【文章內(nèi)容簡介】 序，PLC在實現(xiàn)按照事件或輸入狀態(tài)的順序控制相應輸出的場合更簡便。（5）PID控制 PLC具有PID控制功能。PLC可以接模擬量輸入和輸出模擬量信號。通常采用專門的PID控制模塊來實現(xiàn)。（6）數(shù)據(jù)處理 PLC具有數(shù)據(jù)處理能力。它能進行自述運算數(shù)據(jù)比較，數(shù)據(jù)傳送，數(shù)制轉換，數(shù)據(jù)顯示和打印，數(shù)據(jù)通信等功能。新一代的大，中型PLC還能進行函數(shù)運算，浮點運算等。（7）通信和聯(lián)網(wǎng) 新一代的PLC都具有通信功能。它既可以對遠程I/O進行控制，又能實現(xiàn)PLC和PLC，PLC和計算機之間的通信。因此，可以方便地構成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。（8）PLC還具有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，例如：定位控制模塊，CRT模塊等。[8] S7200系列PLC元件功能1. 數(shù)據(jù)類型 數(shù)據(jù)類型S7200系列PLC的數(shù)據(jù)類型可以是字符串、布爾型（0或1）、整數(shù)型和實數(shù)型（浮點數(shù)）。布爾型數(shù)據(jù)指字節(jié)型無符號整數(shù)；整數(shù)型數(shù)包括16位符號整數(shù)（INT）和32位符號整數(shù)（DINT）。2. 編程元件 （1） 輸入映像寄存器I（輸入繼電器） 輸入映像寄存器的工作原理：輸入繼電器是PLC用來接收用戶設備輸入信號的接口。PLC中的繼電器與繼電器控制系統(tǒng)中的繼電器有本質(zhì)性的差別，是軟繼電器，它實質(zhì)是存儲單元 輸入映像寄存器的地址分配：S7200輸入映像寄存器區(qū)域有IB0～IB15共16個字節(jié)的存儲單元。系統(tǒng)對輸入映像寄存器是以字節(jié)（8位）為單位進行地址分配的。 （2） 變量存儲器V 變量存儲器主要用于存儲變量?？梢源娣艛?shù)據(jù)運算的中間運算結果或設置參數(shù)，在進行數(shù)據(jù)處理時，變量存儲器會被經(jīng)常使用。變量存儲器可以是位尋址，也可按字節(jié)、字、雙字為單位尋址，其位存取的編號范圍根據(jù)CPU的型號有所不同，CPU221/～，CPU224/～ （3） 內(nèi)部標志位存儲器（中間繼電器）M 內(nèi)部標志位存儲器，用來保存控制繼電器的中間操作狀態(tài)，其作用相當于繼電器控制中的中間繼電器，內(nèi)部標志位存儲器在PLC中沒有輸入/輸出端與之對應，其線圈的通斷狀態(tài)只能在程序內(nèi)部用指令驅動，其觸點不能直接驅動外部負載，只能在程序內(nèi)部驅動輸出繼電器的線圈，再用輸出繼電器的觸點去驅動外部負載。 （4） 特殊標志位存儲器SM PLC中還有若干特殊標志位存儲器, 特殊標志位存儲器位提供大量的狀態(tài)和控制功能，用來在CPU和用戶程序之間交換信息，特殊標志位存儲器能以位、字節(jié)、字或雙字來存取。（5） 定時器T PLC所提供的定時器作用相當于繼電器控制系統(tǒng)中的時間繼電器。每個定時器可提供無數(shù)對常開和常閉觸點供編程使用。其設定時間由程序設置。 （6） 計數(shù)器C計數(shù)器用于累計計數(shù)輸入端接收到的由斷開到接通的脈沖個數(shù)。計數(shù)器可提供無數(shù)對常開和常閉觸點供編程使用，其設定值由程序賦予。 （7） 累加器AC 累加器是用來暫存數(shù)據(jù)的寄存器，它可以用來存放運算數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和結果。CPU提供了4個 32位的累加器，其地址編號為AC0～AC3。累加器的可用長度為32位，可采用字節(jié)、字、雙字的存取方式，按字節(jié)、字只能存取累加器的低8位或低16位，雙字可以存取累加器全部的32 位。[9]第3章 水塔水位控制系統(tǒng)方案設計 傳統(tǒng)水塔水位控制圖31 傳統(tǒng)水塔水位控制布局圖 工作原理通過指示燈模擬上水水泵，結合鈕子開關模擬水位監(jiān)測信號，模擬了水塔自動上水控制，當水池水位低于水池低位界面（s1為ON）時，電磁閥Y打開進水（Y為ON），定時器開始定時，4S后，如果S1還不為OFF，那么閥Y指示燈閃爍，表示閥Y沒有進水，出現(xiàn)故障，S3為ON后，閥Y關閉(Y為OFF)。