PID回路指令及水箱水位控制(组态王)
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四、 组态王设计与调试 1、 什么是组态王………………………………………………13 2、 组态软件特点………………………………………………14 （1）延续性和可扩充性………………………………………14 （2）封装性(易学易用)………………………………………14 （3）通用性……………………………………………………14 3、 与 PLC 建立通信……………………………………………15 （1）进入工程浏览器主界面…………………………………15
OFF OFF OFF ON ON OFF ON ON ON OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF ON
单极性 双极性
X1 X10 X100 无效
0.8 0.4 0.2
此供水水箱控制系统中，选用的 DIP 开关为：
第三章 PLC 的运行程序梯形图及外接线图
3.1 西门子 S7-200PLC 的运行程序梯形图
P2240 值为负值。
设置反馈参数，如表 2.5 所示。
参数号 出厂值
表 2.5 反馈参数表 设置值
说明
P0003 1
3
P0004 0
0
P2264 755
755
*P2265 0
0
*P2267 100
100
*P2268 0
0
*P2269 100
100
*P2270 0
0
*P2271 0
0
用户访问级为专家级 参数过滤显示全部参数 PID 反馈信号由 AIN+设定 PID 反馈信号无滤波 PID 反馈信号的上限值（%） PID 反馈信号的下限值（%） PID 反馈信号的增益（%） 不用 PID 反馈器的数学模型 PID 传感器的反馈型式为正常
二、 MM420 的 PID 控制系统参数设置 1、 MM420 变频器的基本介绍…………………………………2 （1）变频调速原理……………………………………………2 （2）变频器工作原理…………………………………………3 2、 MM420 的 PID 控制系统参数设置…………………………3 （1）各参数的设置……………………………………………3 （2）模拟量扩展模块接线图及模块设置……………………7 （3）如何用 DIP 开关设置 EM235 扩展模块…………………7
第一章 总体设计方案
1.1 控制要求
在某恒压供水水箱自动调节系统中，要求动力系统能在自动或者手 动的模式下 ，均可控制电机运行，使水位维持在满水的 70%。其中运 行速度与运行时间均可通过组态王界面在线修改 : 自动模式是指动力 系统运行在指令作用下自动完成对水位的监控;手动模式是指动力系统 不同时间的转换需要人为的发出控制指令改变。
0
功率以 KW 表示，频率为 50Hz
P0304 400
380
电动机额定电压（V）
第 4 页 共 25 页
P0305 P0307 P0310 P0311
1.9 0.75 50 1395
0.4 0.18 50 1400
电动机额定电流（A） 电动机额定功率（KW） 电动机额定频率（Hz） 电动机额定转速（r/min）
设置控制参数，如表 2.3 所示。
参数号 P0003 P0004 P0700
*P0701
*P0702 *P0703 P0725 P1000
*P1080
*P1082
P2200
出厂值 1 0 2
1
12 9 1 2
0
50
0
表 2.3 控制参数表
设置值
说明
2
用户访问级为扩展级
0
参数过滤显示全部参数
2
由端子排输入（选择命令源）
第 5 页 共 25 页
*P2255 100
100
*P2256 100
0
*P2257 1
1
*P2258 1
1
*P2261 0
0
PID 设定值的增益系数 PID 微调信号增益系数 PID 设定值斜坡上升时间 PID 设定值的斜坡下降时间 PID 设定值无滤波
当 P2232=0 允许反向时，可以用面板 BOP 键盘上的(▲▼)键设定
系统中 ，计算机作为 PLC、组态王的编程组态平台; PLC 控制变 频器，变频器即为 PLC 的控制对象 ，又为电动机的控制器；组态王为 PLC 的上位机 ，完成监控作用。
供水水箱示意图
1.2 控制硬件和全局图
(1)硬件和软件设备 :西门子 S7-200PLC，计算机 ，组态王，MM420 变频器等。
1
端子 DIN1 功能为 ON 接通正转/OFF 停 车
0
端子 DIN2 禁用
0
端子 DIN3 禁用
