變頻流量自動控制系統(tǒng)

本科生課程設(shè)計(jì)題目變頻流量自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)課程：電力拖動自動控制系統(tǒng)專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：完成日期：學(xué)海無涯苦作舟!學(xué)海無涯苦作舟!電力拖動自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書1題目變頻流量自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2■原始資料汽提塔廢水處理流量自動控制系統(tǒng)用渦街流量計(jì)、PLC與變頻器構(gòu)成反饋的閉環(huán)流量控制系統(tǒng)。用調(diào)節(jié)5.5KW化工泵轉(zhuǎn)速，保證廢水流量穩(wěn)定、滿足汽提塔的工藝要求、并可根據(jù)現(xiàn)場處理情況自動切換流量（兩擋），滿足工業(yè)現(xiàn)場廢水處理要求。兩臺變頻器、兩臺化工泵一用一備（互為備用）保證系統(tǒng)運(yùn)行可靠。污水罐PLC隔離開關(guān)隔離變壓器'、?■：廠SF3斷路器=2#變頻器1#變頻器Pc工控機(jī)汽提塔Z/ZZ/Z*處理后電磁閥回收廢氣電動調(diào)安全閥節(jié)器廢水污水罐PLC隔離開關(guān)隔離變壓器'、?■：廠SF3斷路器=2#變頻器1#變頻器Pc工控機(jī)汽提塔Z/ZZ/Z*處理后電磁閥回收廢氣電動調(diào)安全閥節(jié)器廢水圖1汽提塔流量控制系統(tǒng)的工作原理（1）由流量傳感器測量污水管的進(jìn)水口流量，流量變化信號變換成標(biāo)準(zhǔn)4?20mA電流信號（便于遠(yuǎn)距離傳送信號）、液位傳感器將緩沖罐液位開關(guān)信號傳送PLC實(shí)時(shí)控制。（2）把信號傳到有相關(guān)軟件的PLC、根據(jù)汽提塔工藝要求、現(xiàn)場污水排放量進(jìn)行智能型PI調(diào)節(jié)控制。2.系統(tǒng)控制要求：本系統(tǒng)恒壓變量供水系統(tǒng)是在2臺5.5kW電機(jī)拖動的水泵機(jī)組能夠滿足廢水總量設(shè)計(jì)要求的前提下，達(dá)到全自動閉環(huán)液位控制系統(tǒng)，1）污水流量進(jìn)行智能型PI調(diào)節(jié)控制。2）具有短路、欠壓、過載、過流等諸多保護(hù)功能。3■具體任務(wù)及技術(shù)要求1）分析控制要求、控制原理設(shè)計(jì)控制方案；畫出流量自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；2）PLC、變頻器、選擇；3）畫出該控制系統(tǒng)的原理圖。（主電路、plc控制電路、變頻器控制電路）4）流量自動控制系統(tǒng)變頻器的節(jié)能控制分析；5）PID原理分析與選用；PID在PLC中實(shí)現(xiàn)。4■實(shí)物內(nèi)容及要求課程設(shè)計(jì)報(bào)告文本內(nèi)容包括：1?封面；2?任務(wù)書；3.目錄；4?正文；5?參考文獻(xiàn)6?附錄（課程設(shè)計(jì)有關(guān)程序）。5■完成期限任務(wù)書寫于2011年2月16日，完成期限為2011年2月25日6■指導(dǎo)教師王永華吳遠(yuǎn)網(wǎng)目錄TOC\o"1-5"\h\z1工程概況-5-1.1系統(tǒng)概述-5-1.2系統(tǒng)控制要求：-5-1.3流量自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖-6-1.4主電路設(shè)計(jì)-6-1.5控制線路設(shè)計(jì)-7-2元器件的選擇-8-2.1變頻器的選型-9-2.2變頻器接線圖-13-2.3渦街流量計(jì)的選型-14-PLC的選型-15-3PID在PLC中實(shí)現(xiàn)-15-3.2PID控制器的數(shù)字化-15-3.3輸入輸出變量的轉(zhuǎn)換-16-PID指令及其回路表-18-4小節(jié)與體會-20-5參考文獻(xiàn)-21-1工程概況1.1系統(tǒng)概述汽提塔廢水處理流量自動控制系統(tǒng)用渦街流量計(jì)、PLC與變頻器構(gòu)成反饋的閉環(huán)流量控制系統(tǒng)。