西門子S7-300CPU319-3PN/DP中央處理單元

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按照工藝控制和生產安全的要求，要求該系統將液位控制在一定高度。根據工藝的要求，輸入泵和輸出泵均選用容積泵，并且可進行大范圍無級調速。接到一個任務，首先需要認真地分析和比較各種可能的控制方案。不要急于計算參數，更不要急于動手編寫程序，僅就上面的液位定值控制系統而言，就可有兩種控制方案。*種是輸出泵作為系統流量的主導設定泵，而輸入泵作為液位控制泵，也就是輸入流量作為控制變量。另一種是輸入泵作為系統流量的主導設定泵，而輸出泵作為液位控制泵，也就是輸出流量作為控制變量。單純從控制的角度而言，兩種方案差別很小。從工藝流程的角度來看，前者能向下游設備提供較平穩的物料，但是向上游設備索取的物料可能隨時發生變化，后者的情況則正好相反。這是需要從生產全局穩定的角度，由工藝工程師選擇一種影響較小的方案。如果從生產安全的方面考慮，例如當設備發生故障時，將會產生什么后果？哪種后果比較嚴重？假設該設備溢出時的后果比抽干時更嚴重，顯然用*方案較安全。因為輸出通道故障停機時，控制器將命令輸入通道自動停止進液。反之，如果輸入通道失靈，不執行控制器的指令，只會造成被抽干的后果。本例采用*方案。此時輸出泵流量的變化可視為對該控制回路的干擾。

    當然，為了生產安全，無論采用何種方案，都必須另外設計保護系統，這將在后面介紹。

    首先畫出這個控制回路的信號流程圖，如圖7-2所示。

    圖7-2    信號流程圖

    (1) BI輸入泵。它工作時的流量QI與拖動它的電動機轉速基本成正比，電動機的轉速與輸入變頻器送出的電源頻率成正比，變頻器送出的頻率與它從D/A轉換器接收的電流信號成正比，而D/A轉換器輸出電流與由PLC送出的數字信號DI成正比。所以，有

    QI=KI×DI    (7-1)

    式中所有的靜態轉換系數之積，用KI表示；

    (2) Bo輸出泵。同理，有

    Qo=Ko×Do

    (3) SL液位傳感器。它的量程為L。其輸出的模擬信號經過A/D轉換后，成為數字量DL被PLC讀入，它與液位高低成正比，即

    DL=KL×H    (7-2)

它的轉換系數用KL表示。

    以上這些輔助設備，也就是用作執行機構和測量回路的設備，一經選定，所有的參數便成為已知常數。它與我們所控制的對象（過程）并不再有直接關系。

    圖7-3是控制系統框圖。下面來介紹被控制對象。它的輸入參數是輸入流量QI，輸出的被控參數是液位H。這個特定的對象比較簡單，它的輸出值與其輸入值的積分成正比。比例系數是Ks=4/(πD2)=常數。通常，稱這種關系為對象的“數學模型"。實際上很多被控對象都難以得到它的數學模型。使用PID算法，也并不要求準確地知道數學模型，但是這并非意味著可以對它一無所知。首先在設計系統的執行機構（驅動機構）時，必須了解控制變量的大致工作范圍。選用測量裝置時，還必須了解被控制變量的大致工作范圍。即使在系統硬件設計好之后，也希望了解它的比例系數（增益）以及輸出對輸入變化反應的快慢。

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