【正文】 .................................................................................................................................. 46 參考文獻： ......................................................................................................................... 47 致 謝 ................................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 因此，液位自動控制系統對降低能耗、節(jié)約成本、提高企業(yè)的經濟效益，在現代工業(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、廉價化、標準化、高速化、智能化、大容量化、網絡化的方向發(fā)展。 S7200 PLC 的概述 可編程控制器是計算機家族中的一員，是在繼電器控制和計算機控制的基礎上開發(fā)的產品，是為工 業(yè)控制應用而設計制造的以微處理器為核心，把自動化技術、計算機技術和通訊技術融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。 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 從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結束符號后又返回到第一條，如此周而復始不斷循環(huán)，一般而言， PLC 的掃描過程分為內部處理（自診斷）、通信操作、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等幾個階段。由于 S7200 系列 PLC具有緊湊的設計、良好的擴展性、低廉的價格和強大的指令 系統，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)、各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。 RS485 的串行通信端口：位于機身的左下部，是 PLC 主機實現人 機對話、機 機對話的通道，實現 PLC 與上位計算機的連接，實現 PLC 與 PLC、編程器、彩色圖形顯示器、打印機等外部設備的連接。 STEP7Micro/WIN32 的基本功能是協助用戶開發(fā)應用軟件。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 指定運行程序的掃描次數；強制變量值等。 數據塊 顯示數據塊的內容。 狀態(tài)表 狀態(tài)表用來觀察程序執(zhí)行時指定的變量的狀態(tài)，狀態(tài)表并不下載到 PLC，僅僅是 7 監(jiān)控用戶程序運行情況的一種工具。建立了計算機和 PLC的在線聯系，就可以在“系統塊”窗口內對這 些參數和選項進行軟件檢查、設置和修改。 從而 抑制系統閉環(huán)內的各種因素所引起的擾動，使反饋跟隨給定變化。因此，必須把外圍實際的物理量與 PID 功能塊需要的（或者輸出的）數據之間進行轉換。 PID 參數的取值，以及它們之間的配合，對 PID 控制是否穩(wěn)定具有重要的意義。 積分時間 Ti 積分部分與誤差 對時間的積分成正比，因為積分時間 Ti 在積分項的分母中， Ti越小，積分速度越快，積分作用越強。 綜上所述，積分作用太強（即 Ti 太?。┦瓜到y的穩(wěn)定性變差，超調量增大；積分作用太弱（即 Ti 太大）使系統消除誤差的速度減慢， Ti 的值應取得適中。因為微分部分太強，抵制了被控量上升，導致被控量上升極為緩慢，到達穩(wěn)態(tài)的時間過長。 回路表的起始地址 TBL： VB； 回路號 LOOP： 0～ 7 的常數。通過設置常量參數，可選擇需要的回路控制類型。 （ 1）水槽裝置（被控對象） 水槽有一個入水口，一個出水口，一個壓力引水口。本論文為定值自動調節(jié)系統， FV101 為操縱變量， LT103 為被控變量，采用 PID 調節(jié)來完成。 軟件設計 軟件設計主要包括兩部分內容： 第一：組態(tài)軟件的使用，創(chuàng)建一個單容液位控制畫面，畫面的主要內容有：水箱的控制，主要實現 A/D 轉換、 D/A 轉換、數據的歸一化與 PID 算法。對于單極性 Offset 為 ，雙極性 Offset 為 ；由于擴散硅壓力變送器的輸出信號為 4mA~20mA，也就是說 PID 最小輸入值為4，那么對應的調整值 為 6400。 （ 24） 式中 Rscal—— 按工程量標定的實數格式的回路輸出； Mn—— 回路輸出的歸一化實數值； 這一過程可以用下面的梯形圖完成，如圖 29。并且進一步轉換為上位機可以顯示的數值（百分制）。 力控開發(fā)系統提供的上述多種工具和圖形，方便用戶在組態(tài)工程時建立豐富的圖形界面 ?？蔀榇翱谶x擇背景色。力控的子圖庫中提供了包括控制按鈕、指示表、閥門、電機、泵、管路和其它標準工業(yè)元件在內的數千個子圖。 3．在工具欄的圖庫按鈕單擊，彈出圖庫窗口。 3．選中圖形對象后直接按下“ Alt + Enter”鍵。 2．水平拖動：拖動連接使圖形對象的水平位置與變量數值相關聯。 1．邊線：邊線變化連接是指圖形對象的邊線顏色隨著表達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 數值動畫 包括數值輸入和數值輸出兩大類，其中可以細分為：模擬輸入、開關輸入、字符輸入、 模擬輸出、開關輸出、字符輸出六小項。 3．開關輸入：開關輸入連接中連接變量為開關量。 2．禁止：允許 /禁止動作可以控制圖形的允許和禁止操作。 圖 39 手動 /自動控制泵開關動畫連接 7． 水位報警指示燈動畫連接如圖 310 所示。 29 圖 314 水罐液位控制系統動畫連接后效果窗口 動作腳本概述 為了給用戶提供最大的靈活性和能力，力控提供了動作腳本編譯系統，具有自己的編程 語言，語法采用類 BASIC 的結構。 處理順序由應用程序指定，不同類型的動作腳本決 定以何種方式加入控制。 2．