【正文】 而 控制手動到自動的切換， 0 代表手動， 1 代表自動。 在中斷處，將過程變量（ PV）轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化的實數(shù)。裝入回路設(shè)定值 VD104，回路增益 VD112，回路采樣時間 VD118，積分時間 VD120，同時設(shè)定定時中斷 0 的時間（ SMB34）間隔 100ms,設(shè)定定時中斷執(zhí)行 PID 程序 INT_0。 36 （ 3） 中斷程序 INT_0。 圖 61 水位 PID控制 實現(xiàn)方式 圖 62 主程序調(diào)用模塊 首次掃描 ●調(diào)用子程序 0 進(jìn)行啟動計算機(jī)和初始化 ●條用子程序 0 初始化定時中斷 主程序結(jié)束 主程序開始 33 圖 63 主程序調(diào)用子程序 0 啟動子程序 設(shè)置 PID 參數(shù) 裝入回路設(shè)定值 =75% 回路增益 = 裝入回路采樣 1S 裝入積分時間 30min 設(shè)定定時中斷時間為 100ms 子程序 0 結(jié)束 34 圖 64 中斷子程序模塊 其中，各符號名說明如下： nM 在第 n 采樣時刻， PID 回路輸出的計算值 cK PID 回路增益 ne 在第 n 采樣時刻的偏差值 1ne? 在第 n1 采樣時刻的偏差值 1K 積分項的比例常數(shù) MX 積分項的前值 KD 微分項的比例常數(shù) 啟動中斷子程序 0 定時中斷計數(shù)器值加 1 中斷子程序 0結(jié)束 計數(shù)器值 到達(dá)了嗎 計算 PID 公式 11()n c n n n nM K e K e M X K D e e ?? ? ? ? ? 對輸出值限制 反饋仿真 是 否 35 梯形圖 編程 （ 1） 主程序部分 。 （ 3）中斷子程序模塊，如圖 64 所示。 （ 2） 主程序調(diào)用子程序 0，如圖 63 所示。三臺水泵的工作循環(huán)控制是使用水泵號加 1的方法實現(xiàn) (到 3在加 1時等于零 ),即用水泵的總數(shù)結(jié)合水泵號實現(xiàn)水泵的輪換工作。為了判斷變頻器工作頻率達(dá)上限值的準(zhǔn)確性 ,應(yīng)濾去偶然的頻率波動起的頻率達(dá)到上限的情況。 為了恒定供水 ,在水壓降落時要升高變頻器的輸出頻率 ,當(dāng)變頻器達(dá)到上限頻率且一臺水泵還不能滿足恒壓要求時 ,則把變頻運行的水泵切換到工頻上運行 ,同時需要變頻啟動第二臺或第三臺水泵 ,直到滿足供水要求。生活供水時系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的 70%,消防供水時系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的 90。在程序設(shè)計時充分考慮到負(fù)載均衡性原則 ,采取 “先入先出 ”的排隊策略 ,執(zhí)行變頻方式輪值 ,確保各水泵使用率基本均衡。 (5)處理后模擬量的輸出工作。 (3)設(shè)置 子程序完成采樣及相關(guān)的計算工作。 (2)設(shè)置模塊檢測子程序。 EM235 的工作程序編制 EM235 的工作程序編制一般包含以下內(nèi)容 : (1) 設(shè)置初始化子程序。而在主機(jī)的變量存儲區(qū) V 區(qū)存放處理產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)。 (4)為了在主機(jī)中進(jìn)行輸入模擬量轉(zhuǎn)換后數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的處理及為了輸出需要在模擬量單元中轉(zhuǎn)換為模擬量的數(shù)字量，要在主機(jī)中安排一定 的存儲單元。 57 一200 擴(kuò)展單元安裝時在主機(jī)的右邊依次排列，并從模塊 O 開始編號。接線還應(yīng)注意傳感器的線路盡可能的短，且應(yīng)使用屏蔽雙絞線，要保證 24Voc 傳感器電源無噪聲、穩(wěn)定可靠。注意輸入、輸出信號的類型不同，采用不同的接入方式。必要時進(jìn)行校準(zhǔn)工作。 29 （ 4） 使用高質(zhì)量的 24V DC 傳感器電源，以保證無噪聲及穩(wěn)定運行。 （ 2） 敷設(shè)線路時應(yīng)使用電纜槽，避免將導(dǎo)線彎成銳角。 在進(jìn)行接線時應(yīng)注意以下幾點。下部端子為一路模擬量輸出的 3 個接線端子 MO、 VO、 IO，其中 MO 為數(shù)字接地接口， VO 為電壓輸出接 口， IO 為電流輸出接口。然后與電流信號輸出端相連，電流信號輸入端則接入 B接口。為電壓輸入時，如 A 口所示，電壓正極接入 A+端，負(fù)極接入 A端， RA 端懸空。 24V DC 電源正極接入模塊左下方 L+端子，負(fù)極接入 M 端子。圖 51 為 CPU226 外部電路連接圖。