【正文】 器 3模入單元 4模出單元 5回路控制板 6CPU 單元 7電動調(diào)節(jié)閥 硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件的設(shè)計包括檢測單元、執(zhí)行單元和控制單元的設(shè)計，他們互 相連接，組成一個完整的系統(tǒng)。校正時打開中繼箱蓋，即可進行調(diào)整， 左邊的 (Z)為調(diào)零電位器，右邊的 (R)為調(diào)增益電位器。當位置反饋信號與輸入信號相等時，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，調(diào)節(jié)閥處于某一開度。在系統(tǒng)中， PLC 是控制的中心元件，它的選擇是控制單元設(shè)計的重要部分。 //主程序 (OB1) A //首次掃描時 CALL 0 //調(diào)用初始化子程序 //子程序 0 A L + 000e+001 //裝入給定值 75% T MD104 //放入回路表中對應(yīng)的位存儲器 L +50 //裝入回路增益 T MD112 //放入回路表中對應(yīng)的位存儲器 L +6 //裝入采樣時間 6s T MD116 //放入回 路表中對應(yīng)的位存儲器 L +3 //裝入積分時間 3s T MD120 //放入回路表中對應(yīng)的位存儲器 L + 000e+000 //關(guān)閉微分時間 T MD124 //放入回路表中對應(yīng)的位存儲器 L 100 //設(shè)置定時中斷 0 的時間間隔為 100ms T MB34 //放入對應(yīng) 的特定位存儲器中 ATCH 0， 10 //設(shè)置定時中斷以執(zhí)行 PID 指令 ENI //允許中斷，子程序 0 結(jié)束 //中斷程序 0 A L PIW0 //單極性模擬量經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后存入累加器 DTR //32 位整數(shù)轉(zhuǎn)換為實數(shù) /R //標準化累加器中的實 數(shù) T MD100 //存入回路表 A //在自動方式下，執(zhí)行 PID 指令 PID MB100， 0 //回路表的起始地址 VB100，回路號為 0 A L MD108 //PID 控制器的輸出值送入累加器 *R //將累加器中的數(shù)標準化 RND //實數(shù)轉(zhuǎn)換為 32 位整數(shù) DTI PQW0 //將 16 位整數(shù)寫入到模擬量輸出 (D/A)積存器 PLC 輸出控制電動調(diào)節(jié)閥開度的指令序列如下： L +001 //要輸出電動調(diào)節(jié)閥的開度 15% T MD 80 //放進位存儲器，地址是雙字 80 CALL UNSCALE //調(diào)用系統(tǒng)功能 SFC106，把它轉(zhuǎn)換為輸出量 IN := MD80 HI_LIM := +002 //上限值 100% LO_LIM := +000 //下限值 0% BIPOLAR := FALSE RET_VAL := MW84 //如果出錯就會在位存儲器 MW84 中的值為 1， 28 不出錯就為 0 OUT := MW86 //輸出值 L MW 86 T AO0 //把轉(zhuǎn)換后的值送到電動調(diào)節(jié)閥的地址 29 5 實驗情況介紹 上水箱液位比例調(diào)節(jié) 首先設(shè)定給定值為 150，調(diào)整 P 參數(shù) KC 為 80，系統(tǒng)。電動調(diào)節(jié)閥還提供 手動操作，它的上部有個手柄，和軸連接在一起，在系統(tǒng)掉電時可進行手動控制，保證系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用。 圖 45 執(zhí)行器的工作原理圖 執(zhí)行機構(gòu)首先將來自調(diào)節(jié)器的信號轉(zhuǎn)變成推力或位移，對調(diào)節(jié)機構(gòu) (調(diào)節(jié)閥 )根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)的推力或位移，改變調(diào)節(jié)閥的閥芯或閥座間的流通面積，以達到最終調(diào)節(jié)被控介質(zhì)的目的。傳感器輸出 4~20mA 電流信號，通過負載電阻 250Ω轉(zhuǎn)換成 1~5V 電壓信號。 PID1為外環(huán)，控制下水箱的液位，它的輸出值作為 PID2的設(shè)定值，PID2控制上水箱的液位。