當S1為OFF，且水塔水位低于水塔低位水位界時，S3為ON，水泵M運轉抽水。當水塔水位高于水塔高水位界時水泵M停止。[10] 外部接線與控制列表圖32傳統(tǒng)水塔水位控制電氣接線圖表31 水塔水位模擬控制接線列表名稱PLC端子說明燈M模擬水塔提水水泵電動機運行動作燈Y模擬地面水池的進水閥門的開關動作開關S1模擬水池水位低限報警信號開關S2模擬水池水位高限報警信號開關S3模擬水塔水位低限報警信號開關S4模擬水塔水位高限報警信號（程序見附錄） PID水塔水位控制系統(tǒng)的工作原理傳統(tǒng)的水塔水位控制方式具有占地面積大、投資高、水泵電機頻繁起動、耗電多、管網(wǎng)水壓不穩(wěn)、爆管現(xiàn)象頻繁、水漏失嚴重等缺點；不僅生活用水容易受到二次污染，而且水泵電機的頻繁起動使設備故障率高，檢修、維護也 存在困難。因此如何利用有效的水源和電能保證各行各業(yè)正常供水，已是迫在眉睫。在傳統(tǒng)的水塔、水箱供水的基礎上，加入了PLC及液壓變送器等器件．利用PLC和組態(tài)軟件來實現(xiàn)水塔水位的控制．提供了一種實用的水塔水位控制方案。在系統(tǒng)中，只使用比例和積分控制，其回路增益和時間常數(shù)可以通過工程計算初步確定，但還需要進一步調(diào)整達到最優(yōu)控制效果。系統(tǒng)啟動時，關閉出水口，用于動控制輸入控制液體閥，使水位達到滿水位的75%，然后打開出水口，同時輸入控制液體閥從手動方式切換到自動方式。這種切換由一個輸入的數(shù)字量控制。[11] 設計分析圖33設計分析示意圖“水塔水位自動控制系統(tǒng)”的控制對象為水泵，容器為水塔或儲液罐。水位高度正常情況下控制在C、D之間，如圖（a）。當水位在低于C點時，水泵開始進水，如圖（b）。當水位高于D點時，水泵停止進水，如圖（c）。當水位低于C點并到達B點時就報警，采取手動啟動水泵，如圖（d）。當水位超過D點并到達E點時上限報警，采取強制停止水泵，水位從溢流口流出，如圖（e）。 可行性試驗圖34為水塔水位控制器的外觀正視圖，由電源指示燈、報警確認燈、水位指示燈以及報警確認開關組成。接通電源時，電源指示燈亮，當水塔中水深處于不同位置時，水位指示燈B、C、D、E情況不同。圖34水塔水位控制器外觀圖①當水位處于B點之下，指示燈B、C、D、E全亮，報警電路開始報警，即下限報警。 ②當水位處于B、C之間，指示燈B滅，C、D、E亮，水泵開始進水?！? ③當水位處于C、D之間，指示燈B、C滅，C、D亮，保持狀態(tài)，即保持進水?！? ④當水位處于D、E之間，指示燈B、C、D滅，E亮，停進狀態(tài)，即水泵不工作。　 ⑤當水位處于E點之上，指示燈B、C、D、E全滅，水泵不工作，報警電路開始溢出報警，即上限報警。⑥報警電路可以手動關閉，只要按下報警確認開關，就可以解除報警的蜂鳴聲。此時，報警確認燈亮起。處理完故障時，必須關閉報警確認燈，報警確認電路復位，恢復其監(jiān)測故障的功能。 可行性分析 此方案采用純硬件電路設計，避免了軟件程序設計中的不穩(wěn)定因素，提高了實際運用中的可靠性。同時，對于不同類型的液體，此系統(tǒng)均有良好的兼容性。當水塔中液體改變時，只需要將電位器中的阻值和該液體的阻值調(diào)節(jié)到一個數(shù)量級上就可以很方便的實現(xiàn)此液體的水位控制操作。試驗證明，此水塔水位控制器不僅實現(xiàn)了對水塔水位的精確控制，而且，此系統(tǒng)更具有工業(yè)生產(chǎn)的實際性。 水位閉環(huán)控制系統(tǒng)圖35 供水系統(tǒng)控制原理圖MM2—水泵 Y0Y3—液位開關 F1—手閥 F2—電磁閥 為了精確的實現(xiàn)對水位的控制，必須建立閉環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)水塔中的進、出水的水位可以自動控制水泵，使水位處于動態(tài)的平衡狀態(tài)。供水系統(tǒng)的基本原理如圖35所示，水位閉環(huán)調(diào)節(jié)原理是：通過在水塔中的三個液壓變送器，將水位值變換為4～20 mA電流信號進入PLC，把該信號和PLC中的設定值的程序進行比較，并執(zhí)行較后程序，通過水泵的開關對水塔中的水位進行自動控制。