hasuploaded_基于西门子plc的液位水槽控制装置.docx

第1章绪论第1.1节水槽装置的概述液位控制自采用PID控制，该控制方法具有响应迅速、稳态误差小等优点.但当系统内部参数发生变化或爻到外界干之时，养数整定就比较困难，给学生实脸带来很大的不便。为了满足自动化、冶金,化工等专业的突脸室水槽液位控制的要求,我们讨其进行了深入研究,设计了水槽装置P1.C控制系统,该系统具有较强的适应内部参数变化和克服外界干扰的能力,具有一定的应用价值。笫1.2节西门子P1.C傅介1.2.1 可编程控制暴嬴逑可湍程控制器(Prograemab1.eContro1.1.er)简称PC.个人计算机(PerSona1.COmJHnCr)也简称PC.为了防止混在一起，人们将最初用于套辑控制的可编程器叫做P1.C(Prograniiuib1.e1.ogicContro1.1.er),通常也称为可辘程控制器.它是以做处理6为基础，琮合了计算机技术、自动控制技术而开展起来的一件通用的工业自动控制袋置：具有体枳小、功能强、程序设计简单、灵活通用.维护方便等优点,本系统耒用在工业领域有着广泛应用的西门子S7200系列P1.C作为主控制器,完成一套过程控制实验系统,涵生了可编程控制器瓦信号和信息处理，5传感技术，工程检测八模式识别机控制理论h自助化技术hM智能控制、过程控制h自动化仪表、计算机应用和控制计算机控制系统3号课程的教学实险与研究.国际电工委员会(IEC)曾于1982年I1.月很发了可瑞程控制器标准单案第一槁.1985年1月发表了第二槁，1987年2月籁发了第三稿.该草案中对可编程控制器的定义是：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计.它采用了可编程序的存传器,用来在其内部存储器执行送位运算、,喉序控制.定时.计数和算术运算等操作的指令，并通K数字式和模拟式的输入和输出,控制各种类型机械的生产过程。而有关的外围设各，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原贝:设计。”1.2.2 P1.C的指号思想P1.C是采用“顺序扫插,不后循环"的方式进行工作的。即在P1.c运行时，CpU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号或地址号作周期性循环扫描，如无疑肺指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。佬后重新返回第一条指令,开给下一轮新的扫描.在每次扫描过程中.运要完成对输入信号的采样和对输出状态的用於等工作。P1.C扫描一个周期必经摘入采样、程序执行和输出超新三个阶段.P1.C在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入钺存量中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态存就辖中，即用新输入.旗即关闭输入通口,进入程序执行阶段.P1.C在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后项序扫描执行每条指令,经相应的运算和处理后,其结果再写入的出状态存放器中，输出状态存放器中所右的内容落*程序的执行而改变.输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态存放器的通断状态在输出剧新阶段送至输出锁存舞中,并通过一定的方式(维电器、晶张管或晶间管侑出,驱动相应输出设备工作。1.2.3 P1.C的历史和开展过程世界上公认的黄一台P1.C是1969年美国数字设备公司(DEC)号制的“限于当时的元件条件及计答机开展水平,早期的P1.X主要由分立元件和中小规模柒成电路组戌，可以完成筒单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了湫处理器，人们极快将其引入可编程控制器.使P1.C增加了运算、数据传送及处理等功能.