双容液位钟伦利

1、等级:湖南工程学院课 程 设 计课程名称 专业综合课程设计 课题名称 双容水箱液位串级控制系统设计专 业 自动化 班 级 1191 学 号 201101029132 姓 名 钟伦利 指导教师 赵葵银、李祥来、沈细群等 2014年6月23 日湖南工程学院课 程 设 计 任 务 书课程名称 专业综合课程设计 课 题 双容水箱液位串级控制系统设计专业班级 自动化 学生姓名 钟伦利 学 号 201101029132 指导老师 赵葵银、李祥来、沈细群等 审 批 黄峰 任务书下达日期 2014年6月23日任务完成日期 2014年7月4日设计内容与设计要求设计内容：利用ddc作为控制器核心设计一个双容水箱液

2、位串级控制系统系统，上水箱液位作为副调节器调节对象，下水箱液位做为主调节器调节对象。实现水箱水位的自动调节和控制，并采用mcgs组态软件在上位机实现显示和控制。设计要求：1）确定系统设计方案； 2）选择相应的仪器设备；3）mcgs软件组态相应的监控画面；4）完成控制算法程序设计；5）在ddc控制装置中进行调试；主 要 设 计 条 件过程控制实验系统，ae2000b2型仪表及其模拟量模块，计算机，组态软件，通信线等。说 明 书 格 式目 录1.课程设计封面；2.任务书；3.说明书目录；4.系统总体方案选择与说明5.系统结构框图与工作原理6.各单元硬件设计说明及计算方法7.软件设计与说明（包括流程

3、图）8.调试结果与必要的调试说明9.总结与体会；10.参考文献；11.课程设计成绩评分表进 度 安 排设计时间为两周第一周星期一、上午：布置课题任务，讲课及课题介绍 下午：借阅有关资料，总体方案讨论星期二、确定总体设计方案星期三、选择相应的仪器设备，进行控制算法设计星期四、控制算法编程星期五、控制算法编程第二周星期一、mcgs组态监控画面星期二、mcgs组态监控画面，在ddc装置上进行调试星期三、在ddc装置上进行调试星期四、写说明书星期五、上午：写说明书，整理资料下午：交设计资料，答辩参 考 文 献1胡寿松 自动控制原理北京：机械工业出版社2王再英 过程控制系统与仪表北京：机械工业

4、出版社 3mcgs初级教程  北京昆仑通态自动化有限公司4金以慧 过程控制清华大学出版社5施仁 自动化仪表与过程控制北京：电子工业出版社6于海生 微型计算机控制技术清华大学出版社7 目 录第1章 概述21.1 过程控制背景介绍21.2 液位串级控制系统简介21.3 mcgs组态软件介绍 3第2章 系统总体方案选择与说明42.1液位串级控制系统42.2 pid控制原理4第3章 系统结构框图与工作原理73.1控制系统性能指标73.2系统控制方案设计7第4章 系统硬件设计104.1 检测变送装置104.2 执行机构104.3 控制

5、器10第5章 软件设计与说明145.1 mcgs软件工程组态145.1.1主控窗口设计145.1.2设备窗口设计145.1.3用户窗口设计155.1.4实时数据库设计165.2 数字pid控制器设计18第6章 调试结果与调试说明19第7章 总结与体会22参考文献2323第1章 概述1.1 过程控制背景介绍随着科学技术的发展，现代工业生产工艺中的控制问题也日趋复杂。在人们的生活中以及某些化工和能源的生产过程中，常常涉及一些液位或流量控制的问题。在石油、化工、轻工和食品等工业生产过程中，有许多贮罐作为原料、半成品的贮液罐，前一道工序的成品或半成品不断地流入下一道工序的贮液罐进行加工和处理，为保证生

6、产过程能连续地正常进行，必须对贮罐的液位进行控制。最近几年，国内一些控制领域已接近甚至超越了国际水平，然而，就先进理论应用于工业生产等领域的状况来讲，与发达国家相比却存在较大差距。其原因固然是多方面的，但是，一个很明显的原因就是在于理论研究尚缺乏实际背景的支持，理论的算法一旦应用于现场就会遇到各种各样的实际问题，制约了其应用前景。在目前尚不具有在实验室中复现真实工业过程条件的今天，开发经济实用的具有典型对象特性的使用装置无疑是一条探索将理论成果转化为应用技术的捷径。 在过程工业中，被控量通常有以下四种：液位、压力、流量、温度，而液位不仅是工业过程中的常见参数，且便于直接观察，也容易测

