【正文】 制動化，[18] 張文慶，用 PLC 的軟件實現(xiàn) PID 閉環(huán)控制，. 7～8[19] 陳　娟，陳志強，PLC 在水塔水位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J ]，安徽技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報, (4): 348—350[20] 西門子 SIMATIC S7200 可編程序控制器操作與編程指南［S］ ．重慶鋼鐵．附　錄附錄一：S7200—CPU 226 技術(shù)數(shù)據(jù)： 描述CPU 226 DC/DC/DCCPU 226 AC/DC/繼電器物理特性尺寸 (W X H X D)重量功耗196 x 80 x 62 mm550 g11 W196 x 80 x 62 mm660 g17 W存儲器特性程序存儲器 在線程序編輯時 非在線程序編輯時 數(shù)據(jù)存儲器 裝備 (超級電容) (可選電池)16384 bytes 24576 bytes 1。2022[10] ，[11] 。 參考文獻[1] ：國防工業(yè)出版社，2022[2] ：[3] 范永生、 PLC 。在此，我祝我的家人和親朋好友永遠快樂，健康一生!最后，感謝各位評閱老師在百忙之中評閱本文。正是來自家庭的支持，我才有可能來到******繼續(xù)學(xué)習(xí)，才有可能使我的學(xué)習(xí)生涯取得更大的進步。憶往昔，特在此對幫助和關(guān)懷我的所有人致以最衷心的感謝! 在此，祝他們身體健康，事業(yè)有成 ! 我還要特別感謝*****和*******給我提供的學(xué)習(xí)和成長的環(huán)境。他平易近人、為人和善的生活態(tài)度和孜孜不倦、永攀高峰的工作精神給我留下了深刻的印象，并且這種獨特的人格魅力將在以后的很長一段時間內(nèi)激勵和鞭策我，驅(qū)使我去克服工作生活中的困難與低沉，是我學(xué)習(xí)的楷模，將使我受益終生。 以上這部分工作有待在以后的學(xué)習(xí)與工作中進一步完成。 課題存在問題與展望l)由于時間關(guān)系，供水監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計不夠完善，例如沒有具體寫出上位機監(jiān)控軟件程序以及對具體的監(jiān)控界面的設(shè)計和數(shù)據(jù)處理。4)系統(tǒng)采取水塔水位 PID 控制系統(tǒng)供水，節(jié)能效果明顯，設(shè)備簡單。2)系統(tǒng)具有完備的故障處理能力，可通過自動工頻運行、遠程手動控制和現(xiàn)場手動控制等方式確保供水，具有故障實時的現(xiàn)場報警和遠程電話自動報警功能，具有故障電機鎖定功能。結(jié) 論 本課題研究結(jié)論本論文針對洛陽市某小區(qū)的生活供水要求，設(shè)計了一套由 PLC、PID 算法 、液位控制閥、水泵、計算機、通信模塊等主要設(shè)備構(gòu)成的水塔水位 PID 控制系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)供水方式普遍存在的效率低、可靠性差、自動化程度不高等缺點，可實現(xiàn)高效節(jié)能、自動可靠、維護簡單、管理方便的穩(wěn)定供水。自動方式下將把輸出值 Mn 轉(zhuǎn)換成 16 位的整數(shù)，首先判斷 Mn 為單極性且非負(fù)的數(shù)，把輸出值送到累加器（VD108,→AC0） ，然后標(biāo)準(zhǔn)化累加器中的值，將實數(shù)轉(zhuǎn)換成雙整數(shù)，再將雙整數(shù)轉(zhuǎn)換成整數(shù)，最后將數(shù)值寫入模擬量輸出（ACO→AQW0） 。首先將整數(shù)轉(zhuǎn)換成雙整數(shù)（AIW0→AC0） ，將雙整數(shù)轉(zhuǎn)換為實數(shù)，而后將數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化（AC0 ，→AC0）,最后將標(biāo)準(zhǔn)化后的 PV 存入回路表（AC0→VD100） 。關(guān)閉微分作用 VD124。 控制程序 //主程序（OBI）LD //首次掃描時CALL 0 //調(diào)用初始話子程序//子程序 0LD MOV_R , VD104 //裝入給定值 75%MOV_R , VD112 //裝入回路增益 MOV_R , VD118 //裝入采樣時間 MOV_R , VD120 //裝入積分時間 30minMOV_R , VD124 //關(guān)閉微分作用MOV_R 100, VD34 //設(shè)置定時中斷 0 的時間間隔為 100msATCH 0, 10 //設(shè)置定時中斷以執(zhí)行 PIDENI //允許中斷，子程序 0 結(jié)束//中斷程序 0LD I_DI AIW0, ACO //單極性模擬量經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后存入累加器DI_R AC0, AC0 //32 位整數(shù)轉(zhuǎn)換為實數(shù)DIV_R AC0, AC0 /R , AC0 //標(biāo)準(zhǔn)化累加器中的實數(shù)MOV_R