1、沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 III摘 要在石油(shyu)、化工生產(chǎn)過程中過程中，要求兩種或多種物料成一定比例關(guān)系，一旦(ydn)比例失調(diào)，會影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，影響產(chǎn)品質(zhì)量(chn pn zh lin)，所以嚴(yán)格控制其比例。尤其在生產(chǎn)中，經(jīng)常需要兩種或兩種以上的物料按一定比例混合或進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，如果比例失調(diào)，輕則造成產(chǎn)品質(zhì)量不合格，重則會造成生產(chǎn)事故或發(fā)生人身傷害，給企業(yè)帶來較大的損失。例如氨分解工藝中的氨分解爐，入爐煤氣和空氣應(yīng)保持一定的比例，否則將使燃燒反應(yīng)不能正常進(jìn)行，而煤氣和空氣比例超過一定的極限將會引起爆炸。比值控制的目的就是為了實現(xiàn)幾種物料符合一定比例關(guān)系，以使安全生產(chǎn)正常進(jìn)行。 在實

2、際的生產(chǎn)過程控制中,比值控制系統(tǒng)除了實現(xiàn)一定比例的混合外,還能起到在擾動影響到被控過程質(zhì)量指標(biāo)之前及時控制的作用.而且當(dāng)最終質(zhì)量指標(biāo)難于測量,變送時,可以采用比值控制系統(tǒng),使生產(chǎn)過程在最終質(zhì)量達(dá)到預(yù)期指標(biāo)下安全正常地進(jìn)行,因為比值控制具有前饋控制的實質(zhì)。 關(guān)鍵詞：比值控制；流量；可編程控制器；PID控制目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc407890350 1設(shè)計背景 PAGEREF _Toc407890350 h 1 HYPERLINK l _Toc407890351 1.1課題研究的背景和意義 PAGEREF _Toc407890351 h 1 HYPE

3、RLINK l _Toc407890352 2比值控制系統(tǒng)概述 PAGEREF _Toc407890352 h 2 HYPERLINK l _Toc407890353 2.1比值控制系統(tǒng)定義 PAGEREF _Toc407890353 h 2 HYPERLINK l _Toc407890354 2.2比值控制原理 PAGEREF _Toc407890354 h 2 HYPERLINK l _Toc407890355 2.3比值控制(kngzh)系統(tǒng)特點(tdin) PAGEREF _Toc407890355 h 2 HYPERLINK l _Toc407890356 2.4比值控制(kngzh

4、)系統(tǒng)的類型 PAGEREF _Toc407890356 h 3 HYPERLINK l _Toc407890357 2.4.1開環(huán)比值控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc407890357 h 3 HYPERLINK l _Toc407890358 2.4.2單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc407890358 h 4 HYPERLINK l _Toc407890359 3流量比值控制系統(tǒng)方案設(shè)計 PAGEREF _Toc407890359 h 7 HYPERLINK l _Toc407890360 3.1系統(tǒng)方案設(shè)計 PAGEREF _Toc407890360 h 7 HYPERL

5、INK l _Toc407890361 3.2系統(tǒng)硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc407890361 h 7 HYPERLINK l _Toc407890362 4上位機組態(tài)與程序設(shè)計 PAGEREF _Toc407890362 h 10 HYPERLINK l _Toc407890363 4.1WinCC的發(fā)展及應(yīng)用 PAGEREF _Toc407890363 h 10 HYPERLINK l _Toc407890364 5PID參數(shù)整定及系統(tǒng)調(diào)試 PAGEREF _Toc407890364 h 12 HYPERLINK l _Toc407890365 5.1PID控制器 PAGEREF

6、_Toc407890365 h 12 HYPERLINK l _Toc407890366 5.1.1PID控制器的優(yōu)點 PAGEREF _Toc407890366 h 13 HYPERLINK l _Toc407890367 5.1.2控制規(guī)律的選擇 PAGEREF _Toc407890367 h 13 HYPERLINK l _Toc407890368 5.2PID控制器參數(shù)的調(diào)節(jié)及其對控制性能的影響 PAGEREF _Toc407890368 h 14 HYPERLINK l _Toc407890369 5.2.1比例控制對控制性能的影響 PAGEREF _Toc407890369 h 1

7、4 HYPERLINK l _Toc407890370 5.2.2積分控制對控制性能的影響 PAGEREF _Toc407890370 h 15 HYPERLINK l _Toc407890371 5.2.3微分控制對控制性能的影響 PAGEREF _Toc407890371 h 17 HYPERLINK l _Toc407890372 5.3控制系統(tǒng)的整定 PAGEREF _Toc407890372 h 18 HYPERLINK l _Toc407890373 5.3.1控制系統(tǒng)整定的基本要求 PAGEREF _Toc407890373 h 18 HYPERLINK l _Toc407890