1
端子 DIN 输入为高电平有效
1
频率设定由 BOP(▲▼)设置
20
电动机运行的最低频率(下限频率) （HZ）
50
电动机运行的最高频率(上限频率) （HZ）
1
PID 控制功能有效
设置目标参数，如表 2.4。
~50
M
HZ
整流
滤波
逆变
3~
检测电路
隔离驱动 检测电路
D/A 转 换 D/A 转 换
控制运算电路 数字控制输入
D/A 转 换 输出控制
图 2.1 MM420 变频器内部变频框图
2.2 MM420 的 PID 控制系统参数设置
PID 控制是闭环控制中的一种常见形式。反馈信号取自拖动系统的 输出端，当输出量偏离所要求的给定值时，反馈信号成比例变化。在输 入端，给定信号与反馈信号相比较，存在一个偏差值。对该偏差值，经 过 P、I、D 调节，变频器通过改变输出频率，迅速、准确地消除拖动系 统的偏差，回复到给定值，振荡和误差都比较小，适用于压力、温度、
此运行程序梯形图适用与手动控制及组态王控制。 （1）主程序：
第 8 页 共 25 页
第 9 页 共 25 页
（2）子程序（SBR_0）：
第 10 页 共 25 页
（3）中断程序（INT_0）： 第 11 页 共 25 页
3.2 该供水水箱控制系统的外部接线图
第 12 页 共 25 页
1L 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 2L 0.5 0.6 3L 0.7 1.0 1.1 N L1 AC RA A+ A- RB B+ B- RC C+ C- RD D+ D-
CPU 224
EM235
1M 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 2M 1.0 Hale Waihona Puke Baidu.1 1.2 1.3 1.4 1.5 M L+
M L+
增益 偏移量 DIP开关 MO V0 I0
PID启动
R
变频器启动
14K?
水位计
RP 0 10K?
MM420 3 变频器
4 5 8
UVW
调速泵
三、 PLC 的运行程序梯形图及外接线图 1、 西门子 S7-200PLC 的运行程序梯形图……………………8 （1）主程序……………………………………………………8 （2）子程序……………………………………………………10 （3）中断程序…………………………………………………11 2、 该供水水箱控制系统的外部接线图………………………12
（2）新建通信…………………………………………………16 4、 建立数据词典………………………………………………21 5、 组态王绘制画面……………………………………………21 6、 组态王画面连接……………………………………………21 7、 组态王命令语言设定………………………………………24 8、 组态王的调试结果界面和说明……………………………24 五、 总结与体会……………………………………………………25
图 2.7 模拟量模块的接线方法
⑶ 如何用 DIP 开关设置 EM235 扩展模块，开关 1 到 6 可选择输入
模拟量的单/双极性、增益和衰减。如表 2.8 所示。
表 2.8 用 DIP 开关设置 EM235 扩展模块
EM235 开关
单/双极性选择 增益选择
衰减选择
第 7 页 共 25 页
SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF
设置 PID 参数，如表 2.6 所示。
表 2.6 PID 参数表
参数号 出厂值 设置值
说明
P0003 1
3
P0004 0
0
*P2280 3
25
*P2285 0
5
*P2291 100
100
*P2292 0
0
*P2293 1
1
用户访问级为专家级 参数过滤显示全部参数 PID 比例增益系数 PID 积分时间 PID 输出上限（%） PID 输出下限（%） PID 限幅的斜坡上升/下降时间（S）
第 3 页 共 25 页
流量控制等。 MM420 变频器内部有 PID 调节器。利用 MM420 变频器很方便构成 PID
闭环控制，MM420 变频器 PID 控制原理简图如图 2.2 所示。
使能信号 （P2200）
微调信号 （P2254）
主设定值 （P2253）
反馈信号 （P2264）
+
-
反馈滤波 （P2265）
第 6 页 共 25 页
（2）模拟量扩展模块接线图及模块设置 EM235 是最常用的模拟量扩展模块，外部接线如图 2.7 所示。其上
