PID水箱水位PLC控制专题培训课件.ppt

PIDPID水箱水位水箱水位PLCPLC控控制制复复 习习1、S7-200系列系列PLC的中断事件包括三大类，的中断事件包括三大类，它们分别是（它们分别是（）、（）、（）的（）的（）。）。A、通讯口中断、通讯口中断 B、IO中断中断C、时基中断时基中断 D、顺序中断、顺序中断答：答：ABC2、S7-200系列系列PLC的中断事件通讯口中断、的中断事件通讯口中断、IO中断和时基中断中断和时基中断,其中最高优先等级属（其中最高优先等级属（），中间），中间级属（级属（），最低优先等级为（），最低优先等级为（）。）。A、通讯口中断、通讯口中断 B、IO中断中断C、时基中断时基中断 D、顺序中断、顺序中断答：答：ABC3、定时中断、定时中断0的时间间隔存储在时间间隔寄存器的时间间隔存储在时间间隔寄存器（）中，定时中断中，定时中断1的时间间隔存储在时间间隔的时间间隔存储在时间间隔寄存器寄存器（）中。中。A、SMB33 B、SMB34C、SMB35 D、SMB36答：答：BC4、梯形图中中断连接、梯形图中中断连接指令指令可用（可用（）表示。）表示。A、B、C、D、答：答：A复复 习习5、梯形图中中断、梯形图中中断允许指令允许指令可用（可用（）表示。）表示。A、B、C、D、答：答：D教学目标与任务教学目标与任务教学目标与任务教学目标与任务教学目标与任务教学目标与任务01相关理论知识相关理论知识相关理论知识相关理论知识相关理论知识相关理论知识02训练任务训练任务训练任务训练任务训练任务训练任务03课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习041.掌握掌握PID指令的功能及应用编程指令的功能及应用编程2.熟悉熟悉S7-200系列系列PLC的结构和外部的结构和外部I/O接线方法接线方法3.熟悉熟悉STEP7-Micro/WIN编程软件的使用方法编程软件的使用方法4.熟悉水箱水位熟悉水箱水位PLC控制工作原理和程序设计方法控制工作原理和程序设计方法【教学目标教学目标教学目标教学目标】【教学任务教学任务教学任务教学任务】1.1.练习练习练习练习PIDPID指令的基本使用方法，能够正确编制水箱水位指令的基本使用方法，能够正确编制水箱水位指令的基本使用方法，能够正确编制水箱水位指令的基本使用方法，能够正确编制水箱水位PLCPLC控制控制控制控制程序程序程序程序2.2.能够独立完成水箱水位能够独立完成水箱水位能够独立完成水箱水位能够独立完成水箱水位PLCPLC控制线路的安装控制线路的安装控制线路的安装控制线路的安装3.3.按规定进行通电调试，出现故障时，能根据设计要求独立检修，按规定进行通电调试，出现故障时，能根据设计要求独立检修，按规定进行通电调试，出现故障时，能根据设计要求独立检修，按规定进行通电调试，出现故障时，能根据设计要求独立检修，直至系统正常工作直至系统正常工作直至系统正常工作直至系统正常工作在工程实际应用中，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，这时应用用PIDPID控制技术最为方便。典型控制技术最为方便。典型PIDPID回路控制系统如图所示：回路控制系统如图所示：比例（P）控制积分（I）控制微分（D）控制其中：其中：KC为比例系数，为比例系数，PID回路的增益，用来描述回路的增益，用来描述PID回路的比例调节作用；回路的比例调节作用；M(t)为为PID回路的输出，是时间函数，决定执行器的具体位置；回路的输出，是时间函数，决定执行器的具体位置；TI为为PID回路的积分时间，决定积分作用的强弱；回路的积分时间，决定积分作用的强弱；TD为为 PID回路的微分时间，决定微分作用的强弱；回路的微分时间，决定微分作用的强弱；e为为PID回路的偏差（给定值回路的偏差（给定值SP和过程变量和过程变量PV之差）；之差）；Minital为为PID回路输出的初始值，即回路输出的初始值，即e=0时的阀位开度。时的阀位开度。其中：其中：Mn为采样时刻为采样时刻n的回路输出计算值；的回路输出计算值；MPn为采样时刻为采样时刻n的回路输出比例项值；的回路输出比例项值；MIn为采样时刻为采样时刻n的回路输出积分项值；的回路输出积分项值；MDn为采样时刻为采样时刻n的回路输出微分项值。的回路输出微分项值。表中偏移地址表示相对于参数表首地址的字节偏移量表中偏移地址表示相对于参数表首地址的字节偏移量n n。99个参数均为实型数据，分别占用个参数均为实型数据，分别占用4 4个字节存储单元，共个字节存储单元，共3636个字节的存储空间。个字节的存储空间。参数参数2 2、4 4、5 5、6 6、7 7的数值固定不变，可以在程序中预先的数值固定不变，可以在程序中预先设定并填入表中；参数设定并填入表中；参数1 1、3 3、8 8、9 9的数值具有实时性，的数值具有实时性，必须在调用必须在调用PIDPID指令时才可以填入表中。