8、374 5.3.2調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法 PAGEREF _Toc407890374 h 18 HYPERLINK l _Toc407890375 5.4調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定及調(diào)試 PAGEREF _Toc407890375 h 20 HYPERLINK l _Toc407890376 總結(jié) PAGEREF _Toc407890376 h 23 HYPERLINK l _Toc407890377 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc407890377 h 24沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計PAGE 1設(shè)計(shj)背景1.1課題(kt)研究的背景和意義石油煉制生產(chǎn)過程中，把兩種或兩種以上基礎(chǔ)組分油與各種添加劑按

9、一定比例均勻混合，從而成為一種新產(chǎn)品的過程稱為調(diào)和。油品調(diào)合主要是指汽油、柴油、潤滑以及原油等的調(diào)和。汽油調(diào)和是煉廠利用生產(chǎn)的各種汽油組分，按某種比例配方和添劑均勻混合，得到符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的汽油產(chǎn)品的過程。它是汽油成品出廠的最后一道工和煉廠生產(chǎn)成品油的最后一個環(huán)節(jié)，也是保證汽油質(zhì)量指標(biāo)滿足環(huán)保和質(zhì)量規(guī)格要求(yoqi)重要手段，調(diào)和效益在生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益中占有舉足輕重的地位。在各種生產(chǎn)過程中，經(jīng)常遇到生產(chǎn)工藝要求兩個或兩個以上參數(shù)成一定的比例關(guān)系，一旦比例失調(diào)，就會影響生產(chǎn)的正常運行。例如在鍋爐的燃燒系統(tǒng)中，要保持送進(jìn)爐膛的風(fēng)量和燃料成一定的比例，以保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性。通常，在兩個需要保持一定比

10、例關(guān)系的物料中，一個是主動量或關(guān)鍵量，另一個是從動量或輔助量。由于物料通常是液體，因此稱主動量為主流量Q1從動量為副流量Q2。Q1與Q2之間的關(guān)系為Q2KQ1式中，K為比值系數(shù)。因此，只要主副流量的給定值保持比值關(guān)系，或者副流量給定值隨主流量按一定比例關(guān)系而變化即可實現(xiàn)比值控制。通過以上分析可見，在配料過程中對生產(chǎn)產(chǎn)品的各種原料的比值進(jìn)行控制顯得尤為重要，常用比值控制來解決此類問題。比值控制的目的就是為了實現(xiàn)使幾種物料混合符合一定比例關(guān)系，使生產(chǎn)能安全正常進(jìn)行。配料精度的高低制約著整個生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，所以應(yīng)對配料過程的控制給予足夠重視。比值控制系統(tǒng)概述比值控制系統(tǒng)(kn zh x tn)

11、定義在化工、煉油及其他工業(yè)生產(chǎn)過程中，工藝上常需要兩種或兩種以上的物料保持(boch)一定的比例關(guān)系，比例一旦失調(diào)，將影響生產(chǎn)或造成事故。實現(xiàn)兩個或兩個以上參數(shù)符合(fh)一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。通常以保持兩種或幾種物料的流量為一定比例關(guān)系的系統(tǒng)，稱之流量比值控制系統(tǒng)。比值控制系統(tǒng)可分為：開環(huán)比值控制系統(tǒng)，單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，變比值控制系統(tǒng)，串級和比值控制組合的系統(tǒng)等。比值控制原理 通常，在兩個需要保持一定比例關(guān)系的物料中，一個是主動量或關(guān)鍵量，另一個是從動量或輔助量。由于物料通常是液體，因此稱主動量為主流量Q1從動量為副流量Q2。Q1與Q2之間的關(guān)系為

12、Q2KQ1 （2-1）式中，K為比值系數(shù)。因此，只要主副流量的給定值保持比值關(guān)系，或者副流量給定值隨主流量按一定比例關(guān)系而變化即可實現(xiàn)比值控制。比值控制系統(tǒng)特點 比值控制系統(tǒng)的特征: 是實現(xiàn)兩個或兩個以上物料保持一定比例關(guān)系。1.主物料，也稱為主動量: 在要保持一定比例關(guān)系的物料中，把起主導(dǎo)作用的物料，稱為主物料（主動量），因為在過程控制中經(jīng)常保持比例的參數(shù)是流量，故常用Q1表示。2.從物料，也稱為從動量: 另一種隨主物料的變化而成比例地變化的物料稱為從物料（從動量），常用Q2表示。3.比值系數(shù)：若兩物料的比值系數(shù)設(shè)定為K，則有：（2-2）比值(bzh)控制系統(tǒng)的類型比值控制系統(tǒng)按比值的特點可

13、分為定比值和變比值控制系統(tǒng)。兩個或兩個以上參數(shù)之間的比值是通過改變比值器的比值系數(shù)來實現(xiàn)的，一旦比值系數(shù)確定，系統(tǒng)投入運行后，此比值系數(shù)將保持不變（為常數(shù)），具有這種特點的系統(tǒng)稱為定比值控制系統(tǒng)。如果生產(chǎn)上因某種需要對參數(shù)間的比值進(jìn)行修正時，需要人工重新設(shè)置新的比值系數(shù)，這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一般(ybn)比較簡單。兩個或兩個以上參數(shù)之間的比值不是一個常數(shù)，而是根據(jù)另一個參數(shù)的變化而不斷的修正，具有這種特點的系統(tǒng)稱為變比值控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜。比值控制系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)特點可分為簡單(jindn)比值和復(fù)雜比值控制系統(tǒng)。比值控制系統(tǒng)可籠統(tǒng)分為：開環(huán)比值控制系統(tǒng)、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)比值控