用調(diào)節(jié)5.5KW化工泵轉(zhuǎn)速，保證廢水流量穩(wěn)定、滿足汽提塔的工藝要求、并可根據(jù)現(xiàn)場處理情況自動切換流量（兩擋），滿足工業(yè)現(xiàn)場廢水處理要求。兩臺變頻器、兩臺化工泵一用一備（互為備用）保證系統(tǒng)運(yùn)行可靠。隔離開關(guān)SF］斷路器PLCKM1:KM21#變頻器攵廢氣-V汽1#水泵2#水泵汽提塔亠處理后廢水渦積流量計(jì)壓力表熱交換器=2#變頻器閥門止回閥隔離開關(guān)SF］斷路器PLCKM1:KM21#變頻器攵廢氣-V汽1#水泵2#水泵汽提塔亠處理后廢水渦積流量計(jì)壓力表熱交換器=2#變頻器閥門止回閥電動調(diào)安全閥節(jié)器SF3斷路器SF2斷路器…一液位-J:J污水罐Pc工控機(jī)圖1.1汽提塔流量控制系統(tǒng)的工作原理（1）由流量傳感器測量污水管的進(jìn)水口流量，流量變化信號變換成標(biāo)準(zhǔn)4?20mA電流信號（便于遠(yuǎn)距離傳送信號）、液位傳感器將緩沖罐液位開關(guān)信號傳送PLC實(shí)時(shí)控制。（2）把信號傳到有相關(guān)軟件的PLC、根據(jù)汽提塔工藝要求、現(xiàn)場污水排放量進(jìn)行智能型PI調(diào)節(jié)控制。1.2系統(tǒng)控制要求:本系統(tǒng)恒壓變量供水系統(tǒng)是在2臺5.5kW電機(jī)拖動的水泵機(jī)組能夠滿足廢水總量設(shè)計(jì)要求的前提下，達(dá)到全自動閉環(huán)液位控制系統(tǒng)，1）污水流量進(jìn)行智能型PI調(diào)節(jié)控制。2）具有短路、欠壓、過載、過流等諸多保護(hù)功能。1.3流量自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖1.2流量自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖變頻調(diào)速系統(tǒng)將管道流量作為控制對象,渦街流量器將管道的流量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査徒oPLC,通過PLC實(shí)現(xiàn)PID算法控制。在PLC中，將流量信號與流量給定值進(jìn)行比較，并根據(jù)差值的大小按預(yù)先設(shè)定好的PID控制模式進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生控制信號去控制變頻器的輸出電壓和頻率，調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，從而使實(shí)際流量始終維持在給定流量上。另外，采用該方案后，水泵從靜止到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可由變頻器實(shí)現(xiàn)軟啟動，避免了啟動時(shí)大電流對電網(wǎng)的沖擊和啟動給水泵帶來的機(jī)械沖擊。1.4主電路設(shè)計(jì)控制過程為：根據(jù)液位開關(guān)給定的檔位，經(jīng)過PLC的PID控制算法計(jì)算，將輸出量輸出給變頻器再控制水泵送水。有兩臺變頻器和水泵互為備用。在必要時(shí)還可以切換成手動控制。