成为真正具有计算机特征的工业控制兼莫为了方便熟悉域电器.接触器系琉的工程技术人员使用，可塌程控制器采用和维电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言,并将参加运算及处理的计算机存储单元都以继电器令名。因而人们秫可编程控制界为微机技术和浅电器常规控制械念相结合的产物。P1.C的开展与计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通讯网络技术等高新技术的开展是分不开的,他们推动了P1.C的开展，而P1.C的开展又对这在高新技术提出了更高更新的要求.P1.C的开展经历了以下四个阶段：(1)初始阶段：第一台P1.C的问世到70隼代中期.产品主要用于正情运算和计时、计数运算,CPV由中小规模的集成电路组成,控制功能较M单。因为它能完成逻辑运算功能,又被称为可嫡程序逻辑控制器(P1.C).典型的产品：MOD1.CoN公司的081A1.1.en-BAd1.ey公司的PM-11DEC公司的PDP-M日本日立公司的SCY-022(2)犷晨阶段：70年代中期到70年代求期.产品主襄在控制功能上得到较大的开展，来自两个方舌：从可输程序控制愚开展的控制器一完成的是建耨运算及扩展了其它运算功能，称之为可编程序控制器(Prograimab1.econtro1.)即PC(P1.C)：从模拟仪表开展的控制器一完成的是模拟运算及扩展其它逻辑运算功能，称之为单回路或多回路控制界数字调节仪表)。典型的产品：MODICON公司的184,284和384西门子公司的S1.MAT1.CS3系列日本立石公司(OMRoN)的SYSMAC-C系列等日本三美公司的FX1.系列和FX2票列等(3)通讯阶段：70年代末知到80年代中期.与计算机通讯的开展相联系，初步形成了分布式的通讯M络体系，但各制造厂各自为政，通讯系统自成体系，产品的功能得到开展,可靠姓也大大提高。典型的产品：西门子公司的SIMAT1.CS6系列G(RJu)公司的X81,884等(4)开放阶段I80年代中南开始至现在.开放系统的提出，使P1.C得到了较大的开展,主要表现在通讯系统的开放,通讯怖议的标准化使各厂家的产品可以通讯。这期间产品的规模增大功能不恭的完善.大中电产品多数有CRT显示功能.呆用标准软件.活如高级编程语言等.典型的产品：西门子公司的S1.MAT1.CS5系列A1.1.EN-BRAD1.EY公司的P1.C5等第1.3节主旻任务为使工科学生在校期间就受到良好的工程实践侬炼，徒设具有实际工程环境的实验室和实训基地一直是自动化实险室建设的空要目标.工业自动化可分为机统自动化和过程自动化,过程控制系统是指对连域性工业生产过程如化工石油石化冶金电站轻工等工业生产过程中以流体为主的有关的物理量(温度、压力.流量及液位等四个参数的自动调节控制.过程控制实险隶置是根据自动化专业及相关专业教学特点，基于过程控制参础上集P1.C技术、网络技术和计算机监控为一体的先进的实.险装置，水实班装置建成后，可以形成一套独钟的真实工业对象过程控制系统全仿真工业现场的实验装置。成果形式提供水槽装置可编程控制器控制系统实尊笠置.本设计主要根本要求包括：(1)正确理解系统应用的目的和要求、“握工程应用的一般程序.(2)熟悉某一种类型P1.C的特点,使用及程序幅制.<3)具有使用仪表使用手册，登阅相应资料的能力。(4)了解计算机辅助设计软件的根本使用方法。(5)具有根据谢行、收集和查阅到的资料来分析判断确定论文/设计方案的能力.(6)初步具备运用自动化装置选型的能力.<7)具有归纳.整理技术资料,接写技术论文的能力。(8)具有湘逑论证论文/设计成果的能力.并通过辩论。笫2章根本知识介绍笫2.1节液位水槽装的根本原理2.1.1 液位水槽装传单介绍在本设计中,用水槽1和水槽2构成液位1.1.与液位1.2的串级控制系统。水tt!1的液位1.1.为副交量.水增2的液位1.2为主变量.其主调节器2接受主参数信号，它的输出作为副调节器1的外给定信号.而副调节器1则是根据削参数与主调节错朱的给定信号去调节阀，到达控制的目的.小圾控制系统是比较常见的一种复杂控粗系统。