基于PLC的液位監(jiān)控系統(tǒng)

1、基于PLC的液位監(jiān)控系統(tǒng)目錄基于PLC的液位監(jiān)控系統(tǒng)1目錄21 課程設(shè)計的系統(tǒng)要求31.1設(shè)計的目的和要求31.2設(shè)計任務(wù)31.3系統(tǒng)工作原理42 系統(tǒng)的構(gòu)成42.1控制器部分42.1.1控制器選擇分析42.1.2控制器型號選擇62.2液位傳感器部分102.2.1液位傳感器選擇分析102.2.2液位傳感器型號選擇112.3比例閥部分122.3.1比例閥選擇分析122.3.2比例閥型號選擇123控制方案133.1控制方式133.2接線說明133.3 PID控制分析143.3.1 PID控制的原理和特點：143.3.2 PID控制器的參數(shù)整定154 程序部分154.1程序編寫說明154.2程序流程

2、圖：154.3程序編寫：164.4寄存器使用說明：195 監(jiān)控部分205.1監(jiān)控系統(tǒng)選擇205.2組態(tài)王軟件特點205.3使用組態(tài)王制作監(jiān)視畫面216總結(jié)231 課程設(shè)計的系統(tǒng)要求1.1設(shè)計的目的和要求本課程設(shè)計是測控技術(shù)與儀器專業(yè)教學(xué)中的一個重要專業(yè)實踐環(huán)節(jié)。為了使學(xué)生在以后就業(yè)中可能接觸到的生產(chǎn)現(xiàn)場、生產(chǎn)過程和測控系統(tǒng)的設(shè)計有較為深刻的認識，本次實習(xí)重點是要求學(xué)生能設(shè)計完成一個實際的應(yīng)用系統(tǒng)。通過設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)，使學(xué)生對所學(xué)的傳感器、微機原理、精密儀器與設(shè)備、計算機網(wǎng)絡(luò)、組態(tài)軟件、PLC設(shè)計等方面的知識有更進一步的深刻的認識和掌握，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識和技能分析解決實際問題的能力，熟

3、悉技術(shù)設(shè)計工作的一般程序和方法。（本文由 點夢時刻 傾情奉獻）1.2設(shè)計任務(wù)以水箱為被控對象，以西門子S7-200PLC作為控制器，通過對比例閥的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對水箱液位的實時監(jiān)控功能。要求上位機采用MCGS組態(tài)軟件實時監(jiān)控、顯示動態(tài)曲線，保存數(shù)據(jù)等。1.3系統(tǒng)工作原理圖1系統(tǒng)的原理如上圖1所示，S7-200PLC模擬輸入通道與液位傳感器相連，獲得輸入信號（即測量值信號），經(jīng)上位機可以獲得設(shè)定值，經(jīng)程序比較測量值與設(shè)定值的偏差，有PLC對偏差進行PID調(diào)節(jié)得到控制信號（即輸出值），PLC通過模擬通道輸出控制信號到比例閥，以控制出水口的流量，從而達到控制水位的目的。因為PLC直接和上位機進行通訊，從

4、而實現(xiàn)了上位機可以直接設(shè)定給定值，整定PID參數(shù)、實時跟蹤繪圖等功能。2 系統(tǒng)的構(gòu)成2.1控制器部分2.1.1控制器選擇分析常用的工業(yè)控器主要包括單片機和PLC（可編程控制器）?？紤]到可維護性和抗干擾能力，我們選擇了PLC作為我們這次課設(shè)的控制喊叫?？删幊踢壿嬁刂破?PLC)具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅(qū)動能力?？删幊炭刂破髟趯嶋H應(yīng)用時，其硬件需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟件也需根據(jù)控制要求進行設(shè)計編制。（本文由 點夢時刻 傾情奉獻）PLC的主要特點可概括如下:一.高可靠性(1)所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離；(2)各輸入端均

5、采用R-C濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為10-20ms；(3)各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾；(4)采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源；(5)對采用的器件進行嚴格的篩選；(6)良好的自診斷功能；(7)大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng)，使可靠性更進一步提高。二.豐富的I/O接口模塊PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備。三.采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，絕大多數(shù)PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個部件，包括CPU，電源，等均采用I/O模塊化設(shè)計。四.編程簡單易學(xué)PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，很容易被理解和掌

