單容水箱液位恒值控制系統(tǒng)設計報告

1、下載可編輯過程控制系統(tǒng)課程設計專業(yè)：自動化設計題目 ：單容水箱液位恒值控制系統(tǒng)設計班級：學生姓名：學號：指導教師 ：分院院長 ：教研室主任 ：.專業(yè) .整理 .電氣工程學院下載可編輯一、課程設計任務書1. 設計內容針對某廠的液位控制過程與要求實現模擬控制，其工藝過程如下 ：用泵作為原動力 ，把水從低液位池抽到高液位池，實現對高液位池液位高度的自動控制 。 具體設計內容是利用西門子S7-200PLC 作為控制器 ，實現對單容水箱液位高度的定值控制，同時利用 MCGS 組態(tài)軟件建立單容水箱液位控制系統(tǒng)的監(jiān)控界面，實現實時監(jiān)控的目的 。2. 設計要求1）以 RTGK-2 型過程控制實驗裝置中的單個水

2、箱作為被控對象、PLC作為控制器 、靜壓式壓力表作為檢測元件、電動調節(jié)閥作為執(zhí)行器構成一個單容水箱單閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現對水箱液位的恒值控制。2） PLC 控制器采用PID 算法 ，各項控制性能滿足要求：超調量 15% ，穩(wěn)態(tài)誤差 ±0.1；調節(jié)時間 ts10s；3）組態(tài)測控界面上 ，實時設定并顯示液位給定值、測量值及控制器輸出值；實時顯示液位給定值實時曲線、液位測量值實時曲線和PID 輸出值實時曲線 ；并能顯示歷史曲線 。4）選擇合適的整定方法確定PID 參數，并能在組態(tài)測控界面上實時改變 PID 參數；5）通過 S7-200PLC 編程軟件 Step7 實現 PLC 程序設計與調試

3、 ；.專業(yè) .整理 .下載可編輯6）分析系統(tǒng)基本控制特性 ，并得出相應的結論 ；7）設計完成后 ，提交打印設計報告 。3. 參考資料1）邵裕森 ,戴先中主編 .過程控制工程(第 2 版 ).北京 :機械工業(yè)出版社 .20032）崔亞嵩主編 .過程控制實驗指導書 （校內）3）廖常初主編 .PLC編程及應用 (第 2 版 ).北京 :機械工業(yè)出版社 .20074）吳作明主編 .工業(yè)組態(tài)軟件與PLC 應用技術 .北京 :北京航空航天大學出版社 .20074. 設計進度（2012 年 12 月 3 日至 2011 年 12 月 16 日）時間設計內容布置設計任務 、查閱資料 、進行2012年12月3日

4、硬件系統(tǒng)設計2012 年12月 4日編制 PLC 控制程序 ，并上機調試 ；2012年12月5日2012 年 12 月 6 日利用 MCGS 組態(tài)軟件建立該系統(tǒng)的2012 年 12 月 7 日工程文件.專業(yè) .整理 .下載可編輯2012 年 12 月 10進行 MCGS 與 PLC 的連接與調試日2012 年 12 月進行 PID 參數整定12 日2012 年 12 月 13系統(tǒng)運行調試 ，實現單容水箱液體日2012 年 12 月定值控制14 日2012 年1月 15日寫設計報告書2012年1月16日5. 設計時間及地點設計時間 ：上午：8：0011：00下午：1：004：00晚上：6：009

5、 ：00設計地點 ：新實驗樓 ，過程控制實驗室 （310 ）機房（323）.專業(yè) .整理 .下載可編輯二、評語及成績量化評分項目評分標準分數1.獨立分析與解決很較一不10問題的能力強強般能2 組態(tài)界面設計 、界程硬分調PLC 程序編制及系35面序件析試統(tǒng)調試有規(guī)整邏雜3.報告撰寫情況錯25范潔輯亂誤積認應消4.輔導答疑10極真付極5.設計態(tài)度積認應消10.專業(yè) .整理 .下載可編輯極真付極7.出勤全勤缺勤次數10附加評語量化總分課程設計成績 ：指導教師 ：過程控制系統(tǒng)課程設計報告.專業(yè) .整理 .下載可編輯班級：姓名：學號：指導教師 ：撰寫日期 ：.專業(yè) .整理 .下載可編輯目 錄第一章 課程