由于它具有主.副两台调节器,且有一个副环,它具有许多笑单控制系统所不具有的优点,一般来说,串级控制系统的调节质量要W例单调节系统的调节质量高。当控制精度要求较高，简单调节条标不能满足要求时.串级调节系统往往会取得比较满意的结果，调节质量会大大提高.但是，如轲更好地发挥审级调节系统的特点，以盘商质量，这就与副叁数的选择,或者说与机回路的构成有着帝切的关系.由于串圾控制系统具有主、副两台调节器,因此它的投运和整定比简隼调节系统要复杂一些.图2-1水槽液位串境控制系统工艺流程图2.1.2 液位水槽装量各设备的选型表2T液性水槽装置设备选型名眷型号规格精度数量制造厂家中央处理器模块(CPU)CPu312IEM内存RAM扩展到64K1慎拟量输入模块(A1.)SM331处理2点输入信号。2慎拟量输出便块<A0>SM332处理1点输出信号I电原馍块PS-3O75A,24YDCIPC适况器RS232中行通信接口6ES7972-0CA23-0XAOI电容式差压支处81151DP-5E22MIB3D2董程：0-31.IkPa-186.SkPa工作电渊:24VDC0.52北京市新大云传终技术公1始出电波：12(taDC及制25Zi)-40-0.55电压：22OV功窣：0.55KW流量：2.83n3/hD径：25t5S:9.10««40-45»转述：2860r11inI台州嗤龙机电有案公司单也白吸水票DBZe50-4.6-50功率；65m抑速；290转/分扬冬：Sftn4升：75(流量：46o3h吸程：Stn更率50KZI中外令充台州成照机电有晶公司电气箱接片QZD-100OaW入笛号：4-2>M出压力；0.02-0.IMPe弋源压力,0.HMPa2江苏常熟仪表厂动理度调节国ZMBP-100k公笏直径；8m公身反力ICMPh阀开关型式：气开式介质圣度：-4O'25信号压力：2(AHXIKp行叁：10Cn2三HiMffSQFH-6119出：0.6fca2i:3M,h2上海自动化仪表厂第2.2节P1.C的结构和原理第2.2.1/P1.C控能件S7-300P1.C控制系统:S7-300是枭用模块化培构的中小型P1.C包括一个CPV315-2DP主机模块.一个SM331模款量输入模块和一个SM332模拟量输出模块，以及一块西门子CP56II专用网卡和一根MP1.网线。其中SM331为8路模拟量输入横块，SY332为4路模拟输出模块。囱1-8所示为S7-300P1.C,控制系统结构图。第22.2节P1.C的功能、桥点P1.C是面向用户专为在工作环境下应用而设计的专用计算机。它具有以下几个显著特点。(I)可性商,抗干扰能力WP1.C是专为工业控制而设计的，要能适应这样一个具有很强的电嗓声、电磁干扰、机械悚动、取捉溃度和湿度很大的工业环境中.那么.在P1.C硬件设计方面,首先应对器件严格筛选和优化,而且荏电路结构及工艺上采取了一些独特的方式。例如，在输入/输出(I/O)电路中采用了光电隔在措施.俄到电浮空，既方便接地，又提高了抗干扰性能：各个I/O端口除采用了常规模拟浅波以外，还加上数字滤波；内容采用了电磁屏蔽措施,防止辐射干犹：采用了较先迸的电源电路，以防止由电源回路申入的干扰信号：采用了合理的电路程序，对模块可进行在我插拨,调试时不会影响各机的正常运行,其平均无故障运行时间大(3、5)*(10*10*10)h以上。(2)猩单、直观P1.C是面向现场，考虑到大多数电气技太人员熟悉维电器控制狡珞的特点，在P1.C的设计上.没有采用微机控制中常用的汇编语言，而是采用一种面向控制过程的梯形图语言.梯形图语方与维电器思理图类像,形兔直观,易学易懂。电二工程师和具有一定知识的电工工艺人员都可以在很短的时间内学会。P1.C维承了计算机控制技术和传统的继电器控制技术的优点，使用越来灵活方便,近年来又开展了面向对象的顺控流程图语吉（Sequentia1.FUnCtiOnChart）,使游程史简单方便。（3）控制功能，P1.C的具有根本的逻辑控制、定时、计数、算术运等等功能外，配上特殊的功能模块运可真现住控制、PID运算、过程控制,数字控制等功能.P1.C可追接戌为功能很强的网烙系统,低速网络的传箱距英达500'250Om,高速同络的传谕更高为500'100Om.