14、制系統(tǒng)、串級比值及變比值控制系統(tǒng)等。下面簡單介紹這五種控制系統(tǒng)4。開環(huán)比值控制系統(tǒng)開環(huán)比值控制系統(tǒng)是結(jié)構(gòu)最簡單的比值控制系統(tǒng)，其工藝流程圖和原理方塊圖如圖2.1所示。其中FT為檢測變送器，F(xiàn)C為比值控制器。（1）工藝流程圖 （2）原理方框圖 圖2.1 開環(huán)比值控制系統(tǒng)由原理方塊圖我們可以總結(jié)開環(huán)比值控制系統(tǒng)的特點如下：1）當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時，兩物料的流量滿足比值關(guān)系。2）當(dāng)主動量受到干擾而發(fā)生變化時，系統(tǒng)通過比值器及設(shè)定值按比例去改變控制閥的開度，調(diào)節(jié)從動量使之與主動量仍保持原有的比例關(guān)系。3）當(dāng)從動量受到外界干擾（如溫度、壓力擾動）波動時，由于是開環(huán)控制，沒有調(diào)節(jié)從動量自身波動的環(huán)節(jié)，

15、也沒有調(diào)整主動量的環(huán)節(jié)，故兩種物料的比值關(guān)系很難保持不變，系統(tǒng)對此無能為力。開環(huán)比值控制是理解比例控制工作機理的基礎(chǔ)，在實際工程上很少應(yīng)用5。 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是在開環(huán)比值控制系統(tǒng)上增加對副物料的閉環(huán)控制回路，用以實現(xiàn)主、副物料的比值保持不變。工藝流程圖及原理框圖如圖2.2所示。（1）工藝流程(n y li chn)圖 （2）原理(yunl)方框圖圖2.2 單閉環(huán)比值(bzh)控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)原理單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是由兩個信號即主流量、副流量，兩個變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機構(gòu)和一個以作為反饋信號的閉環(huán)回路組成。在穩(wěn)定時，能實現(xiàn)主、副流量的工藝比值的要求，即 (K為常數(shù)

16、)。系統(tǒng)原理框圖如圖6-3所示。當(dāng)主流量不變、而副流量受到擾動時，則可通過副流量的閉合回路進(jìn)行定值控制。主流量調(diào)節(jié)器的輸出作為副流量的給定值。當(dāng)主流量受到擾動時，則按預(yù)先設(shè)置好的比值使其輸出成比例變化，即改變的給定值。根據(jù)給定值的變化，發(fā)出控制命令以改變調(diào)節(jié)閥的開度，使副流量跟隨主流量而變化，從而保證原設(shè)定的比值不變。當(dāng)主副流量同時受到擾動時，調(diào)節(jié)器在克服副流量擾動的同時，又根據(jù)新的給定值，改變調(diào)節(jié)閥的開度，使主、副流量在新的流量數(shù)值的基礎(chǔ)上，保持其原設(shè)定值的比值關(guān)系。它不但可以實現(xiàn)副流量跟隨主流量的變化而變化，而且還可以克服副流量本身干擾對比值的影響。可見，該系統(tǒng)能確保主、副兩個流量的比值不

17、變，同時，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)又較簡單，方案實現(xiàn)起來方便,僅用一臺比值器或比例調(diào)節(jié)器即可，因而在工業(yè)過程自動化中廣泛應(yīng)用5。2.單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的四種工作情況：（1）當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時，主、副物料流量的比值恒定。 如圖2.3單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的原理框圖，由圖可知：穩(wěn)態(tài)時： （2-3） （2-4）圖2.3 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的原理(yunl)框圖當(dāng)不變，受到擾動時，閉合(b h)回路進(jìn)行定值控制。當(dāng)受到擾動(rodng)時，輸出變化，跟隨變化，保證原設(shè)定的比值不變。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)適用于負(fù)荷變化不大，主流量不可控制，兩種物料間的比值要求較精確的生產(chǎn)過程。（2）當(dāng)主物料流量不變，副物料流量受到擾動

18、變化時，可通過副流量的閉合回路調(diào)整副物料流量使之恢復(fù)到原設(shè)定值，保證主、副物料流量比值一定。（3）當(dāng)主物料流量受到擾動變化，而副物料不變時，則按預(yù)先設(shè)置好的比值使比值器輸出成比例變化，即改變給定值，根據(jù)給定值的變化，發(fā)出控制命令，以改變調(diào)節(jié)閥的開度，使副流量跟隨主流量而變化，從而保證原設(shè)定的比值不變。（4）當(dāng)主、副物料流量同時受到擾動變化時，調(diào)節(jié)器在調(diào)整副物料流量使之維持原設(shè)定值的同時，系統(tǒng)又根據(jù)主物料流量產(chǎn)生新的給定值，改變調(diào)節(jié)閥的開度，使主、副物料流量在新的流量數(shù)值的基礎(chǔ)上，保持原設(shè)定值的比值關(guān)系不變。總之, 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雖然能保持主、副物料流量比值不變，但是無法控制主物料的流量不變