7、量。以液位过程构成的实验系统，可灵活地进行过程组态，实施各种不同的控制方案，它不仅能够满足实际现场的应用要求，而且可以对新理论的研究论证提供强有力的平台。因此，液位控制系统是过程控制的重要研究模型，对液位控制系统的研究具有显著的理论和实际意义。1.2 液位串级控制系统简介在工业实际生产中，液位是过程控制系统的重要被控量，在石油化工环保水处理 冶金等行业尤为重要。在工业生产过程自动化中，常常需要对某些设备和容器的液位进行测量和控制。通过液位的检测与控制，了解容器中的原料半成品或成品的数量，以便调节容器内的输入输出物料的平衡，保证生产过程中各环节的物料搭配得当。通过控制计算机可以不断监控

8、生产的运行过程，即时地监视或控制容器液位，保证产品的质量和数量。如果控制系统设计欠妥，会造成生产中对液位控制的不合理，导致原料的浪费产品的不合格，甚至造成生产事故，所以设计一个良好的液位控制系统在工业生产中有着重要的实际意义。在液位串级控制系统的设计中将以过程控制实验系统为基础，展开设计控制系统及工程实现的工作。采用传统的串级pid控制的方法，利用到mcgs组态软件，并将利用智能调节仪表数据采集模块和计算机控制来实现控制系统的组建，努力使系统具有良好的静态性能，改善系统的动态性能。1.3 mcgs组态软件介绍 mcgs (monitor and cont

9、rol generated system) 软件是一套几基于windows平台的32位工控组态软件，该组态软件由“mcgs组态环境”和“mcgs运行环境”两个部分组成。mcgs组态环境是生成用户应用系统的工作环境，由可执行程序mcgsset.exe支持，用户在mcgs组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为.mcg的工程文件，又称为组态结果数据库，其与mcgs 运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程” 。利用mcgs软件组建工程的过程一般为：工程项目系统分析；工程立项搭建框架；制作动

10、画显示画面；编写控制流程程序；完善菜单按钮功能；编写程序调试工程；连接设备驱动程序；工程完工综合测试。第2章 系统总体方案选择与说明控制方案设计是过程控制系统设计的核心，需要以被控过程模型和系统性能要求为依据，合理选择系统性能指标，合理选择被控参数，合理设计控制规律，选择检测、变送器和选择执行器。选择正确的设计方案才能使先进的过程仪表和计算机系统在工业生产过程中发挥良好的作用。本系统采用液位串级控制系统，并利用pid进行液位调节。2.1液位串级控制系统串级控制系统从总体上看，是定值控制系统，因此主被控变量在扰动作用下的过度过程和单回路定值控制系统的过度过程，具有相同的品质指标和类似的形式。但是

11、，串级控制系统在结构上增加了一个随动的副回路，因此，与单回路相比有以下几个优点：串级控制系统对进入副回路的扰动具有较强的克服能力；由于副回路的存在，明显改善了对象的特性，提高了系统的工作频率；串级控制系统具有一定的自适应能力。除上述优点外串级控制系统在有些场合应用效果显著，它主要应用于以下4种场合：对象的容量滞后比较大；调节对象的纯滞后比较长；系统内存在激烈且幅值较大的干扰作用；调节对象具有较大的非线性特性而且负荷变化较大。而双容水箱均有上述缺点，因此可以看出串级控制系统很适合应用于双容水箱液位控制系统的设计。2.2 pid控制原理目前，随着控制理论的发展和计算机技术的广泛应用，pid控制技术

12、日趋成熟。先进的pid控制方案和智能pid控制器（仪表）已经很多，并且在工程实际中得到了广泛的应用。现在有利用pid控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现pid控制功能的可编程控制器(plc)，还有可实现pid控制的计算机系统等。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例积分微分控制，简称pid控制，又称pid调节。pid控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。+r(t) 比例p积分i微分d被控对象 y(t)图3.1 pid控制基本原理图pid控制器是一种线性负反馈控制器，根据给定值r(t)与实际值y(t)构成控制