在晶體管輸出電路中采用了27 MOSFET 功率驅(qū)動器件，并將數(shù)字量輸 出分為兩組，每組有一個獨立公共端，共有 1L、 2L 兩個公共端，可接入不同的負(fù)載電源。 13KB 程序和數(shù)據(jù)存儲空間。功能模塊選用 EM235。其中 CPU22X 型 PLC 有 CPU22 CPU22 CPU224 和 CPU226 四種基本型號。其應(yīng)用領(lǐng)域包括各種機(jī)床、紡織機(jī)械、印刷機(jī)械、食品化工工業(yè)、環(huán)保、電梯等。較強(qiáng)的功能使其無論在獨立運動中，還是連成網(wǎng)絡(luò)皆能完成各種控制任務(wù)。還 可 提供兩個獨立4KHZ 的脈沖輸出，通過 圖 51 水位 PID 控制工藝圖 驅(qū)動單元 可以實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的位置控制。它采用超高電容保護(hù)內(nèi)存數(shù)據(jù)，省去了鋰電池，系統(tǒng)雖小卻可以處理模擬量（ 12 點模擬輸入 /4點模擬輸出）。 26 第 5 章 系統(tǒng)硬件 開發(fā) 設(shè)計 可編程控制器 的 選型 可編程控制器產(chǎn)品眾多，不同廠家、不同系列、不同型號的 PLC，功能和結(jié)構(gòu)均有所不同，但工作原理和組成基本相同。 表 41 PID 指令的回路表 偏移地址 變量 格式 類型 描述 0 過程變量 npv 雙字實數(shù) 輸入 應(yīng)在 ～ 之間 4 給定值 nsp 雙字實數(shù) 輸入 應(yīng)在 ～ 之間 8 輸出值 nM 雙字實數(shù) 輸入 /輸出 應(yīng)在 ～ 之間 12 增益 cK 雙字實數(shù) 輸入 比例常數(shù)，可正可負(fù) 16 采樣時間 sT 雙字實數(shù) 輸入 單位為 s，必須為正 20 積分時間 1T 雙字實數(shù) 輸入 單位為 min，必須為正 24 微分時間 DT 雙字實數(shù) 輸入 單位為 min，必須為正 28 上一次的積分值 雙字實數(shù) 輸入 /輸出 應(yīng)在 ～ 之間 32 上一次過程變量 雙字實數(shù) 輸入 /輸出 最近一次運算的過程變量值 如果 PID 指令中的算術(shù)運算發(fā)生錯誤，特殊存儲器位 （溢出或非法數(shù)25 值）被置 1，并將終止 PID 指令的執(zhí)行?；芈繁硪姳?41. 過程變量與給定值是 PID 運算的輸入值，在回路表中它們只能被 PID 指令讀取而不能改寫。編譯時如果指令指定的回路表起始地址或回路號超出范圍， CUP 將產(chǎn)生編譯錯誤（范圍錯誤），引起編譯失敗。 24 PID 指令及回路表 S7200 的 PID 指令圖如圖 34 所示。用手動控制液體閥，使水位達(dá)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。 本系統(tǒng)只適用比例和積分控制 ，其回路增益和時間常數(shù)可以通過工程計算初步確定，但還需要近一步調(diào)整已達(dá)到最優(yōu)控制效果。 圖 43 PLC 閉環(huán)控制系統(tǒng)方框 在許多控制器系統(tǒng)內(nèi)，可能只需要 P、 I、 D 中的一種或兩種控制器類型。 在 S7200PLC 中，實際使用的 PID 算法為： ( ) ( ) ( ) ( )p I DM n M n M n M n? ? ? 式中： ()Mn 第 n 次采樣的調(diào)節(jié)器輸出 ()pMn 比例項 ( ) ( )pCM n K e n? ()IMn 積分項 0( ) ( )nI i i jjM n K e n K e??? ? ()DMn 微分項 ? ? ? ?( ) 1DdM n K e n e n? ? ????? 基于 PLC 的閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖 42 所示，圖中虛線部分在 PLC 內(nèi)。 23 1K — 積分系數(shù)。如果取其中一項或兩項，可以組成 P、 PD 或 PI 控制器。圖中 ()spt 為給定值，()pvt 為反饋量， c(t)為系統(tǒng)的輸入量， PID 控制器的輸入輸出關(guān)系式為： 00111( ) ( ) ( ) ( )tc DM t K e t e t d t d e t d t MTT??? ? ? ?????? 式中， ()Mt — 控制器的輸出， 0M 為輸出的初始值， ()et = ( ) ( )sp t pv t? — 誤差信號， cK — 比例系數(shù)， 1T — 積分時間常數(shù)， DT — 微分時間常數(shù)。 PLC PID 控制器的實現(xiàn) PLC 的 PID 控制器 的設(shè)計是以連續(xù)系統(tǒng)的 PID 控制規(guī)律為基礎(chǔ)，將其數(shù)字化，寫成離散形勢的 PID 控制方程，再根據(jù)離散方程進(jìn)行控制程序設(shè)計。 