圖1.3主電路圖圖1.3主電路圖1.5控制線路設(shè)計(jì)PLC控制線路如圖1.4,、1.5所示，控制電路控制正常運(yùn)行、停車、手動切換，但當(dāng)主變頻器1出現(xiàn)故障時(shí)，變頻器內(nèi)部繼電器R1的常閉觸點(diǎn)R1(R1B,R1C)斷開，交流接觸器KM1、KM2線圈斷電，切斷變頻器與交流電源和電動機(jī)的連接。同時(shí)R1的常開觸點(diǎn)R1(R1A,R1C)閉合，一方面接通由蜂鳴器HA和指示燈HL組成的聲光報(bào)警電路，另一方面PLC內(nèi)部定時(shí)器定時(shí)，其常開觸點(diǎn)延時(shí)閉合，自動接通備用變頻器2運(yùn)行電路。此時(shí)操作人員應(yīng)及時(shí)將SA撥到備用變頻器位置，聲光報(bào)警結(jié)束，及時(shí)檢修變頻器。在變頻器運(yùn)行時(shí)，不能通過SB1停車，只能通過SB3以正常模式停車，與SB1并聯(lián)的KA常開觸點(diǎn)保證了這一要求。

童蜒鑑1.2切折按傾變均啟1.2接扎按預(yù)E號機(jī)停止甌2號機(jī)啟動按預(yù)1號機(jī)停止掛預(yù)2號機(jī)啟動按預(yù)1.E號機(jī)羊動切撫按預(yù)1號機(jī)故時(shí)2號機(jī)故話筒馳浮干開關(guān)1號機(jī)輸人1號機(jī)輸出2號機(jī)松2號機(jī)輸鋰1號機(jī)運(yùn)打2號機(jī)遠(yuǎn)荷1.E號機(jī)電WA1號機(jī)運(yùn)打播乖E號機(jī)運(yùn)亓攢示1號機(jī)故時(shí)播示2號機(jī)故話據(jù)朮故時(shí)擔(dān)普圖1.4PLC控制線路1號機(jī)輸人1號機(jī)輸出2號機(jī)松2號機(jī)輸鋰1號機(jī)運(yùn)打2號機(jī)遠(yuǎn)荷1.E號機(jī)電WA1號機(jī)運(yùn)打播乖E號機(jī)運(yùn)亓攢示1號機(jī)故時(shí)播示2號機(jī)故話據(jù)朮故時(shí)擔(dān)普圖1.4PLC控制線路渦街流量計(jì)12+V2+6.01磯性浮子液位計(jì)V2--14+W.03V4-C0M6.0516+V6+6.07V6-H+V8+V8-圖1.5PLC的輸11+V1+VI-COM13+V3+V3-15+V5+V5-COM17+V7+V7-口6.062元器件的選擇2.1變頻器的選型根據(jù)我們所用的水泵功率為5.5kW,因此我們選用施耐德Altivar31型變頻器。性能描述：功率范圍：0.18T5KW；電壓等級：200—500V；加減速時(shí)間、曲線調(diào)整；點(diǎn)動、電動電位器、給定值記憶；給定值切換；PI調(diào)節(jié)器，預(yù)置PI設(shè)定，PI調(diào)節(jié)器自動手動切換；擺頻控制，限位開關(guān)控制；馬達(dá)切換，抱閘控制；I/。設(shè)置：3個(gè)模擬輸入，1模擬邏輯混合輸出；邏輯端口可配置，支持正負(fù)邏輯；自動直流注入；降低噪聲的開關(guān)頻率控制；混合模式（給定、控制命令源的組合）；故障停車模式管理（自由停車，快速停車，直流制動停車）；飛車起動斷電時(shí)受控停車，可在供電電壓低至一50%情況下工作電機(jī)熱保護(hù)。（1）變頻器常用參數(shù)1、上限頻率（高速）SEt—HSP與下限頻率（低速）SEt—LSP上限頻率是最大給定所對應(yīng)的頻率，下限頻率是最小給定所對應(yīng)的頻率。上下限頻率的設(shè)定是為了限制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而滿足設(shè)備運(yùn)行控制的要求。2、加速時(shí)間（加速斜坡時(shí)間）SEt—ACC與減速時(shí)間（減速斜坡時(shí)間）SEt—dEC加速時(shí)間是變頻器從0Hz加速到額定頻率（通常為50Hz）所需的時(shí)間，加速斜坡類型由FUn—rPC—rPt設(shè)置。減速時(shí)間是變頻器從額定頻率減速到0Hz所需的時(shí)間。設(shè)定加、減速時(shí)間必須與負(fù)載的加、減速相匹配。電機(jī)功率越大，需要的加、減速時(shí)間也越長。一般11kW以下的電機(jī)，加、減速時(shí)間可設(shè)置在10s以內(nèi)。