指令时才可以填入表中。LOOPLOOP为为PIDPID调节回路号，可在调节回路号，可在0-70-7范围选取。为保证控范围选取。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，必须为调节回路号节回路号LOOPLOOP赋不同的值，否则系统将不能正常工作。赋不同的值，否则系统将不能正常工作。TBLTBL为与为与LOOPLOOP相对应的相对应的PIDPID参数表的起始地址。参数表的起始地址。CPU 212CPU 212、CPU 214CPU 214无此指令。无此指令。手动工作方式是指不执行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运算方式，自动工作方式是指周期性地执行执行PID运算方式。运算方式。PID回路输入量转成回路输入量转成0.01.0之间的标准化实数是指之间的标准化实数是指CPU从模拟量输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，即化格式，即0.01.0之间的标准化实数。标准化过程算式如下：之间的标准化实数。标准化过程算式如下：RS=RR/SP+E其中其中RS是工程实际值的标准化值；是工程实际值的标准化值；RR是工程实际值的实数形式值；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，通常取是最大允许值减去最小允许值，通常取32 000（对于单极性）和（对于单极性）和64 000（对于双极性）；（对于双极性）；E对于单极性值取对于单极性值取0，对于双极性值取，对于双极性值取0.5。PID调节指令编程举例调节指令编程举例某电炉恒温控制系统，温度在某电炉恒温控制系统，温度在50 500 可调，现采用可调，现采用PLC的的PID调节功能实现。系统采用调节功能实现。系统采用EM231热电偶模块将热电偶热电偶模块将热电偶检测到的温度实际值送入检测到的温度实际值送入PLC的的AIW0单元中，作为温度反单元中，作为温度反馈信号；采用馈信号；采用EM232模拟量输出模块将模拟量输出模块将PID运算的结果输出运算的结果输出到晶闸管调功器，实现电炉的恒温控制要求。到晶闸管调功器，实现电炉的恒温控制要求。控制方案控制方案（1）系统控制参数在开机前通过触摸屏设定给）系统控制参数在开机前通过触摸屏设定给PLC的存储的存储单元，具体对应单元如表所示。单元，具体对应单元如表所示。（2）系统采用单极性方案）系统采用单极性方案（3）PID参数表的首地址为参数表的首地址为VD200（4）采用中断的方式进行数据采样，中断服务程序编号为）采用中断的方式进行数据采样，中断服务程序编号为INT_0将触摸屏输入的温度设将触摸屏输入的温度设定值转换为双字整数定值转换为双字整数温度设定值温度设定值转换为实数转换为实数将触摸屏输入的增益将触摸屏输入的增益值转换为双字整数值转换为双字整数增益值转换为实数增益值转换为实数将触摸屏输入的采样时将触摸屏输入的采样时间值转换为双字整数间值转换为双字整数采样时间值采样时间值转换为实数转换为实数将触摸屏输入的积分将触摸屏输入的积分时间常数转换为双字时间常数转换为双字整数整数积分时间常数积分时间常数转换为实数转换为实数将触摸屏输入的微分将触摸屏输入的微分时间常数转换为双字时间常数转换为双字整数整数微分时间常数微分时间常数转换为实数转换为实数温度控制温度控制PID调节主程序（转入触摸屏输入值）调节主程序（转入触摸屏输入值）温度设定值填表温度设定值填表增益值填表增益值填表采样设定值填表采样设定值填表积分时间常数填表积分时间常数填表微分时间常数填表微分时间常数填表PID表的首地址为表的首地址为VD200温度控制温度控制PID调节主程序（填写调节主程序（填写PID运算周期）运算周期）设置定时中断间隔为设置定时中断间隔为200ms建立定时中断事件与中断子建立定时中断事件与中断子程序程序0连接，并允许该中断连接，并允许该中断全局开中断全局开中断温度控制温度控制PID调节子程序调节子程序SBR-0（设置（设置PID运算周期）运算周期）清累加器（异或指令）两个清累加器（异或指令）两个相同的字异或，运算结果各相同的字异或，运算结果各位均为位均为0读入读入EM231将温度值转换到将温度值转换到PLC内部的数字值内部的数字值AIW0（反（反馈量值）馈量值）将读入的温度值转换为实数将读入的温度值转换为实数对读入的单极性温度值进行对读入的单极性温度值进行标准化处理标准化处理将标准化处理的温度值填入将标准化处理的温度值填入PID参数表（反馈量值）参数表（反馈量值）温度控制温度控制PID调节中断子程序（采样温度反馈值）调节中断子程序（采样温度反馈值）取环路编号取环路编号0，调用，调用PID功能功能将将PID运算的结果转换为工程量运算的结果转换为工程量（逆标准化）（逆标准化）取整取整将工程量输出给将工程量输出给AQW0进行进行D/A转换转换温度控制温度控制PID调节中断子程序（启动调节中断子程序（启动PID功能）功能）例：锅炉内蒸汽压力例：锅炉内蒸汽压力PID控制控制:为了生产需求，调节鼓为了生产需求，调节鼓风机的速度，使锅炉内蒸汽压力维持在风机的速度，使锅炉内蒸汽压力维持在0.85 1.0MPa，压力的大小由压力变送器检测，变送器压力量程，压力的大小由压力变送器检测，变送器压力量程0 2.5MPa，输出，输出DC为为420mA，过程变量值是压力，过程变量值是压力变送器检测至的单极性模拟量，回路输出值也是一个变送器检测至的单极性模拟量，回路输出值也是一个单极性模拟量，用来控制鼓风机的速度。