13、偏差：控制规律为： 或以传递函数形式表示： kp:比例系数 ti:积分时间常数 td:微分时间常数。pid控制器各控制规律的作用如下：（1）比例控制（p）：比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系，能较快克服扰动，使系统稳定下来。但当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。（2）积分控制（i）：在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称此控制系统是有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差的累积取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会越大。这样，即便误差很小，积分项也会

14、随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。但是过大的积分速度会降低系统的稳定程度，出现发散的振荡过程。比例+积分(pi)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。（3）微分控制（d）：在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性环节或有滞后环节，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。所以在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误

15、差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。特别对于有较大惯性或滞后环节的被控对象，比例积分控制能改善系统在调节过程中动态特性。pid控制器的参数整定是控制系统设计的重要内容，应根据被控过程的特性确定pid控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。pid控制器参数整定的方法分为两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。由于实验测定的过程数学模型只能近似反映过程动态特，理论计算的参数整定值可靠性不高，还必须通过工程实际进行调整和

16、修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统试验中进行控制器参数整定，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。pid控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减曲线法。三种方法都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。第3章 系统结构框图与工作原理3.1控制系统性能指标(1) 静态偏差：系统过渡过程终了时的给定值与被控参数稳态值之差。(2) 衰减率：闭环控制系统被施加输入信号后，输出响应中振荡过程的衰减指标，即振荡经过一个周期以后，波动幅度衰减的百分数。为了保证系统足

17、够的稳定程度，一般衰减率在0.75-0.9。(3) 超调量：输出响应中过渡过程开始后，被控参数第一个波峰值与稳态值之差，占稳态值的百分比，用于衡量控制系统动态过程的准确性。(4) 调节时间：从过渡过程开始到被控参数进入稳态值-5%+5%范围所需的时间3.2系统控制方案设计设计建立的串级控制系统由主副两个控制回路组成，每一个回路又有自己的调节器和控制对象。主回路中的调节器称主调节器，控制主对象。副回路中的调节器称副调节器，控制副对象。主调节器有自己独立的设定值r，他的输出m1作为副调节器的给定值，副调节器的输出m2控制执行器，以改变主参数c2.通过针对双容水箱液位被控过程设计串级控制系统，将努力

18、使系统的输出响应在稳态时系统的被控制量等于给定值，实现无差调节，并且使系统具有良好的动态性能，较块的响应速度。当有扰动f1(t)作用于副对象时，副调节器能在扰动影响主控参数之前动作，及时克服进入副回路的各种二次扰动，当扰动f2(t)作用于主对象时，由于副回路的存在也应使系统的响应加快，使主回路控制作用加强，系统结构框图如图3.1。m2m1e1c1扰动f1(t)e2设定值rc2扰动f2(t)主调节器副调节器执行器副对象主对象测量与 变送器2测量与 变送器1图3.1串级控制系统框图（1）被控参数的选择应选择被控过程中能直接反映生产过程能够中的产品产量和质量，又易于测量的参数。在双容水箱控制系统中选

19、择下水箱的液位为系统被控参数，因为下水箱的液位是整个控制作用的关键，要求液位维持在某给定值上下。如果其调节欠妥当，会造成整个系统控制设计的失败,且现在对于液位的测量有成熟的技术和设备，包括直读式液位计、浮力式液位计、静压式液位计、电磁式液位计、超声波式液位计等。（2）控制参数的选择从双容水箱系统来看，影响液位有两个量，一是通过上水箱流入系统的流量，二是经下水箱流出系统的流量。调节这两个流量都可以改变液位的高低。但当电动调节阀突然断电关断时，后一种控制方式会造成长流水，导致水箱中水过多溢出，造成浪费或事故。所以选择流入系统的流量作为控制参数更合理一些。（3）主副回路设计为了实现液位串级控制，使用

20、双闭环结构。副回路应对于包含在其内的二次扰动以及非线性参数、较大负荷变化有很强的抑制能力与一定的自适应能力。主副回路时间常数之比应在3到10之间，以使副回路既能反应灵敏，又能显著改善过程特性。下水箱容量滞后与上水箱相比较大，而且控制下水箱液位是系统设计的核心问题，所以选择主对象为下水箱，副对象为上水箱。（4） 主副传感器的确定由于主副传感器检测的都是水箱的液位，所以选择液位检测变送装置。具体型号选择见第4章。（5）控制器的选择根据双容水箱液位系统的过程特性和数学模型选择控制器的控制规律。为了实现液位串级控制，使用双闭环结构，主调节器选择比例积分微分控制规律(pid)，对下水箱液位进行调节，副调