選擇菜單命令“特殊功能 [S]/動作”或者選擇工程項目的樹形菜單中的“動作”子節(jié)點都可以創(chuàng)建各種動作腳本。它只生存在 VIEW 的程序中，通過它便可以作用于實時數據庫 DB，數據是通過消息方式通知 DB 程序的，本節(jié)介紹該語言的語法及用法。 6．多分支語句：使用多分支語句可以根據指定的條件控制腳本的執(zhí)行流程，在根據同一個條件處理多個分支時，它比條件語句更清晰。意即程序運行到此處可以根據 條件的真假而決定執(zhí)行什么樣的后繼語句。雖然 IF 語句嵌套也能實現，但是層數多，不直觀，可讀性差。 Default： 當 E 不匹配 Case 子句的任何部分時執(zhí)行其后的執(zhí)行語句。a 的值為 1 時將執(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)語句， WHILE 循環(huán)和 FOR 循環(huán) , 循環(huán)語句一般配合數組使用。 IndirVar[2] = amp。 WHILE n 5 DO 53 IF (IndirVar[n] Max) THEN Max = IndirVar[n]。 注意：初值表達式 E2, 增量表達式 E3 在進入循環(huán)時對其求值一次，循環(huán)中不在計算。 其中 I＝ 0 為循環(huán)變量初始化， I=0 TO 3 表示循環(huán)的結束判斷，當 I=3 時，則說明循環(huán)應 用結束 。 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)結構 語句循環(huán)操作的實現使計算機真正充當了代替人工作的角色。a 的值為 3 時將執(zhí)行 b = b+2。 Default: b = b+10。當表達式 E 的值與 cn 的任何一分界值相匹配時，便執(zhí)行其后的執(zhí)行語句，當執(zhí)行到下一個 Case 或 Default 語句時， 將跳出多分支語句。如根據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：軟件提供了一些定制好的系統函數，用戶也可以自定義函數。 4．賦值語句：為變量或屬性賦值的語句。其基本類似于 BASIC 語言和 C 語言，只要有一些高級語言的編程基礎，可以很容易的掌握。 動作腳本的創(chuàng)建方式 動作腳本包括：窗口動作、應用程序動作、數據改變動作、鍵動作和條件動作等。 所有動作腳本都是事件驅動的。 9．游標動畫連接如圖 313 所示，游標為數值輸入控件，可以模擬水罐水位變化情況。 圖 37 指示儀表動畫連接 5． 出水閥與 數據庫變量連接，如圖 38 所示。需要注意的是圖形對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：旋轉連接能使圖形對象的方位隨著一變量或表達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象的填充比例隨著變量或表達式值的變化而改變。 顏色動畫 該類動作分為：邊線、實體文本、條件、閃爍、垂直填充、水平填充六大類。 1．垂直拖動：拖動連接使圖形對象的垂直位置與變量數值相關聯。 動畫連接的創(chuàng)建方法 創(chuàng)建并選擇連接對象，如線、填充圖形、文本、按鈕、子圖等的動畫連接創(chuàng)建方法有以下幾種： 1．先選中圖形對象，然后在屬性設置導航欄中，點擊按鈕 切換到動畫頁，選擇相應 的動畫功能。 圖 33 液位控制系統組態(tài)界面 1．在工程項目的窗口項上右鍵單擊鼠標，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 小不會失真，同時精靈圖庫中的圖形對象的動畫定義可以直接進行變量選取。 2．說明 輸入與窗口相關的說明文字（可選）。 19 3 液位過程控制系統的組態(tài)界面及動畫連接 創(chuàng)建組態(tài)畫面 進入開發(fā)系統后，可以為每個工程建立無限數目的畫面，在每個畫面上可以組態(tài)相互關聯的靜態(tài)或動態(tài)圖形，這些畫面是由開發(fā)系統提供的豐富的圖形對象組成的。在增加了 PID 自動調諧后，回路表現已擴展到 80 個字節(jié)， PID 回路表 如表 21 所示。這一過程，是給定值或過程變量的標準化轉換的逆過程。 轉化公式如式 23 (23) 式中 Rnorm—— 工程實際的歸一化值； Rraw —— 工程實際值的實數形式值，未歸一化處理； Offset—— 調整值。為了順利轉變?yōu)樽詣幽Ｊ娇刂?，在轉換至自動控制之前由手動控制的輸出值必須作為 Mn 寫入回路表中對應Mn 的地址中。 表 22 單容上水箱液位調節(jié)閥 PID 單回路控制檢測點清單 序號 位號或代號 設備名稱 用途 原始信號類型 工程量 1 2 FV101 LT103 電動調節(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： 為了使系統監(jiān)控方便，最終信號全部為 210V 信號。上位機也可對相應的地址進行賦值，來設定相關參數。 PID 控制回路的選擇 在許多控制系統中，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。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)值時變化緩慢。因此積分作用很少單獨使用，它一般與比例和微分聯合使用，構成 PI 或 PID 控制器。但是 Kc 過大會使超調量增大，振蕩次數增加，調節(jié)時間加長，導致動態(tài)性能變壞， Kc 過大甚至會使閉環(huán)系統不穩(wěn)定。 新版編程軟件 STEP 7 Micro/WIN 內置了一個 PID 調試控制面板工具，具有圖形化的給定、反饋、調節(jié)器輸出波形顯示，可以用于手動調試 PID 參數。 PID 功能塊只接受 之間的實數（實際上就是百分比）作為反饋、給定與控制輸出的有效數值，如果是直接使用 PID 功能塊編程，必須保證數據在這個范圍之內，否則會出錯。 在 S7200 中 ， PID 功能是通過 PID 指令功能塊實現。這是單主站模式，一臺 PLC 和 PC 直接連接， PC 接口為 RS232 串口。 符號表 符號表允許程序員用符號來代替存儲器的地址，符號地址便于記憶，使程序更容易理解。 6