19、，因此，對生產(chǎn)過程的生產(chǎn)能力沒有進(jìn)行控制。該控制系統(tǒng)能保證主、副物料的流量比值不變，同時，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，因此在工業(yè)生產(chǎn)過程自動化中應(yīng)用較廣。流量(liling)比值控制系統(tǒng)方案設(shè)計系統(tǒng)(xtng)方案(fng n)設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3.1（a），方框圖如圖3.1（b）所示(a)結(jié)構(gòu)圖 (b)方框圖圖3.1 單閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)該系統(tǒng)中有兩條支路，一路是來自于變頻器磁力泵支路的流量Q1，它是一個主流量；另一路是來自于氣動調(diào)節(jié)閥支路的流量Q2，它是系統(tǒng)的副流量。要求副流量Q2能跟隨主流量Q1的變化而變化，而且兩者之間保持一個定值的比例關(guān)系，即Q2/Q1=K。系統(tǒng)(xtng)硬件(yn jin)設(shè)

20、計(shj)水箱包括下水箱和儲水箱。下水箱采用淡藍(lán)色圓筒型有機玻璃，不但堅實耐用，而且透明度高。下水箱尺寸為：d=35cm，h=20 cm。水箱有三個槽，分別是緩沖槽，工作槽，出水槽。儲水箱尺寸為：長寬高=68cm5243。儲水箱內(nèi)部有兩個橢圓形塑料過濾網(wǎng)罩，防止兩套動力支路進(jìn)水時有雜物進(jìn)入泵中。調(diào)節(jié)閥氣動 HYPERLINK /valve/valve93.html t _blank 調(diào)節(jié)閥是由氣動執(zhí)行機構(gòu)和閥兩部分組成的，氣動執(zhí)行機構(gòu)是接收輸入的氣源信號，產(chǎn)生相應(yīng)的推力，使推桿發(fā)生位移，推動閥門動作；而閥是指與管路聯(lián)接的閥體組件部分，它接受執(zhí)行機構(gòu)的推桿推力，改變閥桿位移，從而改變閥門開度，

21、最終控制流體流量的變化。系統(tǒng)采用SIEMENS帶MPI通訊協(xié)議的氣動調(diào)節(jié)閥，其型QS智能型電動調(diào)節(jié)閥 QSTP-16K，電動執(zhí)行機構(gòu)接受420mA控制信號，改變閥門的開度，同時將閥門開度的隔離信號反饋給控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對壓力、溫度、流量、液位等參數(shù)的調(diào)節(jié)。圖3.2 QS智能型電動調(diào)節(jié)閥普通手動閥門KYB壓力變送器KYB系列壓力、液位變送器是在引進(jìn)國外先進(jìn)制造技術(shù)和設(shè)備并吸取了國外同類產(chǎn)品的先進(jìn)工藝和關(guān)鍵零部件基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一個全新產(chǎn)品，可精確地連續(xù)測量液體、氣體或蒸汽的壓力，絕對壓力或液位，并轉(zhuǎn)換輸出正比于被測量程的420mADC 二線制標(biāo)準(zhǔn)信號。磁力驅(qū)動泵系統(tǒng)采用磁力驅(qū)動泵，型號為16CQ-

22、8P，流量(liling)為32升/分，揚程為8米，功率為180w。泵體完全采用不銹鋼材料，以防止生銹，使用壽命長。為三相380V恒壓驅(qū)動(q dn)。變頻(bin pn)流量計管道 整個系統(tǒng)管道采用敷塑不銹鋼管組成，所有的水閥采用優(yōu)質(zhì)球閥，徹底避免了管道系統(tǒng)生銹的可能性。有效提高了實驗裝置的使用年限。其中儲水箱底有一個出水閥，當(dāng)水箱需要換水時，將球閥打開讓水直接排出。電控箱內(nèi)安裝有如下主要部件：（1）CPU 316-2 DP 安裝有：1）微處理器;處理器對每條二進(jìn)制指令的處理時間大約為 50 ns，每個浮點預(yù)算的時間為 0.45 s。2）256 KB 工作存儲器（相當(dāng)于大約 85 K 條指令