對于大容量的電機(jī)，若設(shè)置加速時(shí)間太短，可能會使變頻器過流跳閘；設(shè)置減速時(shí)間太短，可能會使變頻器過壓跳閘。對于多電機(jī)同步運(yùn)行的情況，若設(shè)置加速時(shí)間太短，可能會使變頻器過流跳閘，設(shè)置加速時(shí)間太長，會使開車時(shí)同步性能變壞；設(shè)置減速時(shí)間太短，可能會使變頻器過壓跳閘，設(shè)置減速時(shí)間太長，由于各電機(jī)功率不同，負(fù)載差異較大，可能會使各電機(jī)不能同時(shí)停轉(zhuǎn)，造成下次開車?yán)щy。因此，多電機(jī)同步運(yùn)行時(shí)，需要精確設(shè)置加、減速時(shí)間，這也是設(shè)備調(diào)試的主要項(xiàng)目之一。3、保存配置drC（或1-0、CtL、FUn）—SCS對于經(jīng)常使用的設(shè)置或經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試可行的設(shè)置，可以保存起來，在需要的時(shí)候可以恢復(fù)。但保存配置只能保存一次，再次保存時(shí)，原來保存的設(shè)置就被新保存的設(shè)置所替代oSCS參數(shù)一被保存，就自動變?yōu)閚Oo4、返回出廠設(shè)置/恢復(fù)配置drC（或1-0、CtL、FUn）—FCS變頻器在調(diào)試期間，可能出現(xiàn)由于操作不當(dāng)?shù)仍?，偶爾發(fā)生功能、數(shù)據(jù)紊亂等現(xiàn)象，遇到這種情況可以恢復(fù)配置（FCS參數(shù)設(shè)置為rECI）或者返回出廠設(shè)置（FCS參數(shù)設(shè)置為Ini）,然后重新設(shè)置參數(shù)。FCS參數(shù)一被保存，就自動變?yōu)閚Oo5、電機(jī)缺相檢測FLt—OPL電機(jī)缺相檢測是變頻器的基本功能，也是實(shí)際使用時(shí)必需的。但在濟(jì)南星科的實(shí)驗(yàn)臺中，由于配備的電機(jī)功率太小且空載，電機(jī)電流幾乎等于零，變頻器檢測不到電機(jī)電流，認(rèn)為沒有接電機(jī)。所以，在實(shí)驗(yàn)室必須把OPL參數(shù)設(shè)置為n0（電機(jī)缺相不檢測），否則變頻器無法運(yùn)行。但實(shí)際使用時(shí)一定把OPL參數(shù)設(shè)置為yES（電機(jī)缺相檢測）（2）變頻器的操作運(yùn)行1、本機(jī)控制本機(jī)控制是通過變頻器操作面板上的RUN和STOP鍵控制變頻器的運(yùn)行與停止，通過I-O菜單tCC參數(shù)設(shè)置為LOC激活此功能，即I-O—tCC=LOC。如果功能訪問等級CTL—LAC設(shè)置為L3高級功能，本機(jī)控制功能不可用，即I-O—tCC不出現(xiàn)LOCo如果控制柜安裝在操作現(xiàn)場，并且變頻器的操作面板露在控制柜的操作面板上，可采用本機(jī)控制。通常情況下，本機(jī)控制很少采用。本機(jī)控制的默認(rèn)設(shè)置是FUn—PSS—PS2=LI3,FUn—PSS—PS4=LI4,所以要使用LI3和LI4端子，F(xiàn)Un—PSS—PS2和FUn—PSS—PS4參數(shù)必須設(shè)置為nOo2、外部端子控制（1）2線控制2線控制是通過變頻器端子LI1和LIX（X為2~6）控制變頻器的運(yùn)行與停止，通過I-O