當PLC出現(xiàn)故障時，還有一套手動控制來進行對水塔水位控制。手動控制采用交流接觸器。 上水箱液位低于Y3時，MM2同時工作，F(xiàn)2打開。液位上升至Y2時，M2停止，F(xiàn)2關閉，M1繼續(xù)工作。液位上升至Y1時，M1也停止。打開F1手閥使上水箱放水，液位下降。當液位又低于Y1時M1起動工作，如F1開度較大下水量大于上水量，使液位繼續(xù)下降至Y2時，M2啟動工作同時F2打開，使上水量大幅上升，保持液位。Y0為下水箱缺水報警開關下水箱液位低于Y0時意味著水泵進水口缺水，此時應自動切斷電源并報警。圖36 水位閉環(huán)控制圖第4章 PLC中PID控制器的實現(xiàn) PID算法PID(ProPortiona1IntegralDerivative)是工業(yè)控制常用的控制算法，無論在溫度、流量等慢變化過程，還是速度、位置等快速變化的過程，都可以得到很好的控制效果。PID控制算法一般由【比例項+積分項+微分項】組成。積分項的作用是消除系統(tǒng)靜差，而微分項則改善系統(tǒng)的動態(tài)響應速度。[12]PLC技術不斷增強，運行速度不斷提高。不但可以完成順序控制的功能，還可以完成復雜的閉環(huán)控制。41 閉環(huán)控制系統(tǒng)作為閉環(huán)控制的重要特征，采用了“誤差”的概念，即:在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，利用給定輸入sP(t)與實際輸出c(t)經(jīng)過測量裝置裝置轉換后的反饋量Pv(t)之間的差值e(t)作為控制量，來實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。在實際閉環(huán)控制系統(tǒng)中，誤差e(t)一個很小的變化量。因此，為了對系統(tǒng)進行更精確的控制，消除系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)的輸出誤差，改善系統(tǒng)的動態(tài)響應性能，需要對誤差進行放大(比例調(diào)節(jié)P)、積分(積分調(diào)節(jié)I)、微分(微分調(diào)節(jié)D)，才能有效地控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機構，保證系統(tǒng)具有良好的動、靜態(tài)性能。在自動控制系統(tǒng)中，用來對誤差進行放大、積分、微分等處理的裝置稱為“調(diào)節(jié)器”，當調(diào)節(jié)器具有“放大”、“積分”、“微分”功能時，即成為PID調(diào)節(jié)器。在變頻恒壓供水自動控制系統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)和應用實踐中，經(jīng)常采用PID控制器、軟件PID以及變頻器內(nèi)置PID來實現(xiàn)系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)功能，三種方法各具優(yōu)缺點，本設計選用PID算法的PLC實現(xiàn)方法。[13] PID應用在工業(yè)生產(chǎn)中，常常需要用閉環(huán)控制方式來控制溫度、液位、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量。無論是使用模擬控制器的模擬控制系統(tǒng)，還是使用計算機（包括PLC）的數(shù)字控制系統(tǒng)，PID控制都等到了廣泛的應用。PID控制簡單易懂，使用中不必能清楚系統(tǒng)的數(shù)字模型。有人稱贊它是控制領域的常青樹是不無道理的。PID控制器是比例積分微分控制(ProportionalIntegralDerivative)的簡稱,之所以得到廣泛應用是因為它具有如下優(yōu)點：（1）不需要精確地控制系統(tǒng)數(shù)字模型。由于非線性和時變性很多工業(yè)控制對象難以得到其準確的數(shù)字模型，因此不能使用控制理論中的設計方法。對于這一類系統(tǒng)，使用PID控制可以得到比較滿意的效果。（2）有較強的靈活性和適應性。積分控制可以消除系統(tǒng)的靜差，微分控制可以改善系統(tǒng)動態(tài)響應速度，比例、積分、微分控制三者有效地結合就可以滿足不同的控制要求