部有 12 个端子，每 3 个端子为一组，共 4 组，每组可作为 1 路模拟量 的输入通道。下部电源右边的 3 个端子是 1 路模拟量输出（电压或电流 信号），V0 端接电压负载，I0 端接电流负载，M0 端为公共端。
设置电动机参数，为了使电动机与变频器相匹配，需要设置电动机
参数。电动机参数如表 2.2 所示。电动机参数设定完成后，设 P0010=0，
变频器当前处于准备状态，可正常运行。
图 2.2 电动机参数设置
参数号 出厂值 设置值
说明
P0003 1
1
设定用户访问级为标准级
P0010 0
1
快速调试
P0100 0
第二章 MM420 的 PID 控制系统参数设置
2.1 MM420 变频器的基本介绍
MM420 适用于各种变速驱动装置。由于它具有高度的灵活性，因 而 可以在广泛的领域得到应用。它尤其适合用于吊车和起重系统、立 体 仓储系统、食品、饮料和烟草工业以及包装工业的定位系统。这些 应 用对象要求变频器具有比常规应用更高的技术性能和更快的动态 响 应。
表 2.4 目标参数表
参数号 出厂值 设置值
说明
P0003 1
3
用户访问级为专家级
P0004 0 P2253 0 *P2240 10
0 2250 60
参数过滤显示全部参数
已激活的 PID 设定值(PID 设定值信号 源)
由面板 BOP(▲▼)设定的目标值（%）
*P2254 0
0
无 PID 微调信号源
//////// 学 院
题目： PID 回路指令及水箱水位控制(组态王）
系 别： 船舶工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级: 姓 名: 学 号: 指导教师:
2015 年 6 月 15 日
目录
一、 总体设计方案 1、 控制要求……………………………………………………1 2、 控制硬件和全局图…………………………………………1 （1）硬件和软件设备…………………………………………1 （2）PLC 变频器的综合控制系统全局图……………………1
变频器的特点是设备性能面向用户的需求，并且使用方便。它的输 入电源电压范围宽广，适用于全世界。 （1）变频调速原理
变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的
第 2 页 共 25 页
n=60f（1－s）/p 对于成品电机，其磁极对数 p 已经确定，转差率 s 变化不大，则电 机的转速 n 与电源频率 f 成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变 电机的同步转速，进而达到异步电机调速的目的。 （2）变频器工作原理 变频器的工作原理是把市电（380V、50Hz）通过整流器变成平滑直 流，然后利用半导体器件（GTO、GTR 或 IGBT）组成的三相逆变器，将 直流电变成可变电压和可变频率的交流电。西门子 MM420 变频器内部变 频框图如图 2.1 所示。
L1 L2 L3
第四章 组态王设计与调试
4.1 什么是组态王
组态王是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它 能够在基于 Microsoft 的各种 64 及 32 位 Windows 平台上运行，通过对 现场数据的采集处理以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多 种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在工业控制领域有着广泛 的应用。MCGS 组态软件功能强大，操作简单，易学易用，普通工程人 员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作。同 时使用 MCGS 组态软件能够避开复杂的计算机软、硬件问题，集中精力 去解决工程问题本身，根据工程作业的需要和特点，组态配置出高性能、 高可靠性和高度专业化的 工业控制监控系统。
比例增益 （P2280）
积分系数 + （P2285） +
微分系数 （P2274）
电机 控制对象 传感器
图 2.2 MM420 变频器 PID 控制原理简图
在设置参数之前先将 P0010＝30 和 P0970＝1，按下 P 键，开始复
位，复位过程大约 3s，这样就可保证变频器的参数回复到工厂默认值。
（1）各参数的设置
(2) PLC 变频器的综合控制系统全局图。
第 1 页 共 27 页