菜單tCC參數(shù)設(shè)置為2C激活此功能。變頻器LI1LIX—oa+24VK22線控制的接線圖如圖2.1所示。在2線控制方式中，LI1為正轉(zhuǎn)控制端子，接入24V,變頻器正轉(zhuǎn)運(yùn)行，斷開24V變頻器停止，不需要設(shè)置；LIX為反轉(zhuǎn)控制端子，接入24V，變頻器反轉(zhuǎn)運(yùn)行，斷開24V變頻器停止，通過1-0菜單rrS變頻器LI1LIX—oa+24VK2圖2.12線控制接線圖若只需要電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行，反轉(zhuǎn)控制端不接線，即不用開關(guān)K2就可以了，但該端子不能用作其它用途，除非I-0菜單rrS參數(shù)設(shè)置為n0。2線控制的另一個(gè)默認(rèn)設(shè)置是把LI3和LI4端子分配給2段和4段速度控制，即FUn—PSS—PS2=LI3,FUn—PSS—PS4=LI4,所以要使用LI3和LI4端子，F(xiàn)Un—PSS—PS2和FUn—PSS—PS4參數(shù)必須設(shè)置為nO。2線控制是用得最多的一種控制方式，一般的控制電路都采用2線控制。（2）3線控制3線控制是通過變頻器端子Lil、LI2和LIX（X為3~6）控制變頻器的運(yùn)行與停止，通過I-0菜單tCC參數(shù)設(shè)置為3C激活此功能。3線控制的接線圖如圖2.2.2所示。在3線控制方式中，LI1為停止端子，接入24V，為變頻器運(yùn)行做準(zhǔn)備；斷開24V，已運(yùn)行的變頻器停止，沒運(yùn)行的變頻器不能起動，LI1端子的功能不需要設(shè)置。LI1一般接常閉觸點(diǎn)，如圖2.2中的K1。（3）變頻器的給定方式變頻器的給定方式也就是如何使變頻器升速和降速，Altivar31變頻器有兩個(gè)給定配置，給定配置1為CtL—Fr1，給定配置2為CtL—Fr2oFr1和Fr2通過CtL—rFC選擇或切換。常有以下幾種方式。1、本機(jī)給定本機(jī)給定就是通過變頻器的操作面板升降速。施耐德Altivar31變頻器是通過操作面板上的電位器升降速，以前的變頻器多數(shù)采用這種方式，現(xiàn)在的變頻器多數(shù)是通過操作面板上的▲▼鍵升降速，面板上沒有升降速電位器。Altivar31變頻器是通過CtL菜單Fr1或Fr2參數(shù)設(shè)置為AIP激活此功能。Altivar31變頻器的默認(rèn)給定通道為Frl,默認(rèn)給定方式為本機(jī)給定，即CtL-rFC=Fr1,CtL—Frl=AIP。如果控制柜安裝在操作現(xiàn)場，變頻器的操作面板露在控制柜的操作面板上，并且不需要同步調(diào)速時(shí)，可使用本機(jī)給定。2、模擬輸入端子給定Altivar31變頻器有3個(gè)模擬輸入端子，分別是All、AI2、AI3，公共端為COM。（1）AI1端子給定AI1端子給定就是通過變頻器的控制端子AI1給定，給定信號為0?10V電壓信號，0V對應(yīng)低速（SEt-LSP參數(shù)），10V對應(yīng)高速（SEt-HSP參數(shù)），通過CtL菜單Frl參數(shù)設(shè)置為AI1激活此功能。若CtL-rFC=Fr2或需要兩個(gè)給定通道切換時(shí)，通過CtL菜單Fr2參數(shù)設(shè)置為AI1激活此功能。（2）AI2端子給定通過變頻器控制端子AI2給定，給定信號為0?±10V電壓信號，“+”電壓電動機(jī)正轉(zhuǎn)，“一”電壓電動機(jī)反轉(zhuǎn)，通過CtL菜單Frl參數(shù)設(shè)置為AI2激活此功能。若CtL-rFC=Fr2或需要兩個(gè)給定通道切換時(shí)，通過CtL菜單Fr2參數(shù)設(shè)置為AI2激活此功能。（3）AI3端子給定通過變頻器控制端子AI3給定，給定信號為X?YmA電流信號，通過CtL菜單Frl參數(shù)設(shè)置為AI3激活此功能。若需要兩個(gè)給定通道切換時(shí)，通過CtL菜單Fr2參數(shù)設(shè)置為AI3激活此功能。X對應(yīng)下限頻率（低速），通過I-O菜單CrL3參數(shù)設(shè)置，設(shè)置范圍為0?20mA，通常設(shè)置為4mA。Y對應(yīng)上限頻率（高速），通過I-O菜單CrH3參數(shù)設(shè)置，設(shè)置范圍為4?20mA，通常設(shè)置為20mA。如果Y小于X,則電流越大，頻率越低。3、邏輯輸入端子給定邏輯輸入端子給定也就是通過按鈕升降速。