23、）；與執(zhí)行程序段相關(guān)的大容量工作存儲器可以為用戶程序提供足夠的空間。作為程序裝載存儲器的微型存儲卡（最大為 8 MB）也允許將可以項目（包括符號和注釋）保存在 CPU 中。裝載存儲器還可用于數(shù)據(jù)歸檔和配方管理。3）MPI多點接口;集成的 MPI 接口最多可以同時建立與 S7-300/400 或編程設(shè)備、PC、OP 的 16 條連接。在這些連接中，始終為編程器和 OP 分別預(yù)留一個連接。通過“全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊”，MPI可以用來建立最多16個CPU組成的簡單網(wǎng)絡(luò)。（2）I/O模塊SM323 DI8/DO8*DV24SIMATIC S7-300 的數(shù)字輸入/輸出模塊，使控制器靈活地與任務(wù)相適應(yīng)，用于連接

24、數(shù)字傳感器和執(zhí)行元件。SM 326-1BH01-0AA0是8點輸入，8點輸出， 可同時控制的輸入點數(shù)，最高40C可同時控制的輸入點數(shù)。（3）變頻器 型號FR-0720S-0.4k-CHT。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實現(xiàn)對交流異步電機的軟起動、變頻調(diào)速、提高運轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流/過壓/過載保護(hù)等功能。控制平臺1) PC 機2) CP5611（MPI） 數(shù)據(jù)采集卡及其驅(qū)動程序。西門子 CP5611卡可以實現(xiàn)PC(計算機)與SIMATIC S7之間的PROFIBUS/MPI通訊連接;并且CP5611可支持以下軟件:STEP7V.52及以上；

25、SOFTNET-S7；SOFTNET-DP；及以上；STEP 7-Micro/Win V3.1及以上；ProTool,ProToo/Pro；NCMPC。3) WinCC 組態(tài)軟件4）STEP 7 軟件上位機組(jz)態(tài)與程序設(shè)計本設(shè)計用組態(tài)軟件的是西門子公司的WinCC，它是Windows Control Center（視窗控制中心）的簡稱，是HMI/SCADA軟件中的后起之秀。WinCC是Siemens公司的一種功能強大的工業(yè)控制軟件，是“真正開放的”HMISCADA軟件。它集成(j chn)了SCADA、組態(tài)、腳本（Script）語言和OPC等先進(jìn)技術(shù)，為用戶提供了Windows操作系統(tǒng)環(huán)

26、境下使用各種通用軟件的功能。WinCC繼承了西門子公司的全集成自動化（TIA）產(chǎn)品的技術(shù)先進(jìn)性和無縫集成的特點。WinCC運行于個人計算機環(huán)境，可以與多種自動化設(shè)備及控制軟件集成，具有豐富的設(shè)置項目(xingm)、可視窗口和菜單選擇，使用方便靈活，功能齊全。用戶在其友好的界面下進(jìn)行組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)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、趨勢曲線等。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(shè)計周期，而且提高了工作效率。WinCC的另一個特點在于它的整體開放性，它可以方便的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。用戶也可以將WinCC

27、作為系統(tǒng)擴充的基礎(chǔ)，通過開放式接口，開發(fā)其自身需要的應(yīng)用系統(tǒng)。WinCC由三大部分組成：1、控制中心：控制中心使用戶通過WinCC應(yīng)用進(jìn)行瀏覽，并且對其數(shù)據(jù)進(jìn)行一些操作。從形式和操作上看，控制中心與Windows資源管理器相似。2、系統(tǒng)控制器：管理各站之間的系統(tǒng)通訊。3、數(shù)據(jù)管理器：在WinCC項目中用于處理中央任務(wù)的啟動。其主要任務(wù)是處理變量管理器，其通訊通道用于訪問過程數(shù)據(jù)。WinCC的發(fā)展及應(yīng)用從面市伊始，用戶就對SIMATIC WinCC印象深刻。一方面，是其高水平的創(chuàng)新，它使用戶在早期就認(rèn)識到即將到來的發(fā)展趨勢并予以實現(xiàn)；另一方面，是其基于標(biāo)準(zhǔn)的長期產(chǎn)品策略，可確保用戶的投資利益。依

28、據(jù)這種戰(zhàn)略思想，WinCC，這一運行于Microsoft Windows 2000和XP下的Windows控制中心，已發(fā)展成為歐洲市場中的領(lǐng)導(dǎo)者，乃至業(yè)界遵循的標(biāo)準(zhǔn)。如果你想使設(shè)備和機器最優(yōu)化運行，如果你想最大程度地提高工廠的可用性和生產(chǎn)效率，WinCC當(dāng)是上乘之選。突出的優(yōu)點：通用的應(yīng)用程序；適合所有工業(yè)領(lǐng)域的解決方案；多語言支持，全球通用；可以集成到所有自動化解決方案內(nèi)；內(nèi)置所有操作和管理功能；可簡單、有效地進(jìn)行組態(tài)；可基于Web持續(xù)延展；采用開放性標(biāo)準(zhǔn)，集成簡便集成的Historian 系統(tǒng)作為IT 和商務(wù)集成的平臺；可用選件和附加件進(jìn)行擴展；“全集成自動化” 的組成部分。圖4.1 組態(tài)

