控制策略和算法實(shí)現(xiàn)課件

1、2022/10/121本章的基本內(nèi)容 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，既是一個(gè)理論問題，又是一個(gè)工程問題。本章主要從實(shí)際應(yīng)用的角度，介紹了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)問題。2022/10/101本章的基本內(nèi)容 計(jì)算機(jī)控2022/10/122本章的基本內(nèi)容7.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)2022/10/102本章的基本內(nèi)容7.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)2022/10/1237.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.1.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則(1)、安全可靠 可靠性是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)最重要的一個(gè)基本要求。由于工作環(huán)境惡劣，實(shí)時(shí)

2、控制容易受到干擾威脅，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障有可能造成整個(gè)生產(chǎn)過程的混亂，甚至引發(fā)嚴(yán)重事故。首先要選用高性能的計(jì)算機(jī)；其次是設(shè)計(jì)可靠的控制方案，并具有各種安全保護(hù)措施。對(duì)于重要控制環(huán)節(jié)，可采用多臺(tái)計(jì)算機(jī)組成熱備份來提高系統(tǒng)的可靠性。(2)、操作維護(hù)方便 硬件和軟件設(shè)計(jì)時(shí)都要考慮這個(gè)問題。硬件方面，零部件的配置應(yīng)便于操作人員維修。軟件方面，應(yīng)考慮配置什么樣的軟件降低對(duì)操作人員專業(yè)知識(shí)的要求。2022/10/1037.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.1.2022/10/124(3)、實(shí)時(shí)性強(qiáng) 工業(yè)控制機(jī)的實(shí)時(shí)性，表現(xiàn)在對(duì)內(nèi)部和外部的事件能及時(shí)地響應(yīng)，并做出相應(yīng)的處理，不丟失信息、不延誤操作。(4)、通用性

3、好 計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速，各種新技術(shù)和產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，在滿足精度、速度和其它性能要求的前提下，應(yīng)縮短設(shè)計(jì)周期和盡可能采用價(jià)格低的元器件，以降低整個(gè)控制系統(tǒng)的費(fèi)用。一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，一般可以控制多個(gè)設(shè)備和不同的過程參數(shù)，但各個(gè)設(shè)備和控制對(duì)象的要求是不同的，而且控制設(shè)備存在更新問題，控制對(duì)象也有可能增減。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到適應(yīng)各種不同設(shè)備和各種不同控制對(duì)象的需要，使系統(tǒng)不必大改動(dòng)就能適應(yīng)新的情況。這就要求系統(tǒng)的通用性要好，能靈活地進(jìn)行擴(kuò)充。(5)、經(jīng)濟(jì)效益高2022/10/104(3)、實(shí)時(shí)性強(qiáng) 工業(yè)控2022/10/1257.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟計(jì)算機(jī)控制

4、系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到實(shí)施的整個(gè)過程大致如下：（1）總體方案設(shè)計(jì)； （2）工作計(jì)劃的制訂與實(shí)施；（3）計(jì)算機(jī)及儀表的選型；（4）設(shè)備訂貨、驗(yàn)收；（5）各方面的人員安排、調(diào)配；（6）控制系統(tǒng)的研究、開發(fā)、集成、安裝、調(diào)試；（7）工程驗(yàn)收和投入使用；（8）其他相關(guān)工作。2022/10/1057.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.1.2022/10/1267.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段主要包括組建項(xiàng)目研制小組、系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)、方案論證與評(píng)審、硬件和軟件的細(xì)化設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試、系統(tǒng)組裝等。 （1）組建項(xiàng)目研制小組 項(xiàng)目組成員應(yīng)由懂得計(jì)算機(jī)硬件、軟件和有控制經(jīng)驗(yàn)、生產(chǎn)

5、、工藝流程知識(shí)的技術(shù)人員組成，還要明確分工和相互的協(xié)調(diào)合作關(guān)系。（2）系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體方案包括硬件方案和軟件方案。在設(shè)計(jì)時(shí)要經(jīng)過多次的協(xié)調(diào)和反復(fù)，最后才能形成合理的統(tǒng)一的總體設(shè)計(jì)方案，并應(yīng)形成較為詳細(xì)的文件。方案形成后應(yīng)邀請(qǐng)有關(guān)專家、主管人員及甲方代表對(duì)方案做進(jìn)一步論證與評(píng)審。確定的總體方案原則上不應(yīng)再做大的改動(dòng)。2022/10/1067.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.1.2022/10/1277.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟（3）硬件和軟件的細(xì)化設(shè)計(jì) 將總體方案具體化，落實(shí)到框圖的底層，然后進(jìn)行底層塊內(nèi)的結(jié)構(gòu)細(xì)化設(shè)計(jì)。硬件、軟件的設(shè)計(jì)都需要邊設(shè)計(jì)、邊調(diào)試、

6、邊修改，往往需要經(jīng)過多次反復(fù)過程才能完成。（4）制作和調(diào)試 硬件調(diào)試包括器件測(cè)試、電路板調(diào)試、子功能模塊調(diào)試、控制柜的安裝調(diào)試等；軟件調(diào)試是根據(jù)軟件流程框圖編制各模塊程序的源代碼，并檢驗(yàn)軟件模塊的功能及正確性，生成計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的目標(biāo)代碼。（5）系統(tǒng)的組裝 組裝是離線仿真和調(diào)試階段的前提和必要條件。2022/10/1077.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.1.2022/10/1287.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 離線仿真和調(diào)試階段是指在實(shí)驗(yàn)室而不是在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的仿真和調(diào)試。離線仿真和調(diào)試后，還要進(jìn)行考機(jī)運(yùn)行?？紮C(jī)的目的是要在連續(xù)運(yùn)行中暴露問題和解決問題。 在線調(diào)試和運(yùn)