6、設計內容與要求分析 .11.1課程設計內容 .11.2課程設計要求分析 .11.3PID 控制的原理和特點 .11.3.1比例（ P）控制及調節(jié)過程 .21.3.2積分（ I）控制及調節(jié)過程 .21.3.3微分（ D）控制及調節(jié)過程 .31.4臨界振蕩整定計算公式 .5第二章 系統(tǒng)組態(tài)設計 .62.1 MCGS 組態(tài)軟件概述 .62.1.1如何創(chuàng)建 MCGS 組態(tài)工程 .62.1.2設備配置 .72.1.3新建畫面 .72.1.4設備連接 .11第三章 PLC設計 .133.1 PLC 概述 .133.2 系統(tǒng) PLC 設計程序 .14第四章 單容水箱液位恒值系統(tǒng)數據調試 .174.1等幅震蕩

7、 .174.2P 調節(jié)器 .184.3PI 調節(jié)器 .184.4PID 調節(jié)器 .194.5P 、PI、PID 調的比較 .20課程設計總結.22參考文獻 .23.專業(yè) .整理 .下載可編輯第一章 課程設計內容與要求分析1.1 課程設計內容針對某廠的液位控制過程與要求實現模擬控制，其工藝過程如下 ：用泵作為原動力 ，把水從低液位池抽到高液位池 ，實現對高液位池液位高度的自動控制 。 具體設計內容是利用西門子 S7-200PLC 作為控制器 ，實現對單容水箱液位高度的定值控制 ，同時利用 MCGS 組態(tài)軟件建立單容水箱液位控制系統(tǒng)的監(jiān)控界面 ，實現實時監(jiān)控的目的 。1.2 課程設計要求分析（1）

8、以 RTGK-2 型過程控制實驗裝置中的單個水箱作為被控對象 、 PLC 作為控制器 、靜壓式壓力表作為檢測元件 、電動調節(jié)閥作為執(zhí)行器構成一個單容水箱單閉環(huán)控制系統(tǒng) ，實現對水箱液位的恒值控制 。（2）PLC 控制器采用 PID 算法，各項控制性能滿足要求 ：超調量 20% ，穩(wěn)態(tài)誤差 ±0.1；調節(jié)時間 ts 60s；（3 ）組態(tài)測控界面上 ，實時設定并顯示液位給定值 、測量值及控制器輸出值 ；實時顯示液位給定值實時曲線 、液位測量值實時曲線和 PID 輸出值實時曲線 ；（4）選擇合適的整定方法確定 PID 參數，并能在組態(tài)測控界面上實時改變 PID 參數；（5）通過 S7-20

9、0PLC 編程軟件 Step7 實現 PLC程序設計與調試 ；（6）分析系統(tǒng)基本控制特性 ，并得出相應的結論 ；（7）設計完成后 ，提交打印設計報告 。1.3 PID 控制的原理和特點工程實際中 ，應用最為廣泛的調節(jié)器控制規(guī)律為比例 、積分、微分控制，簡稱 PID 控制，又稱 PID 調節(jié) 。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其結構簡單 、穩(wěn)定性好 、工作可靠 、調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一 。 當被控對象的結構和參數不能完全掌握 ，或得不到精確的數學模型時 ，控制理論的其它技術難以采用時 ，系統(tǒng)控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定 ，這時應用 PID 控制技

10、術最為.專業(yè) .整理 .下載可編輯方便。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)參數時，最適合用 PID 控制技術 。PID 控制，實際中也有 PI 和 PD 控制 。PID 控制器就是根據系統(tǒng)的誤差 ，利用比例 、積分、微分計算出控制量進行控制的 。比例（P）控制及調節(jié)過程比例控制是一種最簡單的控制方式 。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（ Steady-state error ）。在人工調節(jié)的實踐中，如果能使閥門的開度與被調參數偏差成比例的話，就有可能使輸出量等于輸入量，從而使被調參數趨于穩(wěn)定，達到平衡狀態(tài) 。 這種

