【正文】 .................................................................................................................................. 46 參考文獻(xiàn)： ......................................................................................................................... 47 致 謝 ................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 因此，液位自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)降低能耗、節(jié)約成本、提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，在現(xiàn)代工業(yè)液位控制中具有非常重要的意義。 目前可編程控制器 PLC 主要是朝著小型化、廉價(jià)化、標(biāo)準(zhǔn)化、高速化、智能化、大容量化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。 S7200 PLC 的概述 可編程控制器是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，是為工 業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的以微處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。 PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，在 PLC 中用戶程序按先后順序從放， CPU 從第一條指令開(kāi)始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符號(hào)后又返回到第一條，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，一般而言， PLC 的掃描過(guò)程分為內(nèi)部處理（自診斷）、通信操作、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等幾個(gè)階段。由于 S7200 系列 PLC具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展性、低廉的價(jià)格和強(qiáng)大的指令 系統(tǒng)，使得它能近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求，適用于各行各業(yè)、各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。 RS485 的串行通信端口：位于機(jī)身的左下部，是 PLC 主機(jī)實(shí)現(xiàn)人 機(jī)對(duì)話、機(jī) 機(jī)對(duì)話的通道，實(shí)現(xiàn) PLC 與上位計(jì)算機(jī)的連接，實(shí)現(xiàn) PLC 與 PLC、編程器、彩色圖形顯示器、打印機(jī)等外部設(shè)備的連接。 STEP7Micro/WIN32 的基本功能是協(xié)助用戶開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件。這些特征包括：監(jiān)視 S7200 正在執(zhí)行的用戶程序狀態(tài)；為 S7200 指定運(yùn)行程序的掃描次數(shù)；強(qiáng)制變量值等。 數(shù)據(jù)塊 顯示數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容。 狀態(tài)表 狀態(tài)表用來(lái)觀察程序執(zhí)行時(shí)指定的變量的狀態(tài)，狀態(tài)表并不下載到 PLC，僅僅是 7 監(jiān)控用戶程序運(yùn)行情況的一種工具。建立了計(jì)算機(jī)和 PLC的在線聯(lián)系，就可以在“系統(tǒng)塊”窗口內(nèi)對(duì)這 些參數(shù)和選項(xiàng)進(jìn)行軟件檢查、設(shè)置和修改。 從而 抑制系統(tǒng)閉環(huán)內(nèi)的各種因素所引起的擾動(dòng)，使反饋跟隨給定變化。因此，必須把外圍實(shí)際的物理量與 PID 功能塊需要的（或者輸出的）數(shù)據(jù)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 PID 參數(shù)的取值，以及它們之間的配合，對(duì) PID 控制是否穩(wěn)定具有重要的意義。 