7、行階段就是將系統(tǒng)和生產(chǎn)過程連接在一起，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和運(yùn)行，盡管系統(tǒng)已經(jīng)通過了離線仿真和調(diào)試，但工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)情況十分復(fù)雜?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和運(yùn)行仍可能出現(xiàn)問題，因此必須重視現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試環(huán)節(jié)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，認(rèn)真分析加以解決。系統(tǒng)運(yùn)行正常后，再試運(yùn)行一段時(shí)間。 驗(yàn)收階段是系統(tǒng)項(xiàng)目最終完成的標(biāo)志，應(yīng)由甲方主持，乙方參加，雙方協(xié)同辦理，共同組織材料，驗(yàn)收完畢后應(yīng)形成驗(yàn)收文件存檔。2022/10/1087.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.1.2022/10/1297.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟總體方案文檔: 系統(tǒng)的主要功能、技術(shù)指標(biāo)、原理性框圖及文字說明； 控制策略與算法； 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)與

8、配置，主要的軟件功能、結(jié)構(gòu)、平臺(tái)及實(shí)現(xiàn)框圖； 方案的比較與選擇； 抗干擾措施與可靠性設(shè)計(jì)； 機(jī)柜或機(jī)箱的結(jié)構(gòu)與外形設(shè)計(jì)； 經(jīng)費(fèi)預(yù)算和進(jìn)度計(jì)劃的安排； 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件的要求。合理性經(jīng)濟(jì)性可行性硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案2022/10/1097.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.1.2022/10/12107.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟硬件總體方案設(shè)計(jì): 系統(tǒng)的構(gòu)成方式； 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及自動(dòng)化儀表的選擇； 人機(jī)接口方式； 系統(tǒng)的控制機(jī)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 抗干擾措施等。合理性經(jīng)濟(jì)性可行性硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案2022/10/10107.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.12022/10

9、/12117.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟軟件總體方案設(shè)計(jì): 確定軟件平臺(tái)； 建立軟件結(jié)構(gòu)； 建立系統(tǒng)的數(shù)字模型； 控制策略和算法實(shí)現(xiàn)； 軟件調(diào)試； 系統(tǒng)仿真。合理性經(jīng)濟(jì)性可行性硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案采用結(jié)構(gòu)化、模塊化、通用化的設(shè)計(jì)方法2022/10/10117.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.12022/10/12127.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟軟件總體方案設(shè)計(jì): 確定軟件平臺(tái)； 建立軟件結(jié)構(gòu)； 建立系統(tǒng)的數(shù)字模型； 控制策略和算法實(shí)現(xiàn)； 軟件調(diào)試； 系統(tǒng)仿真。合理性經(jīng)濟(jì)性可行性硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案采用工業(yè)控制機(jī)來組建計(jì)算機(jī)

10、控制系統(tǒng)不僅能大大減少硬件設(shè)計(jì)的工作量，而且可以使設(shè)計(jì)者根據(jù)控制要求，選擇所需要的模塊進(jìn)行組態(tài)，在較短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)出目標(biāo)系統(tǒng)軟件。2022/10/10127.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.12022/10/12137.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟軟件總體方案設(shè)計(jì): 確定軟件平臺(tái)； 建立軟件結(jié)構(gòu)； 建立系統(tǒng)的數(shù)字模型； 控制策略和算法實(shí)現(xiàn)； 軟件調(diào)試； 系統(tǒng)仿真。合理性經(jīng)濟(jì)性可行性硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案自上而下或是自下而上地畫出軟件結(jié)構(gòu)框圖，逐級(jí)細(xì)化，直到能清楚地表示出控制系統(tǒng)所要解決的問題為止。2022/10/10137.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.12022

11、/10/12147.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟2022/10/10147.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.12022/10/12157.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟軟件總體方案設(shè)計(jì): 確定軟件平臺(tái)； 建立軟件結(jié)構(gòu)； 建立系統(tǒng)的數(shù)字模型； 控制策略和算法實(shí)現(xiàn)； 軟件調(diào)試； 系統(tǒng)仿真。合理性經(jīng)濟(jì)性可行性硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案軟件調(diào)試包括對(duì)各個(gè)子程序、功能模塊、主程序的分別調(diào)試以及整體程序的聯(lián)合調(diào)試。有時(shí)為了調(diào)試某些程序，可能需要編寫臨時(shí)性的輔助程序。2022/10/10157.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.12022/10/12167.1

12、計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟軟件總體方案設(shè)計(jì): 確定軟件平臺(tái)； 建立軟件結(jié)構(gòu)； 建立系統(tǒng)的數(shù)字模型； 控制策略和算法實(shí)現(xiàn)； 軟件調(diào)試； 系統(tǒng)仿真。合理性經(jīng)濟(jì)性可行性硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案用模型來代替實(shí)際生產(chǎn)過程（即被控對(duì)象）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。有三種類型:全物理仿真（或稱在模擬環(huán)境條件下的全實(shí)物仿真）、半物理仿真（或稱硬件閉路動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)）、數(shù)字仿真（或稱計(jì)算機(jī)仿真）。2022/10/10167.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.12022/10/12177.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟軟件總體方案設(shè)計(jì): 確定軟件平臺(tái)； 建立軟件結(jié)構(gòu)； 建立系統(tǒng)的數(shù)字模

13、型； 控制策略和算法實(shí)現(xiàn)； 軟件調(diào)試； 系統(tǒng)仿真。合理性經(jīng)濟(jì)性可行性硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案在系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)上，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的考機(jī)試驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的要求，需要進(jìn)行特殊運(yùn)行條件的考驗(yàn)。例如，高溫和低溫劇變運(yùn)行試驗(yàn)，振動(dòng)和抗電磁干擾試驗(yàn)，電源電壓突變和掉電保護(hù)試驗(yàn)等。2022/10/10177.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.12022/10/12187.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟從小到大從易到難從手動(dòng)到自動(dòng)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜回路先開環(huán)后閉環(huán)調(diào)試計(jì)劃實(shí)施方案安全措施分工合作細(xì)則現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和運(yùn)行 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的投入運(yùn)行是一個(gè)系統(tǒng)工程，要特別注意一些容易忽視的問題，如現(xiàn)場(chǎng)