11、閥門開度與被調參數的偏差成比例的調節(jié)規(guī)律，稱為比例調節(jié)。比例調節(jié)規(guī)律及其特點比例調節(jié)作用 ，一般用字母 P 來表示 。 如果用一個數學式來表示比例調節(jié)作用 ，可寫成：u K p e（ 1-1）式中u 調節(jié)器的輸出變化值 ；e 調節(jié)器的輸入 ，即偏差；K p 比例調節(jié)器的放大倍數 。放大倍數 K P 是可調的 ，所以比例調節(jié)器實際上是一個放大倍數可調的放大器 。比例調節(jié)作用雖然及時 、作用強 ，但是有余差存在 ，被調參數不能完全回復到給定值 ，調節(jié)精度不高 ，所以有時稱比例調節(jié)為 “粗調 ”。純比例調節(jié)只能用于干擾較小 、滯后較小 ，而時間常數又不太小的對象 。積分（I）控制及調節(jié)過程在積分控制

12、中 ，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系 。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)（ SystemwithSteady-stateError ）。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.專業(yè) .整理 .下載可編輯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，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。對于工藝條件要求較高余差不允許存在的情況下

13、，比例作用調節(jié)器不能滿足要求了 ，克服余差的辦法是引入積分調節(jié) 。因為單純的積分作用使過程緩慢，并帶來一定程度的振蕩 ，所以積分調節(jié)很少單獨使用 ，一般都和比例作用組合在一起，構成比例積分調節(jié)器，簡稱 PI 調節(jié)器，其作用特性可用下式表示 ：uPIu P uI1 ( e1edt)（1-2 ）PTI這里，表示 PI 調節(jié)作用的參數有兩個 ：比例度 P 和積分時間 TI 。而且比例度不僅影響比例部分 ，也影響積分部分 ，使總的輸出既具有調節(jié)及時、克服偏差有力的特點 ，又具有克服余差的性能 。由于它是在比例調節(jié) （粗調）的基礎上 ，有加上一個積分調節(jié) （細調），所以又稱再調調節(jié)或重定調節(jié) 。但是 ，

14、積分時間太小 ，積分作用就太強 ，過程振蕩劇烈 ，穩(wěn)定程度低 ；積分時間太大 ，積分作用不明顯，余差消除就很慢 。如果把積分時間放到最大 ， PI 調節(jié)器就喪失了積分作用，成了一個純比例調節(jié)器 。微分（D）控制及調節(jié)過程在微分控制中 ，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分 （即誤差的變化率）成正比關系 。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調節(jié)過程中可能會出現振蕩甚至失穩(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該是零 。 這就是說 ，在控

15、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.專業(yè) .整理 .下載可編輯誤差的控制作用等于零 ，甚至為負值 ，從而避免了被控量的嚴重超調 。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)在調節(jié)過程中的動態(tài)特性 。微分調節(jié)的作用主要是用來克服被調參數的容量滯后。在生產實際中，有經驗的工人總是既根據偏差的大小來改變閥門的開度大小 （比例作用），同時又根據偏差變化速度的大小進行調節(jié) 。比如當看到偏差變化很大時 ，就估計到即將出現

16、很大的偏差而過量地打開 （關閉）調節(jié)閥，以克服這個預計的偏差 ，這種根據偏差變化速度提前采取的行動 ，意味著有 “超前 ”作用 ，因而能比較有效地改善容量滯后比較大的調節(jié)對象的調節(jié)質量 。什么是微分調節(jié) ？微分調節(jié)是指調節(jié)器的輸出變化與偏差變化速度成正比 ，可用數學表達式表示為 ：u TDd ( e)）（1-3dt式中：u 調節(jié)器的輸出變化值 ；TD 微分時間 ；d (e) 偏差信號變化的速度 。dt從上式可知 ，偏差變化的速度越大 ，微分時間 TD 越長，則調節(jié)器的輸出變化就越大 。 對于一個固定不變的偏差 ，不管其有多大 ，微分做用的輸出總是零 ，這是微分作用的特點 。由于實際微分器的比例