网上结点可达1024个,并且商递网络和低速何络可以级建.兼容性好。（4）曷于安装，便于俭护P1.C安装简单，其相对小的体积使之能安装在通常堆电器控制箱所需空间是一半地方。在从维电器控制系统改造我P1.C系统的情况下，P1.C小的模块结构爱之能安装在继电器箱附近并脩堆故接向已有接线靠,而且改换很方便，只要将P1.C的输入/输出珀子连向巳有的接线提子排即可。在大型P1.C系统的安装中，远程统入/输出站安置在最优地点，远程I/O站通过同轴电缆和双扭线连向Cpu这种配置大大减少了物料和劳力，远程子系统也意味着系统不同局都可在到达安装现场地前由P1.C工程商预先连好线,这一方法大大减少了电气技术人员的现场安袋时何。从一开始.P1.C使以易婚护作为设计目标。由于几乎所有的器件都是模块化的.簿护时只需更换模块级指入式部件，故障检测电路将诊斫指示器嵌在每一部件中，能指示圈件是否正常工作，借助于编程设备可见Wr入/输出是ON还是OFF,还可写揭程指令来掖告故障。总之,在工业应用中使属P1.C的优点是显而易见的。通过P1.PC的使用,使用户获得高性能、高可靠性带来的高成量和低本饯。第22.3节P1.C开晨做势P1.C总的开屐趋势是向高集成度、小体枳.大容量、高速度.另使用、商性能方向开展。R体表现以下几个方面。1）产品规模向大、小两个方向开展大型P1.C采用微处理器系统，可同时进行多任务操作，处理遑度提高，捋别是增强了过程控制和战箔处理功能。存储容量也大大增加.小型P1.C的蔓个结构向小型模块结构开展.增加了配置的灵活性,操作使用十分第便。P1.C功能不断漕加.型P1.C才有的功能移植带小型P1.C上，但价格却不断下降，真正成为继电器控制系统的椁代产品.（2）G程工具奉*多样，功能不断奏高.程语言慧向标准化1985年，世界上张关了第一台光笔幅程器,近几年来.不少厂家先后开发了各种好色的智能端程舞，可进行在我编程。从语言上看，P1.C巳不再是单纯用梯形图语言，运可采用功能块、语句表等常用的编程语古编程，且简单易慢，（3）开展多样化P1.C开展的多样化主要表达在三个方面：产品类Sk游程语言和应用领域。（4）模块化P1.C的扩.吱模块开展迅速，明琬化、专用化的复杂功能由专门模块未完成，主机仅仅通it设备向各快发布令令和测试状态,这使得P1.C的系统功能进一步增强,控制系统设计迸一步简化。（5）网格与通讯能力强计算机与P1.C之间以及各个P1.C之间的联眄和通讯的能力不断缰强.使工业网络可以有效地节省资源，降低本钱，提高系统的可靠性，致使惬络的应用有普遍化的赵势，目前，工业中普途采用金子珞结构的多级工亚网络。（6）工业软件开展迅速与P1.C硬件技术的开展相适应，工业软件的开展昨常迅速，它快系统应用更加简单易行，大大方便了P1.C系统的开发人员和操作使用人员.第2.3节设计中装Jt的相关介绍第2.3.1节电容式差压交送号的介绍电容式差压变送器的检测元件果用电容式压力传感器，俎成分测置和放大两大局部“软入差压作用于测量局部电容式压力传感器的中心感压膜片，从而使感压攘片（即可动电报）与两固定电极所组成的世去电容之电容量发生变化.化电容变化量由电容/电流转换电路转换成电流信号Id.Id和调零与挈if电路产生的调零信号IZ的代数和同反应电路产生的反应信号If迸行比较.其差值送入放大器.羟放大得到整机的输出信号10。整机的精度高、稳定性好、可靠性高、抗振性强，其根本误差一般为±0.2%或±0.25%.结构组件化、插件化，固体化，按功能制造统一尺寸的线,珞板,零部件和EP捌线珞以插件方式连接，因此通用性强.互换性好,便于维修，采用两段制方式,输出电流为4-2OmADC国际标准统一信号,可和其他接受4-2OmADC信号的仪表配套使用，狗成各种控制系统.变送器设计小型化，品种多、型号金，可以在任意角度下安装而不影响其精度，量程和零点分部可谓.平安跨塔.全天候使用。印安装、调校和使用非常方便。发送器由测量部件.转换电珞、放大电路三局部限成。其构成方框图如图2,2所示。图2-2电容式差压变送港构成方根图椅入芟压APi作用于测部件的中心感压膜片,使其产生位移S,从而使息压膜片（即可动电极与河里形电极（即由定电极组成的爰动电容器的电容量发生变化。