6、握。五.安裝簡單，維修方便PLC可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。（本文由 點夢時刻 傾情奉獻）當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段：1.輸入采樣：即檢查各輸入的開關(guān)狀態(tài)，將這些狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲起來為下一階段使用；2.執(zhí)行程序：PLC按用戶程序中的指令逐條執(zhí)行，但是把執(zhí)行結(jié)果暫時存儲起來；3.刷新輸出：按第1階段的輸入狀態(tài)在第2階段執(zhí)行程序中確定的結(jié)果，在本階段中對輸出予以刷新。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在

7、整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。PLC的功能可分為：1、邏輯控制；2、定時控制；3、計數(shù)控制；4、步進(順序)控制；5、PID控制；6、數(shù)據(jù)控制:PLC具有數(shù)據(jù)處理能力；7、通信和聯(lián)網(wǎng)；8、PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求。2.1.2控制器型號選擇S7-200 CN 系列PLC 適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200 CN 系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此,S7-200 CN 系列具有極高的性能/價格比。S7-200 CN技術(shù)指標如下表1所示： S7-200PLC的技術(shù)指

8、標特性CPU 221CPU 222CPU 224CPU 224XPCPU 226本機I/O 數(shù)字量  模擬量6入/4出8入/6出14入/10出14入/10出2入/1出24入/16出-最大擴展模塊數(shù)量 0個模塊2個模塊7個模塊7個模塊7個模塊掉電保持時間50小時50小時100小時100小時100小時程序存儲器：可在運行模式4096字節(jié)4096字節(jié)4096字節(jié)4096字節(jié)8192字節(jié)12288字節(jié)12288字節(jié)16384字節(jié)16384字節(jié)24576字節(jié)高速計數(shù)器 單相 雙相4路30KHz2路20KHz4路30KHz2路20KHz6路30KHz4路2

9、0KHz4路30KHz2路20KHz 6路30KHz4路20KHz脈沖輸出（DC）2路20KHz2路20KHz2路20KHz2路100 KHz2路20KHz模擬電位器11222實時時鐘配時鐘卡配時鐘卡內(nèi)置內(nèi)置內(nèi)置通訊口1×RS-4851×RS-4851×RS-4852×RS-4852×RS-485浮點數(shù)運算有有有有有I/O映象區(qū)256128入/128出256128入/128出256128入/128出256、128入/128出256128入/128出布爾指令執(zhí)行速度0.22s /指令0.22s /指令0.22s /指令0.22s /指令0.22s

10、 /指令外形尺寸（mm）90×80×6290×80×62120×80×62140×80×62190×80×62數(shù)據(jù)存儲區(qū)2048字節(jié)2048字節(jié)8192字節(jié)10240字節(jié)10240字節(jié)表1S7-200 CN 系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面： 高的可靠性 極豐富的指令集 易于掌握 便捷的操作 豐富的內(nèi)置集成功能 實時特性 強勁的通訊能力 豐富的擴展模塊綜合考慮控制對象的控制要求，成本控制和使用環(huán)境，我們選用S7-200PLC控制器。CPU選用222. 8入/6出，最大可添加2個擴展模塊。我們的控制量是

11、模擬量，所以需要使用到擴展模塊EM235，如下圖2所示。EM235是最常用的模擬量擴展模塊，它實現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。表2為 EM235的常用技術(shù)參數(shù)。（本文由 點夢時刻 傾情奉獻）圖2 EM235圖示 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

12、+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12位電流11位表2 EM235的常用技術(shù)參數(shù)下表3說明如何用DIP開關(guān)設(shè)置EM235擴展模塊，開關(guān)1到6可選擇輸入模擬量的單/雙極性、增益和衰減。EM235開關(guān) 單/雙極性選擇增益選擇衰減選擇SW1SW2SW3SW4SW5SW6     ON單極性       