21、节器选择比例控制率(p)，对上水箱液位进行调节，并辅助主调节器对于系统进行控制，整个回路构成双环负反馈系统。第4章 系统硬件设计4.1 检测变送装置采用工业用的bp800型扩散硅压力变送器对水箱液位变化进行测量，含不锈钢隔离模片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。当水箱中注水导致液位变化时，bp800压力变送器对被控过程中的流体压力进行测量,过程压力通过压力传感器将压力信号转换成电信号,经差分放大器、输出放大器放大后,再经过v/a转换器,转换为与输入压力成线性对应关系的标准电流输出信号。4.2 执行机构（1）水泵采用16cq8p型磁力驱动泵,流量为32升/分,扬程为8米,功率为1

22、80w.为三相380恒压供水输入。（2） 调节阀采用qsvp16k型电动调节阀实现对双容水箱液位系统进水量的控制。其由qsl智能型电动执行机构与阀门组合构成。通过将压力变送器检测到的电压/电流信号输入到qsl电动执行机构的智能放大器，和来自位置信号发生器产生的开信号相比较并放大后,向消除其偏差的方向驱动并控制电机转动,以改变调节阀的开度,同时将阀门开度的隔离信号反馈给控制系统。当其偏差值达到零时,电机停止转动。4.3 控制器在仪表过程控制系统中，使用智能调节仪表作为控制器。采用上海万讯仪表有限公司的ai-808型仪表，采用ai人工智能调节方式，内含pid调节算法。其可以在误差较大时运用模糊算法

23、进行调节，以消除pid积分饱和现象；当误差趋小时，采用改进后的pid算法调节，调节优化效果。（1）信号采集：为了实现计算机控制，需要对输入的模拟信号进行采样，转换为计算机可以利用的数字信号。应从技术和经济的角度综合考虑信号采集速度和信号数字化精度这两个问题。根据香农采样定理：对于一个具有有限频谱的连续信号进行采样，采样频率必须大于或等于信号所含最高频率的两倍，信号采样所得的数值才可以完全复现原来的信号。需要依据液位对象的特性加入对象的扰动大小和频率和系统性能指标要求综合选择适当采样周期。（2）模拟量输入通道：在计算机控制系统中，模拟量输入通道一般包括了i/v变换电路多路转换器采样保持器a/d转

24、换器接口控制逻辑。模拟量输入通道的任务是把通过压力变送器检测到的模拟信号（420标准电流信号），经过i/v变换转换成对应的15电压信号，在经过采样为离散的模拟信号并量化成为二进制的数字信号，经接口送到计算机中。在远程数据采集过程控制系统，将使用icp-7017数据采集模块实现模拟量输入通道的功能。7017 a/d转换模块：数据采集程序存储在eeprom中，由内部控制器控制逻辑执行，控制转换开关在8路模拟信号间转换，模拟量送入a/d通道后，转换为数字信号并将其与模拟量输入通道号对应，等待计算机查询，数据通过rs-485接口传送至计算机。图4.2 7024 d/a模块图图4.1 7017 a/d模

25、块图 （3）模拟量输出通道：在计算机控制系统中，模拟量输出通道一般包括接口电路d/a转换器v/i变换等。模拟量输出通道的任务是将计算机输出的数字量转换成模拟电压或电流信号，以便驱动相应的执行机构（电动调节阀）。在远程数据采集过程控制系统，将使用icp-7024数据采集模块实现模拟量输入通道的功能。7024d/a 转换模块：数据采集程序存储在eeprom中，计算机将数据通过rs-485接口送给7024d/a 转换模块，由内部控制器按控制程序将数据送入对应dac通道，转换为模拟电压/电流输出。转换硬件电路图如图4.3所示，根据电路原理图可以连接出实际的仪表串级pid负反馈控制。通过三相380v/1