单极性模拟量，用来控制鼓风机的速度。水箱水位PLC控制：如图2-55所示，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。根据任务要求，根据任务要求，选定根据任务要求，根据任务要求，选定PIPI控制方式，给定参控制方式，给定参数值如表数值如表3 3所示，并且系统运行后先由手动控制电机，直到水所示，并且系统运行后先由手动控制电机，直到水位上升达到位上升达到75%75%时，再通过输入点时，再通过输入点I0.0I0.0的置位切入自动状态。的置位切入自动状态。连接导线若干连接导线若干连接导线若干连接导线若干05PC/PPIPC/PPI电缆电缆电缆电缆04装有装有装有装有STEP7-Micro/WINSTEP7-Micro/WIN编程软件的编程软件的编程软件的编程软件的PCPC机机机机03彩灯显示控制模块（彩灯显示控制模块（彩灯显示控制模块（彩灯显示控制模块（L1 L16L1 L16）021 1台台台台S7-200 CPU224XP PLCS7-200 CPU224XP PLC01水位控制主程序水位控制主程序首次扫描调用初始化子程序首次扫描调用初始化子程序I0.0I0.0得电，将变频器接入电源得电，将变频器接入电源填写填写PID参数表，设置给定水参数表，设置给定水位值位值75%设置增益值设置增益值0.25设置采样设定值为设置采样设定值为0.1s设置积分时间常数为设置积分时间常数为30min设置微分时间常数为设置微分时间常数为0，即关，即关闭微分作用闭微分作用设置定时中断时间间隔为设置定时中断时间间隔为100ms每次定时时间到调用中断程序每次定时时间到调用中断程序INT_0全局开中断全局开中断水位控制子程序（初始化水位控制子程序（初始化PID参数表，设置参数表，设置PID运算周期）运算周期）清累加器（异或指令）两个清累加器（异或指令）两个相同的字异或，运算结果各相同的字异或，运算结果各位均为位均为0读入（采集）连接在模拟量读入（采集）连接在模拟量通道通道0上的水位值（反馈量值）上的水位值（反馈量值）将采集到的水位值转换为实将采集到的水位值转换为实数数对单极性的实数水位值进行对单极性的实数水位值进行标准化标准化将水位值的标准化结果填入将水位值的标准化结果填入PID参数表参数表水位控制中断服务子程序（读水位值）水位控制中断服务子程序（读水位值）若为自动方式，则调用若为自动方式，则调用PID功功能，取环路编号能，取环路编号0，取取PID运算结果的控制量，进行运算结果的控制量，进行逆标准化（即转换为工程量）逆标准化（即转换为工程量）取整（舍小数）取整（舍小数）将工程量输出给模拟量输出将工程量输出给模拟量输出通道通道0（AQW0）进行）进行D/A转转换换水位控制中断服务子程序（自动时启动水位控制中断服务子程序（自动时启动PID运算）运算）清累加器清累加器读入连接在模拟量通道读入连接在模拟量通道2上的速度上的速度给定值，已备无扰动切换给定值，已备无扰动切换将采集到的速度给定值转换将采集到的速度给定值转换为实数为实数对单极性的实数速度给定值对单极性的实数速度给定值进行标准化进行标准化对标准化后的手动速度给定对标准化后的手动速度给定值作为值作为PID回路表的积分和回路表的积分和将标准化后的手动速度给定将标准化后的手动速度给定值作为值作为PID回路表的输出值回路表的输出值取标准化后的水位值取标准化后的水位值将标准化后的水位值作为将标准化后的水位值作为PID回路表中的反馈量前值回路表中的反馈量前值水位控制中断服务子程序（手动控制结果存水位控制中断服务子程序（手动控制结果存PID参数表）参数表）5 5）通电调试，验证是否符合设计要求）通电调试，验证是否符合设计要求1编写梯形图程序，编译后将编译好的梯形图程序下载到PLC中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3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4检修线路连接和梯形图程序，直至能够正常工作 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。结合学生完成的情况进行点评并给出考核成绩，展示学生优秀设计方案和程序，激发学生学习热情。