PLC實訓報告模擬量與PID控制以及組態(tài)王控制系統(tǒng)設計

1、plc實訓報告題目： 模擬量與pid控制以及組態(tài)王控制系統(tǒng)設計系 別： 專 業(yè)： 班 級: 姓 名: 學 號: 指導教師: 2015年5月 24 日目錄一、 實驗目的.3二、 實驗內(nèi)容.32.1、s7200plc 與模擬量模塊的硬件接線、s7200plc pid指令應用32.1.1、s7200plc 與模擬量模塊的硬件接線.32.1.2、s7200plc pid指令應用.52.2、應用實例.62.2、pid指令向?qū)Ь帉懗绦?12.2.1、 運行pid向?qū)?112.2.2、回路給定值標定112.2.3、回路輸入/輸出選項.122.2.4、回路報警選項122.2.5、指定pid 運算數(shù)據(jù)存儲區(qū).1

2、32.2.6、定義向?qū)傻膒id初使化子程序和中斷程序名及手/自動模式132.2.7、pid 生成子程序、中斷程序和全局符號表.132.3、變頻器的模擬信號操作控制142.3.1、訓練工具、材料和設備.142.3.2、操作方法和步驟.142.3.3變頻器運行操作.152.4、組態(tài)界面的設計152.4.1、項目的建立.162.4.2、圖形畫面的制作172.4.3、plc設備的定義17.2.4.4、定義變量182.4.5、定義變量“水位”、“水泵速度”、“啟動按鈕”、“停止按鈕”、“pid自動開關(guān)”、“水泵運行”192.4.6、被控對象的動態(tài)連接21三、實驗心得23一、實驗目的 1.1、定性掌

3、握pid控制原理，在此基礎上理解pid各調(diào)分量的調(diào)節(jié)作用； 1.2、掌握s7200plc中pid調(diào)節(jié)指令的使用及編程（利用pid指令向?qū)Ь帉懰渌豢刂瞥绦?，學習使用向?qū)Ь幊蹋?，并初步學會pid參數(shù)定方法。1.3、進一步熟悉組態(tài)王監(jiān)控設計。 二、實驗內(nèi)容 2.1、s7200plc 與模擬量模塊的硬件接線、s7200plc pid指令應用2.1.1、s7200plc 與模擬量模塊的硬件接線 （1）模擬量i/o擴展模塊s7-200系列cpu配套的a/d、d/a模塊有em231（4路12位模擬量輸入）、em232（2路12位模擬量輸出）、em235（4路12位模擬量輸入/1路12位模擬量輸出）。模擬

4、量擴展模塊的型號、i/o點數(shù)及消耗電流如表1.1所示。表1.1 模擬量擴展模塊型號、點數(shù)及消耗電流名稱型號輸入/輸出點數(shù)模塊消耗電流（ma）+5v dc+24v dc輸入模塊em2314路模擬量輸入2060輸出模塊em2322路模擬量輸出2070混合模塊em2354路模擬量輸入/1路模擬量輸出3060 （2）模擬量擴展模塊接線圖及模塊設置 模擬量擴展模塊接線圖及模塊設置em235是最常用的模擬量擴展模塊，外部接線如圖1-1所示。其上部有12個端子，每3個端子為一組，共4組，每組可作為1路模擬量的輸入通道。下部電源右邊的3個端子是1路模擬量輸出（電壓或電流信號），v0端接電壓負載，i0端接電流負

5、載，m0端為公共端。圖1-1 模擬量模塊的接線方法 em235的常用技術(shù)參數(shù)如表1.2所示。表1.2 em235的常用技術(shù)參數(shù)模擬量輸入特性模擬量輸入點數(shù)4輸入范圍電壓（單極性）010v 05v 01v 0500mv 0100mv 050mv電壓（雙極性）10v 5v 2.5v 1v 500mv 250mv 100mv 50mv 25mv電流020ma數(shù)據(jù)字格式雙極性 全量程范圍-32000+32000單極性 全量程范圍032000分辨率12位a/d轉(zhuǎn)換器模擬量輸出特性模擬量輸出點數(shù)1信號范圍電壓輸出 10v電流輸出020ma數(shù)據(jù)字格式電壓-32000+32000電流032000分辨率電流電壓