26、0a交流电源向三相磁力泵和220/5a交流电源向调节仪表供电。压力变送器测定的下水箱液位值（电压反馈信号）送到主调节器(智能调节仪1)输入端。调节器的给定值可由仪表控制面板或mcgs监控界面设定，与反馈信号相比较后输出调节信号。由于其输出的信号为420ma的电流信号，需要经i/v转换电路转化为15v电压信号送到副调节仪的输入端，与压力变送器测定的上水箱液位值（电压反馈信号）相比较后，输出420ma的电流信号到电动调节阀控制信号输入端，控制电动调节阀的开度，消除下水箱液位的测量值与给定值的偏差。图4.3 仪表系统电路原理图第5章 软件设计与说明5.1 mcgs软件工程组态通过mcgs组态软件在控

27、制计算机上构建一个人机交互界面，经过rs232/485转换器实现计算机与数据采集模块的通讯，将检测变送装置的信号传送到控制计算机中，从而在人机交互界面中可以对水箱液位对象进行监控控制器设计改造数据浏览和存储记录实验曲线等。mcgs组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。在mcgs组态环境下的工程组态流程如下：5.1.1主控窗口设计主控窗口是工程的主窗口或主框架,是所有设备窗口和用户窗口的父窗口。在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。并调度用户策略的

28、运行。同时，主控窗口又是组态工程结构的主框架，可在主控窗口内建立菜单系统，创建各种菜单命令，展现工程的总体概貌和外观，设置系统运行流程及特征参数，方便用户的操作。5.1.2设备窗口设计设备窗口是mcgs系统的重要组成部分，在设备窗口中建立系统与外部硬件设备的连接关系，使系统能够从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态，实现对工业过程的实时监控。在mcgs中，实现设备驱动的基本方法是：在设备窗口内配置不同类型的设备构件，并根据外部设备的类型和特征，设置相关的属性，将设备的操作方法如硬件参数配置、数据转换、设备调试等都封装在构件之中，以对象的形式与外部设备建立数据的传输通道连接。系统运行过程中，

29、设备构件由设备窗口统一调度管理，通过通道连接，向实时数据库提供从外部设备采集到的数据，从实时数据库查询控制参数，发送给系统其它部分，进行控制运算和流程调度，实现对设备工作状态的实时检测和过程的自动控制。mcgs设备中一般都包含有一个或多个用来读取或者输出数据的物理通道，mcgs把这样的物理通道称为设备通道，如：模拟量输入装置的输入通道、模拟量输出装置的输出通道、开关量输入输出装置的输入输出通道等等，这些都是设备通道。设备通道只是数据交换用的通路，而数据输入到哪儿和从哪儿读取数据以供输出，即进行数据交换的对象，则必须由用户指定和配置。通用串口父设备是提供串口通讯功能的父设备，下面可以挂接所有通过

30、串口连接的设备，提供通过modem进行远程采集或远程监听的功能。并可以在运行时动态改变拨出的电话号码。在基本属性页中，设置了串口的基本属性，包括端口号，通讯波特率，数据位位数，停止位位数，数据校验方式，这些设置可以按照设备的要求来设置。数据采集方式规定了串口父设备下的子设备的采集方式，使用同步采集时，所有子设备都按照父设备的采集周期依次采集。使用异步采集时，每个子设备可以设置自己的采集时间，在需要的时候采集。甚至子设备可以把采集时间设置为0，使得此子设备在一般情况下不采集，只在使用设备命令采集一次的时候才采集数据。5.1.3用户窗口设计用户窗口主要用于设置工程中人机交互的界面， 在用户窗口下通

31、过mcgs组态的各种功能，可以实现以下子窗口的设计：（1）双容水箱液位串级控制窗口 通过动画组态和属性设置完成人机对话主界面，实现模拟工程界面数据显示参数设置报警显示通讯状态显示工程曲线显示控制按钮等功能。 （2）历史数据浏览窗口 提供所需采样时刻对应的液位数据（上水箱pv0，下水箱pv，下水箱sv，电动阀门op），可以实现实时数据浏览数据存盘，用于工程分析计算。（3）历史曲线浏览窗口 显示整个一段液位总体变化情况的曲线（上水箱pv0，下水箱sv，上水箱pv，电动阀门op对应的变化曲线），可以显示和保存长时间的变化曲线。（5）报警记录 对液位的报警实施监控。图5.1用户窗口组态结构图利用mcg

