水箱水位PLC控制 ------课题（三） *** 20**年**月**日

任务导入 任务：水箱水位PLC控制，被控对象为保持一定压力的供水水箱，给定量为满水位的75%，控制量为水箱注水的调速电动机的调速，调节量是其水位（单极性信号），由水位计检测后经A/D转换送入PLC，PLC执行PID指令后以单极性信号经D/A转换送出，用于控制电动机的调速，使水箱水位实现恒定控制？

预备知识 在工程实际应用中，当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型，而控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。典型PID回路控制系统如图1所示： 比例（P）控制 积分（I）控制 微分（D）控制

预备知识 1．PID算法： 1）连续系统PID算法 其中： KC 为比例系数，PID回路的增益，用来描述PID回路的比例调节作用； M(t) 为PID回路的输出，是时间函数，决定执行器的具体位置； TI 为PID回路的积分时间，决定积分作用的强弱； TD 为 PID回路的微分时间，决定微分作用的强弱； e 为PID回路的偏差（给定值SP和过程变量PV之差）； Minital 为PID回路输出的初始值，即e=0时的阀位开度。

其中: Mn 为采样时刻n的回路输出计算值； 预备知识 1．PID算法 2）离散系统PID算法 其中: Mn 为采样时刻n的回路输出计算值； MPn 为采样时刻n的回路输出比例项值； MIn 为采样时刻n的回路输出积分项值； MDn 为采样时刻n的回路输出微分项值。

预备知识 2．PID控制回路参数表 说明： •表中偏移地址表示相对于参数表首地址的字节偏移量n。 序号 偏移地址 域 格式 类型 说明 1 过程变量PVn 双字-实数 输入 在0.0～1.0之间 2 4 设定值SPn 3 8 输出Mn 输入/输出 12 增益KC 可以为整数或负数 5 16 采样时间TS 以秒为单位，必须为整数 6 20 积分时间TI 以分钟为单位，必须为整数 7 24 微分时间TD 28 积分前项MX 9 32 过程变量前项PVn-1 最后一次运算的PID过程变量 说明： •表中偏移地址表示相对于参数表首地址的字节偏移量n。 •9个参数均为实型数据，分别占用4个字节存储单元，共36个字节的存储空间。 •参数2、4、5、6、7的数值固定不变，可以在程序中预先设定并填入表中； •参数1、3、8、9的数值具有实时性，必须在调用PID指令时才可以填入表中。

预备知识 3．PID指令格式及功能 指令格式 功能描述 使能输入有效时，PID调节指令对TBL为起始地址的PID参数表中的数据进行PID运算。 说明： •LOOP为PID调节回路号，可在07范围选取。为保证控制系统的每一条控制回路都能正常得到调节，必须为调节回路号LOOP赋不同的值，否则系统将不能正常工作。 •TBL为与LOOP相对应的PID参数表的起始地址。 •CPU 212、CPU 214无此指令。

预备知识 4．PID指令的使用 PID指令的使用 描述 参数表初始化 将设定值SPn、增益Kc、采样时间Ts、积分时间TI、微分时间TD按照地址偏移量写入变量寄存器V中 工作方式切换 手动工作方式切换到自动工作方式：应将手动工作方式中设定的输出值写入PID参数表，并使SPn=PVn、PVn=PVn-1、积分和=输出值 调节类型选择 PD调节：应将积分时间TI→∞，由于积分和初始值不一定为0，故即使没有积分作用，积分项也不一定为0 PI调节：应将微分时间TD设置为0 ID调节：应将增益Kc设置为0，由于增益Kc同时影响积分项和微分项，故用于积分项和微分项的增益Kc约定为1 数据归一化处理 PID回路输入数据归一化：PID回路有设定值SP和过程量PV两个输入量，PID指令进行运算前必须先把16位整数转成浮点型实数，然后将实数转成0.0～1.0之间的标准化实数。 PID回路输出数据归一化：PID回路输出一般是控制变量，而PID回路输出是0.0～1.0之间的标准化实数，必须将回路输出转成相应的实际实数数值。

预备知识 4．PID指令的使用 注： ·手动工作方式是指不执行PID运算方式，自动工作方式是指周期性地执行PID运算方式。 ·PID回路输入量转成0.0～1.0之间的标准化实数是指CPU从模拟量输入模块采集到的过程量都是实际的工程量，其幅度、范围和测量单位都会不同。在PLC内部进行数据运算之前，必须将这些值转换为无量纲的标准化格式，即0.0～1.0之间的标准化实数。标准化过程算式如下： RS = RR/SP + E 其中RS是工程实际值的标准化值；RR是工程实际值的实数形式值；SP是最大允许值减去最小允许值，通常取32 000（对于单极性）和64 000（对于双极性）；E对于单极性值取0，对于双极性值取0.5。

一、任务训练 主要注意环节为： 请同学们把书翻到 P151 面，完成教材给出的任务“水箱水位PLC控制”。 环节一：PLC外围电路接线 环节三：通电调试并观察结果

二、任务分析 水箱水位PLC控制： 根据任务要求，根据任务要求，选定PI控制方式，给定参数值如表所示，并且系统运行后先由手动控制电机，直到水位上升达到75%时，再通过输入点I0.0的置位切入自动状态。 偏移地址 域 设定值 VD104 设定值SPn 0.75 VD112 增益KC 0.25 VD116 采样时间TS 0.1 VD120 积分时间TI 30.0 VD124 微分时间TD 0.0

三、任务实施 （一）“水箱水位PLC控制”I/0分配 PLC选型：1台S7-200 CPU224 XP PLC。 I/O分配及功能

三、任务实施 （二）“水箱水位PLC控制”PLC接线

三、任务实施 （三）“水箱水位PLC控制”程序分析==PID初始化

三、任务实施 （三）“水箱水位PLC控制”程序分析==水位控制中断服务子程序

三、任务实施 （三）“水箱水位PLC控制”程序分析==水位控制中断服务子程序

三、任务实施 （四） “水箱水位PLC控制”调试检修 调试：在老师的现场监护下进行通电调试，验证是否符合设计要求。 （2）启动PLC运行，调速电动机运行向水箱注水，水箱水位自动上升，当达到75%高度时，通过输入点I0.0的置位切入自动状态，维持水位在75%高度。 检修：如出现故障，学生应独立完成检修调试，直至能够正常工作。 （1）检修线路连接是否正确。 （2）梯形图程序编写中PID参数表初始化、PID参数标准化及归一化处理是否正确。

思考练习 思考： 恒温箱PLC控制：恒温箱中装有一个电加热元件和一个制冷风扇，电加热元件和制冷风扇均只能工作在ON或OFF两种状态，即不能进行自动调节。要求恒温箱内温度恒定为50℃，且在25-100℃温度范围内可调？