13、;OFF 雙極性     OFF OFF   X1    OFF ON  X10     ONOFF   X100    ONON  無效 ONOFF OFF      0.8OFF ONOFF      0.4OFF OFF ON

14、0;    0.2表3由上表3可知，DIP開關(guān)SW6決定模擬量輸入的單雙極性，當SW6為ON時，模擬量輸入為單極性輸入，SW6為OFF時，模擬量輸入為雙極性輸入。SW4和SW5決定輸入模擬量的增益選擇，而SW1，SW2，SW3共同決定了模擬量的衰減選擇。根據(jù)上表6個DIP開關(guān)的功能進行排列組合，所有的輸入設(shè)置如下表：傳感器的輸入信號為電壓010V，使用單極性的輸入 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 分別設(shè)置為OFFONOFFOFFOFFON模擬量輸入模塊使用前應(yīng)進行輸入校準。其實出廠前已經(jīng)進行了輸入校準，如果OFFSET和GAIN電位器已被

15、重新調(diào)整，需要重新進行輸入校準。其步驟如下：A、 切斷模塊電源，選擇需要的輸入范圍。B、 接通CPU和模塊電源，使模塊穩(wěn)定15分鐘。C、 用一個變送器，一個電壓源或一個電流源，將零值信號加到一個輸入端。D、 讀取適當?shù)妮斎胪ǖ涝贑PU中的測量值。E、 調(diào)節(jié)OFFSET（偏置）電位計，直到讀數(shù)為零，或所需要的數(shù)字數(shù)據(jù)值。F、 將一個滿刻度值信號接到輸入端子中的一個，讀出送到CPU的值。G、 調(diào)節(jié)GAIN（增益）電位計，直到讀數(shù)為32000或所需要的數(shù)字數(shù)據(jù)值。H、 必要時，重復(fù)偏置和增益校準過程。EM235輸入數(shù)據(jù)字格式：（本文由 點夢時刻 傾情奉獻）下圖給出了12位數(shù)據(jù)值在CPU的模擬量輸入字

16、中的位置圖3可見，模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換器（ADC）的12位讀數(shù)是左對齊的。最高有效位是符號位，0表示正值。在單極性格式中，3個連續(xù)的0使得模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換器（ADC）每變化1個單位，數(shù)據(jù)字則以8個單位變化。在雙極性格式中，4個連續(xù)的0使得模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換器每變化1個單位，數(shù)據(jù)字則以16為單位變化。EM235輸出數(shù)據(jù)字格式圖4給出了12位數(shù)據(jù)值在CPU的模擬量輸出字中的位置：圖4數(shù)字量到模擬量轉(zhuǎn)換器（DAC）的12位讀數(shù)在其輸出格式中是左端對齊的，最高有效位是符號位，0表示正值。模擬量擴展模塊的尋址: （本文由 點夢時刻 傾情奉獻）每個模擬量擴展模塊，按擴展模塊的先后順序進行排序，其中，模擬量

17、根據(jù)輸入、輸出不同分別排序。模擬量的數(shù)據(jù)格式為一個字長，所以地址必須從偶數(shù)字節(jié)開始。例如：AIW0，AIW2，AIW4、AQW0，AQW2。每個模擬量擴展模塊至少占兩個通道，即使第一個模塊只有一個輸出AQW0,第二個模塊模擬量輸出地址也應(yīng)從AQW4開始尋址，以此類推。圖4演示了CPU224后面依次排列一個4輸入/4輸出數(shù)字量模塊，一個8輸入數(shù)字量模塊，一個4模擬輸入/1模擬輸出模塊，一個8輸出數(shù)字量模塊，一個4模擬輸入/1模擬輸出模塊的尋址情況，其中，灰色通道不能使用。2.2液位傳感器部分2.2.1液位傳感器選擇分析常用的液位傳感器有以下幾種：（1）電接點式-利用液體的導(dǎo)電性來測量液位，如鍋爐

18、的水位測量和控制。（2）浮子式液位計-利用浮子浮力的變化來進行液位的測量。（3）壓力式-利用液體靜壓力的原理來測量，如差壓式、吹氣式等。（4）電容式-利用兩個導(dǎo)體電極間的流體變化而導(dǎo)致靜電容的變化來測量液位。（5）激光式-是一種性能優(yōu)良的非接觸式高精度液位傳感器，工作原理與超聲波式相同，只是把超聲波換成光波。（6）超聲波式-向測量液面發(fā)射一束超聲波，被其反射后，傳感器再接收此反射波。如聲速一定，則根據(jù)聲波往返的時間就可以計算液面的高度。傳感器選擇分析：（本文由 點夢時刻 傾情奉獻）（1）電接點式液位傳感器由于需要得用液體的導(dǎo)電性來測量液位，所以通用性不高，不適合此次的設(shè)計。（2）浮子式液位計雖