它是Altivar31變頻器的高級功能，必須將功能訪問等級CtL-LAC設(shè)置為L2或L3,才能進(jìn)行設(shè)置。通過按鈕升降速就是在邏輯輸入端子上接入升速按鈕和降速按鈕，如圖2.2.3所示。按下升速按鈕SB1開始升速，松開SB1按鈕停止升速；按下降速按鈕SB2開始降速，松開SB2按鈕停止降速。邏輯輸入端子LIX1和LIX2由下列參數(shù)設(shè)置，但必須保證LIX1和LIX2是其它功能沒用過的端子，包括變頻器的默認(rèn)設(shè)置。CtL-LAC=L2或L3——設(shè)置功能訪問等級；CtL-Fr2=UPdt——設(shè)置給定方式；CtL-rFC=Fr2——選擇給定通道；FUn-UPd-USP=LIX1——設(shè)置升速邏輯輸入端子位置；FUn-UPd-dSP=LIX2——設(shè)置降速邏輯輸入端子位置2.2變頻器接線圖本課題采用的是2線控制，模擬電壓信號由PLC輸出經(jīng)All端子給定。參數(shù)設(shè)置如下：drC-FCS=InI——恢復(fù)出廠設(shè)置；FLt—OPL=nO——電機(jī)缺相不檢測；1-0-1CC=2C——設(shè)置控制方式；I-0-rrS=LI2――設(shè)置反轉(zhuǎn)(變頻器默認(rèn)，可以不設(shè)置)；CtL-Fr1=AI1——設(shè)置給定方式；PLC控制KA1、KA2、KA3、KA4閉合，電機(jī)正轉(zhuǎn)，變頻器顯示運(yùn)行頻率。PLC輸出模擬量至變頻器AI1端，控制變頻器運(yùn)行頻率，繼而控制水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。K4?101―補(bǔ)魅輯側(cè)—5?1T1—泳EM1、翌1T3mAcwmX*WX?r輔iff廠fr-lOVL<1TL€丿皿HK4?101―補(bǔ)魅輯側(cè)—5?1T1—泳EM1、翌1T3mAcwmX*WX?r輔iff廠fr-lOVL<1TL€丿皿H翻球出戡DOltai+L1UL3PCEE:?(3?lt(-fJT)IOKHfj蟬朋F札肚KSW%魁1FLC-ADMFUN81ELC-HX-ao-〔wntwnai<-)<xn?r}圖1?6變頻器接線圖2.3渦街流量計(jì)的選型本系統(tǒng)采用LUGB型渦街流量計(jì)，LUGB型渦街流量計(jì)是根據(jù)卡門渦街原理測量氣體、蒸汽或液體的體積流量、標(biāo)況的體積流量或質(zhì)量流量的體積流量計(jì)。并可作為流量變送器應(yīng)用于自動化控制系統(tǒng)中。參比條件下渦街流量傳感器工況流量范圍表如表2.1所示，其主要參數(shù)如下：精度等級：土1%、±1.5%；連接方式：法蘭夾裝、法蘭連接等；介質(zhì)溫度：-40°C?250°C、-40°C?350°C；公稱壓力：2.5Mpa(>2.5Mpa)；輸出方式：脈沖輸出、4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號；供電電源：24V；3.6V鋰電池；儀表結(jié)構(gòu)：組合型、分離型；防爆標(biāo)志：ExibIICT6；傳輸距離：傳感器至顯示儀距離可達(dá)1000m。2.4PLC的選型本系統(tǒng)采用的是西門子S7-200可編程序控制器。7-200是一種小型的可編程序控制器,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(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。3PID在PLC中實(shí)現(xiàn)PLC實(shí)現(xiàn)PID控制的方式用PLC對模擬量進(jìn)行PID控制大致有如下幾種方法：使用PID過程控制模塊：這種模塊的PID控制程序是PLC廠家設(shè)計(jì)的，并放在模塊中，用戶使用時(shí)只需要設(shè)置一些參數(shù)，使用起來非常方便。使用PID功能指令：它是用于PID控制的子程序，與模擬量輸入/輸出模塊一起使用，可以得到類似于使用PID過程控制的效果，但價(jià)格便宜得多。