29、(z ti)監(jiān)控(jin kn)畫面(humin)PID參數(shù)整定及系統(tǒng)調(diào)試PID控制器本設(shè)計采用PID控制算法，PID調(diào)節(jié)器的動作規(guī)律是 （5-1）式中： 比例(bl)帶； TI 積分(jfn)時間； TD 微分(wi fn)時間。PID調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： （5-2）不難看出，由式（6.3）表示的調(diào)節(jié)器動作規(guī)律在物理上是不能實現(xiàn)的。工業(yè)上實際采用的PID調(diào)節(jié)器（如DDZ型調(diào)節(jié)器），其傳遞函數(shù)為 （5-3）式中：；F 相互干擾系數(shù)； KI 積分增益；其中，帶*的量 調(diào)節(jié)器參數(shù)的實際值；不帶*者 參數(shù)的刻度值。PID控制器的優(yōu)點PID是比例、積分、微分的縮寫，PID控制器是應(yīng)用最廣泛的閉環(huán)控制器

30、，有人估計現(xiàn)在有90%以上的閉環(huán)控制采用PID控制器。這是因為PID控制具有以下的優(yōu)點：1、不需要被控對象的數(shù)學(xué)模型2、結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)3、有較強的靈活性和適應(yīng)性4、使用方便現(xiàn)在已有很多PLC廠家提供具有PID控制功能的產(chǎn)品，例如PID閉環(huán)控制模塊、PID控制指令和PID控制系統(tǒng)功能塊等，它們使用簡單方便，只需設(shè)定一些參數(shù)即可，有的產(chǎn)品還具有參數(shù)自整定功能 。控制(kngzh)規(guī)律的選擇PID控制規(guī)律及其對系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響已在有關(guān)課程(kchng)中介紹，在此將有關(guān)結(jié)論再簡單歸納一下。1、比例(bl)(P)調(diào)節(jié)純比例調(diào)節(jié)器是一種最簡單的調(diào)節(jié)器，它對控制作用和擾動作用的響應(yīng)都很快。由于比例調(diào)

31、節(jié)只有一個參數(shù)，所以整定很方便。這種調(diào)節(jié)器的主要缺點是系統(tǒng)有靜差存在。其傳遞函數(shù)為： GC(s)= KP = (5-4) 式中KP為比例系數(shù)，為比例帶6。2、比例積分(PI)調(diào)節(jié)PI調(diào)節(jié)器就是利用P調(diào)節(jié)快速抵消干擾的影響，同時利用I調(diào)節(jié)消除殘差，但I(xiàn)調(diào)節(jié)會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這種調(diào)節(jié)器在過程控制中是應(yīng)用最多的一種調(diào)節(jié)器。其傳遞函數(shù)為： GC(s)=KP(1+)(1+) (5-5) 式中TI為積分時間。3、比例微分(PD)調(diào)節(jié)這種調(diào)節(jié)器由于有微分的超前作用，能增加系統(tǒng)的穩(wěn)定度，加快系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程，減小動態(tài)誤差，但微分抗干擾能力較差，且微分過大，易導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥動作向兩端飽和。因此一般不用于流量和液位控

32、制系統(tǒng)。PD調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 GC(s)=KP(1+TDs)(1+TDs) (5-6)式中TD為微分時間10。4、比例積分微分(PID)調(diào)節(jié)器PID是常規(guī)調(diào)節(jié)器中性能最好的一種調(diào)節(jié)器。由于它具有各類調(diào)節(jié)器的優(yōu)點，因而使系統(tǒng)具有更高的控制質(zhì)量。它的傳遞函數(shù)為 GC(s)=KP(1+TDs)(1+TDs) (5-7)圖5.1表示了同一對象在相同階躍擾動下，采用不同控制規(guī)律時具有相同衰減率的響應(yīng)過程。圖5.1 各種控制規(guī)律對應(yīng)的響應(yīng)過程PID控制器參數(shù)的調(diào)節(jié)(tioji)及其對控制性能的影響比例控制(kngzh)對控制性能的影響所謂比例調(diào)節(jié)規(guī)律，是指調(diào)節(jié)器輸出的控制作用u(t)與其(yq)偏差輸入

33、信號e(t)之間成比例關(guān)系， （5-8）其中，比例增益。比例調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)： （5-9）工程中，常用比例帶來描述其控制作用的強弱，即 （5-10）其物理意義是在調(diào)節(jié)機構(gòu)的位移改變100%時，被調(diào)量應(yīng)有的改變量。比例調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線如下圖5.2所示。由圖，在t時刻前，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)；t時刻偏差信號e(t)發(fā)生階躍變化，對于定值控制系統(tǒng)，即被調(diào)量產(chǎn)生階躍變化，調(diào)節(jié)輸出控制作用u(t)將成比例的變化，而且?guī)缀跏峭瑫r產(chǎn)生的。控制作用的變化目的是調(diào)節(jié)進(jìn)入對象的流入量，消除不平衡流量，是被調(diào)量回到原來的值上。從這一點看，比例調(diào)節(jié)規(guī)律的特點之一就是調(diào)節(jié)及時、迅速。圖5.2 比例調(diào)節(jié)規(guī)律由上圖還可看出