14、儀表與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的安裝位置、現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)，各種接線與導(dǎo)管的正確連接、系統(tǒng)的抗干擾措施、供電與接地、安全防護(hù)措施等。2022/10/10187.1 計(jì)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟7.12022/10/12197.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.1 電阻爐溫度計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電阻爐爐溫的控制大體上可歸納為以下幾個(gè)過程：(1) 自由升溫段，即根據(jù)電阻爐自身約束條件對(duì)升溫速度沒有控制的自然升溫過程。(2) 恒速升溫段，即要求爐溫上升的速度按某一斜率進(jìn)行。(3) 保溫段，即要求在這一過程中爐溫基本保持不變。(4) 慢速降溫段，即要求爐溫下降的速度按某一斜率進(jìn)行。(5) 自由降溫段。 以在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛的

15、電阻爐為被控對(duì)象，采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電阻爐溫度計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，介紹電阻爐溫度計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成，并完成系統(tǒng)總體控制方案和達(dá)林算法控制器的設(shè)計(jì)。2022/10/10197.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.22022/10/12207.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.1 電阻爐溫度計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1、工藝要求 從室溫開始到a點(diǎn)為自由升溫段，當(dāng)溫度一旦到達(dá)a點(diǎn)（即Ta點(diǎn)），就進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)節(jié)。從b點(diǎn)到c點(diǎn)為保溫段，要始終在系統(tǒng)控制之下，以保證所需的爐內(nèi)溫度的精度。加工結(jié)束，即由c到d點(diǎn)為自然降溫段。保溫段的時(shí)間為50100分鐘。2022/10/10207.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.22022

16、/10/12217.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.1 電阻爐溫度計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)的要求：過渡過程時(shí)間：即從升溫開始到進(jìn)入保溫段的時(shí)間t1100分鐘。超調(diào)量：即升溫過程的溫度最大值(TM)與保溫值(T0)之差與保溫值之比。靜態(tài)誤差：即當(dāng)溫度進(jìn)入保溫段后的實(shí)際溫度值(T)與保溫值(T0)之差與保溫值之比。溫度保溫值的變化范圍：50100。設(shè)保溫值為100。2022/10/10217.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.22022/10/12227.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.1 電阻爐溫度計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2、系統(tǒng)組成和基本工作原理控制過程：計(jì)算機(jī)定時(shí)（即按采樣周期）對(duì)爐溫進(jìn)

17、行測(cè)量和控制，爐內(nèi)溫度由鉑電阻溫度傳感器進(jìn)行測(cè)量，其信號(hào)經(jīng)放大送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器換算成相應(yīng)的數(shù)字量后，再送入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行判別和運(yùn)算，得到應(yīng)有的電功率數(shù)（增量值），經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)，供給可控硅功率調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其達(dá)到爐溫變化曲線的要求。2022/10/10227.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.22022/10/12237.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.1 電阻爐溫度計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3、對(duì)象特性的測(cè)量和識(shí)別一階對(duì)象：純滯后的一階對(duì)象：輸出穩(wěn)態(tài)值除以輸入幅度值即為放大倍數(shù)輸出從起始值到達(dá)0.632穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間即為時(shí)間常數(shù)2022/10/10237.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7

18、.22022/10/12247.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.1 電阻爐溫度計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3、對(duì)象特性的測(cè)量和識(shí)別飛升曲線的測(cè)量的方法：在給定的控制信號(hào)作用下得到系統(tǒng)的穩(wěn)定輸出，然后突然在輸入端輸入一幅度適宜的階躍控制信號(hào)，相應(yīng)地輸出信號(hào)也會(huì)發(fā)生變化，此即為輸出的飛升曲線。將上述所測(cè)得的飛升曲線與典型傳遞函數(shù)的飛升曲線比較，可得一階對(duì)象的傳遞函數(shù)。輸出穩(wěn)態(tài)值和輸入階躍信號(hào)幅值的比值為放大倍數(shù)輸出從起始值到達(dá)0.632倍穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間即為對(duì)象時(shí)間常數(shù)對(duì)象滯后時(shí)間可直接從圖中測(cè)量2022/10/10247.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.22022/10/12257.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)

19、例7.2.1 電阻爐溫度計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3、對(duì)象特性的測(cè)量和識(shí)別 實(shí)測(cè)的飛升曲線不易找到確切的位置來確定滯后時(shí)間，這時(shí)可用一階加純滯后的虛線曲線來逼近，使后面大部分重合，而起始部分則可定出一個(gè)等效的滯后時(shí)間，這時(shí)可在曲線斜率的轉(zhuǎn)折點(diǎn)（即拐點(diǎn)）處作一切線。該切線與時(shí)間軸的交點(diǎn)認(rèn)為是一階的起點(diǎn)，即純滯后時(shí)間，而切線與穩(wěn)態(tài)值的交點(diǎn)時(shí)間應(yīng)為T，加上純滯后時(shí)間則實(shí)測(cè)為+T。這樣就求出了一階對(duì)象的三個(gè)參數(shù)K、T、。T=72（分鐘）=8（分鐘）K=3302022/10/10257.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.22022/10/12267.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.1 電阻爐溫度計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的

20、設(shè)計(jì)4、控制規(guī)律的選擇爐溫變化曲線設(shè)計(jì)思想：分為三段來進(jìn)行控制；自由升溫段，保溫段和自然降溫段。為避免過沖，從室溫到80%額定溫度為自由升溫段。在自由升溫段中，希望升溫越快越好，總是將加熱功率全開足，因此得自由升溫段控制規(guī)律為：當(dāng)T0.8T0時(shí)，選Pk=1。在保溫段中，T0.8T0。如用比例控制，當(dāng)以溫差來控制輸出時(shí)，系統(tǒng)只有在爐溫與給定值相等時(shí)才停止輸出，這時(shí)由于爐溫變化的延遲特點(diǎn)，爐溫并不因輸入停止而馬上停止上升，從而會(huì)超過給定溫度值，爐溫下降時(shí)具有同樣的特性。滯后時(shí)間越大，超調(diào)量也越大。從而造成溫度的上下波動(dòng)?？紤]到滯后的影響，調(diào)節(jié)規(guī)律必須加入微分因數(shù)，即PD調(diào)節(jié)。2022/10/102