次电容变化量由电容-电流共换成直流电流信号，该电流信号与调等信号的代数和同反应信号进行比较，其差值送入放大电玲，蛉放大后得到变送器整机的输出电流信号I.第2.3.2节差压式流量计的介绍差压式流量计（以下简秣DPF或流量计）是根据安装于管道中流量检测件产生的基压.的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来测量流量的仪表，DPF由一次装置（检测件）和二次装置（差区转换和流量显系仪表）生成。通常以检测件的型式对DPF分类，如孔板流量计、文丘里管流量计及均速管流黄计等.二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计，差压交送器和流It显示及计算仪表，它已开展为三化（系列化、通用化及标准化）程度很高的种类规格庞杂的一大类仪表.差压计既可用于测量流量参数,也可测量其他参蚊（如压力、物也、密度等）。如图2-3所示.差压式流量计主要由三局部姐成。第一局部为第漆装置，它将被测流量值转换成受压值：第二局部为信号的作棺管线：第三局部为差压变送器，用来检测受压并转换成标准电流信号.图2-3差压直流量计第2.3.3节气动薄膜调节阀的介绍气西薄膜调节阀主要由气室、薄膜、推力盘、推杆等组成，气动薄膜调节闺的调节功能是通it定位器给出不同的压力信号，然后通过向气室内注入不同压力的气遨，使薄膜产生推力，作用推力隹向下移动，压缩弹簧,带动推杆.网杆.阀芯等动作来实现。当信号压力维持在一定值.阀门就维舟在一定开度上。气动薄膜执行机构是戢常用的调节执行机沟.气动.穹膜调节网转用单，动作可靠,维护方便，本钱低廉，得到广泛应用.它分为正作用和反作用两种执行方式.正作用执行机构在输入信号增加时，推杆的位移向外；反作用执行机狗在输入信号清加片,推杆的位移向内。如图（八）中，当输入馆号增加时,在薄膜膜片上产生一个推力，克服背黄的作用力后.推杆位移.位移方向向外.因此，弗为正作用执行机构.反之，如图(b)中，输入信号连接口在下膜苴上，佶号增加时，推杆位移向内，缩到膜盒里，称为反作用执行机灼.图2-4，动薄腆调节阀（八）、(b)气动薄膜酱节阀的转点正、反作用执行机构的结构根本相同，由上膜去.下膜苦.对攘攘片、推杆、弹簧.调节件、支架和行程显极等组成。正、反作用执行机构结构的主要区别是反作用执行机构的输入信号在膜盒下部，引出的推杆也在下部.由于海膜片的良好密封，因此，在阀杆引出处不得更进行密封.可通K调节件的调整，改变弹黄初的力，从而改变执行机构的推力.气动薄膜调节间的执行机构的输入输出特性呈现及性关装.既输出位移量与输入信号压力之间成线姓关系。输出的位移称行程.由行程显示板显示。一些反作用执行机构迂在膜住上制安袋阀位显示器.用于显示阀位.国产气动薄膜酱节irt1.执行机构的行程有1.三.1611m,2511m,4O三m.60mm和100n1.n等六种规格.执行机剪的膜片有效有积与推力成正比，有效面积越大，执行机构的推力也越大.气动薄膜调节间可添加位移转换装孟，使直及位移转换为角位移，用于旋转网体。可添加阀)定位器,实现阀位检测和反应.提高控制性能。气动薄膜调节阀可添加手轮机构，在自动控制失效时采用手轮进行降级操作，提高系统可拿住.，动薄膜留节阀可添加自锁装置,实现控制闺的自锁和保住.精小型、动薄膜调节间的执行机构在机为上作了重要改良,它采用多个科黄代瞥原来的一个弹簧，降低了执行机为的高度和更J1.具有结构紧凑、节能、输出推力大等优点。与传统气动簿膜调节阀相比.上下和重量约可得低30%.侧或式气动薄膜调节阀的执行机构也梆增力式执行机构，它采用增力.装置将气动薄膜执行机构的水平推力经杠杆的放大,转换为垂直方向的推力。由于在增力装置上可方便地更换机件的连接关系来更换正反作用方式.改变放大倍数,受到用户青味球动膜片执行机构采用滚动膜片，在相同有效而积下的位移量粒大，与活塞执行机构比，有摩糠力较小、密封性能好等特点。它通常与偏心爱转阀配套使用.执行机构有正作用和反作用两种作用方式,而间有正装和反装两种结构方式,所以调节限可组合成因种开闭方式。