19、然環(huán)境適用能力強，但體積較大，信號反應(yīng)較慢，延遲較長，屬于即將淘汰的產(chǎn)品，這里不選擇這種落后的傳感器。（3）壓力式液位傳感器使用條件苛刻，適應(yīng)能力不強，也不予考慮。（4）激光式使用成本較高，考慮的產(chǎn)品的成本及推廣，不宜采用。（5）超聲波傳感器的特點：超聲波傳感器指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求，因此在移動機器人的研制上也得到了廣泛的應(yīng)用。對比環(huán)境的適應(yīng)能力，故障率，靈敏度，經(jīng)濟性等方面的綜合考慮，此次的設(shè)計采用超聲波式液位傳感器是合理的。（本文由 點夢時刻 傾情奉獻）2.2.2液

20、位傳感器型號選擇經(jīng)過查找資料和數(shù)據(jù)對比，我們選擇了宏通公司HT-BEF系列超聲波液位傳感器。 主要技術(shù)參數(shù)：產(chǎn)品型號：HT-BEF2503  (0.25-3m) 生產(chǎn)公司：宏通         類型：超聲波液位開關(guān)測量范圍：0.25-3m (0.3*0.3米平面目標)輸出信號： 數(shù)字信號：RS232 / RS485           模擬信號：4-20MA

21、 / 0-5V / 0-10V重復(fù)精度：0.5%或2mm聲束角： 10-15°材質(zhì): 不銹鋼工作電壓:24VDC適用范圍: 液位，物位檢測，料位檢測控制輸出接口:M12航空插頭或直接引線 (5芯)傳感器輸出線允許長度：   <50米外殼材料：  1）主體：    工程塑料             

22、60;2）傳感頭：  工程塑料防護等級:  IP67工作溫度： -30-70外型尺寸  （mm）：30(直徑)*85(長,不包括插頭)BEF系列超聲波距離傳感器，采用超聲波回波測距原理，運用精確的時差測量技術(shù)，檢測傳感器與目標物之間的距離，采用該公司開發(fā)的小角度，小盲區(qū)超聲波傳感器，具有測量準確，無接觸，防水，防腐蝕，低成本等優(yōu)點，可應(yīng)于液位，物位檢測，特有的液位，料位檢測方式，可保證在液面有泡沫或大的晃動，不易檢測到回波的情況下有穩(wěn)定的輸出。我們選擇HT-BEF2503型，供電電壓24V DC，檢測距離0.25-3m，測量

23、盲區(qū)0.25m。因為超聲波傳感器工作原理決定了這種類型的傳感器不可避免的存在一定測距的盲區(qū),所以安裝傳感器的高度應(yīng)保證高于最高液面0.25m。該型號傳感器有多種測量信號輸出方式，為方便PLC對信號的采集和處理，我們選擇輸出模擬信號010V。該傳感器有棕，黑，藍三根引線，使用時棕色接電源（本文由 點夢時刻 傾情奉獻）正極，藍色接電源負極，黑色為信號輸出端。使用方便，接線簡單。2.3比例閥部分2.3.1比例閥選擇分析閥對流量的控制可以分為兩種： 一種是開關(guān)控制：要么全開、要么全關(guān)，流量要么最大、要么最小，沒有中間狀態(tài)，如普通的電磁直通閥、電磁換向閥、電液換向閥。另一種是連續(xù)控制：閥口可以根據(jù)需要打