如S7-200的PID指令。用自編的程序?qū)崿F(xiàn)PID閉環(huán)控制：在沒有PID過程控制模塊和功能指令的情況下，仍希望采用某種改進(jìn)的PID控制算法，此時(shí)用戶需要自己編制PID控制程序。PID控制器的數(shù)字化PLC的PID控制器的設(shè)計(jì)是以連續(xù)的PID控制規(guī)律為基礎(chǔ)，將其數(shù)字化，寫成離散形式的PID方程，再根據(jù)離散方程進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)。在連續(xù)系統(tǒng)中，典型的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖3.1所示。圖1中sp(t)是給定值；pv(t)為反饋量；c(t)為系統(tǒng)的輸出量，PID控制器的輸入/輸出關(guān)系如下式所示:專陸專陸式中：M(t)為控制器輸出；Mo為輸出的初始值；e(t)=sp(t)-pv(t)為誤差信號；Kc為比例系數(shù)；T1為積分時(shí)間常數(shù)，TD為微分時(shí)間常數(shù)。等號右邊前三項(xiàng)分別是比例、積分、微分部分，它們分別與誤差、誤差的積分和微分成正比。如果取其中的1項(xiàng)或2項(xiàng)，可以組成P,PD或PI控制器。圖3.1閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖假設(shè)采樣周期為TS,系統(tǒng)開始運(yùn)行的時(shí)刻為t=0，用矩形積分來近似精確積分，用差分近似精確微分，將式1離散化，第n次采樣時(shí)控制器的輸出如式(2)所示：a=Kc瑤十Kt工附+(比一—口(2)i-i式中：en-1為第n-1次采樣時(shí)的誤差值；K1為積分系數(shù)；KD為微分系數(shù)?；赑LC的閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖2所示，圖中虛線部分在PLC內(nèi)，spn，pvn,en，Mn分別為模擬量sp(t),pv(t),e(t),M(t)在第n次采樣的數(shù)字量。在許多控制系統(tǒng)中，可能只需要P,I,D中的1種或者2種控制類型。例如，可能只要求比例控制或比例與積分控制,通過設(shè)置參數(shù)可對回路控制類型進(jìn)行選擇。圖3.2PLC的閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖3.3輸入輸出變量的轉(zhuǎn)換PID控制有輸入量2個(gè)：給定值sp和過程變量pv。給定值通常是固定值，過程變量通常是經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換和計(jì)算后得到的被控量的實(shí)測值。給定值和過程變量都是和被控對象有關(guān)的值，對于不同的系統(tǒng)，它們的大小、范圍與工程單位有很大的不同。應(yīng)用PLC的PID指令對這些量進(jìn)行運(yùn)算之前，必須將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化的浮點(diǎn)數(shù)(實(shí)數(shù))。同樣，對于PID指令的輸出，在將其送給D/A轉(zhuǎn)換器之前，也需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。