，打開“S7-300PLC”程序進行下載，然后將S7-300PLC置于運行狀態(tài)，然后運