34、，在t時調(diào)節(jié)過程結(jié)束，但偏差信號e(t)仍存在；在系統(tǒng)受到擾動后，被調(diào)量偏離了其給定值，而出現(xiàn)偏差，調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)使系統(tǒng)再次進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，但偏差或大或小還要存在，否則偏差為零，控制作用也隨之消失，干擾信號的存在就不可能使系統(tǒng)穩(wěn)定下來。調(diào)節(jié)過程結(jié)束，被調(diào)量偏差仍存在稱為有差調(diào)節(jié)，這是比例調(diào)節(jié)規(guī)律的又一特點。積分控制(kngzh)對控制性能的影響比例調(diào)節(jié)規(guī)律的特點(tdin)是控制及時，控制作用貫穿整個調(diào)節(jié)過程，因此它是基本的調(diào)節(jié)作用。然而比例調(diào)節(jié)(tioji)不能保證系統(tǒng)無差，因此對于一些要求較高的控制（定值調(diào)節(jié)）還需引入積分調(diào)節(jié)規(guī)律，實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。積分調(diào)節(jié)規(guī)律是調(diào)節(jié)器輸出控制作用u(t)與其偏差

35、輸入信號e(t)隨時間的積累值成正比，即 （5-11）其傳遞函數(shù)形式： （5-12）式中積分時間。積分調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)如圖5.3所示。由圖可以看出，當(dāng)被調(diào)量出現(xiàn)偏差并成階躍形式變化時，積分調(diào)節(jié)器輸出的控制作用并不立即變化，而是由零開始線性增長。從這一點看，積分調(diào)節(jié)作用是不及時的。只要偏差信號存在，調(diào)節(jié)器輸出旨在消除對系統(tǒng)影響的控制作用就一直增加，且其增長的速度始終為初始速度。由下式可知： （5-13）上式表明，控制作用在積分時間TI越小時越強。從響應(yīng)曲線看，只要偏差存在，積分控制作用一直增加；換言之，只有偏差為零時，積分作用才停止變化。這表明系統(tǒng)達(dá)到再次穩(wěn)定狀態(tài)時，被調(diào)量的偏差必然為零。積分調(diào)

36、節(jié)規(guī)律的另一特點就是消除穩(wěn)態(tài)偏差，實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)，其控制作用體現(xiàn)在調(diào)節(jié)過程的后期。描述比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律的動態(tài)方程是： （5-14）式中比例增益；積分時間圖5.3 積分(jfn)作用曲線比例(bl)積分調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： （5-15）綜上分析，當(dāng)被調(diào)量一旦偏離給定值出現(xiàn)偏差時，調(diào)節(jié)器立即輸出一個與偏差成比例的控制作用，這是比例作用的結(jié)果；隨著時間的增長，控制作用線性增加，積分作用表現(xiàn)出來；只要偏差存在，控制作用就一直增長下去，直至消除偏差時，控制作用才停止變化。由此可見，比例積分調(diào)節(jié)作用具有(jyu)比例作用及時和積分作用消除偏差的優(yōu)點，從而克服了單純比例作用時不能消除偏差的缺點和單純積分作用控

37、制不及時的缺點3。 微分控制對控制性能的影響微分調(diào)節(jié)規(guī)律是是調(diào)節(jié)器輸出的控制作用與其偏差輸入信號的變化速度成正比。對于定值控制系統(tǒng)，偏差信號的變化速度就是被調(diào)量的變化速度，即 （5-16）式中Td微分時間。傳遞函數(shù)式為： （5-17）微分調(diào)節(jié)作用的大小僅與偏差信號的變化速度有關(guān)，而與偏差值大小無關(guān)。分作用調(diào)節(jié)器同時由于自身動作的不靈敏區(qū)的存在而始終不動作,這樣，經(jīng)過一段時間后，偏差將積累成一個較大的值。就是說純微分作用的調(diào)節(jié)器是不能單獨使用的，微分作用要與比例作用或比例積分作用相結(jié)合，形成比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律或比例微分積分調(diào)節(jié)規(guī)律 。 圖5.4 微分調(diào)節(jié)階躍響應(yīng)由圖5.4也可以看出，當(dāng)偏差信號做幅

38、度為E的階躍變化時，微分作用將立即產(chǎn)生，其值為偏差的KD倍。從這一點上與比例作用相比，調(diào)節(jié)及時且作用強。在時間較長后，微分作用消失，直到為零。可見微分作用要在調(diào)節(jié)過程的初期，和積分作用恰好相反。控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的整定控制系統(tǒng)(kn zh x tn)整定的基本要求簡單控制系統(tǒng)是由廣義對象和調(diào)節(jié)器構(gòu)成(guchng)的，其控制質(zhì)量的決定性因素是被控對象的動態(tài)特性，與此相比其它都是次要的。當(dāng)系統(tǒng)安裝好以后，系統(tǒng)能否在最佳狀態(tài)下工作，主要取決于調(diào)節(jié)器各參數(shù)的設(shè)置是否得當(dāng)。過程控制通常都是選用工業(yè)成批生產(chǎn)的不同類型的調(diào)節(jié)器，這些調(diào)節(jié)器都有一個或幾個整定參數(shù)和調(diào)整這些參數(shù)的相應(yīng)機構(gòu)（如旋鈕