32、s软件设计计算机控制界面如下：图5.2 串级双容液位控制监控画面5.1.4实时数据库设计实时数据库是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将mcgs工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。实时数据库是mcgs的核心，各部分之间的数据交换均须通过实时数据库,所有的设备通道都必须与实时数据库连接。在mcgs中，数据不同于传统意义的数据或变量，以数据对象的形式来进行操作与处理。数据对象它不仅包含了数据变量的数值特征，还将与数据相关的其它属性（如数据的状态、报警限值等）以及对数据的操作方法（如存盘处理、报警处理等）封装在

33、一起，作为一个整体，以对象的形式提供服务，这种把数值、属性和方法定义成一体的数据称为数据对象。在mcgs中，用数据对象来描述系统中的实时数据，用对象变量代替传统意义上的值变量，把数据库技术管理的所有数据对象的集合为实时数据库。开关型数据对象记录开关信号（0或非0），与外部设备的数字量输入输出通道连接，用来表示某一设备当前所处的状态。数值型数据对象存放数值及参与数值运算，提供报警信息，并能够与外部设备的模拟量输入输出通道相连接。数值型数据对象的数值范围是：负数是从 -3.402823e38 到 -1.401298e-45，正数是从 1.401298e-45 到 3.402823e38。数据组对象

34、是mcgs引入的一种特殊类型的数据对象，类似于一般编程语言中的数组和结构体，用于把相关的多个数据对象集合在一起，作为一个整体来定义和处理。液位串级系统实时数据库：表5.3 实时数据库参数设置inputetime字符型sv数值型inputstime字符型sv0数值型inputuser1字符型td数值型inputuser2字符型td0数值型a水箱pv数值型ti数值型a水箱sv数值型ti0数值型b水箱pv数值型pvx数值型b水箱sv数值型pvx0数值型ei数值型qd数值型ei0数值型qd0数值型k数值型qi数值型k0数值型qi0数值型kc数值型qp数值型mx数值型qp0数值型mx0数值型方式选择字符

35、型op0数值型存盘数据字符型opa数值型通信字符型5.2 数字pid控制器设计在双容水箱液位控制系统中，被控对象的液位变化是连续的，在远程数据采集系统中计算机利用的是离散的信号，所以要对模拟pid控制器进行离散化处理。在模拟控制系统中pid控制规律的表达式为：将积分与微分项分别改写为差分方程得 t:采样周期 k:采样序号 e(k-1)，e(k)：第k-1和第k次采样所得偏差信号.得到数字pid控制器算式： u(k):第k时刻的控制输出，将模拟pid控制器的结构图改造为数字pid结构图：输出值cf1(t)e i2e i1给定值rpidppd/ap调节阀p上水箱p下水箱p测量与 变 送 器1a/d

36、a/d测量与 变送器2f2(t)图5.4 pid控制器的结构图第6章 调试结果与调试说明根据采集系统电路原理图完成硬件电路接线工作，完成mcgs软件的调试运行工作。通过三相380v/10a交流电源向三相磁力泵和220/5a交流电源向电动调节阀供电。压力变送器输出的420ma标准电流信号（上下水箱液位检测信号）串联250电阻，转变为15v的标准电压信号，分别送入智能采集模块icp-7017的第一输入通道a/i0和第二输入通道a/i1，经a/d转化将液位参数送到计算机。智能采集模块icp-7024接受计算机离散控制信号，经d/a转换为模拟信号，其第二输出通道的a/o1与24v开关电源，电动调节阀信

37、号输入端口相串联，从而输出420ma标准电流信号（上下水箱液位控制信号）给电动调节阀，控制其开度。仍采用两步整定法整定调节仪表pid参数：（1）在工况稳定主回路闭合，主副调节器都在纯比例作用的条件下，主调节器的比例度置于100%，用单回路控制系统的阻尼振荡法整定，求取副调节器比例度和操作周期。（2）将副调节器的比例度置于（1）中所求得的数值上，把副回路作为主回路的一个环节，用同样的方法整定主回路，求取主回路的比例度和操作周期。（3）根据以上求得的数据，按单回路系统阻尼振荡法整定公式计算主副调节器的比例度积分时间和微分时间的数值。（4）按先副后主先比例后积分适当加入微分的整定程序，设置主副调节器的参数，再观察过渡过程曲线，必要时进行适当调整，直到系统质量达到最佳为止。 主副调节器参数整定结果如下：主调节器比例系数p=30，积分时间i=12，微分时间d=2；副调节器比例系数p=15。在远程数据采集系统中，设定下水箱液