西门子S7-300CPU319-3PN/DP中央处理单元

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按照工艺控制和生产安全的要求，要求该系统将液位控制在一定高度。根据工艺的要求，输入泵和输出泵均选用容积泵，并且可进行大范围无级调速。接到一个任务，首先需要认真地分析和比较各种可能的控制方案。不要急于计算参数，更不要急于动手编写程序，仅就上面的液位定值控制系统而言，就可有两种控制方案。*种是输出泵作为系统流量的主导设定泵，而输入泵作为液位控制泵，也就是输入流量作为控制变量。另一种是输入泵作为系统流量的主导设定泵，而输出泵作为液位控制泵，也就是输出流量作为控制变量。单纯从控制的角度而言，两种方案差别很小。从工艺流程的角度来看，前者能向下游设备提供较平稳的物料，但是向上游设备索取的物料可能随时发生变化，后者的情况则正好相反。这是需要从生产全局稳定的角度，由工艺工程师选择一种影响较小的方案。如果从生产安全的方面考虑，例如当设备发生故障时，将会产生什么后果？哪种后果比较严重？假设该设备溢出时的后果比抽干时更严重，显然用*方案较安全。因为输出通道故障停机时，控制器将命令输入通道自动停止进液。反之，如果输入通道失灵，不执行控制器的指令，只会造成被抽干的后果。本例采用*方案。此时输出泵流量的变化可视为对该控制回路的干扰。

    当然，为了生产安全，无论采用何种方案，都必须另外设计保护系统，这将在后面介绍。

    首先画出这个控制回路的信号流程图，如图7-2所示。

    图7-2    信号流程图

    (1) BI输入泵。它工作时的流量QI与拖动它的电动机转速基本成正比，电动机的转速与输入变频器送出的电源频率成正比，变频器送出的频率与它从D/A转换器接收的电流信号成正比，而D/A转换器输出电流与由PLC送出的数字信号DI成正比。所以，有

    QI=KI×DI    (7-1)

    式中所有的静态转换系数之积，用KI表示；

    (2) Bo输出泵。同理，有

    Qo=Ko×Do

    (3) SL液位传感器。它的量程为L。其输出的模拟信号经过A/D转换后，成为数字量DL被PLC读入，它与液位高低成正比，即

    DL=KL×H    (7-2)

它的转换系数用KL表示。

    以上这些辅助设备，也就是用作执行机构和测量回路的设备，一经选定，所有的参数便成为已知常数。它与我们所控制的对象（过程）并不再有直接关系。

    图7-3是控制系统框图。下面来介绍被控制对象。它的输入参数是输入流量QI，输出的被控参数是液位H。这个特定的对象比较简单，它的输出值与其输入值的积分成正比。比例系数是Ks=4/(πD²)=常数。通常，称这种关系为对象的“数学模型"。实际上很多被控对象都难以得到它的数学模型。使用PID算法，也并不要求准确地知道数学模型，但是这并非意味着可以对它一无所知。首先在设计系统的执行机构（驱动机构）时，必须了解控制变量的大致工作范围。选用测量装置时，还必须了解被控制变量的大致工作范围。即使在系统硬件设计好之后，也希望了解它的比例系数（增益）以及输出对输入变化反应的快慢。

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