21、67.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.22022/10/12277.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.1 電阻爐溫度計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5、PD算法和參數(shù)選定連續(xù)系統(tǒng)PD算法的控制量：離散系統(tǒng)PD算法的控制量：實(shí)際算法為：2022/10/10277.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.22022/10/12287.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.1 電阻爐溫度計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5、PD算法和參數(shù)選定 初值可以取q(k-1)=0，e(k-1)=0。算法程序每一步都要計(jì)算e(k)，y(k)，q(k)，其中q(k)用于下一步計(jì)算y(k)，M為常數(shù)項(xiàng)，為穩(wěn)定值時(shí)所需要的功率。2022/10/10287.2

22、 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.22022/10/12297.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.2 變頻恒壓供水計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 恒壓供水就是能夠自動(dòng)保持水管內(nèi)水壓恒定的供水過程。使管網(wǎng)主干管出口端保持在恒定的壓力值，通過保持水壓恒定，滿足用戶的用水要求，使整個(gè)系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能的最佳狀態(tài)?；驹恚和ㄟ^安裝在系統(tǒng)中的壓力傳感器將系統(tǒng)壓力信號(hào)與設(shè)定壓力值進(jìn)行比較，再通過控制器調(diào)節(jié)變頻器的輸出，無級(jí)調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)水壓在水流量變化時(shí)，能夠穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，具有水壓恒定，波動(dòng)小，節(jié)能效果明顯等特點(diǎn)。 采用計(jì)算機(jī)控制的恒壓供水系統(tǒng)，可以在用水高峰期和低峰期保持供水壓力恒定，使供水量更好地滿足

23、用戶要求。1、變頻恒壓供水工藝簡(jiǎn)介2022/10/10297.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.22022/10/12307.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.2 變頻恒壓供水計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(1) 供水壓力正常設(shè)定為值0.5MPa。最大供水壓力為0.6MPa，最小供水壓力為0.1MPa，壓力允許在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。(2) 采用四個(gè)水泵供水，并能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)控制。(3) 水泵機(jī)組采用循環(huán)軟啟動(dòng)工作方式運(yùn)行。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，第一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行，當(dāng)水壓滿足不了要求時(shí)，先將第一臺(tái)水泵轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，再投入第二臺(tái)變頻自動(dòng)運(yùn)行，依此類推，直到第四臺(tái)水泵起動(dòng)；停泵時(shí)先停第一臺(tái)工頻泵，依此類推，然后停變頻泵。 采

24、用計(jì)算機(jī)控制的恒壓供水系統(tǒng)，可以在用水高峰期和低峰期保持供水壓力恒定，使供水量更好地滿足用戶要求。2、變頻恒壓供水工藝要求2022/10/10307.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.22022/10/1231(4) 系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，如果其中任意一臺(tái)水泵故障停機(jī)，該系統(tǒng)能保證正常運(yùn)行；具有短路、過載、欠電壓、掉電保護(hù)、缺相、硬件自鎖、互鎖、故障聲光報(bào)警指示、遠(yuǎn)程報(bào)警等保護(hù)功能。(5) 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信、采集、監(jiān)控、管理、實(shí)時(shí)顯示等功能。(6) 水泵流量、揚(yáng)程和功率分別為6.3m3/h、8m和1.5kW。(7) 設(shè)有溢流口、排污口和防溢流控制功能。(8) 各水泵出口設(shè)有止回閥以防止回灌，并在進(jìn)、

25、出設(shè)有閘閥；管路要求采用螺紋聯(lián)接，以便系統(tǒng)重組及維修方便。(9) 系統(tǒng)能夠避免用水高峰時(shí)，水壓波動(dòng)造成頻繁起動(dòng)、停車現(xiàn)象。2、變頻恒壓供水工藝要求7.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.2 變頻恒壓供水計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2022/10/1031(4) 系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，如果其中任2022/10/12327.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.2 變頻恒壓供水計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 補(bǔ)償式也稱變頻泵固定式，這種方式往往配置多臺(tái)水泵，組成水泵機(jī)組。在運(yùn)行時(shí)，一般只有一臺(tái)水泵由變頻器拖動(dòng)。當(dāng)水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速即達(dá)到工頻50Hz時(shí)，此時(shí)的供水壓力如果低于設(shè)定壓力時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)降低變頻泵的工作頻

26、率，并以工頻方式起動(dòng)下一臺(tái)水泵，使其投入運(yùn)行進(jìn)行供水。系統(tǒng)在運(yùn)行中會(huì)根據(jù)反饋的壓力值來確定水泵機(jī)組的投入和切出，并調(diào)整變頻泵，以達(dá)到實(shí)際壓力值和設(shè)定值一致。在短時(shí)間內(nèi)降低變頻泵的工作頻率是為了防止系統(tǒng)超壓。此種方式電控系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，可節(jié)約一部分成本。缺點(diǎn)是在水泵機(jī)組工頻投入時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊較大，一般水泵功率較小時(shí)，可采用此種工作方式。3、控制方案選擇2022/10/10327.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.22022/10/12337.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.2 變頻恒壓供水計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 循環(huán)軟啟動(dòng)的主要特點(diǎn)在水泵的切換程序。變頻泵運(yùn)行到工頻50Hz時(shí)，如果此時(shí)的實(shí)際供水壓力還沒