6、12位電流11位2.1.2、s7200plc pid指令應用 （1）pid指令s7-200的pid指令及功能如表1.3所示。表1.3 s7-200的pid指令及功能輸入操作數(shù)數(shù)據(jù)類型梯形圖功能字節(jié)pid指令：當使能端en為1時，pid調(diào)節(jié)指令對tbl為起始地址的pid參數(shù)表中的數(shù)據(jù)進行pid運算常數(shù)（）字節(jié) （2）pid指令的回路表s7-200中pid功能的核心是pid指令。但pid指令需要為其指定一個以v為變量存儲區(qū)地址開始的pid回路表，以及pid回路號。pid回路表提供了給定和反饋，以及pid參數(shù)等數(shù)據(jù)入口，pid運算的結(jié)果也在回路表輸出。pid回路表的格式及含義如表1.4所示。表1.4

7、 pid回路表偏移地址（vb）變量名數(shù)據(jù)格式輸入/輸出類型描述0過程變量當前值（pvn）雙字實數(shù)輸入過程變量，必須為0.01.0之間4給定值（spn）雙字實數(shù)輸入給定量，必須為0.01.0之間8輸出值（mn）雙字實數(shù)輸入/輸出輸出值，必須為0.01.0之間12增益(kc)雙字實數(shù)輸入增益是比例常數(shù)，可正可負16采樣時間（ts）雙字實數(shù)輸入單位為秒，必須是正數(shù)20積分時間（ti）雙字實數(shù)輸入單位為分鐘，必須是正數(shù)24微分時間（td）雙字實數(shù)輸入單位為分鐘，必須是正數(shù)28積分項前值(mx)雙字實數(shù)輸入/輸出積分項前項，必須為0.01.0之間32過程變量前值（pvn-1）雙字實數(shù)輸入/輸出最近一次p

8、id運算的過程變量值 （3）pid回路表初始化為執(zhí)行pid指令，要對pid回路表進行初始化處理，即將pid回路表中有關(guān)的參數(shù)（給定值spn、增益kc、采樣時間ts、積分時間ti、微分時間td），按照地址偏移量寫入到變量寄存器v中。一般是調(diào)用一個子程序，在子程序中，對pid回路表進行初始化處理。在采用人機界面的系統(tǒng)中，初始化參數(shù)通過人機界面直接輸入。 2.2、應用實例 【例】有一個通過變頻器驅(qū)動的水泵供水的恒壓供水水箱如圖1-2所示，維持水位在滿水位的70%。開機后，手動控制電機，水位上升到70%時，轉(zhuǎn)換到pid自動調(diào)節(jié)。分析：過程變量pvn為水箱的水位，由水位檢測計提供，經(jīng)模擬量擴展模em23

9、5進行a/d轉(zhuǎn)換送入plc；控制信號由plc執(zhí)行pid指令后以單極性信號經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換后送出，控制變頻器，從而控制電動機轉(zhuǎn)速。圖1-2 供水水箱示意圖pid回路參數(shù)表如表1.5所示表1.5 pid回路參數(shù)表地址參數(shù)數(shù)值vb100過程變量當前值（）水位檢測計提供的模擬量經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后的標準化數(shù)值vb104給定值（）0.7vb108輸出值（）pid回路的輸出值（標準化數(shù)值）vb112增益（）0.3vb116采樣時間（）0.1vb120積分時間（）30vb124微分時間（）0（關(guān)閉微分作用）vb128積分項前值(mx)根據(jù)pid運算結(jié)果更新vb132過程變量前值（）最近一次的pid的變量值輸入/輸出（

10、i/o）點的分配：i0.0連接手動/自動切換開關(guān)，模擬量輸入aiw0，模擬量輸出aqw0。水箱水位pid控制系統(tǒng)的程序如圖1-3是建立pid回路參數(shù)表、圖1-4時標準化數(shù)據(jù)、圖1-5是執(zhí)行pid指令表起始地址為100到環(huán)路編號0、圖1-6是模擬輸出程序、圖1-7是通過i0.0控制中間繼電器m0.0來實現(xiàn)控制pid指令、圖1-8是把aiw0轉(zhuǎn)換到寄存器vw0中。圖1-3圖1-4圖1-5圖1-6圖1-7圖1-82.2、pid指令向?qū)Ь帉懗绦騭tep 7-micro/win 提供了pid指令向?qū)В灰谙驅(qū)У闹笇绿顚懴鄳膮?shù)，就可以在幾分鐘內(nèi)方便迅速地生成一個pid控制程序。向?qū)ё疃嘣试S配置8個