第3章水槽液位率皴控制系境方案的选筹和分析第3.1节控制方案的选算及分析第3.1.1节率较控制累杭的介纲1,串级控制系统的榄述*级控粗系统有主、副两个控制回珞,主、副酱节器相串联工作，其中主语节器有自己独立的给定值R,它的输出m1.作为副谓节6的蛤定值，副通节器的输出m2控制执行器，以改变主参数C1.2 .串纹控制系统的特点审级控制票统及其副回路对系统控制质量的影响巴在有关课程中介绍，在此将有关结论再为华归纳一下。（1）改善了过程的动态特住；（2）能及时克服进入副回路的各冲二次扰动，隈商了系统抗扰动能力：（3）提高了系统的鲁棒性：（4）具有一定的自适应能力。3 .主、副调节器控制规律的选择在审级控制系统中，主、副调节器所起的作用是不同的.主调节器起定值控制作用，它的控制任务是使主参数等于给定值（无余差），故一段宜采用P1.或PID调节器。由于副回珞是一个使动系统，它的输出要求能快速、准确劭复现主调节器脩出信号的变化规律，射副参数的动态性能和余爰无特殊的要求,因而副调节器可采用P或P1.调节器.4、主、副诩节器正、反作用方式的选择正如单回路控制系统设计中所述，要依一个过程控制系统能正常工作，系统必须采用负反应。对于本纸控制系统来说,主，副调节器的正、反作用方式的选择原则是使整个系统构成负反应系统,即其主通道各环节放大系数极性来税必须为正值.各环节的放大系数极性是这样规定的：当测量值增加，调节器的输出也增加.贝（调节器的放大系数KC为负（即正作用调节笈），反之，KC为正（即反作用调节器：本装置所用电动璃节阀的放大系数KY恒力正：当过程的输入增大时,即调节界开大，其输出也增大,则过程的放大系数KO为正,反之KO为负。5、串级控制系统的整定方法在工程实践中，串级控制系统常用的整定方法有以下三种：一逐步逼近法所谓逐步逼近法,就是在主回路断开的情况下，按照单S）珞的整定方法求取副调节器的整定参数.然后将副调子器的参数谀置在所求的数值上,使主回珞闭合.按单回路整定方法求取主调节器的整定参数,而后,将主调节骞参数设在所求得的数值上，再进行整定，求取第二次副调节翳的整定叁数值，然后再瞥定主调节器.依此美推，逐步逼近，直至满足质量指标要求为止.（二）两步整定法两步整定法就是第一步整定副调节器参数.第二步整定主调节软年效。整定的具体步骤为：（1）在工况稳定，主回路闭合.主,副调节粽都在纯比例作用条件下，主调节舞的比例度置于100%,然后用单回路控制系统的衰减（如4：D曲戏法来蔓定副回珞.记下相应的比例度62S和疑蓟周期T2S。（2）将副调节器的比例度置于所求得的62S值上.且把副回珞作为主回路中的一个环节，用同样方法整定主回路，求取主回路的比例度SIS和振荡周期T1.S.（3）根据求取的IS.T1.S和2S.T2Stft,按单回路系统衰减曲线法整定公式计算主、副调节器的比例度S.枳分时向T1.和微分时何Td的数值。（4）按“先副后主*,“先比例后积分最后被分"的婺定程序,设置主、副调节器的等数，再观察过渡过程曲线，必妻时进行适当调整，点到过程的动态品收到达满意为止.（三）一步整定法由于苦步整定法要寻求两个4:1的衰减过程,这是一件很花时间的事。因而就苒步整定法做了简化,提出了一步整定法。所谓一步整定法,就是掇据泾验先确定副调节器的参数,然后将副回路作为主回路的一个环节.按单回路反应控制系统的整定方法整定主诲节器的参数.具体的整定步藤为：（1）隹工况稳定，系统为纯比例作用的情况下,根据K0262=0.5这一关系式,通过副过程放大系数K02.求取副调节器的比例放大系数62或按羟险选取,并将其设置在副调节器上。（2）按照单回踣控制系统的任一种软数整定方法来整定主调节器的叁数.（3）改变给定值，观察被控制量的响应曲线.根樨主色节落放大系数K1.和副调节器放大系数K2的匹配原理.适当调整调节器的参数，使主参数品质指标最正瑜。（4）如果出现较大的报荡现象.只要如大主调节器的比例度或增大积分时间常数TI.即可得到改善。（四）主、副控制器正反作用的选择.主、副拄制器正.反作用的选择顺序应是先机后主。别控制器的正、反作用要根据榭回路的具侬情况决定，而与主回珞无关.