27、有達(dá)到設(shè)定的供水壓力時(shí)，不是直接起動(dòng)另外一臺(tái)水泵，而是首先將當(dāng)前以變頻運(yùn)行的水泵切換到工頻方式運(yùn)行，以變頻方式起動(dòng)另外一臺(tái)水泵，從而達(dá)到維持系統(tǒng)壓力的目的。在切換水泵時(shí)，按照先起先停的方式進(jìn)行，這樣的好處是機(jī)組中的每一臺(tái)水泵在工作中都可以被使用到，按照大循環(huán)的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可有效防止水泵機(jī)組長(zhǎng)期閑置而銹死的現(xiàn)象發(fā)生。3、控制方案選擇2022/10/10337.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.22022/10/12347.2.2 變頻恒壓供水計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 變頻恒壓供水系統(tǒng)技術(shù)上要求能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的通信、采集、監(jiān)控、管理、實(shí)時(shí)顯示等功能，因此本系統(tǒng)采用主-從控制結(jié)構(gòu)，即上下兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制。 上位

28、計(jì)算機(jī)采用PC機(jī)，通過串行口對(duì)下位機(jī)進(jìn)行控制管理，利用組態(tài)軟件，配合Windows軟件平臺(tái)，形成功能強(qiáng)大的控制管理系統(tǒng)，提供優(yōu)質(zhì)友好的圖形界面。 由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同的控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計(jì)上，只需要確定PLC的硬件配置和I/O的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時(shí)，可以靈活地改變存儲(chǔ)器中的控制程序，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方便。因此，采用PLC作為下位機(jī)，實(shí)現(xiàn)水泵機(jī)組的變頻控制以及溫度、壓力、流量、液位等過程量的監(jiān)視和控制。3、控制方案選擇(1)、主機(jī)的選擇2022/10/10347.2.2 變頻恒壓供水計(jì)算機(jī)控制系2022/10/12357.2.2 變頻恒壓供水計(jì)算機(jī)控

29、制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)由水箱、管路、閥門和水泵機(jī)組，電氣操作系統(tǒng)和各種傳感器、儀表等組成。電氣操作系統(tǒng)由PLC、變頻器、小型斷路器、交流接觸器、熱繼電器、直流電源小型電磁繼電器以及各種指示燈和主令器件組成；傳感器和儀表包括溫度傳感變送器、壓力變送器、電壓變送器、電流變送器、功率變送器等。3、控制方案選擇(2)、控制系統(tǒng)的組成 根據(jù)控制要求，水泵機(jī)組由四臺(tái)水泵組成，第一臺(tái)水泵變頻啟動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)水壓不足時(shí)， 將第一臺(tái)水泵切入工頻運(yùn)行，再投入第二臺(tái)變頻泵，依此類推，直到第四臺(tái)水泵啟動(dòng)；停泵 時(shí)先停第臺(tái)工頻泵，依此類推，最后停變頻泵，即遵循先開先停的原則。(3)、水泵機(jī)組變頻恒壓流程2022/10/10357

30、.2.2 變頻恒壓供水計(jì)算機(jī)控制系2022/10/1236變頻恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 2022/10/1036變頻恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 2022/10/1237水泵機(jī)組變頻恒壓控制流程2022/10/1037水泵機(jī)組變頻恒壓控制流程2022/10/12387.2.2 變頻恒壓供水計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 變頻調(diào)速恒壓供水是一個(gè)具有時(shí)變、非線性、滯后時(shí)間短、模型不穩(wěn)定的控制對(duì)象。系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為被控量，實(shí)現(xiàn)出口管網(wǎng)的實(shí)際壓力與設(shè)定的供水壓力相一致。設(shè)定的供水壓力可以是一常數(shù)，也可以是一個(gè)時(shí)間分段常數(shù)，在每一個(gè)時(shí)間段是一常數(shù)。控制對(duì)象建模時(shí)需要考慮三個(gè)方面：1、水泵將水送到管網(wǎng)，這一階段管網(wǎng)壓

31、力基本保持在初始?jí)毫?，是一個(gè)純滯后過程。2、水泵將水充滿整個(gè)管網(wǎng)，壓力隨之逐漸增加直到穩(wěn)定，這是一個(gè)大時(shí)間常數(shù)的慣性過程。3、系統(tǒng)中其他控制和檢測(cè)環(huán)節(jié)，如變頻環(huán)節(jié)、繼電控制轉(zhuǎn)換、壓力檢測(cè)等的時(shí)間常數(shù)和滯后時(shí)間與供水系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)和滯后時(shí)間相比，可以忽略不計(jì)，均可等效為比例環(huán)節(jié)。3、控制方案選擇(4)、控制對(duì)象模型分析及控制器設(shè)計(jì)2022/10/10387.2.2 變頻恒壓供水計(jì)算機(jī)控制系2022/10/12397.2.2 變頻恒壓供水計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 包含管網(wǎng)、水箱、水泵機(jī)組的被控對(duì)象可以近似成一個(gè)純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)：3、控制方案選擇(4)、控制對(duì)象模型分析及控制器設(shè)計(jì) 通常情況下，被控對(duì)

32、象的慣性時(shí)間常數(shù)TP為100 s左右，滯后時(shí)間小于10 s，TP。變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理圖2022/10/10397.2.2 變頻恒壓供水計(jì)算機(jī)控制系2022/10/12407.2.2 變頻恒壓供水計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1) 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主電路主要由四個(gè)水泵、小型斷路器、交流接觸器、熱繼電器以及各種指示燈和主令器件組成，另外還配有電壓表、數(shù)字電流表和功率表等。 水泵機(jī)組由四臺(tái)TLS40-200單級(jí)單吸立式離心泵組成，技術(shù)參數(shù)為：流量2.5 m3 /h，揚(yáng)程32 m，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2830 r/min，功率0.75 kW，效率25%。這種水泵運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲小，維修方便。3、控制方案選擇

33、(4)、控制對(duì)象模型分析及控制器設(shè)計(jì)2022/10/10407.2.2 變頻恒壓供水計(jì)算機(jī)控制系2022/10/1241變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路原理2022/10/1041變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路原理2022/10/12421) 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) I/O模塊點(diǎn)數(shù)估算 PLC系統(tǒng)所要求的I/O點(diǎn)數(shù)與接入的輸入/輸出設(shè)備類型有關(guān)。例如，1個(gè)按鈕或信號(hào)燈各需1個(gè)輸入，1個(gè)光電開關(guān)需1個(gè)或2個(gè)輸入，1個(gè)雙線圈電磁閥需3個(gè)輸入及2個(gè)輸出，波段開關(guān)有幾個(gè)波段就需幾個(gè)輸入。對(duì)于控制交流電動(dòng)機(jī)所需的I/O點(diǎn)數(shù)，根據(jù)其運(yùn)行方式不同，所需要的I/O點(diǎn)數(shù)也不相同，控制一個(gè)Y-啟動(dòng)的交流電動(dòng)機(jī)一般需4個(gè)輸入點(diǎn)及3

