远程监控水位控制系统

项目五远程监控水位控制系统

一、教学目的

1、掌握PLC中PID回路指令和变送器、变频器的应用；

2、掌握PLC应用中硬件设置和软件设计，熟悉PLC选型与资源配置；

3、了解PLC通信指令与通讯协议；

4、掌握组态软件Wincc的使用方法。

二、教学内容

1、PLC控制系统设计的内容与步骤

2、PLC的硬件设置

3、PLC的软件设计、指令的用法

4、PID回路指令

5、变频器、变送器的使用

6、Wincc组态软件

三、教学重点和难点

1、重点

指令的应用；

PLC控制系统设计的步骤、内容和方法。

2、难点

PID回路指令和变送器、变频器的应用；

PLC通信指令与通讯协议。

四、教学方法

1、启发式教学法：通过项目任务驱动，多媒体案例演示，提出问题，激发学生的求知欲，启发学生思考。

2、运用实物进行直接教学和在实验（实训）室进行现场教学的优势，一边利用课件中的动画教授，一边在实验（实训）室利用实物操作演示教学，理论联系实际，使抽象的原理变得生动，使学生觉得学有所用、容易理解，从而既解决了教学中的重点和难点，又激发了学生动手操作的欲望。

3、将理论教学内容融合到实践教学中，让学生一边学习理论知识一边动手做实验，真正做到理论联系实际，并通过设置实训思考题达到培养学生在实践中发现问题、解决问题的能力。

4、暗示教学发在检查学生的实训项目时，当发现学生的错误时，并不直接指出，而是通过暗示，激发学生的联想和抽象思维能力，从而找到错误所在。

5、分组讨论、小组协作组织学生进行讨论，小组协作式学习，及时地安排适当

的实训课题，组织学生以小组的形式进行讨论学习，培养学生运用知识能力以及相互合作的精神。

6、“设故障”教学法针对每个项目的难点和重点，教师事先在项目中设置故障，让学生分析查找故障点，提高学生分析问题和解决问题的能力。

7、鼓励学生质疑，抢答，灵活的运用知识，调动学生的学习主动性和积极性。

任务一水位控制系统设计

一、工作任务

1、控制要求

与技术参数：水箱里的水以变化的速度流出，一台变频器驱动的水泵给水箱打水，以保证水箱的水位维持在满水位的75%。过程变量由浮在水面上的水位测量仪提供，PID控制器的输出值作为变频器的速度给定值。过程变量与回路输出均为单极性模拟量，取值范围为0.0~1.0。

2、技术参数

采用PI控制器，给定值为0.75，选取控制器参数的初值为：Kc=0.25，Ts=0.1，Ti=30min（如图25）。

图5-1-1系统框图

二、相关知识

1、PID系统的组成

在系统稳态运行时，PID控制器的作用就是通过调节其输出使偏差为零。偏差由给定量(SP，希望值)与过程变量(PV，实际值)之差来确定。

图5-1-2PID系统组成

2、PID回路(PID Control Loop)指令

（1）指令格式

图5-1-2 PID TBL，LOOP

LOOP为回路号，可在0-7范围选取；TBL为回路表的起始地址，指定PID运算的有关参数，可寻址的地址为VB。

（2）指令功能

PID回路控制指令利用以TBL为起始地址的回路表中提供的回路参数，进行PID 运算。

（3）回路表

（4）控制方式及特殊操作

设有手动、自动切换机制，自动方式是指周期性的执行PID运算的方式；而手动方式则是指不执行PID运算的情况。为了保证由手动方式向自动方式的切换没有冲击，须将手动方式中设定的输出值作为PID指令的一个输入写入到控制参数表中的Yn 值中，然后才可切换到自动方式。

3、液位变送器

液位变送器是对压力变送器技术的延伸和发展，根据不同比重的液体在不同高度所产生压力成线性关系的原理，实现对水、油及糊状物的体积、液高、重量的准确测量和传送。

（1）优点安装简单、使用方便，互换能力强。适合容器内液体介质的液位、界面的测量。除现场指示，还可配远传变送器、报警开关、检测功能齐全。指示新颖、读数直观、醒目、观察指示器的方向可根据用户需要改变角度。测量范围大，不受贮槽高度的限制。指示机构与被测介质完全隔离，密封性好，可靠性高，使用安全。结构简单、安装方便、维护方便、耐腐蚀、无需电源、防爆。高品质传感的灵敏度高，响应速度快，准确反映流动或静态液面的细微变化，测量准确度高。具备本安防爆和隔离防爆能力，可应用于各种危险场所。有防阻塞型设计可实现对糊状介质液位的测量。

（2）有100%等分刻度、LED、LCD三种指示表头，现场读十分方便。4—20mA DC 二线制信号传送，抗干扰能力强，传输距离远。精细独特的零点、满程、非线性补偿，保证仪表使用条件范围内的精度，长期稳定性好。压力传感器直接感测液位压力，不受介质起泡、沉积的影响。

（3）使用被测介质广泛，可测油、水及与316不锈钢兼容的糊状物，具有一定的防腐能力。该产品具有投入式、直杆式、法兰式、螺纹式结构设计，备有防阻塞型设计，安装简单，使用方便、互换能力强，高品质传感器的灵敏度高，响应速度快，准确反映流动或静态液面的细微变化，测量准确度高。

（4）特点采用先进电路处理技术，性能稳定、高灵敏度；多种量程，最大可测200m(水柱压力)；采用316L不锈钢隔离膜片，适用于多种测量介质；配置灵活，根据需要可选择不同配置。

（5）应用工业现场液位测量与控制、城市供水及污水处理石油、化工、电厂、水文监测、水库、大坝、水电建设等领域的液位的测量与控制。

三、任务实施

//主程序（OB1）

LD SM0.1 //首次扫描时

CALL 0 //调用初始化子程序

//子程序0

LD SM0.0

MOVR 0.75, VD104 //装入给定值75%

MOVR 0.25, VD112 //装入回路增益0.25

MOVR 0.10, VD116 //装入采样时间0.1s

MOVR 30.0, VD120 //装入积分时间30min

MOVR 0.0, VD124 //关闭微分作用

MOVB 100, SMB34 //设置定时中断0的时间间隔为100ms

ATCH 0, 10 //设置定时中断以执行PID指令

ENI //允许中断，子程序0结束

//中断程序0

LD SM0.0

ITD AIW0, AC0 //单极性模拟量经A/D转换后存入累加器

DTR AC0, AC0 //32位整数转换为实数

/R 32000.0, AC0 //标准化累加器中的实数

MOVR AC0, VD100 //存入回路表

LD I0.0 //在自动方式下，执行PID指令

PID VB100.0 //回路表的起始地址为VB100，回路号为0

LD SM0.0