恒压供水指导

恒压供水系统◇任务导入在工业生产中，常需要对液体压力进行控制，实现压力恒定。

下面恒压供水的实例，工艺流程如下图。

液位控制测点清单如下表所示。

表PID液位控制测点清单序设备名称用途原始信号类型工程量号1 变频器控制水泵4~20mADC AO 0～100％2 压力变送器下水箱液位4~20mADC AI 2.5kPa◇任务分析由图可知，由PLC控制变频器，从而控制水泵抽水至水管，水管的水压力由压力传感器测得。

用调节手阀的开启程度来模拟负载的大小。

本例为定值自动调节系统，变频器辨率为操纵变量，管道水压力为被控变量，采用PID调节来完成。

◇知识链接一、.EM235模块模拟量扩展模块EM235提供了模拟量输入输出的功能，适用于复杂的控制场合。

12位的A／D转换器，多种输入输出范围，不用加放大器即可直接与执行器和传感器相连。

EM235模块能直接和PTl00热电阻相连，供电电源为24VDC。

EM235有4路模拟量输入1路模拟量输出。

输入输出都可以为0-10V电压或是0-20mA电流，可以由DIP开关设置。

(AIW0 AIW2 AIW4 AIW6 AQW0 )图4.2.2 EM235接线图EM235的配置用DIP开关可以设置EM235模块。

开关1-6可以选择模拟量输入范围和分辨率，所有的输入设置成相同的模拟量输入范围和格式。

开关123是衰减设置，开关45是增益设置，开关6为单双极性设置。

表4-1 EM 235选择单／双极性、增益和衰减的开关表◇任务实施一、I/O图分配讨论用PLC的PID指令自动调节电动阀，从而控制水压1．I/O分配2．画I/O图二、PLC硬件接线图三、设计程序3．1创建工程3. 2编辑代码1.变量名编辑2.选择编程语言在操作栏中单击“程序块”，左边将会出现程序编辑器。

在这个例子中我们使用梯形圈编写程序。

使用查看(View)>LAD(LAD)、FBD(FBD)或STL(STL)菜单命令更改编辑器类型，选中LAD梯形图编程语言。

LAD共有三种不同的指令类型：触点、线圈和方框。

3.程序主程序包括三个网络主程序调用三个子程序，SM0.0是一直闭合的，它只在每次扫描时调用子程序。

网络一：调用输入子程序SBR0采集PV信号，转换为标准工程量，同时设定SP值。

网络二：调用一次子程序SBRl，初始化PID参数，同时使能定时中断0，调用定时中断程序0，进行PID计算。

网络三：调用输出程序SBR2，判断手自动，工程量转换后将结果输出到AQWO。

关于详细特殊存储器SM意义参考S7-200手册。

子程序说明：子程序一SBR0网络一，采集PV值，转换为标准工程量，同时将PV值转到0-100之间送VDl00存储，以便组态软件观察，如图所示。

网络二：将组态软件的设定值SP转换为标准0-l之间的数，方便PID计算。

VD304作为一个中问变量设定值，范围是0-100，它是为了在组态界面中方便设置而增加的一个量，在中断程序中会被转换到一个0-l的标准值。

如上图所示子程序2 SBRl主要是参数设置初始化。

然后使能中断程序0，SMB34是定时中断的参数，表示延时100毫秒。

定时0.1秒，中断事件10就发生一次，ATCH是将中断事件10与中断程序INT_0关联起来．每发生一次中断事件就执行一次中断处理程序，在本程序中，中断事件每0.1秒发生一次，执行一次INT_0中断程序。

子程序详图如图所示。

中断程序网络一：判断如果是自动状态，执行PID计算，如图。

PID指令在这里．有必要介绍一下PID指令，PID指令根据表格(TBL)中的输入和配置信息，引用LOOP，执行PID回路计算。

本指令有两个操作数：表示回路表起始地址的TBL地址和0至7常数的“回路”号码。

程序中可使用八条PID指令。

回路表存储用于控制和监控回路运算的参数，包括程序变量、设置点、输出、增益、样本时间、整数时间(重设)、导出时间(速率)以及整数和(偏差)的当前值及先前值。

S7—200的PID指令引用一个包含回路参数的回路表。

此表起初的长度为36个字节。

在增加了PID 自动调谐后，回路表现已扩展到80个字节。

我们现在没有使向导自动调谐，字节如下表所示。

偏移量域格式类型说明0 过程变最双字实数入包含进程变量，必须在0.0至1.0范围内。

4 设定值双字实数入包含设定值，必须在0.0至1.0范围内。

8 输出双字实数入／出包含计算输出，在0.0至1.0范围内。

12 增益双字实数入包含增益，此为比例常数，可为正数或16 采样时间双字实数入包含采样时间，以秒为单位，必须为正数。

20 积分时间双字实数入包含积分时间或复原，以分钟为单位，必须为正数。

24 微分时间双字实数入包含微分时间或速率，以分钟为单位，必须为正数。

28 偏差双字实数入／出包含032 以前的进双字实数入／包含最后一次执行PID指令存储的进程PID指令会从起始地址开始，获取需要的数据，进行PID计算，然后将计算完的数据存入相应的地址中，这就是在定义变量的时候如此排列各个变量的原因。