積分時(shí)間 Ti 積分部分與誤差 對(duì)時(shí)間的積分成正比，因?yàn)榉e分時(shí)間 Ti 在積分項(xiàng)的分母中， Ti越小，積分速度越快，積分作用越強(qiáng)。 綜上所述，積分作用太強(qiáng)（即 Ti 太小）使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，超調(diào)量增大；積分作用太弱（即 Ti 太大）使系統(tǒng)消除誤差的速度減慢， Ti 的值應(yīng)取得適中。因?yàn)槲⒎植糠痔珡?qiáng)，抵制了被控量上升，導(dǎo)致被控量上升極為緩慢，到達(dá)穩(wěn)態(tài)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。 回路表的起始地址 TBL： VB； 回路號(hào) LOOP： 0～ 7 的常數(shù)。通過(guò)設(shè)置常量參數(shù)，可選擇需要的回路控制類型。 （ 1）水槽裝置（被控對(duì)象） 水槽有一個(gè)入水口，一個(gè)出水口，一個(gè)壓力引水口。本論文為定值自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)， FV101 為操縱變量， LT103 為被控變量，采用 PID 調(diào)節(jié)來(lái)完成。 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)主要包括兩部分內(nèi)容： 第一：組態(tài)軟件的使用，創(chuàng)建一個(gè)單容液位控制畫(huà)面，畫(huà)面的主要內(nèi)容有：水箱的控制，主要實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換、 D/A 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的歸一化與 PID 算法。對(duì)于單極性 Offset 為 ，雙極性 Offset 為 ；由于擴(kuò)散硅壓力變送器的輸出信號(hào)為 4mA~20mA，也就是說(shuō) PID 最小輸入值為4，那么對(duì)應(yīng)的調(diào)整值 為 6400。 （ 24） 式中 Rscal—— 按工程量標(biāo)定的實(shí)數(shù)格式的回路輸出； Mn—— 回路輸出的歸一化實(shí)數(shù)值； 這一過(guò)程可以用下面的梯形圖完成，如圖 29。并且進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為上位機(jī)可以顯示的數(shù)值（百分制）。 力控開(kāi)發(fā)系統(tǒng)提供的上述多種工具和圖形，方便用戶在組態(tài)工程時(shí)建立豐富的圖形界面 ?？蔀榇翱谶x擇背景色。力控的子圖庫(kù)中提供了包括控制按鈕、指示表、閥門、電機(jī)、泵、管路和其它標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)元件在內(nèi)的數(shù)千個(gè)子圖。 3．在工具欄的圖庫(kù)按鈕單擊，彈出圖庫(kù)窗口。 3．選中圖形對(duì)象后直接按下“ Alt + Enter”鍵。 2．水平拖動(dòng)：拖動(dòng)連接使圖形對(duì)象的水平位置與變量數(shù)值相關(guān)聯(lián)。 1．邊線：邊線變化連接是指圖形對(duì)象的邊線顏色隨著表達(dá)式的值的變化而變化。 6．水平填充：水平填充連接的建立方法與垂直填充連接的建立方法類似。 5．寬度變化：寬度 變化連接的建立方法與高度變化的建立方法類似 數(shù)值動(dòng)畫(huà) 包括數(shù)值輸入和數(shù)值輸出兩大類，其中可以細(xì)分為：模擬輸入、開(kāi)關(guān)輸入、字符輸入、 模擬輸出、開(kāi)關(guān)輸出、字符輸出六小項(xiàng)。 3．開(kāi)關(guān)輸入：開(kāi)關(guān)輸入連接中連接變量為開(kāi)關(guān)量。 2．禁止：允許 /禁止動(dòng)作可以控制圖形的允許和禁止操作。 圖 39 手動(dòng) /自動(dòng)控制泵開(kāi)關(guān)動(dòng)畫(huà)連接 7． 水位報(bào)警指示燈動(dòng)畫(huà)連接如圖 310 所示。 29 圖 314 水罐液位控制系統(tǒng)動(dòng)畫(huà)連接后效果窗口 動(dòng)作腳本概述 為了給用戶提供最大的靈活性和能力，力控提供了動(dòng)作腳本編譯系統(tǒng)，具有自己的編程 語(yǔ)言，語(yǔ)法采用類 BASIC 的結(jié)構(gòu)。 處理順序由應(yīng)用程序指定，不同類型的動(dòng)作腳本決 定以何種方式加入控制。 2．