當液位升高到設(shè)定高度時，設(shè)定值與控制變量平衡， PID 調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號為零，電動調(diào)節(jié)閥就維持在那個開度，流量也不變，同時水箱的液位也維持不變?；芈繁硪姳?32。為了實現(xiàn)手動方式到自動方式的無擾動切換，轉(zhuǎn)換前必須把當前的手動控制 22 輸出值寫入回路表的 nM 欄。當輸出值超出范圍 (小于 或大于)，根據(jù)下列公式進行調(diào)整： )( nn MDMPMX ??? 當控制器輸出 ?nM 或 )( nn MDMPMX ??? 當控制器輸出 ?nM 其中的 MX 是調(diào)整后的積分和， nM 是 n 次采樣時控制器的輸出值， nMP 和nMD 分別是第 n 次采樣時 nM 中的比例項和微分項。 回路輸出轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的實數(shù)的指令序列如下： L MD108 //將回路輸出送入累加器 21 R //僅雙極性數(shù)才有此語句 *R 64 //單極性變量應(yīng)乘以 32 將代表回路輸出的實數(shù)轉(zhuǎn)換成 16 位整數(shù)的指令序列如下： RND //將實數(shù)轉(zhuǎn)換為 32 位整數(shù) T PQW0 //將 16 位整數(shù)寫入模擬輸出 (D/A)寄存器 ? 正作用與反作用 增益為正時為正作用回路，反之為反作用電路。指令序列如下，實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的方法。 （ 2） 使用 PID 指令 表 31 擴充臨界比例法 PID 參數(shù)計算公式 控制度 調(diào)節(jié)規(guī)律 crTT crC KK crI TT crDTT PI PID PI PID PI PID PI PID 模擬調(diào)節(jié)器 PI PID S7300 提供 PID 控制用的 PID 功能指令，它們實際上是用于 PID 控制的子程序，與模擬量輸入 /輸出模塊一起使用，可以得到類似于使用 PID 過程控制模塊的效果，但是價格便宜得多?？刂菩Ч脑u價函數(shù)通常采用 ??0 2 )(min dtte(最小誤差平方面積 )，那么 19 A N AD D CA N AD D CI S EI S Edttedtte)m i n ()m i n ()(m i n)(m i n0202??????????????????控制度 式中下標 DDC 和 ANA 分別表示直接數(shù)字控制系統(tǒng)和模擬調(diào)節(jié)器控制。在設(shè)計中用到一種在工程中廣泛應(yīng)用的擴充臨界比例法來整定 PID 參數(shù) ,它是一種基于系統(tǒng)臨界振蕩參數(shù)的閉環(huán)整定法。由圖可以看出，上水箱的擾動包括在副環(huán)內(nèi)，可以減小這個擾動對系統(tǒng)的影響 [6]。 17 對于過程控制系統(tǒng)裝置，雙級水箱液位控制比單級水箱液位控制困難，會遇到許多的問題，滯后時間比較長，對于環(huán)境的變化多少會受一定的影響，如想要好的控制效果就要引入新的控制系統(tǒng)，運用單回路控制系統(tǒng)來控制是不能達到控制精度和要求。 PI調(diào)節(jié)引入積分動作帶來消除系統(tǒng)殘差的同時，卻降低了原有系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 比例積分調(diào)節(jié) 積分作用則是一種記憶 ,對誤差進行累積 ,有利于消除靜差。如果 M直接代表調(diào)節(jié)閥開度的變化量，那么 ? 就代表使調(diào)節(jié)閥開度改變 100%即從全關(guān)到全開時所需要的被調(diào)量的變化范圍。采用增量型算式計算 M(n)的優(yōu)點是 :編程簡單，歷史數(shù)據(jù)可以遞推使用，占用存儲單元少，運算速度快。 1. 位置型算法 系統(tǒng)中的電動調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)動作是連續(xù)的，任何輸出控制量 M都對應(yīng)于調(diào)節(jié)閥的位置。比例積分作用則需要稍長的時間。當 t1/t2= 時，為一階環(huán)節(jié)；當 t1/t2= 時，過程的傳遞函數(shù)2)1()( ?? TSKSG (此時 )( 2121 ???? ttTT )。 開啟單向泵電源開關(guān)，啟動動力支路，將 PLC 的輸出值迅速上升到小于等于60，將被控參數(shù)液位高度控制在 15cm 處。這是由兩個一階非周期慣性環(huán)節(jié)串聯(lián) 圖 29 上水箱下水箱系統(tǒng)圖 起來的，被調(diào)量是第二水槽的水位 h2。