34、個(gè)輸出點(diǎn)，控制一臺(tái)可逆運(yùn)行的籠型電動(dòng)機(jī)需5個(gè)輸入點(diǎn)及2個(gè)輸出點(diǎn)等等。實(shí)際選用時(shí)一般還需留有10%15%的I/O余量。 根據(jù)要求，估算出本系統(tǒng)有20個(gè)開關(guān)量輸入/輸出點(diǎn)，另外有電壓、電流、功率、 壓力、液位、溫度、流量等10個(gè)模擬量輸入/輸出點(diǎn)。(4)、控制對(duì)象模型分析及控制器設(shè)計(jì)2022/10/10421) 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)(4)、控制對(duì)象模2022/10/1243 存儲(chǔ)器容量的估算PLC程序存儲(chǔ)器容量以字節(jié)為單位?？梢砸罁?jù)經(jīng)驗(yàn)公式來估算:、開關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng)。開關(guān)量輸入：用戶程序所需存儲(chǔ)的字?jǐn)?shù)=輸入點(diǎn)總數(shù)10。開關(guān)量輸出：用戶程序所需存儲(chǔ)的字?jǐn)?shù)=輸出點(diǎn)總數(shù)8。 、模擬量輸入/輸出系統(tǒng)。每一路模

35、擬量信號(hào)大約需要120字的存儲(chǔ)容量，當(dāng)模擬輸入和輸出同時(shí)存在時(shí)，所需內(nèi)存字?jǐn)?shù)=模擬量路數(shù)250。 、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器系統(tǒng)。所需內(nèi)存字?jǐn)?shù)=定時(shí)器/計(jì)數(shù)器數(shù)量2，針對(duì)本系統(tǒng)： 開關(guān)量輸入所需內(nèi)存字?jǐn)?shù)1010=100字節(jié)； 開關(guān)量輸出所需內(nèi)存字?jǐn)?shù)128=96字節(jié)； 模擬量輸入/輸出所需內(nèi)存字?jǐn)?shù)10250=2500字節(jié)； 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器容量52=10字節(jié)。 開關(guān)量和模擬量共需2706字節(jié)，另外考慮程序存儲(chǔ)空間和備用存儲(chǔ)空間，初步估計(jì)系統(tǒng)共需5K字節(jié)。(4)、控制對(duì)象模型分析及控制器設(shè)計(jì)2022/10/1043 存儲(chǔ)器容量的估算(4)、控制對(duì)象2022/10/1244 主機(jī)型號(hào)選擇和模塊擴(kuò)展 采用西門子S

36、7-200系列的PLC，主機(jī)為CPU224模塊，I/O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量完全符合要求。該模塊集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)，13 K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；6個(gè)獨(dú)立的30 kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20 kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器；1個(gè)RS-485通信/編程口，具有PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由方式通信能力。 系統(tǒng)10個(gè)開關(guān)量輸入點(diǎn)I0.0I0.7、I1.3、I1.4分別接入4個(gè)水泵的故障信號(hào)、遠(yuǎn)程/近控選擇信號(hào)、PID控制器使能信號(hào)、氣壓供水輸入信號(hào)、循環(huán)/補(bǔ)償工作方式選擇信號(hào)等10路開

37、關(guān)量輸入信號(hào)；系統(tǒng)共有12個(gè)開關(guān)量輸出點(diǎn)，分別為1#4#水泵變頻/工頻的工作信號(hào)、故障報(bào)警信號(hào)、電磁閥1和電磁閥2驅(qū)動(dòng)信號(hào)及變頻器驅(qū)動(dòng)信號(hào)等。而主機(jī)CPU224只提供10個(gè)輸出點(diǎn)，所以系統(tǒng)擴(kuò)展了一個(gè)EM222模塊，該模塊提供8個(gè)開關(guān)量輸出點(diǎn)，能夠滿足系統(tǒng)數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的要求。(4)、控制對(duì)象模型分析及控制器設(shè)計(jì)2022/10/1044 主機(jī)型號(hào)選擇和模塊擴(kuò)展(4)、控2022/10/1245CPU224模塊配置圖2022/10/1045CPU224模塊配置圖2022/10/1246擴(kuò)展模塊EM222和EM235配置2022/10/1046擴(kuò)展模塊EM222和EM235配置2022/10/12

38、47 變頻器的選擇 管網(wǎng)中壓力變送器輸出的電流信號(hào)IP，范圍為420mA（4 mA和20 mA分別為壓力變送器測(cè)量下限、測(cè)量上限所對(duì)應(yīng)的電流輸出值），對(duì)應(yīng)水壓力P測(cè)量范圍為0Pmax，管網(wǎng)允許的最低水壓力為 P1（管網(wǎng)水壓力最小設(shè)定值），對(duì)應(yīng)壓力變送器輸出電流信號(hào)為I1；管網(wǎng)允許的最高水壓力為P2（管網(wǎng)水壓力最大設(shè)定值），對(duì)應(yīng)壓力變送器輸出電流信號(hào)I2。(4)、控制對(duì)象模型分析及控制器設(shè)計(jì)2022/10/1047 變頻器的選擇(4)、控制對(duì)象模型2022/10/1248 變頻器的選擇 當(dāng)處于變頻狀態(tài)下運(yùn)行的水泵要切換到工頻狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，只能在50 Hz運(yùn)行，由于電網(wǎng)的限制以及變頻器和電動(dòng)機(jī)工作