11、pid回路。pid向?qū)У氖褂貌襟E如下： 2.2.1、 運行pid向?qū)г趕tep 7-micro/win主菜單中選擇【工具】【指令向?qū)А浚M入圖2-1所示的指令向?qū)Ы缑?，在配置哪一個指令功能一項選擇“pid”，點擊【下一步】選擇回路編號“0”就進入pid指令向?qū)Ы缑?。圖2-1 指令向?qū)Ы缑?2.2.2、回路給定值標定回路給定值是提供給向?qū)傻淖映绦虻目刂茀?shù)。選擇默認值，即給定值范圍的低、高限分別為“0.0”和“100.0”，比例增益為“0.3”，采樣時間為“0.1”，積分時間為“30.0”，微分時間為“0.0”，如圖2-2所示。 圖2-2 回路給定值標定 2.2.3、回路輸入/輸出選項 圖2

12、-3 回路輸入/輸出選項 2.2.4、回路報警選項圖2-4 回路報警選項 2.2.5、指定pid 運算數(shù)據(jù)存儲區(qū)圖2-5 指定pid 運算數(shù)據(jù)存儲區(qū) 2.2.6、定義向?qū)傻膒id初使化子程序和中斷程序名及手/自動模式圖2-6 創(chuàng)建子程序、中斷程序2.2.7、pid 生成子程序、中斷程序和全局符號表pid生成子程序、中斷程序和和全局符號表如圖7.16所示；點擊【完成】結(jié)束pid向?qū)?，整個pid向?qū)渲猛瓿?。如圖2-7 pid生成子程序、中斷程序和和全局符號2.3 變頻器的模擬信號操作控制mm420變頻器的“1”、“2”輸出端為用戶的給定單元提供了一個高精度的+10v直流穩(wěn)壓電源?？衫棉D(zhuǎn)速

13、調(diào)節(jié)電位器串聯(lián)在電路中,調(diào)節(jié)電位器, 改變輸入端口ain1+給定的模擬輸入電壓,變頻器的輸入量將緊緊跟蹤給定量的變化,從而平滑無極地調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速的大小。mm420變頻器為用戶提供了模擬輸入端口，即端口“3”、“4”，通過設置p0701的參數(shù)值，使數(shù)字輸入“5”端口據(jù)有正轉(zhuǎn)控制功能；通過設置p0702的參數(shù)值，使數(shù)字輸入“6”端口具有反轉(zhuǎn)控制功能；模擬輸入“3”、“4”端口外接電位器，通過“3”端口輸入大小可調(diào)的模擬電壓信號，控制電動機轉(zhuǎn)速的大小。即由數(shù)字輸入端控制電動機轉(zhuǎn)速的方向，由模擬輸入端控制轉(zhuǎn)速的大小。 2.3.1、訓練工具、材料和設備西門子mm420變頻器一臺、三相異步電動機一臺、電

14、位器一個、斷路器一個、熔斷器三個、自鎖按鈕二個、通用電工工具一套、導線若干等。2.3.2、操作方法和步驟 按要求接線變頻器模擬信號控制接線如圖3-1所示。檢查電路正確無誤后，合上主電源開關(guān)qs。 圖3-1 mm420變頻器模擬信號控制接線圖 參數(shù)設置（1）恢復變頻器工廠默認值，設定p0010=30和p0970=1，按下p鍵，開始復位。（2）設置電動機參數(shù)，電動機參數(shù)設置如表2.1所示。電動機參數(shù)設置完成后，設p0010=0，變頻器當前處于準備狀態(tài)，可正常運行。表3.1 電動機參數(shù)設置參數(shù)號出廠值設置值說明p000311設用戶訪問級為標準級p001001快速調(diào)試p010000工作地區(qū)：功率以kw