17、度不能改變 ，固定為 100% ，微分作用也只在參數變化時才出現 ，所以實際微分器也不能單獨使用 。 一般都是和其它調節(jié)作用相配合 ，構成比例微分或比例積分微分調節(jié)器 。比例積分微分調節(jié)又稱PID 調節(jié)，它可由下式表示 ：u1 e1edt TDd ( e)（1-4 ）PTIdt.專業(yè) .整理 .下載可編輯PID 調節(jié)中，有三個調節(jié)參數 ，就是比例度 P、積分時間 Ti、微分時間 TD 。適當選取這三個參數值 ，就可以獲得良好的調節(jié)質量 。由分析可知 ， PID 作用調節(jié)質量最好 ，PI 調節(jié)第二 ，PD 調節(jié)有余差 。純比例調節(jié)雖然動偏差比 PI 調節(jié)小，但余差大 ，而純積分調節(jié)質量最差，所以

18、一般不單獨使用 。1.4臨界振蕩整定計算公式臨界振蕩整定計算公式如下表1-1 所示：表 1-1臨界振蕩整定計算公式TiTdP2 kPITk/1.22.2 kPID0.5Tk0.25Ti1.6 k.專業(yè) .整理 .下載可編輯第二章 系統(tǒng)組態(tài)設計2.1 MCGS 組態(tài)軟件概述如何創(chuàng)建 MCGS 組態(tài)工程MCGS(Monitor and Control Generated System，監(jiān)視與控制通用系統(tǒng) )是一套基于 windows95/98/NT 操作系統(tǒng) (或更高版本 )，用來可快速構造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng) ，它為用戶提供了從設備驅動、數據采集到數據處理 、報警處理 、流程控制

19、、動畫顯示 、報表輸出等解決實際工程問題的完整方案和操作工具 。 MCGS 組態(tài)軟件具有多任務、多線程功能 ，其系統(tǒng)框架采用 VC+ 語言編程 ，通過 OLE 技術向用戶提供 VB 編程接口 ，提供豐富的設備驅動件 、動畫構件 、策略構件 ，用戶可隨時方便地擴充系統(tǒng)的功能 。工程創(chuàng)建的一般過程為 ：(1)工程項目系統(tǒng)分析 ：分析工程項目的系統(tǒng)構成 、技術要求和工藝流程，弄清系統(tǒng)的控制流程和監(jiān)控對象的特征 ，明確監(jiān)控要求和動畫顯示方式 ，分析工程中的設備采集及輸出通道與軟件中實時數據庫變量的對應關系 ，分清哪些變量是要求與設備連接的 ，哪些變量是軟件內部用來傳遞數據及動畫顯示的 。(2)工程各項

20、搭建框架 ：MCGS 稱為建立新工程 。主要內容包括 ：定義工程名稱 、封面窗口名稱和啟動窗口 （封面窗口退出后接著顯示的窗口）名稱，指定存盤數據庫文件的名稱以及存盤數據庫 ，設定動畫刷新的周期 。經過此步操作 ，即在 MCGS 組態(tài)環(huán)境中 ，建立了由五部分組成的工程結構框架 。封面窗口和啟動窗口也可等到建立了用戶窗口后 ，再行建立。(3)設計菜單基本體系 ：為了對系統(tǒng)運行的狀態(tài)及工作流程進行有效地調度和控制 ，通常要在主控窗口內編制菜單。編制菜單分兩步進行，第一步首先搭建菜單的框架，第二步再對各級菜單命令進行功能組態(tài)。在組態(tài)過程中 ，可根據實際需要 ，隨時對菜單的內容進行增加或刪除，不斷完善