ACO, VD100 //存入回路表LD //在自動方式下，執(zhí)行 PID 指令PID VB100, 0 //回路表的起始地址為 VB100，回路號為 0LD MUL_R VD108, AC0 //PID 控制器的輸出值送入累加器*R , AC0 //將累加器中的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化ROUND AC0, AC0 //實數(shù)轉(zhuǎn)換為 32 位整數(shù)DI_I AC0, AC0 MOV_W AC0, AQW0 //將 16 位整數(shù)寫入到模擬量輸出（D/A ）寄存器 聯(lián)機（1） 聯(lián)機硬件圖（如圖 64） 64 聯(lián)機硬件圖（2） 運行單擊水泵控制按鈕，系統(tǒng)啟動時關(guān)閉出水口，用手動控制水泵后的輸入輸出控制液體閥，使水位達到滿水位的 75%，這時系統(tǒng)裝載 PID 參數(shù)和連接 PID 中斷服務(wù)程序。（2） 子程序 SBR_0。其作用主要用于 PID 的相應(yīng)計算，在PLC 的常閉繼電器 的作用下工作，它包括 :設(shè)定回路輸入及輸出選項、設(shè)定回路參數(shù)、設(shè)定循環(huán)報警選項、為計算指定內(nèi)存區(qū)域、指定初始化子程序及中斷程序。生活供水時系統(tǒng)設(shè)定為滿量程的 70%，本系統(tǒng)中的增益和時間常數(shù)為:增益 Kc=，采樣時間 Ts=1s，積分時間Ti=30min。 水位 PID 控制的邏輯設(shè)計水位 PID 控制程序分為 3 部分，每部分流程圖如下：（1） 主程序調(diào)用模塊，如圖 62 是所示。變頻器控制水泵電機的每一次啟動均為軟啟動,并規(guī)定各臺水泵必須交替使用,任一臺泵連續(xù)變頻運行不得超過 3 h,因此每次需啟動新水泵時,將現(xiàn)行運行的水泵從變頻器上切除,并換上工頻電源運行,將變頻器復(fù)位并用于新運行水泵的啟動。判斷需不需要啟動新水泵的標(biāo)準(zhǔn)就是變頻器的輸出頻率是否達到設(shè)定的上限值。PID 回路增益和時間常數(shù)初步設(shè)定為:增益 kc=、采樣時間 ts= s、積分時間 ti=30 控制效果。生活及消防雙恒壓的兩個恒定值是采用數(shù)字式方式直接在程序中設(shè)定的。 硬件連接圖圖 53 硬件接線圖 控制系統(tǒng) I/O 地址分配PLC 的輸入 /輸出分配表（如表 51 所示）表 21 I/O 分配表編號 地址 說明 功能1 路模擬量輸出1 AQW0 輸出模擬量 控制輸入控制液壓閥1 路數(shù)字輸入，1 路模擬量輸入1 按鈕，手動自動切換 0 為手動，1 為自動2 AIW0 輸入模擬量 液位傳感器的值第 6 章 系統(tǒng)軟件應(yīng)用設(shè)計系統(tǒng)的自動控制功能主要是通過軟件來實現(xiàn)的,結(jié)合前面所述變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制要求,利用定時器中斷功能實現(xiàn) PID 控制的定時采樣及輸出控制,三臺水泵切換信號的生成、接觸器邏輯控制信號的綜合及報警處理等都由程序控制。(4)工程所需的有關(guān)該模擬量的處理程序。該子程序檢查模塊的連接正確性及模塊工作的正確性。在該子程序中完成采樣次數(shù)的預(yù)置及采樣和單元清零的工作，為開始工作做好準(zhǔn)備。擴展模塊的編址方法依 57 一 200 系列 PLC 技術(shù)手冊中有關(guān)規(guī)定。一般使用模擬量輸入 AIW 及模擬量輸出 AQW 單元安排由模擬量模塊送來的數(shù)字量及待送入模塊轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量輸出的數(shù)字量。模塊安裝完畢后，將模塊自帶的接線排插入主機上的擴展總線插口。(3)確定模塊安裝入系統(tǒng)時的位置，并由安裝位置確定模塊的編號。為防止空置端對接線端的干擾，空置端應(yīng)短接。(2)完成硬件的接線工作。 EM235 的安裝使用EM235 安裝使用的一般過程如下:(l)根據(jù)輸入信號的類型及變化范圍設(shè)置 DIP 開關(guān)，完成模塊的配置工作。（3） 避免將信號線與電源線平行接近布置。（1） 傳感器接線的長度應(yīng)盡可能的短，并使用屏蔽雙絞線。若為電壓負(fù)載，則將負(fù)載接入 MO、VO 接口若為電流負(fù)載則接入 MO、IO 接口。若 4 個接口未能全部使用，如 C 口所示，未用的接口要將 C+與 C端用短路子短接，以免收到外部干擾。為電流輸入時，如 B 口所示須將 RB 與 B+短接。EM235 模塊的上部端子排為標(biāo)注 A、B、C、 D 的四路模擬量輸入接口，可分別接入標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流信號。圖 51 CPU226 外部電路連接圖 EM235 模擬量模塊圖 52 EM235 模塊模擬量 I/O 連線示意圖如圖 53 所示為模擬量 I/O 組合模塊 EM235（4 路模擬量輸入、1 路模擬量輸出）I/O 連接示意圖。