22 (3) 用自編的程序?qū)崿F(xiàn) PID 閉環(huán)控制 有的 PLC 沒有 PID 過程控制模塊和 PID 控制用的功能指令，有時雖然可以使用 PID 控制指令，但希望采用某種改進(jìn)的 PID 控制算法。 （ 2） 使用 PID 功能指令 現(xiàn)在很多 PLC 都有供 PID 控制用的功能指令，如 S7200 的 PID 指令。 在 PLC控制系統(tǒng)中，經(jīng)常采用模擬量輸入 /輸出模塊實現(xiàn)模擬量的數(shù)字化處理，本系統(tǒng)選擇 S720O 系列 EM235 模擬量模塊，對管網(wǎng)壓力信號進(jìn)行采樣，并通過變頻器調(diào)整液壓閥輸入與輸出。根據(jù)被控制對象的具體情況，還可以采用各種 PID 控制的變種和改進(jìn)的控制方式，如 PI、 PD、帶死區(qū)的 PID、積分分離 PID、變速積分 PID 等。 （ 2）有較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性。由于非線性和時變性很多工業(yè)控制對象難以得到其準(zhǔn)確的數(shù)字模型，因此不能使用控制理論中的設(shè)計方法。有人稱贊它是控制領(lǐng)域的常青樹是不無道理的。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(jī)（包括 PLC）的數(shù)字控制系統(tǒng)， PID 控制都等到了廣泛的應(yīng)用。 在變頻恒壓供水自動控制系統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)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(shè)計選用 PID 算法的 PLC 實現(xiàn)方法。因此，為了對系統(tǒng)進(jìn)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(yīng)性能，需要對誤差進(jìn)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(jī)構(gòu)，保證系統(tǒng)具有良好的動、靜態(tài)性能。 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(zhuǎn)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。不但可以完成順序控制的功能，還可以完成復(fù)雜的閉環(huán)控制。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(yīng)速度。 20 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。手動方式是利用繼電器 接觸器 控制，可以在環(huán)境比較惡劣的條件下繼續(xù)工作，自動方式是利用 PLC 來控制。其中一盞燈是報警燈，在下水箱缺水的時候進(jìn)行報警，提醒工作人員前來處理。而當(dāng)下水箱水位到達(dá)報警水位的時候，報警器開始報警，并切斷 2泵的運行。當(dāng)換項開關(guān) KK1 打到自動時，系統(tǒng)將根據(jù)水塔中水位的情況，通過在水塔中的液位變送器送出的 4～ 20 mA 電流信號由 PLC 接受并對其于給定值進(jìn)行比較，執(zhí)行事先編譯好的程序。此時，控制臺上的水位燈，由水塔中的液位變送器將水位變換為 4～ 20mA 電流信號輸入到 PLC 中，經(jīng) IDPG 將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。當(dāng)換項開關(guān) KKl打到手動時，按下起動按鈕 SBl， 1泵起動運行向水塔注水，由于設(shè)置了順序開啟和逆序關(guān)閉，在 1泵沒有開起的情況下， 2泵不能起動運行，而在兩個水泵同時運行時， 2泵在沒有停止的情況下， 1泵不能夠停止。從整個流程中可以看到兩套控制方式： ①由一臺可編程序控制器來控制兩臺水泵的自動運行。包括數(shù)字輸入板 IDPG、數(shù)字輸出板 ODPG、附屬單元。臺達(dá)DVP14ES00R 具有標(biāo)準(zhǔn)的輸入、輸出及通信單元，可用于較為惡劣的環(huán)境中。 Y0 為下水箱缺水報警開關(guān)下水箱液位低于 Y0 時意味著水泵進(jìn) 水口缺水，此時應(yīng)自動切斷電源并報警。打開 F1 手閥使上水箱放水，液位下降。液位上升至 Y2 時， M2 停止， F2 關(guān)閉， M1 繼續(xù)工作。手動控制采用 交流接觸器。 供水系統(tǒng)的基本原理如圖 1 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(jìn)入 PLC，把該信號和 PLC 中的設(shè)定值的程序進(jìn)行比較，并執(zhí)行較后程序，通過水泵的開關(guān)對水塔中的水位進(jìn)行1