24、開任意一個開度，由此控制通過流量的大小，這類閥有手動控制的，如節(jié)流閥，也有電控的，如比例閥、伺服閥。 使用比例閥或伺服閥的有一個巨大的優(yōu)點：以電控方式實現(xiàn)對流量的節(jié)流控制。（本文由 點夢時刻 傾情奉獻）考慮到本設(shè)計系統(tǒng)為伺服PID控制，所以我們選用可連續(xù)控制輸出的比例閥。2.3.2比例閥型號選擇經(jīng)過篩選我們選擇了臺灣東峰EFBG-03-125-C比例閥。產(chǎn)品主要參數(shù)如下:產(chǎn)品適用范圍：橡膠機械包裝工程，制藥機械，印刷機械，電力控制等領(lǐng)域。公稱直徑：10（mm）適用于大多數(shù)工業(yè)液體介質(zhì)。壓力范圍：10（Mpa） 適用溫度 100（） 材質(zhì) ：鑄鋼 壓力環(huán)境 ：常壓 工作溫度 ：常溫 標準： 國標

25、 類型 ：先導(dǎo)式 外形 ：中型 流動方向 ：雙向 比例閥控制信號要求：輸入為420MA或010V 根據(jù)輸入通過內(nèi)部放大器驅(qū)動磁鐵按輸入值比例驅(qū)動閥芯到相應(yīng)位置。這里使用0-10V的模擬量信號控制。給5V信號時閥芯處于中間位置。兩個工作口都無流量輸出。電壓越趨向于0V 2號口（A口）流量越大！ 電壓越趨向于10V 4號口(B口)流量越大。該產(chǎn)品可供應(yīng)驅(qū)動元件所需最低的壓力及流量的入口節(jié)流式節(jié)能閥。該產(chǎn)品可以使油泵的壓力隨時維持大于負載69 kgf/cm2的差壓，因而節(jié)省消耗電能。且控制靈敏度高，能滿足工業(yè)即時控制的需要。3控制方案3.1控制方式系統(tǒng)由EM235模塊模擬輸入端AIW0獲取超聲波傳感

26、器液位信息（010VDC），PLC將采集液位值與設(shè)定值比較，經(jīng)過PID運算，由EM235模擬量輸出端控制比例閥的開啟和關(guān)閉，用以動態(tài)，智能和迅速的（本文由 點夢時刻 傾情奉獻）調(diào)節(jié)液位使其盡快與設(shè)定值吻合。3.2接線說明液位傳感器，輸出的是010的電壓信號。將超聲波液位傳感器的棕色接電源DC24V正極，藍色接PLC的A-，黑色為信號輸出端接PLC的A+。比例電源接24VDC?？刂菩盘柧€接EM235模擬量輸出端。如下圖5所示。圖5 EM235接線示意圖3.3 PID控制分析3.3.1 PID控制的原理和特點：在實際工業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又

27、稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控（本文由 點夢時刻 傾情奉獻）制量進行控制的。比例（P）控制：比例控制是一種最簡單的控制方式。其

28、控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。積分（I）控制：在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng),如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可

29、以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。微分（D）控制：在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，

30、從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。3.3.2 PID控制器的參數(shù)整定PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主

31、要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善。（本文由 點夢時刻 傾情奉獻）4 程序部分4.1程序編寫說明我們使用語句表進行控制程序的編寫。程序中使用到的資源有EM235的AIW0和AQW0作為模擬量的輸入和輸出端口；兩個定時器時鐘及其中斷資源等。系統(tǒng)啟動后PLC讀取傳感器液位數(shù)據(jù)，液位設(shè)定值，PID各參數(shù)等數(shù)據(jù)并開啟主動閥，然后不斷監(jiān)測工作狀態(tài)，判斷控制按鈕狀態(tài)，若為彈起，則調(diào)用子程序 1，使程序復(fù)位系統(tǒng)停止工作。若為按下，則調(diào)用子程序0，進

32、入PID運算模式選擇階段。在此判斷PID運算系數(shù)是否為0，若不為0，則進入中斷程序1選擇對應(yīng)的PID參數(shù)進行相應(yīng)PID的運算，并對比例閥進行伺服控制。若為0，則進入中斷程序0選擇對應(yīng)的PID參數(shù)進行PID運算，并對比例閥進行伺服控制。完成以上完整的控制流程后，程序返回，進行下一個控制周期。如此不間斷的實時運算，實時控制，使本系統(tǒng)滿足實時，高效，精準的控制要求。同時編寫的程序時要滿足系統(tǒng)在各種工作環(huán)境中穩(wěn)定運行和要求。4.2程序流程圖：比例系數(shù)不為0啟動讀取傳感器液位數(shù)據(jù)，液位設(shè)定值，PID各參數(shù)判斷工作狀態(tài)控制按鈕彈起控制按鈕按下調(diào)用子程序1，使程序復(fù)位系統(tǒng)停止工作調(diào)用子程序0 選擇PID運算