15、表示，頻率為50hzp0304400380電動機額定電壓（v）p03051.90.4電動機額定電流（a）p03070.750.18電動機額定功率（kw）p030800.8電動機額定功率（cos）p03105050電動機額定頻率(hz)p031113951400電動機額定轉(zhuǎn)速(r/min)（3）設置模擬信號操作控制參數(shù)，模擬信號操作控制參數(shù)設置如表2.2所示。表3.2 模擬信號操作控制參數(shù)參數(shù)號出廠值設置值說明p000311設用戶訪問級為標準級p000407命令和數(shù)字i/op070022命令源選擇由端子排輸入p000312設用戶訪問級為擴展級p000407命令和數(shù)字i/op070111on接通正

16、轉(zhuǎn)，off停止p0702122on接通反轉(zhuǎn)，off停止p000311設用戶訪問級為標準級p0004010設定值通道和斜坡函數(shù)發(fā)生器p100022頻率設定值選擇為模擬輸入p108000電動機運行的最低頻率（hz）p10825050電動機運行的最高頻率（hz） 2.3.3變頻器運行操作 電動機正轉(zhuǎn)與調(diào)速按下電動機正轉(zhuǎn)自鎖按鈕sb1,數(shù)字輸入端口dini為”on”,電動機正轉(zhuǎn)運行,轉(zhuǎn)速由外接電位器rp1來控制,模擬電壓信號在010v之間變化，對應變頻器的頻率在050hz之間變化，對應電動機的轉(zhuǎn)速在01500 rmin之間變化。當松開帶鎖按鈕sb1時，電動機停止運轉(zhuǎn)。 電動機反轉(zhuǎn)與調(diào)速按下電動機反轉(zhuǎn)自

17、鎖按鈕sb2，,數(shù)字輸入端口din2為”on”,電動機反轉(zhuǎn)運行,與電動機正轉(zhuǎn)相同，反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的大小仍由外接電位器來調(diào)節(jié)。當松開帶鎖按鈕sb2時，電動機停止運轉(zhuǎn)。2.4、組態(tài)界面的設計 2.4.1、項目的建立 在運行組態(tài)王程序時，彈出組態(tài)王工程管理器畫面，此時建立一個新工程，執(zhí)行以下的操作步驟： （1） 在工程管理器中選擇菜單“文件/新建工程”，彈出“新建工程向?qū)б粴g迎使用本向?qū)А睂υ捒颉?（2） 點擊“下一步”，彈出“新建工程向?qū)Фx擇工程所在路徑”對話框。從對話框中選擇或指定工程所在路徑。 （3） 點擊“下一步”，彈出 “新建工程向?qū)こ堂Q和描述”對話框。往對話框中輸入工程名稱：供水水箱系

18、統(tǒng)。 （4） 點擊“完成”，再點擊“是”，將新建的工程設為組態(tài)王當前工程，此時組態(tài)王工程管理器中出現(xiàn)新建的工程。 2.4.2、圖形畫面的制作 按照實際工程的要求繪制監(jiān)控畫面，并使靜態(tài)畫面隨著過程控制對象產(chǎn)生動態(tài)效果。選擇工程目錄區(qū)的畫面，雙擊新建后進入組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)，如圖4-1所示： 圖4-1圖4-2 組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)新畫面 新建畫面命名：供水水箱系統(tǒng)，選擇畫面風格“大小可變”和“覆蓋式”。單擊確定后進入開發(fā)系統(tǒng)新畫面進行設計。 對于已建立的實驗主畫面中的水箱可以在計算機監(jiān)控界面上直接看到水位的變化，游標顯示著水箱水位隨控制信號變化而變化的圖像。結(jié)合實驗現(xiàn)場系統(tǒng)的實際水箱的液位, 可以將監(jiān)控畫面

19、中的水箱水位動態(tài)變化與pid指令向?qū)Ь帉懰渌豢刂瞥绦蛑械妮斎胄盘柋容^，打開“供水水箱系統(tǒng)”主畫面, 如圖4-2所示，雙擊“水箱”彈出動畫連接對話框, 如這樣建立連接后水箱液位的高度隨變量“水箱液位”的值變化而變化，游標是顯示著水箱水位的值，而時鐘儀表則是顯示輸出變量水泵的運行速度，當啟動后水泵變成運行狀態(tài)時畫面中的水泵變成綠色，pid也會處于接通狀態(tài)。圖4-2 2.4.3、plc設備的定義 在組態(tài)界面中選擇新建的工程，雙擊進入組態(tài)王工程瀏覽器； 在組態(tài)王工程瀏覽器的左側(cè)選擇“設備”中的“com3”，在右側(cè)雙擊“新建”，運行“設備配置向?qū)А薄?找到設備驅(qū)動plc西門子s7-200系列ppi。