CPU226 可用于較高要求的控制系統(tǒng)，更多的 I/O 點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內(nèi)部集成特殊功能使其完全適應(yīng)于復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。CPU226 輸入電路采用了雙向光電耦合器，DC24V 極性可任意選擇，系統(tǒng)設(shè)置1M 為 I0B 輸入端子的公共端，2M 為 I1B 輸入端子的公共端。CPU226 主機共有 24 個輸入點和 16 個輸出點，可連接 7 個擴展模塊，最大擴展至 248 路數(shù)字量 I/O 或 35 路模擬 I/O 點。本設(shè)計選用 CPU226 型 PLC。S7200 系列有 CUP21X 和CPU22X 兩代產(chǎn)品。它的使用范圍可以覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動控制。點對點接口（PPI）可以連接編程設(shè)備、操作員界面和具有串行接口的設(shè)備，用戶程序有三級口令保護。S7200最多有 4 個中斷控制的輸入，輸入響應(yīng)時間小于 ，每條二進制指令的處理時間僅為，S7200 還有日期時間中斷功能。本設(shè)計選用西門子公司的 S7200 PLC 系列，其具結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，有極高的性價比，適用于小型控制系統(tǒng)。要想消除這種錯誤，在下一次執(zhí)行 PID運算之前，應(yīng)改變引起運算錯誤的輸入值，而不是更新輸出值。每次完成 PID 運算后，都要更新回路表內(nèi)的輸出值 ，它被限nM制在 ～ 之間。PID 指令對回路表中的某些輸入值不進行范圍檢查，應(yīng)保證過程變量、給定值等不超限。圖 44 PID 指令圖指令中 TBL 是回路表的起始地址，LOOP 是回路編號。這種切換有一個輸入的數(shù)字量控制。系統(tǒng)啟動時，關(guān)閉出水口。例如，可能只要求比例控制或積分控制，通過設(shè)置參數(shù)可對回路控制類型進行選擇。這圖中的 、 、 、 分別為模擬量 、 、 、 在第 n 次采樣的nspvne()sptvt()eMt數(shù)字量。K — 微分系數(shù)。假設(shè)采樣周期為 ，系統(tǒng)開始運行的時刻為 t=0，用矩形積分來近似精確積ST分，用差分近似精確微分，將上式離散化，第 n 次采樣時控制器的輸出為：110()nncjDnMKeeM?????式中， — 第 n1 次采樣誤差值。D圖 42 連續(xù)閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖上式中等號右邊前 3 項分別是比例、積分、微分部分，它們分別與誤差、誤差積分和微分成正比。在連續(xù)系統(tǒng)中，典型的 PID 閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖 31 所示。在上述情況下都需要用戶編制 PID 控制程序。它們實際上是用于 PID 控制的子程序，與模擬量的輸入/輸出模塊一起使用，可以得到類似于是用 PID 過程控制模塊的效果，但是價格便宜得多。 PLC 實現(xiàn) PID 控制的方式用 PLC 對模擬量進行 PID 控制時，可以采用以下幾種方法：（1） 使用 PID 過程控制模塊這種模塊的 PID 控制程序是 PLC 生產(chǎn)廠家設(shè)計的，并存放在模塊中，用戶在使用時只需設(shè)置一些參數(shù)，使用起來非常方便，一塊模塊可以控制幾路甚至幾十路閉環(huán)回路，但是這種模塊的價格較高，一般在大型控制系統(tǒng)中使用。（3）PID 控制器的結(jié)構(gòu)典型，程序簡單，工程上易于實現(xiàn)，參數(shù)調(diào)整方便。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(yīng)速度，比例、積分、微分控制三者有效地結(jié)合就可以滿足不同的控制要求。對于這一類系統(tǒng)，使用 PID 控制可以得到比較滿意的效果。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(yīng)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。PID 控制簡單易懂，使用中不必能清楚系統(tǒng)的數(shù)字模型。 PID 應(yīng)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。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(dāng)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。在實際閉環(huán)控制系統(tǒng)中，誤差 e(t)一個很小的變化量。圖 是常見閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成。PLC 技術(shù)不斷增強，運行速度不斷提高。PID 控制算法一般由【比例項+積分項+ 微分項 】組成。3．組態(tài)軟件功能 在這