39、頻率的限制，50 Hz成為頻率調(diào)節(jié)的上限頻率。變頻器的輸出頻率不能是負(fù)值，最低只能是0 Hz。實(shí)際應(yīng)用中，變頻器的輸出頻率不可能降低到0 Hz，因?yàn)楫?dāng)水泵機(jī)組運(yùn)行，水泵向管網(wǎng)供水時(shí)，由于管網(wǎng)中的水壓會(huì)反推水泵，給帶動(dòng)水泵運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)一個(gè)反向的力矩，同時(shí)這個(gè)水壓也在一定程度上阻止下位水箱中的水進(jìn)入管網(wǎng)，因此，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率下降到某一個(gè)值時(shí)，水泵就已經(jīng)抽不出水了，實(shí)際的供水壓力也不會(huì)隨著電動(dòng)機(jī)頻率的下降而下降。這個(gè)頻率在實(shí)際應(yīng)用中就是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的下限頻率，其值遠(yuǎn)大于0 Hz，具體數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場(chǎng)所有關(guān)，一般在20 Hz左右。由于在變頻運(yùn)行狀態(tài)下，水泵機(jī)組中電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率由變頻器的

40、輸出頻率決定，這個(gè)下限頻率也就成為變頻器頻率調(diào)節(jié)的下限頻率。(4)、控制對(duì)象模型分析及控制器設(shè)計(jì)2022/10/1048 變頻器的選擇(4)、控制對(duì)象模型2022/10/1249 變頻器的選擇 當(dāng)水壓P小于P1時(shí)，變頻器得到最大控制電流信號(hào)20mA（即變頻器按最高輸出頻率輸出所需的電流信號(hào)）；當(dāng)水壓P大于P2時(shí)，變頻器得到最小控制電流信號(hào)4mA（即變頻器按最低輸出頻率輸出所需的電流信號(hào)）。當(dāng)P介于P1與P2之間時(shí)，對(duì)應(yīng)變頻器的控制電流信號(hào)為：If=4+16(P2-P)/(P2-P1)(4)、控制對(duì)象模型分析及控制器設(shè)計(jì)變頻器控制電流與水壓關(guān)系曲線2022/10/1049 變頻器的選擇(4)、控

41、制對(duì)象模型2022/10/1250 變頻器的選擇 變頻器選用西門子MM440矢量型變頻器。具有6個(gè)可編程帶隔離的數(shù)字輸入，2個(gè)可標(biāo)定的模擬輸入（010 V，020 mA），2個(gè)可編程的模擬量輸出（020 mA）和3個(gè)完全可編程的繼電器輸出（30 V直流/5 A，阻性負(fù)載; 250 V交流/2 A，感性負(fù)載）。(4)、控制對(duì)象模型分析及控制器設(shè)計(jì)系統(tǒng)變頻器單元接線圖 變頻器跟蹤PID控制器送來的控制信號(hào)改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，完成對(duì)調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。2022/10/1050 變頻器的選擇(4)、控制對(duì)象模型2022/10/12511) 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 變送器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 供水壓力、流

42、量、溫度分別由:壓力變送器（型號(hào)EHT-13-2，測(cè)量范圍為00.6 MPa，誤差為0.05%，輸出信號(hào)為420 mA電流信號(hào)）、流量變送器（型號(hào)LW-25，測(cè)量范圍為110 m3/h，工作壓力為1.6 MPa，輸出信號(hào)為420 mA電流信號(hào)）、溫度變送器（型號(hào)JWSL-3AT，工作溫度為-10+60，輸出信號(hào)為420 mA電流信號(hào)）來檢測(cè)和信號(hào)變送，它們均為兩線制變送器。另外系統(tǒng)還配有模擬管網(wǎng)水壓擾動(dòng)的兩個(gè)電磁閥（型號(hào)ZCT-20）和一個(gè)流量調(diào)節(jié)閥（型號(hào)ZDLP-16P）。(4)、控制對(duì)象模型分析及控制器設(shè)計(jì)7.2.2 變頻恒壓供水計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3、控制方案選擇2022/10/10511

43、) 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)(4)、控制對(duì)象模2022/10/12522) 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，主要包括主程序、定時(shí)采樣子程序、數(shù)字濾波子程序、PID控制子程序、參數(shù)顯示子程序、故障報(bào)警子程序等。(4)、控制對(duì)象模型分析及控制器設(shè)計(jì)7.2.2 變頻恒壓供水計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3、控制方案選擇2022/10/10522) 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)(4)、控制對(duì)象模2022/10/12532) 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制周期的選擇 根據(jù)系統(tǒng)控制品質(zhì)的要求來看，希望控制周期TC取得小些，這樣接近于連續(xù)控制，控制效果越好。從本系統(tǒng)采用的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的特性來看，其響應(yīng)速度較低。如果控制周期TC過短，那么執(zhí)行機(jī)構(gòu)來不

44、及響應(yīng)，達(dá)不到控制的目的；從系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)來看，TC，可選TC介于0.1TP和0.2TP之間；從經(jīng)驗(yàn)上控制周期的選擇來看，壓力為變化較快的被控參數(shù)，經(jīng)驗(yàn)值為38s。綜合上述因素，選擇系統(tǒng)的采樣定時(shí)中斷周期為200 ms。 本系統(tǒng)選擇采樣32次算術(shù)平均值進(jìn)行數(shù)字濾波。將濾波后的數(shù)值送入PID模塊進(jìn)行運(yùn)算，算出的數(shù)字量送入D/A轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量輸出到變頻器，完成一次控制過程。從以上分析可以看出，系統(tǒng)的定時(shí)采樣周期為200ms，濾波周期和控制周期均為6.4s。(4)、控制對(duì)象模型分析及控制器設(shè)計(jì)2022/10/10532) 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)(4)、控制對(duì)象模2022/10/12542) 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)總裝