首先将 MM420 的变频器设置好 ，在计算机中编写 PLC 程序，并 写入西门子 PLC ，然后在计算机上设计组态王 ，将组态王与 PLC 连 接，最终效果是用组态王监控 PLC ，让 PLC 控制变频器与此变频器带 动电动机的转动。通过这样来实现对水位的监控。
OFF OFF OFF ON ON OFF ON ON ON OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF ON
单极性 双极性
X1 X10 X100 无效
0.8 0.4 0.2
此供水水箱控制系统中，选用的 DIP 开关为：
第三章 PLC 的运行程序梯形图及外接线图
3.1 西门子 S7-200PLC 的运行程序梯形图
P2240 值为负值。
设置反馈参数，如表 2.5 所示。
参数号 出厂值
表 2.5 反馈参数表 设置值
说明
P0003 1
3
P0004 0
0
P2264 755
755
*P2265 0
0
*P2267 100
100
*P2268 0
0
*P2269 100
100
*P2270 0
0
*P2271 0
0
用户访问级为专家级 参数过滤显示全部参数 PID 反馈信号由 AIN+设定 PID 反馈信号无滤波 PID 反馈信号的上限值（%） PID 反馈信号的下限值（%） PID 反馈信号的增益（%） 不用 PID 反馈器的数学模型 PID 传感器的反馈型式为正常
二、 MM420 的 PID 控制系统参数设置 1、 MM420 变频器的基本介绍…………………………………2 （1）变频调速原理……………………………………………2 （2）变频器工作原理…………………………………………3 2、 MM420 的 PID 控制系统参数设置…………………………3 （1）各参数的设置……………………………………………3 （2）模拟量扩展模块接线图及模块设置……………………7 （3）如何用 DIP 开关设置 EM235 扩展模块…………………7
第一章 总体设计方案
1.1 控制要求
在某恒压供水水箱自动调节系统中，要求动力系统能在自动或者手 动的模式下 ，均可控制电机运行，使水位维持在满水的 70%。其中运 行速度与运行时间均可通过组态王界面在线修改 : 自动模式是指动力 系统运行在指令作用下自动完成对水位的监控;手动模式是指动力系统 不同时间的转换需要人为的发出控制指令改变。
0
功率以 KW 表示，频率为 50Hz
P0304 400
380
电动机额定电压（V）
第 4 页 共 25 页
P0305 P0307 P0310 P0311
1.9 0.75 50 1395
0.4 0.18 50 1400
电动机额定电流（A） 电动机额定功率（KW） 电动机额定频率（Hz） 电动机额定转速（r/min）
设置控制参数，如表 2.3 所示。
参数号 P0003 P0004 P0700
*P0701
*P0702 *P0703 P0725 P1000
*P1080
*P1082
P2200
出厂值 1 0 2
1
12 9 1 2
0
50
0
表 2.3 控制参数表
设置值
说明
2
用户访问级为扩展级
0
参数过滤显示全部参数
2
由端子排输入（选择命令源）
第 5 页 共 25 页
*P2255 100
100
*P2256 100
0
*P2257 1
1
*P2258 1
1
*P2261 0
0
PID 设定值的增益系数 PID 微调信号增益系数 PID 设定值斜坡上升时间 PID 设定值的斜坡下降时间 PID 设定值无滤波
当 P2232=0 允许反向时，可以用面板 BOP 键盘上的(▲▼)键设定
系统中 ，计算机作为 PLC、组态王的编程组态平台; PLC 控制变 频器，变频器即为 PLC 的控制对象 ，又为电动机的控制器；组态王为 PLC 的上位机 ，完成监控作用。
供水水箱示意图
1.2 控制硬件和全局图
(1)硬件和软件设备 :西门子 S7-200PLC，计算机 ，组态王，MM420 变频器等。
1
端子 DIN1 功能为 ON 接通正转/OFF 停 车
0
端子 DIN2 禁用
0
端子 DIN3 禁用
1
端子 DIN 输入为高电平有效
1
频率设定由 BOP(▲▼)设置
20
电动机运行的最低频率(下限频率) （HZ）
50
电动机运行的最高频率(上限频率) （HZ）
1
PID 控制功能有效
设置目标参数，如表 2.4。
~50
M
HZ
整流
滤波
逆变
3~
检测电路
隔离驱动 检测电路
D/A 转 换 D/A 转 换