選擇菜單命令“特殊功能 [S]/動(dòng)作”或者選擇工程項(xiàng)目的樹(shù)形菜單中的“動(dòng)作”子節(jié)點(diǎn)都可以創(chuàng)建各種動(dòng)作腳本。它只生存在 VIEW 的程序中，通過(guò)它便可以作用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù) DB，數(shù)據(jù)是通過(guò)消息方式通知 DB 程序的，本節(jié)介紹該語(yǔ)言的語(yǔ)法及用法。 6．多分支語(yǔ)句：使用多分支語(yǔ)句可以根據(jù)指定的條件控制腳本的執(zhí)行流程，在根據(jù)同一個(gè)條件處理多個(gè)分支時(shí)，它比條件語(yǔ)句更清晰。意即程序運(yùn)行到此處可以根據(jù) 條件的真假而決定執(zhí)行什么樣的后繼語(yǔ)句。雖然 IF 語(yǔ)句嵌套也能實(shí)現(xiàn)，但是層數(shù)多，不直觀，可讀性差。 Default： 當(dāng) E 不匹配 Case 子句的任何部分時(shí)執(zhí)行其后的執(zhí)行語(yǔ)句。a 的值為 1 時(shí)將執(zhí)行 b = b+2。 示例 3： Switch (a) Case 0,1, 10 TO 15, 21: B = b+ 1。力控 eq \o\ac(○ ,R)R 提供兩種循環(huán)語(yǔ)句， WHILE 循環(huán)和 FOR 循環(huán) , 循環(huán)語(yǔ)句一般配合數(shù)組使用。 IndirVar[2] = amp。 WHILE n 5 DO 53 IF (IndirVar[n] Max) THEN Max = IndirVar[n]。 注意：初值表達(dá)式 E2, 增量表達(dá)式 E3 在進(jìn)入循環(huán)時(shí)對(duì)其求值一次，循環(huán)中不在計(jì)算。 其中 I＝ 0 為循環(huán)變量初始化， I=0 TO 3 表示循環(huán)的結(jié)束判斷，當(dāng) I=3 時(shí)，則說(shuō)明循環(huán)應(yīng) 用結(jié)束 。 54 示例 3：。第三次循環(huán) I 取值為 2。 FOR TO STEP NEXT 為 FOR 循環(huán)保留字。 34 n = 0。 IndirVar[1] = amp。 3．循環(huán)結(jié)構(gòu) 語(yǔ)句循環(huán)操作的實(shí)現(xiàn)使計(jì)算機(jī)真正充當(dāng)了代替人工作的角色。a 的值為 3 時(shí)將執(zhí)行 b = b+2。 Default: b = b+10。當(dāng)表達(dá)式 E 的值與 cn 的任何一分界值相匹配時(shí)，便執(zhí)行其后的執(zhí)行語(yǔ)句，當(dāng)執(zhí)行到下一個(gè) Case 或 Default 語(yǔ)句時(shí)， 將跳出多分支語(yǔ)句。如根據(jù)爐膛溫度的不同范圍（如 320～ 330； 330～ 340； 340～350； ...） ，采取不同的處理方案。 9．函數(shù)：軟件提供了一些定制好的系統(tǒng)函數(shù)，用戶也可以自定義函數(shù)。 4．賦值語(yǔ)句：為變量或?qū)傩再x值的語(yǔ)句。其基本類似于 BASIC 語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言，只要有一些高級(jí)語(yǔ)言的編程基礎(chǔ)，可以很容易的掌握。 動(dòng)作腳本的創(chuàng)建方式 動(dòng)作腳本包括：窗口動(dòng)作、應(yīng)用程序動(dòng)作、數(shù)據(jù)改變動(dòng)作、鍵動(dòng)作和條件動(dòng)作等。 所有動(dòng)作腳本都是事件驅(qū)動(dòng)的。 9．游標(biāo)動(dòng)畫(huà)連接如圖 313 所示，游標(biāo)為數(shù)值輸入控件，可以模擬水罐水位變化情況。 圖 37 指示儀表動(dòng)畫(huà)連接 5． 出水閥與 數(shù)據(jù)庫(kù)變量連接，如圖 38 所示。需要注意的是圖形對(duì)象必須為文本或按鈕，并且文本或按鈕中的文字表明了輸出格式。 字符串輸入連接的創(chuàng)建方法與模 擬輸入連接的創(chuàng)建方法類似。 3．旋轉(zhuǎn)：旋轉(zhuǎn)連接能使圖形對(duì)象的方位隨著一變量或表達(dá)式的值的變化而變化。 5．垂直填充：垂直填充連接可以使具有填充形狀的圖形對(duì)象的填充比例隨著變量或表達(dá)式值的變化而改變。 顏色動(dòng)畫(huà) 該類動(dòng)作分為：邊線、實(shí)體文本、條件、閃爍、垂直填充、水平填充六大類。 1．垂直拖動(dòng)：拖動(dòng)連接使圖形對(duì)象的垂直位置與變量數(shù)值相關(guān)聯(lián)。 