21、工程的菜單 。.專業(yè) .整理 .下載可編輯(4)制作動畫顯示畫面 ：動畫制作分為靜態(tài)圖形設計和動態(tài)屬性設置兩個過程 。 前一部分類似于 “畫畫 ”，用戶通過 MCGS 組態(tài)軟件中提供的基本圖形元素及動畫構件庫 ，在用戶窗口內 “組合 ”成各種復雜的畫面 。后一部分則設置圖形的動畫屬性 ，與實時數據庫中定義的變量建立相關性的連接關系 ，作為動畫圖形的驅動源 。(5)編寫控制流程程序 ：在運行策略窗口內 ，從策略構件箱中 ，選擇所需功能策略構件 ，構成各種功能模塊 （稱為策略塊 ），由這些模塊實現各種人機交互操作 。MCGS 還為用戶提供了編程用的功能構件 （稱之為 “腳本程序 ”功能構件 ），使

22、用簡單的編程語言 ，編寫工程控制程序 。(6)完善菜單按鈕功能 ：包括對菜單命令 、監(jiān)控器件 、操作按鈕的功能組態(tài) ；實現歷史數據 、實時數據 、各種曲線 、數據報表 、報警信息輸出等功能 ；建立工程安全機制等 。(7)編寫程序調試工程 ：利用調試程序產生的模擬數據 ，檢查動畫顯示和控制流程是否正確 。(8)連接設備驅動程序 ：選定與設備相匹配的設備構件 ，連接設備通道，確定數據變量的數據處理方式 ，完成設備屬性的設置 。此項操作在設備窗口內進行 。設備配置在組態(tài)界面中選擇新建的工程 ，雙擊進入組態(tài)王工程瀏覽器 ；選擇工程目錄區(qū)的設備中的 COM1 ，雙擊右邊的新建按鈕進入設備配置向導，選擇

23、PLC亞控 仿真 PLCCOM 1,單擊下一步 ，為配置設備取名PLC1，單擊下一步 。 選擇設備串口 COM1, 一直單擊下一步完成設備配置。新建畫面我們在建立畫面之前先建立工程：(1)鼠標單擊文件菜單中 “新建工程 ”選項 ，由于 MCGS 安裝在 D 盤根目錄下，則會在 D ： 下自動生成新建工程 ，默認的工程名為：“新建工程 X.MCG”，其中 X 表示工程的序號 。(2)選擇文件菜單中的 “工程另存為 ”菜單項 ，彈出文件保存窗口 。.專業(yè) .整理 .下載可編輯(3)在文件名一欄內輸入 “過程控制單容水箱 ”，點擊保存按鈕 ，工程創(chuàng)建完畢 。、其次是新建畫面 ：在 MCGS 組態(tài)平臺

24、上 ，單擊 “用戶窗口 ”，在“用戶窗口 ”中單擊 “新建窗口 ”按鈕 ，則產生新 “窗口 0”，將其改名為 “單容水箱 ”，同理 ，建立 “窗口 1”“窗口 2”將其改名為 “歷史曲線 ”“退出提示 ”，見圖 2-1 所示 。2-1用戶窗口單擊 “窗口屬性 ”，進入 “用戶窗口屬性設置 ”，將 “窗口名稱 ”改為 ：單容水箱；將 “窗口標題 ”改為 ：單容水箱 ；在“窗口位置 ”中選中 “最大化顯示 ”，其它不變 ，單擊 “確認 ”。選中剛創(chuàng)建的 “單容水箱 ”用戶窗口 ，單擊 “動畫組態(tài) ”，進入動畫制作窗口。 圖形對象放置在用戶窗口中 ，是構成用戶應用系統(tǒng)圖形界面的最小單元 ，MCGS

25、中的圖形對象包括圖元對象 、圖符對象和動畫構件三種類型 ，不同類型的圖形對象有不同的屬性 ，所能完成的功能也各不相同 。 為了快速構圖和組態(tài) ， MCGS 系統(tǒng)內部提供了常用的圖元 、圖符、動畫構件對象 ，稱為系統(tǒng)圖形對象 。如圖 2-2 所示：.專業(yè) .整理 .下載可編輯圖 2-2 MCGS 工具箱通過 MCGS 工具箱畫出如圖 2-3 的界面：圖 2-3 動畫組態(tài)過程控制同樣 “歷史曲線 ”“退出提示 ”中也是如上述繪畫 ，如圖 2.4,2.5 所示：圖 2-4歷史曲線.專業(yè) .整理 .下載可編輯圖 2-5退出提示其中以設定值為例 ，在 MCGS 工具箱中選中畫出相應的長度 ，雙擊彈出 “