45、統(tǒng)調(diào) 在總裝統(tǒng)調(diào)前需要進(jìn)行模擬調(diào)試，即以前所述的離線仿真調(diào)試。用裝在可編程序控制器上的模擬開關(guān)模擬輸入信號(hào)的狀態(tài)，用輸出點(diǎn)的指示燈模擬被控對(duì)象，檢查程序無誤后便可將可編程序控制器連接到系統(tǒng)中，進(jìn)行總裝調(diào)試。 首先對(duì)可編程序控制器外部接線做仔細(xì)檢查，外部接線做到準(zhǔn)確、無誤；然后使用自行編寫的試驗(yàn)程序（如PLC和計(jì)算機(jī)之間的通信測(cè)試程序、數(shù)字量輸入/輸出測(cè)試程序等）對(duì)外部接線做掃描通電檢查，查找接線故障。為了保證系統(tǒng)安全可靠，常常將主電路斷開，進(jìn)行預(yù)調(diào)。當(dāng)預(yù)調(diào)通過后再接主電路，這時(shí)可將模擬調(diào)試好的控制程序下載到可編程序控制器用戶存儲(chǔ)器進(jìn)行調(diào)試，直到各部分功能都正常，并能協(xié)調(diào)一致成為一個(gè)完整的控制系

46、統(tǒng)為止。(4)、控制對(duì)象模型分析及控制器設(shè)計(jì)2022/10/10542) 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)(4)、控制對(duì)象模2022/10/12557.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.2.2 變頻恒壓供水計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在進(jìn)行完系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)以及具體的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，除要分別對(duì)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試外，還必須進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)和試運(yùn)行，反復(fù)多次修改，不斷完 善和優(yōu)化控制程序，測(cè)試各項(xiàng)性能指標(biāo)，直到整個(gè)控制系統(tǒng)全部投入正常運(yùn)行。2022/10/10557.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例7.22022/10/12567.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)大多用于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，環(huán)境復(fù)雜惡劣，干擾頻繁。干擾

47、嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。為此，必須分析干擾的來源，針對(duì)不同的干擾源采用相應(yīng)的行之有效的措施抑制或消除干擾。重視接地、布線和供電方面的抗干擾技術(shù)，重視CPU可靠運(yùn)行的抗干擾技術(shù)和應(yīng)用軟件中對(duì)數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。2022/10/10567.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù) 2022/10/12577.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)7.3.1 硬件抗干擾設(shè)計(jì)1、串模干擾及其抑制方法 串模干擾是指疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾噪聲，即干擾串聯(lián)在信號(hào)源回路中。串模干擾的抑制較為困難，因?yàn)楦蓴_Un直接與信號(hào)Us串聯(lián)。抑制串模干擾的主要措施有：加輸入濾波器（低通、高通、帶通）。一般情況下，干擾信號(hào)可以通過示

48、波器等儀器觀測(cè)出來。2022/10/10577.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)7.2022/10/12587.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)7.3.1 硬件抗干擾設(shè)計(jì)1、串模干擾及其抑制方法抑制串模干擾的主要措施有：選用帶有屏蔽的雙絞線或同軸電纜做信號(hào)線，且有良好接地，并對(duì)測(cè)量?jī)x表進(jìn)行電磁屏蔽。對(duì)于串模干擾主要來自電磁感應(yīng)的情況下，對(duì)被測(cè)信號(hào)應(yīng)盡可能早地進(jìn)行前置放大，從而達(dá)到提高回路中的信噪比的目的；或者盡可能早地完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換或采取隔離和屏蔽等措施。采用數(shù)字濾波技術(shù)。當(dāng)尖峰型串模干擾成為主要干擾源時(shí)，用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器可以削弱串模干擾的影響。因?yàn)榇祟愞D(zhuǎn)換器是對(duì)輸入信號(hào)的積分值進(jìn)行測(cè)量，而不是

49、測(cè)量信號(hào)的瞬時(shí)值。2022/10/10587.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)7.2022/10/12597.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)7.3.1 硬件抗干擾設(shè)計(jì)2、共模干擾及其抑制方法 共模干擾是指計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)輸入通道中信號(hào)放大器兩個(gè)輸入端上共有的干擾電壓，可以是直流電壓，也可以是交流電壓，其幅值達(dá)幾十伏甚至更高，這取決于現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生干擾的環(huán)境條件和計(jì)算機(jī)等設(shè)備的接地情況。2022/10/10597.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)7.2022/10/12602、共模干擾及其抑制方法抑制共模干擾的主要措施有：變壓器隔離。利用變壓器把模擬信號(hào)電路與數(shù)字信號(hào)電路隔離開來，也就是把模擬地與數(shù)字地?cái)嚅_，以使

50、共模干擾電壓cm不成回路，從而抑制了共模干擾。光電隔離。光電耦合器是由發(fā)光二極管和光敏三極管封裝在一個(gè)管殼內(nèi)組成的。浮地屏蔽。浮地屏蔽是利用屏蔽層使輸入信號(hào)的 “模擬地”浮空，使共模輸入阻抗大為提高，共模電壓在輸入回路中引起的共模電流大為減少。采用儀表放大器提高共模抑制比。儀表放大器具有共模抑制能力強(qiáng)、輸入阻抗高、漂移低、增益可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，是一種專門用來分離共模干擾與有用信號(hào)的器件。2022/10/10602、共模干擾及其抑制方法抑制共模干擾2022/10/12617.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)7.3.1 硬件抗干擾設(shè)計(jì)3、接地抗干擾技術(shù)地線是信號(hào)電流流回信號(hào)源的地阻抗路徑安全地信號(hào)地地線為了保證人身安全、設(shè)備安全而設(shè)置的地線為了保證電路正確工作所設(shè)置的地線在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中模擬地作為傳感器、變送器、放大器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器中模擬電路的零電位。數(shù)字地作為計(jì)算機(jī)中各種數(shù)字電路的零電位，應(yīng)該與模擬地分開，避免模擬信號(hào)受數(shù)字脈沖的干擾。2022/10/10617.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)7.2022/10/12627.3.1 硬件抗干擾設(shè)計(jì)3、接地抗干擾技術(shù)安全地信號(hào)地地