動(dòng)畫(huà)連接的創(chuàng)建方法 創(chuàng)建并選擇連接對(duì)象，如線、填充圖形、文本、按鈕、子圖等的動(dòng)畫(huà)連接創(chuàng)建方法有以下幾種： 1．先選中圖形對(duì)象，然后在屬性設(shè)置導(dǎo)航欄中，點(diǎn)擊按鈕 切換到動(dòng)畫(huà)頁(yè)，選擇相應(yīng) 的動(dòng)畫(huà)功能。 圖 33 液位控制系統(tǒng)組態(tài)界面 1．在工程項(xiàng)目的窗口項(xiàng)上右鍵單擊鼠標(biāo)，在右鍵菜單 中選擇新建窗口命令。它 的 圖 形 是“ 矢量 ” 的 ， 任 意 放 大 和 縮 小不會(huì)失真，同時(shí)精靈圖庫(kù)中的圖形對(duì)象的動(dòng)畫(huà)定義可以直接進(jìn)行變量選取。 2．說(shuō)明 輸入與窗口相關(guān)的說(shuō)明文字（可選）。 19 3 液位過(guò)程控制系統(tǒng)的組態(tài)界面及動(dòng)畫(huà)連接 創(chuàng)建組態(tài)畫(huà)面 進(jìn)入開(kāi)發(fā)系統(tǒng)后，可以為每個(gè)工程建立無(wú)限數(shù)目的畫(huà)面，在每個(gè)畫(huà)面上可以組態(tài)相互關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)圖形，這些畫(huà)面是由開(kāi)發(fā)系統(tǒng)提供的豐富的圖形對(duì)象組成的。在增加了 PID 自動(dòng)調(diào)諧后，回路表現(xiàn)已擴(kuò)展到 80 個(gè)字節(jié)， PID 回路表 如表 21 所示。這一過(guò)程，是給定值或過(guò)程變量的標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換的逆過(guò)程。 轉(zhuǎn)化公式如式 23 (23) 式中 Rnorm—— 工程實(shí)際的歸一化值； Rraw —— 工程實(shí)際值的實(shí)數(shù)形式值，未歸一化處理； Offset—— 調(diào)整值。為了順利轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)模式控制，在轉(zhuǎn)換至自動(dòng)控制之前由手動(dòng)控制的輸出值必須作為 Mn 寫(xiě)入回路表中對(duì)應(yīng)Mn 的地址中。 表 22 單容上水箱液位調(diào)節(jié)閥 PID 單回路控制檢測(cè)點(diǎn)清單 序號(hào) 位號(hào)或代號(hào) 設(shè)備名稱 用途 原始信號(hào)類型 工程量 1 2 FV101 LT103 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 壓力變送器 閥位控制 上水箱液位 2～ 10VDC 4～ 20mADC AO AI 0～ 100％ 注： 為了使系統(tǒng)監(jiān)控方便，最終信號(hào)全部為 210V 信號(hào)。上位機(jī)也可對(duì)相應(yīng)的地址進(jìn)行賦值，來(lái)設(shè)定相關(guān)參數(shù)。 PID 控制回路的選擇 在許多控制系統(tǒng)中，只需要一種或兩種回路控制類型。不同的 PID 指令不能使用相同的回路編號(hào)。但是 Td 太大可 10 引起頻率較高的振蕩，或使被控量接近穩(wěn)態(tài)值時(shí)變化緩慢。因此積分作用很少單獨(dú)使用，它一般與比例和微分聯(lián)合使用，構(gòu)成 PI 或 PID 控制器。但是 Kc 過(guò)大會(huì)使超調(diào)量增大，振蕩次數(shù)增加，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)性能變壞， Kc 過(guò)大甚至?xí)归]環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。 新版編程軟件 STEP 7 Micro/WIN 內(nèi)置了一個(gè) PID 調(diào)試控制面板工具，具有圖形化的給定、反饋、調(diào)節(jié)器輸出波形顯示，可以用于手動(dòng)調(diào)試 PID 參數(shù)。 PID 功能塊只接受 之間的實(shí)數(shù)（實(shí)際上就是百分比）作為反饋、給定與控制輸出的有效數(shù)值，如果是直接使用 PID 功能塊編程，必須保證數(shù)據(jù)在這個(gè)范圍之內(nèi)，否則會(huì)出錯(cuò)。 在 S7200 中 ， PID 功能是通過(guò) PID 指令功能塊實(shí)現(xiàn)。這是單主站模式，一臺(tái) PLC 和 PC 直接連接， PC 接口為 RS232 串口。 符號(hào)表 符號(hào)表允許程序員用符號(hào)來(lái)代替存儲(chǔ)器的地址，符號(hào)地址便于記憶，使程序更容易理解。 6