副环可以按照单回路控制系统确定正、反作用的方法来确定副控制器的正.反作用。木设计中网控果用的是反作用式.主控制器的正、反作用根据主主回路所包括的各环节来编定.副回路的放大倍数可视为“正”.四变送器一般为“正”，这样主控制界的正负转性与主对象的正负特性一样。本设计中主控制g果用的也是反作用型式.第3.1.2节水箱液位的*«1控制系优水箱液位的中级控制系统，它是由主控.副控两个回路生成.主控回珞中的调节器称主伺节器，控制对象为下水箱.下水箱的液位为系统的主控制量。副控回路中的调节器称副调节器，控制对象为中水箱，又称副对象.中水箱的液位为系统的副控制量。主调节器的输出作为副调节器的给定.因而副控回路是一个的动控制系统.»调节器的的侑出直接韭动电动调节阀，从而到达控制下水箱液住的目的.为T实现系统在阶跃箝定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的主调节器应为P1.或P1.D控制,由于副控回珞的输出要求能快遑.准瑜地复现主调节器输出信号的交化规律，对副参数的动态性能和余差无特殊的要求，因而副调节器可杲月P调节器.本实验选择中水箱和下水箱串联作为被控对象（也可选择上水箱和中水箱）。实验之前先将偌水箱中已足水量，然后将阀门FIT、F1.-2.F1-7全开，将中水箱出水阀门FIT0、下水箱出水阀门F1.TI开至适当开度（要求同F1.TO稍大手脚F1.-ID,其余阀门均关闭。具体实验内容与步索（一工智能仪表控制1 .按照接线图按实验系统.将-1.T2中水箱液位.钮子开关按到“OFF"的位置，将“1.T3下水箱液位.钮子开关拨到“0N”的便置.2 .按逋总电源空气开关和钥匙开关,窗开24Y开关电源.给压力爻送器上电.按下启动按钮，合上单相I.单相川空气开关.给智能仪表I及电动调第间上电。3 .离开上位机MCGS组态环境，翻开“智能仪表控制系统”工程，然后进实魄十的监控界面.4 .在上位机监控界面中点击”启动仪表Iv.“启动仪表2",格主控仪表设置为“手动”，井将输出值设置为一个适宜的值.此操作可通过调节仪表实现。5 .合上三相电濠空气开关，磁力驱动泵上电打水,适当增加/减少主调节器的侑出量，使下水箱的液位平街于设定值，且中水箱液位也稳定于某一值（比值一般为35cm,以免需调过大，水箱断流或溢流）.6 .按本章第一节中任一稗整定方法整定调节器叁数，并按整定得到的参数迸行调节舞设定.7 .将液位会定于给定值时.将调节器切换到“自动”状态,待液位平衡后，递过以下几种方式加干扰：（1）突增（或突减）仪表设定值的大小,使其有一个正（或负）阶新增量的变化：（2）翻开阀门F2-kF2-4（或F2-5）,用变叛器支路以较小频率给中水箱（或下水箱）打水.（干扰作用在主对象或副对象）（3）将舆F1.-5、F1T3开至适当开展<改爻负栽）：（4）将电动调节阀的旁路间F1-3或F1-4（同电磁阀）开至适当开度；以上几种干扰均要求扰动为控制量的5%15%,干扰过大可能迨成水箱中水溢出或系统不稳定.叁加千扰后.水能的液住便离开原平衡状态，经过一段调节时向后，木箱液位稳定至新的设定值（后面三种干扰方法仍他定在原设定值,记录比时的智能仪表的设定值、输出值和仪表参数，下水箱液位的响应过程曲段将如图5-1所示。8,适量改变主、副控调节仪的PID叁数，重复步猱7,用计算机记录不同叁数时系统的响应曲线.图3-2水精液位率级控制系统方块图第3.1.3节液位水槽串皴控制系筑工作过程干扰F作用于副环（副控制器比"粗调”主控制器起“抽调”）液位1."-1.IT1-1.ICI（反作用）-1.V（气开阀）I1.ITI干扰F作用于主环（液位随控制的要求网时改变）干It使得1.2t-1.2T-1.2CI（反作用）-1.1.CI-1.V（气开阀）I1.2I-1.2TI由于有主副否个控制器相中联，系统总的放大倍数将增大，工作疑率提高克租干扰的大大增大.干扰FP时同时主环和副环作用方向相同干扰F同时使1.2Tt-1.2CI（反作用）-1.1.CI（反作用）1.rn-1.IC1.（反作用）1.Y1.1.