毕业设计论文 - - 基于GE PACSystems RX3i的水箱液位控制设计 -(8)

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第25页 =KP(1?TTD2TT?)ek?KP(1?D)ek?1?KDek?2 TITTPT =Aek?Bek?1?Cek?2 4-5 式中，A?KP(1?TTD2TT?);B?KP(1?D),C?KPD TITTT上式中，?uk还可以写成下面的形式：

?uk?KP(?ek?TTek?D?2ek)?KP(?ek?Iek?D?2ek) 4-6 TIT式中，?ek?ek?ek?1；I?ek?2ek?1?ek?2??ek??ek?2；I?T/TI；D?TD/T 由式4-6可以看出，如果计算机控制系统采用恒定的采样周期T，一旦确定了A、

B、C，只要使用前后三次测量的偏差值即可，就可以求出控制增量，与位置式算法相比，计算量小得多，因此在实际应用中应用广泛。

4.2 系统控制原理

液位系统是一个基于模拟信号的控制系统。由液位测量变送器、水泵变频电机、水箱等设备组成，液位测量变送器测量水箱的水位高度范围为0-310mm, 对应输出0-10V的电压信号，该信号送给RX3i内，RX3i将该液位电压信号作为PID块的PV值，与SP设定值相减，在PID块内进行积分、比例、微分运算后，最后输出0-10V电压信号到水泵变频电机(0-10V信号对应水泵变频电机的0-50HZ频率)，控制变频器的转速，控制出水量，从而达到控制水位高度的目的。

4.3硬件连接

要进行软件设计，首先应该做的工作是在PME软件中进行硬件配置，本设计所涉及到的硬件包括背板IC695CHS012、CPU模块IC695CPU310、通行模块IC695ETM001、模拟量输入模块IC695ALG600、模拟量输出模块IC695ALG704。考虑到所使用设备为实验室整体设备。所以本设计没有卸载掉未用的模块。在PME中进行硬件配置如图4-4所示。

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图4-4 PME的硬件配置

要进行硬件之间电压的信号传输，则需建立RX3i与PME软件的通信。本设计采用以太网进行通信。以太网有如下优点：

? 应用广泛 以太网是应用最广泛的计算机网络技术，所以发展较为成熟。 ? 通信速率高 目前，10、100 Mb/s的快速以太网已开始广泛应用，1Gb/s以太网技术也逐渐成熟，比传统的现场总线最高速率12Mb/s高得多。

? 资源共享能力强 随着Internet/ Intranet的发展，以太网已渗透到各个角落，在互联网的任何一台计算机上都能浏览工业控制现场的数据，实现“控管一体化”，这是其他现场总线不能比拟的。

? 可持续发展潜力大 用户在技术升级方面无需独自的研究投入，对于这一点，任何现有的现场总线技术也是无法比拟的。同时，机器人技术、智能技术的发展都要求通信网络具有更高的带宽和性能，通信协议有更高的灵活性，这些要求以太网都能很好地满足。

本设计进行以太网通信进行相关配置。首先把RX3i的临时IP设置成192.168.1.46。然后进行如图4-5和图4-6所示配置。

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图4-5 网络配置a 图4-6 网络配置b

需要对模拟量输入/输出模块进行通道的选择并设置相应的参数。本设计模拟量输入模块采用IC695ALG600的通道2，能够检测到0到10V的电压，如图4-7所示。输出模块采用IC695ALG704通道4，能够输出0到10V的电压进行控制水泵变频电机，如图4-8所示。

图4-7 模拟量输入参数配置 图4-8 模拟量输出参数配置

4.4 软件设计

根据实际情况，分配I/O地址，如表4-1所示。该系统的软件设计流程图如图4-9所示。

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表4-1 程序I/O地址及变量表

地址 %R00110 %R00111 %R00112 %R00135 %R00113 %M00022 %AI00057 %AI00033 变量名 KP KI KD SP T M00022 AI0001 AQ0001 描述 比例参数 积分参数 微分参数 设定值 采样周期 启停控制 模拟量信号采集值 模拟量信号输出值 备注 0-10V电压输入 0-10V电压输出 4.3.1 主程序模块

主程序调用两个块，一个为初始化块，另一个为PID块。如图4-10所示。

初始化 参数计算 PID模块参数初始化 Yes 是否手 动？ No 调用PID模块 启停控制 开始 手动控制程序 图4-9 系统软件设计流程图

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图4-10 主程序

4.3.2 初始化模块

INIT块就是将必要的参数进行初始化设置。包括比例常数KP、积分常数KI、微分常数KD、采样时间T及设定值SP等。如图4-11所示。

图4-11 初始化程序

4.3.3 PID程序

在本设计中，把主要的程序放在了PID程序块中。包括数值的处理、PID功能块的初始化程序、启停控制、自动手动切换控制。

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