開啟單向泵電源開關(guān)，啟動動力支路，將被控參數(shù)液位高度控制在 。系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線如圖 26 所示， t=0 時曲線斜率最大，之后斜率減小，逐漸上升到穩(wěn)態(tài)值 h(∞ )，該曲線可用一階有時延環(huán) 節(jié)來近似。 PS 307 10A 模塊基本電路如圖 24 所示。 模擬量輸出模塊 經(jīng)過 CPU 處理后的結(jié)果是數(shù) 字量，而執(zhí)行機構(gòu)能接收的信號是模擬信號，這就要求 PLC 配有模擬量輸出模塊。 A/D 轉(zhuǎn)換部件是模塊的核心，其轉(zhuǎn)換原理采用積分方法。 CPU 不掃描用戶程序，可以通過編程裝置從 CPU 中讀出，也可以下載程序到 CPU 中。 S7300 的 CPU 模塊的方式選擇開關(guān)都一樣，有 4 種工作方式，通過可卸的專用鑰匙控制選擇。 ? 強勁的內(nèi)部集成功能，全面的故障診斷功能、口令保護，便利的連接系統(tǒng)和無槽位限制的模塊化結(jié)構(gòu)。模塊式 PLC 由機架和模塊組成， S7300 是模塊化的中小型 PLC，適用于中等性能的控制要求。從氣動控制到電氣控制到電子控制再到數(shù)字控制， PID 控制器的體積逐漸縮小，性能不斷提高各種現(xiàn)代控制技術(shù)的出現(xiàn)并沒有削弱 PID 控制器的應(yīng)用，相反，新技術(shù)的出現(xiàn)對于 PID 控制技術(shù)發(fā)展起了很大的推動作用。 (4) 智能控制 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對工業(yè)過程不僅要求控制的精確性，更加注重控制的魯棒性、實時性 、容錯性以及對控制參數(shù)的自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)能力?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原理設(shè)計 [1]。 6) 成本可與繼電器控制盤競爭。由于接線復(fù)雜，當生產(chǎn)工藝和流程改變時必須改變接線，因此，其通用性和靈活性較差。 I 畢 業(yè) 論 文 題目： PLC 的液位控制設(shè)計 所在學(xué)院 ： 計算機與電氣自動化學(xué)院 所學(xué)專業(yè) ： 電氣工程及其自動化 II 摘 要 本次畢業(yè)設(shè)計的課題是基于 PLC 的液位控制系統(tǒng)的設(shè)計。但是繼電器控制系統(tǒng)具有明顯的缺點：設(shè)備體積大、可靠性低、故障查找困難以及維修不方便。 5) 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和 輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。目前，比較成熟的自適應(yīng)控制分三類： A、自整定調(diào)節(jié)器及其它簡單自適應(yīng)控制器； B、模型參考自適應(yīng)控制； C、自校正調(diào)節(jié)與控制。在革新階段，PID 控制器已經(jīng)發(fā)展成一種最魯棒的、可靠的、易于應(yīng)用的控制器。 3 2 S7300 中小型 PLC 和控制對象介紹 西門子 PLC 控制系統(tǒng) 西門子的中小型 PLC S7300 系列采用模塊式結(jié)構(gòu)，用搭積木的方法來組成系統(tǒng)。 S7300 系列 PLC 的主要特點是： （ 1） 功能強 ? 極強的計算性能，完善的指令集， MPI 接口和通過 SIMECLAMS 聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)功能，使 S3300 功能更強。 CPU 313 是具有更大存儲器、低成本的解決方案。 3) STOP：停止方式。 圖 21 SM 331 端子接線圖 SM 331 模入模塊主要由 A/D 轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開關(guān)、補償電路、恒流源、光電隔離元件、邏輯電路組成。不用的通道要在組態(tài)軟件中屏蔽掉，以免受干擾 [7]。系統(tǒng)選用10A 的電源模塊。畢業(yè)設(shè)計運用直角坐標圖解法確定系統(tǒng)一階系統(tǒng)的參數(shù)。 在一階單容上水箱對象特性測試實驗中，先設(shè)定輸出值的大小，這個值根據(jù)出水閥門的開度大小來設(shè)定，初次設(shè)定的值為 46。 )(63 ??? hT