26、動態(tài)屬性設置 ”，在其中的 “填充顏色 ”選黑色 ，“邊線顏色 ”選黑色，“字符顏色 ”選紅色 。 在下面的 “大小變化 ”前打對號 ，在其表達式中填入 “SP”，在“最大變化百分比 ”中填入100 ，“表達式的值 ”中填入50，“變化方向 ”選擇向上 ，如圖 2-6 所示：.專業(yè) .整理 .下載可編輯圖 2-6 大小變化設置設備連接在 “實時數據庫 ”中建立多個對象 ，如圖 2-7 所示：圖 2-7實時數據庫雙擊 “通用串口父設備 ”出現菜單 ，在 “基本屬性 ”完成設置 ，如圖 2-8 所示：圖 2-8基本屬性再在 “通用串口父設備 ”中雙擊 s7200- 西門子 S7-200PP ，點擊

27、其中.專業(yè) .整理 .下載可編輯的 “基本屬性 ”完成設置 ，如圖 2-9 所示：圖 2-9基本屬性同理，在“通道連接 ”“設備調試 ”中完成設置 ，如圖 2-10 ，2-11圖 2-10 通話連接圖 2-11設備調試.專業(yè) .整理 .下載可編輯第三章PLC 設計3.1 PLC 概述我們這次 PLC 采用的是西門子 s7-200 ，西門子 S7-200 系列適用于各行各業(yè) ，各種場合中的檢測 、監(jiān)測及控制的自動化 。 S7-200 系列的強大功能使其無論在獨立運行中 ，或相連成網絡皆能實現復雜控制功能 。因此 S7-200 系列具有極高的性能 / 價格比 。 S7-200 系列出色表現在以下幾

28、個方面 ：（1）極高的可靠性（2）極豐富的指令集（3）易于掌握（4）豐富的內置集成功能（5）實時特性（6）強勁的通訊能力（7）豐富的擴展模塊S7-200 系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制 。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測 ，自動化控制有關的工業(yè)及民用領域 ，包括各種機床 、機械、電力設施 、民用設施 、環(huán)境保護設備等等 。如： 沖壓機床，磨床 ，印刷機械 ，橡膠化工機械 ，中央空調 ，電梯控制 ，運動系統(tǒng)。S7-200 系列 PLC 可提供 4 個不同的基本型號的8 種 CPU 供您使用 。CPU 單元設計 ：集成的 24

29、V 負載電源 ：可直接連接到傳感器和變送器 （執(zhí)行器）， CPU 221 ，222 具有 180mA 輸出， CPU 224 ，CPU 224XP，CPU 226 分別輸出 280 ，400mA 。 可用作負載電源 。本機數字量輸入 / 輸出點：CPU 221 具有 6 個輸入點和 4 個輸出點 ， CPU 222 具有 8 個輸入點和 6 個輸出點 ，CPU 224 具有 14 個輸入點和 10 個輸出點 ， CPU 224XP具有 14 個輸入點和 10 個輸出點 ，CPU 226 具有 24 個輸入點和 16 個輸.專業(yè) .整理 .下載可編輯出點。本機模擬最輸入 / 輸出點：CPU 22

30、4XP 具有 2 個輸入點 ，1 個輸出點 。中斷輸入允許以極快的速度對過程信號的上升沿作出響應。CPU 221/222 具有 4 個高速計數器 （ 30KHz），可編程并具有復位輸入，2 個獨立的輸入端可同時作加 、減計數，可連接兩個相位差為 90° 的 A/B 相增量編碼器 。CPU224/224XP/226 有 6 個高速計數器（ 30KHz），具有 CPU221/222 相同的功能 。 CPU 222/224/224XP/226可方便地用數字量和模擬量擴展模塊進行擴展 。可使用仿真器 （選件）對本機輸入信號進行仿真，用于調試用戶程序。 CPU221/222/224/224XP