控制运算电路 数字控制输入
D/A 转 换 输出控制
图 2.1 MM420 变频器内部变频框图
2.2 MM420 的 PID 控制系统参数设置
PID 控制是闭环控制中的一种常见形式。反馈信号取自拖动系统的 输出端，当输出量偏离所要求的给定值时，反馈信号成比例变化。在输 入端，给定信号与反馈信号相比较，存在一个偏差值。对该偏差值，经 过 P、I、D 调节，变频器通过改变输出频率，迅速、准确地消除拖动系 统的偏差，回复到给定值，振荡和误差都比较小，适用于压力、温度、
此运行程序梯形图适用与手动控制及组态王控制。 （1）主程序：
第 8 页 共 25 页
第 9 页 共 25 页
（2）子程序（SBR_0）：
第 10 页 共 25 页
（3）中断程序（INT_0）： 第 11 页 共 25 页
3.2 该供水水箱控制系统的外部接线图
第 12 页 共 25 页
1L 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 2L 0.5 0.6 3L 0.7 1.0 1.1 N L1 AC RA A+ A- RB B+ B- RC C+ C- RD D+ D-
CPU 224
EM235
1M 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 2M 1.0 Hale Waihona Puke Baidu.1 1.2 1.3 1.4 1.5 M L+
M L+
增益 偏移量 DIP开关 MO V0 I0
PID启动
R
变频器启动
14K?
水位计
RP 0 10K?
MM420 3 变频器
4 5 8
UVW
调速泵
三、 PLC 的运行程序梯形图及外接线图 1、 西门子 S7-200PLC 的运行程序梯形图……………………8 （1）主程序……………………………………………………8 （2）子程序……………………………………………………10 （3）中断程序…………………………………………………11 2、 该供水水箱控制系统的外部接线图………………………12
（2）新建通信…………………………………………………16 4、 建立数据词典………………………………………………21 5、 组态王绘制画面……………………………………………21 6、 组态王画面连接……………………………………………21 7、 组态王命令语言设定………………………………………24 8、 组态王的调试结果界面和说明……………………………24 五、 总结与体会……………………………………………………25
图 2.7 模拟量模块的接线方法
⑶ 如何用 DIP 开关设置 EM235 扩展模块，开关 1 到 6 可选择输入
模拟量的单/双极性、增益和衰减。如表 2.8 所示。
表 2.8 用 DIP 开关设置 EM235 扩展模块
EM235 开关
单/双极性选择 增益选择
衰减选择
第 7 页 共 25 页
SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF
设置 PID 参数，如表 2.6 所示。
表 2.6 PID 参数表
参数号 出厂值 设置值
说明
P0003 1
3
P0004 0
0
*P2280 3
25
*P2285 0
5
*P2291 100
100
*P2292 0
0
*P2293 1
1
用户访问级为专家级 参数过滤显示全部参数 PID 比例增益系数 PID 积分时间 PID 输出上限（%） PID 输出下限（%） PID 限幅的斜坡上升/下降时间（S）
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流量控制等。 MM420 变频器内部有 PID 调节器。利用 MM420 变频器很方便构成 PID
闭环控制，MM420 变频器 PID 控制原理简图如图 2.2 所示。
使能信号 （P2200）
微调信号 （P2254）
主设定值 （P2253）
反馈信号 （P2264）
+
-
反馈滤波 （P2265）
第 6 页 共 25 页
（2）模拟量扩展模块接线图及模块设置 EM235 是最常用的模拟量扩展模块，外部接线如图 2.7 所示。其上
部有 12 个端子，每 3 个端子为一组，共 4 组，每组可作为 1 路模拟量 的输入通道。下部电源右边的 3 个端子是 1 路模拟量输出（电压或电流 信号），V0 端接电压负载，I0 端接电流负载，M0 端为公共端。
设置电动机参数，为了使电动机与变频器相匹配，需要设置电动机