又由于PID指令接收的PV数据范围是0-1，输出的MV值范围是0-l，所以在进行计算之前需要将从EM235采集的6400—32000之间的数据转换到0—l 之间，将输出MV的值也要转换到6400-32000之间送到输出通道，那么在输出点就能到4-20mA的电流信号了。

到这里控制器编程就完成了，在程序运行过程中要设定是手动模式还是自动模式，设定SP值，和设定PID参数，详情请见下节调试介绍。

子程序3（SBR2）输出程序。

网络一：如果是自动模式，PID计算的结果送到AQW0以执行输出，在这里要进行相应的工程量转换，将0-100之间的数转换为6400-32000，对应的EM235模块会输出4-20mA的电流，如图所示。

网络二：如果是手动模式，将手动设定的MV值转换为6400—32000之间后送到AQW0，以执行输出模式如图所示。

3．3编译下载项目下载完成后，就可以将系统切换回RUN模式，PLC就自动开始运行程序。

3．4调试工程系统支持多巾调试工具，提供了一种使您的应用程序联机运行的快速而容易的方法。

1．调试模式选择菜单“调试／开始程序状态监控”，则显示如图3．2．17所示。

在操作栏中选择状态表，然后选择菜单“调试／开始状态表监控”则显示如图3 2．18所示。

在联机模式下，可以强制变量。

在状态表窗口选中变量最右边的新值栏，输入一个新值，再选择菜单“调试／强制”，被强制的值前会出现一个锁，如图3．2．19所示。

2．范例的操作过程和调试（l）编写控制器算法程序，下载调试；编写测试组态工程，和控制器联合调试完毕。

这些步骤不详细介绍。

（4）打开设备电源。

运行PLC。

（5）启动计算机组态软件，进入测试项目界面。

启动调节器，设置各项参数，可将调节器的手动控制切换到自动控制。

（6）设置比例参数。

观察计算机显示屏上的曲线，待被调参数基本稳定于给定值后，可以开始加干扰测试。

（7）待系统稳定后，对系统加扰动信号(在纯比例的基础卜加扰动，通过改变设定值实现，也可以通过支路l增加干扰)。

记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。

（8）减小P重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。

（9）增大P重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。

（10）选择合适的P，可以得到较满意的过渡过程曲线。

改变设定值f如设定值由50％变为60％)，f 司样可以得到一条过渡过程曲线。

注意：每当做完一次实验后，必须待系统稳定后再做另一次实验。

（11）在比例调节实验的基础上，加入积分作用，即在界面上设置I参数。

固定比例P值(中等大小)，改变PI调节器的积分时间常数值Ti，然后观察加阶跃扰动后被调量的输出波形，并记录不同Ti值时的超调量o D。

（12）固定I于某一中间值，然后改变P的大小，观察加扰动后被调量输出的动态波形，据此列表记录不同值Tj下的超调量o D。

（13）选择合适的P和Ti值，使系统对阶跃输入扰动的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线。

此曲线可通过改变设定值(如设定值南50％变为60％，)来获得。

（14）在PI调节器控制实验的基础上，再引入适量的微分作川，即把软件界面上设置D参数，然后加上与前面调节时幅值完全相等的扰动，|己录系统被控制量响应的动态曲线，。

（15）选择合适的P、Ti和Td，使系统的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线(阶跃输入可由给定值从突变l0％左右来实现)。

3．5范例测试结果及记录下闸板顶到铁槽顶距离(开度)5-6mm。

比例控制器控制曲线如图3．5 l所示。

多个P值的控制曲线绘制在同一个图上。

从图可见P=16时，有振荡趋势，P=24比较好。

残差大约是8％。

PI控制器控制曲线如图3．5-2所示。

选择P=24，然后把I从1800逐步减少如图所示，在这里I的大小对控制速度影响已经不大。

从I=5时出现振荡，并且难以稳定了。

I的选择很大，8—100都具有比较好的控制特性，这里从临界条件，选择I=8到20之间。

PID控制器控制曲线如图所示：图PID控制器控制曲线P=24，I=20，D=2或4都具有比较好的效果。

从控制量来看，P=24，l＝8，D＝2比较好。