31、/226 還具有脈沖輸出功能 。2 路高頻率脈沖輸出（最大 20KHz ），用于控制步進電機或伺服電機實現定位任務 。電池模塊用于長時間數據后備 。 用戶數據 （如標志位狀態(tài) ，數據塊，定時器，計數器）可通過內部的超級電容存貯大約 5 天。選用電池模塊能延長存貯時間到 200 天（ 10 年壽命）。電池模塊插在存儲器模塊的卡槽中 。STEP 7-Micro/WIN32V3.1編 程 軟 件 可 以 對 所 有 的CPU221/222/224/224XP/226功能進行編程。同時也可以使用STEP7-Micro/WIN16V2.1 軟件包，但是它只支持對S7-21x 同樣具有的功能進行編程 。3

32、.2 系統(tǒng) PLC 設計程序VD400: 測量值顯示單元 ； VD404 ：設定值顯示單元 ； VD408 ：輸出值顯示單元取測量值并顯示和存放 ；設定給定值并存放 ；取輸出值并顯示；（ PID 指令回路表存放設定值和測量值 ），清設定值 ，測量值 ，輸出值，比例系數 ，積分系數 ，微分系數單元 。置 PID 回路表首地址 ，置第 0 號 PID。設置采樣時間 ，存放積分前向初值 ，數/ 模轉換輸出前的工程量化 ：將 VD5 （標準化實數 0.0-1.0 ）轉化為 16 位整數，并送模擬量輸出存儲區(qū)AQW0 ，實現數 / 模轉換 。模/ 數轉.專業(yè) .整理 .下載可編輯換輸入后的工程量化 ：將

33、第 0 路模 / 數轉換結果 AIW0 （16 位整數）轉化為標準實數 （0.0-1.0 ），并存入測量值單元VD400. 如圖 3-1 所示：圖 3-1參考程序.專業(yè) .整理 .下載可編輯.專業(yè) .整理 .下載可編輯第四章單容水箱液位恒值系統(tǒng)數據調試4.1 等幅震蕩設 Kc=550 ，SP=15 時，產生震蕩 ，如圖 4-1 所示：圖 4-1 單容水箱液位恒指控制系統(tǒng)根據等幅震蕩所獲得的歷史曲線圖如圖 4-2 所示，記錄波峰時所在的時間，然后計算得出 TK =26s 。.專業(yè) .整理 .下載可編輯圖 4-2等幅震蕩時的歷史曲線4.2 P 調節(jié)器由圖 4-1 可知， TK =26s ， Kc=

34、550 ，則 k=1/Kc=1/550, 由表 1-1 可得到，=2 k=2*(1/550)=1/275，則 Kc=1/ =275 ，如圖 4-3 所示：圖 4-3 P 調時的整定狀態(tài)4.3 PI 調節(jié)器由表1-1可知，=2.2k=2.2*(1/550)=2.2/275，則Kc=1/ =275/2.2=250，Ti=Tk/1.2=26/1.2=21.7s ，則 Ki=Kc/Ti=250/21.7=11.52 ，如圖 4-3 所示：.專業(yè) .整理 .下載可編輯圖 4-4 PI 調時的整定狀態(tài)4.4 PID 調節(jié)器由表1-1可知，=1.6k=1.6*(1/550)，則Kc=1/ =550/1.6=343.75。Ti=0.5Tk=0.5*26=13s ，則， Ki=Kc/Ti=343.75/13=26.45，Td=0.25Ti=0.25*13=3.25s，則 ，如圖4-5 所示：.專業(yè) .整理 .下載可編輯圖 4-5 PID調時的整定狀態(tài)4.5 P、PI、 PID 調的比較圖 4-6 為 P、PI、PID 調的整定歷史曲線 ，通過觀察與比較這三種調節(jié)器的歷史曲線 ，得到如下結論 ：（1）P 調時，控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系 。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差 。（2