液位1.2.1.1II传用方向相反干扰F作用使1.zTf-1.2CI（反作用）-1.1.CI（反作用）1.IT1-1.1.Ct（反作用）1.V变化很小液位1.2.U变化不大第4章西门子相关内容第4.1节西门子S7泉列P1.C通软件西门子SaticSteP7H介忠级系统的实现完全在软件中，以程序的形式完成.随着电子技术的不断开展，P1.C在仪表控制方面的功能已经不断强化。用于回路调节和姐态画面的功能不断完善，而且P1.C的抗干扰的能力也非常强,对电孔的质量要求比较低。所以基于P1.C在工业控制系统中的良好应用,我们将西门子的S7-300P1.C用于了水槽装置液位控制系统。S7-3OO票列P1.C产品的程序设计开发环境呆用SIEMENS公司提供的STEP7来实现。STEP7是专门用于SIMAITICS7-300/400站创立可纲程逻辑按粗器程序的标准应用软件包.在STEP7程序中，可使用标准语言怫形迷辑1,D）,功能块图（FBD）或语句表（ST1.）生成STEP7程序，使用STEP7软件，可以在一个工程下生成与的STEP7程序。STEP7可游程控制器包括一个供电单元,一个CPU,以及输入和输出模板（1/0模板.可编程是辑控制器（P1.O用STEP7程序陂视和控制你的机器，在中通过地址寻址I/O模板.S1.MAT1.CS7-300站工作原理如图4-1所示.a(i!t*'t修人*代S4-1SIMAICS7-300站工作原理水装置中P1.C控制方案采用了德国西门子公司的S7-2OO和S7-300P1.C,其中西门子S7-200P1.C栗用的是SteP7-MicroWIN32编程软件，而看门子S7-300P1.C采用的是Step7编程软件.利用这两个软件可以对相境的P1.C进行编程、调试、下装、诊断.存管HPWi式我代RS1.ZvnCS7XX出82:3MSIMATICS7IAM1>“V图4-2S7-200：CP1.!设计表4-1S7-200：技术参效S7-200:麻#*u2i28UV4(J21560164“7,S06262日助SE2ta.e>M*¼w工作存nitI“孑节4eTB僚W布然科S5122K糠SU92M¥«”Wm力f8H/60»2个V1.1.H1.Mt1tWB1个N十"C”64/6414O1./10M14O1./10W2401/16W4三AW-针Bda%*2个It中嗝7Hr)1空“”2titBIiO加1254F626&7S6界里小刎IJGQSqQ3e。一血炉a”HM/C1.Ct1.Qf*omA1.Fvofb<衾国伪加叫/Qti1.Q蕊鼾黑台*.检6*F0.«<«*72f我长拈2MJfiJ8WWCFV蟹4*3个员公1区京仅塞曦氏握anSIMATICS7kM*M>nomv*)STATICS7WiMQ98IMM«4图4-3S7-3OO：CPV设计表4-2S7-30O：技术叁数MKMEVSS7-3MCPU312IICPU_IICPUICPU314ICPUIIFMIm1.j|于IFMj1.5I。衣：K7”Xwt*MK-TftMK7,?JK)rSK"M想CE，m1，QK"01.OO1»'»5UKMHAKg32W2«1»MkOZigWt»'W4/1Wn”旧<«£na毋eG3rv03rMnetW»«C»«oItttBnoiS12>H”12054、Je54,JeMia<dt*一K£1.ft'i.etAdtrtArtAYA44444SIMATICS7iM*M>xat>Mr*MM*CW3X»“c*zr三wIM1.*v90rMS7-300系列P1.C硬件俎态实例一、S7-300系列P1.C单机架硬件盥态单机架硬件组态最多正置8个扩展模块。表4-3所必需的硬件材料名称数量配置型号例电源模块PS1例如PS307,6ES7307-11.A00-0A0C叩模块1例如CPU313C例如6ES7313-5BEoO-OABoS1MTIC微型存储卡1例如6ES7953-81.1.OO-QAAO扩展模块根据粘要互t根据帝要配置前连接器根据隹块数#.分为2。针，40针通过爆打连接的40针6ES7392-1M00-0AA0固定导轨1例如6ES7390-1AEfiO-OAAO循程软件1STEP7软件版本5.1+SP2)温程接口1PC电更带适当接口卡的PC（CP5611卡）IS4-4STEP7软