33、模式比例系數(shù)為0執(zhí)行中斷程序1中I程序控制比例閥工作執(zhí)行中斷程序中I程序控制比例閥工作返回圖6程序流程圖4.3程序編寫：主程序：LD SM0.0 /SM0.0一直為1ITD AIW0, AC0 /將液位傳感器的模擬量轉(zhuǎn)換為雙整數(shù)存入AC0（AC0累加寄存器）DTR AC0, VD108 /將模擬量寄存器中的液位值化成實數(shù)（雙整數(shù)轉(zhuǎn)換為實數(shù)）LD M0.1MOVR VD0, VD104 /輸入設(shè)定值MOVR VD4, VD112 /輸入比例系數(shù)MOVR VD8, VD116 /輸入積分系數(shù)MOVR VD12, VD120 /輸入微分系數(shù)LD SM0.0A M0.1EU /正跳變有效S Q0.0,

34、 1 /打開主動泵（Q0.0置1）-CALL SBR_0 /按下“啟動/停止”按鈕時調(diào)用子程序0 LD M0.1ED /負跳變有效S M0.0, 1 /再次按下“啟動/停止”按鈕時調(diào)用子程序1LD M0.0CALL SBR_1子程序0：LD SM0.0 /比例系數(shù)不為零時調(diào)用中斷程序0AR<> 0.0, VD112MOVR 0.0, VD148MOVB 250, SMB34 /調(diào)用定時中斷0，中斷時間0.25sATCH INT_0, 10 /給中斷事件分配中斷程序ENI /允許中斷LD SM0.0AR= 0.0, VD112 /比例系數(shù)為零時調(diào)用中斷1MOVR 0.0, VD148

35、MOVB 250, SMB35 /調(diào)用定時中斷1，中斷時間0.25sATCH INT_1, 11ENI 子程序1 （復(fù)位程序）：LD SM0.0 R M0.0, 1 /控制位復(fù)位MOVR 0.0, VD100 /寄存器清零 MOVR 0.0, VD104MOVR 0.0, VD112MOVR 0.0, VD116MOVR 0.0, VD124MOVR 0.0, VD128MOVR 0.0, VD132MOVR 0.0, VD140MOVR 0.0, VD144MOVR 0.0, VD148R Q0.0, 1 /主動泵停止運行中斷程序0：LD M0.1AR<> 0.0, VD116

36、/積分系數(shù)不為零時執(zhí)行下面程序MOVR VD104, VD140 -R VD108, VD140MOVR VD140, VD100 /計算偏差+R VD100, VD128 /進行pid運算MOVR VD128, VD132*R 0.25, VD132/R VD116, VD132+R VD100, VD132MOVR VD100, VD144-R VD148, VD144/R 0.25, VD144*R VD120, VD144+R VD144, VD132*R VD112, VD132MOVR VD100, VD148*R 1.0, VD132 /將PID運算結(jié)果轉(zhuǎn)化為比例閥控制字-R 8

37、000.0, VD132*R 1.0, VD132LD M0.1 /積分系數(shù)為零時執(zhí)行下面程序AR= 0.0, VD116MOVR VD104, VD140-R VD108, VD140MOVR VD140, VD100 /計算偏差MOVR VD100, VD144 /進行pid運算-R VD148, VD144/R 0.25, VD144*R VD120, VD144+R VD100, VD144*R VD112, VD144MOVR VD100, VD148MOVR VD144, VD132*R 1.0, VD132 /將PID運算結(jié)果轉(zhuǎn)化為比例閥控制字-R 8000.0, VD132*R

38、 1.0, VD132LDR<= 32000.0, VD132 /對比例閥控制字進行限幅MOVR 32000.0, VD132LDR>= 0.0, VD132MOVR 0.0, VD132LD SM0.0ROUND VD132, AC0 DTI AC0, AC0MOVW AC0, AQW0 /將比例閥控制字數(shù)值轉(zhuǎn)化為單整數(shù)送輸出寄存器MOVW AC0, VW70 /將比例閥控制字數(shù)值送入與監(jiān)控軟件進行通訊的寄存器中斷程序1：LD M0.1AR<> 0.0, VD116 /積分系數(shù)為零時執(zhí)行下面程序MOVR VD104, VD140-R VD108, VD140MOVR