39、，開關(guān)等）。系統(tǒng)整定的實質(zhì)，就是通過調(diào)整調(diào)節(jié)器的這些參數(shù)使其特性與被控對象特性相匹配，以達(dá)到最佳的控制效果。人們常把這種整定稱作“最佳整定”，這時的調(diào)節(jié)器參數(shù)叫做“最佳整定參數(shù)”。應(yīng)當(dāng)指出，控制系統(tǒng)的整定是一個很重要的工作，但它只能在一定范圍內(nèi)起作用，決不能誤認(rèn)為調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定是“萬能”的。如果設(shè)計方案不合理，儀表選擇不當(dāng)，安裝質(zhì)量不高，被控對象特性不好等，要想通過調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定來滿足工藝生產(chǎn)要求也是不可能的。所以，只有在系統(tǒng)設(shè)計合理，儀表選擇得當(dāng)和安裝正確條件下，調(diào)節(jié)器參數(shù)整定才有意義。在實際系統(tǒng)整定中，一般先改變調(diào)節(jié)器的某些參數(shù)（通常是比例帶）使系統(tǒng)響應(yīng)獲得規(guī)定的衰減率，然后再改變另外

40、一些參數(shù)，最后經(jīng)過綜合反復(fù)調(diào)整所有參數(shù)，以期在規(guī)定的衰減率下使選定的某一誤差積分指標(biāo)最小，從而獲得調(diào)節(jié)器最佳整定參數(shù)。當(dāng)然，如果系統(tǒng)只有一個可供整定的參數(shù)，就不必進(jìn)行積分指標(biāo)的計算了13。 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定一般有兩種方法：一種是理論計算法，即根據(jù)廣義對象的數(shù)學(xué)模型和性能要求，用根軌跡法或頻率特性法來確定調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)；另一種方法是工程實驗法，通過對典型輸入響應(yīng)曲線所得到的特征量，然后查照經(jīng)驗表，求得調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)。工程實驗整定法有以下幾種：1、經(jīng)驗法在現(xiàn)場控制系統(tǒng)整定過程中，經(jīng)驗豐富的運行人員常常采用經(jīng)驗整定法，這種方法實質(zhì)上是一種經(jīng)驗試湊法，它不需要進(jìn)行方法所要求的經(jīng)

41、驗和計算，而是根據(jù)運行經(jīng)驗，先確定一組控制器參數(shù)，并將系統(tǒng)投入運行，然后認(rèn)為加入階躍擾動，觀察被控量或控制器輸出地階躍響應(yīng)曲線，并依照控制器各參數(shù)對調(diào)節(jié)過程的影響，改變相應(yīng)的整定參數(shù)值。一般先改變后改變TI和TD，如此反復(fù)試驗多次，知道獲得滿意的階躍響應(yīng)曲線位置，表6.1就不同對象，給出控制器參數(shù)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。表5.1經(jīng)驗法整定參數(shù)系統(tǒng)參數(shù)(%)TI (min)TD (min)溫度20603100.53流量401000.11壓力30700.43液位20802、穩(wěn)定(wndng)邊界法穩(wěn)定邊界法是一種閉環(huán)的整定方法。它基于純比例控制它基于純比例控制系統(tǒng)臨界 振蕩試驗(shyn)所得數(shù)據(jù)，即臨界比例

42、帶和臨界(ln ji)振蕩周期Ts， 利用一些經(jīng)驗公式，求取調(diào)節(jié)器最佳參數(shù)值。其整定計算公式如下表表5.2 穩(wěn)定邊界法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器名稱調(diào)節(jié)參數(shù)(%)TI (S)TD (S)P2kPI2.2kTS/1.2PID1.6k0.5TS0.125TS置控制器積分時間,Ti.到最大值（TI=），微分時間TD為零（TD=0），比例帶置較大值，使控制器系統(tǒng)投入運行。待控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，逐漸減小比例帶，直到系統(tǒng)出現(xiàn)如圖5.5所示的等幅震蕩，即所謂的臨界震蕩過程。記錄下次是的比例帶（臨界比例帶），并計算兩個波峰間的時間,-.（臨界振蕩周期）。圖5.5 系統(tǒng)的臨界震蕩過程 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定及調(diào)試本次設(shè)計變頻器流量作為被控對象，調(diào)試之前先將儲水箱中貯足水量，接通控制系統(tǒng)電源，打開用作上位監(jiān)控的的PC機，進(jìn)入的組態(tài)主界面。設(shè)置系統(tǒng)的參數(shù)=0.5 TI =0 TD=0，副設(shè)定值為80和=0.8 TI =0