回路輸入的轉(zhuǎn)換：首先，將給定值或A/D轉(zhuǎn)換后得到的整數(shù)值由16位整數(shù)轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)，可以用下面的程序?qū)崿F(xiàn)這種轉(zhuǎn)換：XORDACOrAGO//欄除舉甜卷MOVWATWOtACO"將特轉(zhuǎn)換的模擬董存人嘉加器LDW>-ACO,0//如累模擬數(shù)值為正JMPO"直接轉(zhuǎn)換成實(shí)歎NOT//反之ORD16#ETFFQOOOtACQ//將ACO內(nèi)的數(shù)值進(jìn)行符號護(hù)展■擴(kuò)展為眈位頁數(shù)LBLODTKACO,ACO〃將32位整數(shù)轉(zhuǎn)換感篡數(shù)然后，將實(shí)數(shù)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成0.0?1.0之間的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)，可用式3對給定值及過程變量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化：2=+offset⑶span式中：RNorm為標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)值；RRaw為標(biāo)準(zhǔn)化前的值；offset為偏移量，對單極性變量為0.0,對雙極性變量為0.5；Span為取值范圍，等于變量的最大值減去最小值，單極性變量的典型值為32000，雙極性變量的典型值為64000。下面的程序?qū)⑸鲜鲛D(zhuǎn)換后得到的AC0中的雙極性數(shù)(其中span=64000)轉(zhuǎn)換為0.0?1.0之間的實(shí)數(shù)的轉(zhuǎn)換程序?yàn)椋?R64000.0.AC0//將累加器中的實(shí)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)北+RO.5(AC0H加上偏睜值，攪其在6。?1.0之間MOVEtACO,VD100//將標(biāo)曜化后的值存人回跑表內(nèi)回路輸出的轉(zhuǎn)換：回路輸出即PID控制器的輸出，它是標(biāo)準(zhǔn)化的0.0?1.0之間的實(shí)數(shù)。將回路輸出送給D/A轉(zhuǎn)換器之前，必須轉(zhuǎn)換成16位二進(jìn)制數(shù)，這一過程是將pv與sp轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值的逆過程。用下面的式(4)將回路輸出轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)：尺缶【—(Mn—offset)XSpan(4)式中，RScal是回路輸出對應(yīng)的實(shí)數(shù)值；Mn是回路輸出標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)數(shù)值。將回路輸出轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的實(shí)數(shù)的程序?yàn)椋?/p>

MOVRVDK3*AC0-R65,AC0*R64000.0.AGO//將回路輸出送人累加器//僅雙極性數(shù)才有就語句■'"單極件交和;':羽眾將代表回路輸出的實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)化為16位整數(shù)的指令為:ROUNDACOpAC0MDVWACQ.AQW0"將實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)化為熬垃嗾纏/7將出位整數(shù)罵人模擬輸出＜D/A）ff存器3.4PID指令及其回路表PID指令如圖3.3所示。指令中TBL是回路表的起始地址，LOOP是回路編號。編譯時(shí)如果指令指定的回路表起始地址或回路號超出范圍，CPU將生成編譯錯(cuò)誤（范圍錯(cuò)誤），引起編譯失敗。PID指令對回路表中的某些輸入值不進(jìn)行范圍檢查，應(yīng)保證過程變量、給定值等不超限。回路表如表3.1所示：圖3.3PID指令表3.10?人MXr<辰豐節(jié)itLfliH&■出A#Q.Q--i.otM12M豐節(jié)拉ieT*■人T,ni