39、VD140, VD100 /計算偏差+R VD100, VD128 /進行pid運算MOVR VD128, VD132*R 0.25, VD132/R VD116, VD132MOVR VD100, VD144-R VD148, VD144/R 0.25, VD144*R VD120, VD144+R VD144, VD132*R VD112, VD132MOVR VD100, VD148*R 1.0, VD132 /將PID運算結(jié)果轉(zhuǎn)化為比例閥控制字-R 8000.0, VD132*R 1.0, VD132LD M0.1 /積分系數(shù)為零時執(zhí)行下面程序AR= 0.0, VD116MOVR VD

40、104, VD140-R VD108, VD140MOVR VD140, VD100 /計算偏差MOVR VD100, VD144 /進行pid運算-R VD148, VD144/R 0.25, VD144*R VD120, VD144MOVR VD100, VD148MOVR VD144, VD132*R 1.0, VD132 /將PID運算結(jié)果轉(zhuǎn)化為比例閥控制字-R 8000.0, VD132*R 1.0, VD132LDR<= 32000.0, VD132 /對比例閥控制字進行限幅MOVR 32000.0, VD132LDR>= 0.0, VD132MOVR 0.0, VD1

41、32LD SM0.0ROUND VD132, AC0DTI AC0, AC0MOVW AC0, AQW0 /將比例閥控制字數(shù)值轉(zhuǎn)化為單整數(shù)送輸出寄存器MOVW AC0, VW70 /將比例閥控制字數(shù)值送入與監(jiān)控軟件通訊的寄存器4.4寄存器使用說明：AIW0：模擬量輸入寄存器AC0：累加器用來做中間轉(zhuǎn)換臨時寄存器AQW0：模擬量輸出寄存器VD0：設(shè)定值寄存器（不參與運算）VD4：比例系數(shù)寄存器（不參與運算）VD8：積分系數(shù)寄存器（不參與運算）VD12：微分系數(shù)寄存器（不參與運算）VD100：液位偏移量臨時寄存器（參與運算）VD104：設(shè)定值臨時寄存器VD108：液位偏移量寄存器（不參與運算）VD

42、112：比例系數(shù)臨時寄存器（參與運算）VD116：積分系數(shù)臨時寄存器（參與運算）VD120：微分系數(shù)臨時寄存器（參與運算）VD128：中間寄存器VD132：比例閥輸出控制值臨時寄存器VD140：中間寄存器VD144：中間寄存器VD148：中間寄存器VW70：比例閥控制字數(shù)值與監(jiān)控軟件通訊的寄存器SV：液位設(shè)定表示變量PV：液位測量表示變量OP：比例閥輸出變量M0.1：啟動/停止控制位K：比系數(shù)變量Ti：積分系數(shù)變量Td：微分系數(shù)變量5 監(jiān)控部分5.1監(jiān)控系統(tǒng)選擇組態(tài)王是亞控科技根據(jù)當前的自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢，面向高端自動化市場及應(yīng)用，以實現(xiàn)企業(yè)一體化為目標開發(fā)的一套產(chǎn)品。該產(chǎn)品以搭建戰(zhàn)略性工業(yè)應(yīng)用服務(wù)平臺為目標，集成了對亞控科技自主研發(fā)的工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫（KingHistorian）的支持，可以為企業(yè)提供一個對整個生產(chǎn)流程進行數(shù)據(jù)匯總、分析及管理的有效平臺，使企業(yè)能夠及時有效的獲取信息，及時的做出反應(yīng)，以獲得最優(yōu)化的結(jié)果。5.2組態(tài)王軟件特點組態(tài)王6.53保持了組態(tài)王早期版本運行穩(wěn)定、使用方便的特點。并根據(jù)國內(nèi)眾多用戶的反饋及意見，對一些功能進行了完善和擴充。該款產(chǎn)品的歷史曲線、溫控曲線以及配方功能進行