参数。电动机参数如表 2.2 所示。电动机参数设定完成后，设 P0010=0，
变频器当前处于准备状态，可正常运行。
图 2.2 电动机参数设置
参数号 出厂值 设置值
说明
P0003 1
1
设定用户访问级为标准级
P0010 0
1
快速调试
P0100 0
第二章 MM420 的 PID 控制系统参数设置
2.1 MM420 变频器的基本介绍
MM420 适用于各种变速驱动装置。由于它具有高度的灵活性，因 而 可以在广泛的领域得到应用。它尤其适合用于吊车和起重系统、立 体 仓储系统、食品、饮料和烟草工业以及包装工业的定位系统。这些 应 用对象要求变频器具有比常规应用更高的技术性能和更快的动态 响 应。
表 2.4 目标参数表
参数号 出厂值 设置值
说明
P0003 1
3
用户访问级为专家级
P0004 0 P2253 0 *P2240 10
0 2250 60
参数过滤显示全部参数
已激活的 PID 设定值(PID 设定值信号 源)
由面板 BOP(▲▼)设定的目标值（%）
*P2254 0
0
无 PID 微调信号源
//////// 学 院
题目： PID 回路指令及水箱水位控制(组态王）
系 别： 船舶工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级: 姓 名: 学 号: 指导教师:
2015 年 6 月 15 日
目录
一、 总体设计方案 1、 控制要求……………………………………………………1 2、 控制硬件和全局图…………………………………………1 （1）硬件和软件设备…………………………………………1 （2）PLC 变频器的综合控制系统全局图……………………1
变频器的特点是设备性能面向用户的需求，并且使用方便。它的输 入电源电压范围宽广，适用于全世界。 （1）变频调速原理
变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的
第 2 页 共 25 页
n=60f（1－s）/p 对于成品电机，其磁极对数 p 已经确定，转差率 s 变化不大，则电 机的转速 n 与电源频率 f 成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变 电机的同步转速，进而达到异步电机调速的目的。 （2）变频器工作原理 变频器的工作原理是把市电（380V、50Hz）通过整流器变成平滑直 流，然后利用半导体器件（GTO、GTR 或 IGBT）组成的三相逆变器，将 直流电变成可变电压和可变频率的交流电。西门子 MM420 变频器内部变 频框图如图 2.1 所示。
L1 L2 L3
第四章 组态王设计与调试
4.1 什么是组态王
组态王是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它 能够在基于 Microsoft 的各种 64 及 32 位 Windows 平台上运行，通过对 现场数据的采集处理以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多 种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在工业控制领域有着广泛 的应用。MCGS 组态软件功能强大，操作简单，易学易用，普通工程人 员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作。同 时使用 MCGS 组态软件能够避开复杂的计算机软、硬件问题，集中精力 去解决工程问题本身，根据工程作业的需要和特点，组态配置出高性能、 高可靠性和高度专业化的 工业控制监控系统。
比例增益 （P2280）
积分系数 + （P2285） +
微分系数 （P2274）
电机 控制对象 传感器
图 2.2 MM420 变频器 PID 控制原理简图
在设置参数之前先将 P0010＝30 和 P0970＝1，按下 P 键，开始复
位，复位过程大约 3s，这样就可保证变频器的参数回复到工厂默认值。
（1）各参数的设置
(2) PLC 变频器的综合控制系统全局图。
第 1 页 共 27 页
首先将 MM420 的变频器设置好 ，在计算机中编写 PLC 程序，并 写入西门子 PLC ，然后在计算机上设计组态王 ，将组态王与 PLC 连 接，最终效果是用组态王监控 PLC ，让 PLC 控制变频器与此变频器带 动电动机的转动。通过这样来实现对水位的监控。