20、如圖4-3所示。點擊“下一步”，則顯示安裝設備的所有信息。 最后檢查各項設置是否正確，確定無誤后，點擊“完成”。圖4-3 2.4.4、定義變量根據(jù)選擇的系統(tǒng)分析被控對象涉及的各個變量，在組態(tài)王軟件的數(shù)據(jù)詞典中建立這些變量和所需的中間變量，已備動畫連接和編程使用。從工程瀏覽器的左側(cè)樹形菜單中選擇“數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)詞典”，在右側(cè)雙擊“新建”，出現(xiàn)“定義變量”對話框。數(shù)據(jù)詞典所有定義變量如圖4-4所示。圖4-42.4.5、定義變量“水位”、“水泵速度”、“啟動按鈕”、“停止按鈕”、“pid自動開關(guān)”、“水泵運行”。 “水位”和“水泵速度”變量類型均選i/o整數(shù)，由于按輸入液位范圍032000，所以變量的最

21、小值為0，最大值為32000。其中定義i/o整數(shù)變量時，關(guān)鍵是最小原始值和最大原始值的設置。連接設備都是“西門子plc”，寄存器分別是v0和v10，數(shù)據(jù)類型為short。如圖4-5和4-6所示；“啟動按鈕”變量類型i/o離散型，連接設備“西門子plc”，寄存器為m0.0，數(shù)據(jù)類型為bit；“停止按鈕”變量類型i/o離散型，連接設備“西門子plc”，寄存器為m0.1，數(shù)據(jù)類型為bit；“pid自動開關(guān)”和“水泵運行”變量類型都是i/o離散型，連接設備均為“西門子plc”，寄存器都是q0.0，數(shù)據(jù)類型為bit。 圖4-5 圖4-62.4.6、被控對象的動態(tài)連接（1）分別雙擊畫面中水箱和游標對象，出

22、現(xiàn)“反應器向?qū)А焙汀坝螛讼驅(qū)А睂υ捒?，均通過點擊變量名文本框右邊的“？”號出現(xiàn)“選擇變量名”對話框。選擇變量名“水位”，點擊“確定”，文本框中出現(xiàn)“本站點水位”。如圖4-7和4-8所示。圖 4-7圖4-8（2）雙擊畫面中時鐘儀表對象，出現(xiàn)“儀表向?qū)А睂υ捒颍ㄟ^點擊變量名文本框右邊的“？”號出現(xiàn)“選擇變量名”對話框。選擇變量名“水泵速度”，點擊“確定”，文本框中出現(xiàn)“本站點水泵速度”。如圖4-9所示。圖4-9 （3）建立當前水位值和水泵速度顯示文本對象的動畫連接 雙擊畫面中當前水位和水泵速度顯示文本對象“#”，彈出“動畫連接”對話框。把“模擬值輸出”連接，如圖4-10所示；其中表達式分別為“本站點水位”和“本站點水泵速度”，其中輸出格式：整數(shù)5位，小數(shù)0位。如圖4-11和4-12所示；圖4-10圖4-11圖4-12（4） 建立水流的動畫連接 變量為流動鏈接，其表達式為“本站點pid，當pid為接通狀態(tài)時水管為流動狀態(tài)。 2.5、調(diào)試運行及其結(jié)果 2.5.1、編寫控制器算法程序，下載調(diào)試；編寫測試組態(tài)工程，電位器調(diào)節(jié)輸入模擬量調(diào)試。 2.5.1、通過調(diào)節(jié)輸入變量進而觀察輸出變量的的變化，進而把觀察到的結(jié)果與理論值結(jié)果比較是否正確。三、實驗心得為期三周的實訓就這樣結(jié)束了，這三周讓我收獲了不少。從剛開始連軟件安裝都不會的我，現(xiàn)在我