PLC應(yīng)用技術(shù)（S7-1200） 第2版 課件 項(xiàng)目6 任務(wù)2 恒壓供水PID控制

項(xiàng)目六

西門(mén)子S7-1200PLC流程控制任務(wù)2恒壓供水PID控制任務(wù)描述任務(wù)2恒壓供水PID控制

恒壓供水是一種水利系統(tǒng)的供水方式，能夠保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡。通過(guò)對(duì)小區(qū)恒壓供水真實(shí)項(xiàng)目簡(jiǎn)化，制作一套簡(jiǎn)易恒壓供水設(shè)備，如圖6-33所示。圖6-33恒壓供水系統(tǒng)示意圖任務(wù)目標(biāo)任務(wù)2恒壓供水PID控制1）進(jìn)一步熟悉如何在博途軟件項(xiàng)目中使用G120變頻器設(shè)備。2）熟悉PID算法。3）熟悉博途軟件PID_Compact控制器及指令。

基本知識(shí)1.恒壓供水系統(tǒng)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)組成圖

恒壓供水系統(tǒng)

基本知識(shí)2.PID控制算法簡(jiǎn)介PID(proportionintegrationdifferentiation)控制就是比例、積分、微分控制。當(dāng)被控對(duì)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(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。

基本知識(shí)2.PID控制算法簡(jiǎn)介PID調(diào)節(jié)器的適用范圍：

它適用于溫度、壓力、流量、液位等幾乎所有現(xiàn)場(chǎng)，不同的現(xiàn)場(chǎng)，僅僅是PID參數(shù)應(yīng)設(shè)置不同，只要參數(shù)設(shè)置得當(dāng)均可以達(dá)到很好的效果。均可以達(dá)到0.1%，甚至更高的控制要求。

基本知識(shí)3.

PID基本結(jié)構(gòu)及每部分作用PID控制的基本原理就是：利用傳感器從被控對(duì)象得到測(cè)量值，測(cè)量值與設(shè)定值比較，得到偏差，使用比例、積分、微分調(diào)節(jié)，進(jìn)而來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，最終達(dá)到控制被控對(duì)象輸出的目的。

基本知識(shí)3.

PID基本結(jié)構(gòu)及每部分作用比例控制系統(tǒng)的響應(yīng)快速性，快速作用于輸出，好比“現(xiàn)在”積分控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，消除過(guò)去的累積誤差，好比“過(guò)去”微分控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具有超前控制作用，好比“未來(lái)”

基本知識(shí)4.PID控制器的參數(shù)整定PID控制器的參數(shù)整定是是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線(xiàn)法和衰減法。三種方法其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。

基本知識(shí)4.PID控制器的參數(shù)整定①預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作。②確定比例增益P③確定積分時(shí)間常數(shù)Ti④確定微分時(shí)間常數(shù)Td⑤系統(tǒng)空載、帶載聯(lián)調(diào)，再對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，直至滿(mǎn)足要求。PID調(diào)試一般步驟：

基本知識(shí)5.PID_Compact指令1）PID_Compact指令用于通過(guò)連續(xù)輸入變量和輸出變量控制工藝過(guò)程。2）PID_3Step指令用于控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備，如需要通過(guò)離散信號(hào)實(shí)現(xiàn)打開(kāi)和關(guān)閉動(dòng)作的閥門(mén)。說(shuō)明：只有CPU從STOP切換到RUN模式后，在RUN模式下對(duì)PID組態(tài)和下載進(jìn)行的更改才會(huì)生效。

基本知識(shí)5.PID_Compact指令1）P（比例）：如果通過(guò)“P”分量計(jì)算，則輸出值與設(shè)定值和過(guò)程值（輸入值）之差成比例。2）I（積分）：如果通過(guò)“I”分量計(jì)算，則輸出值與設(shè)定值和過(guò)程值（輸入值）之差的持續(xù)時(shí)間成比例增加，以最終校正該差值。3）D（微分）：如果通過(guò)“D”分量計(jì)算，輸出值與設(shè)定值和過(guò)程值（輸入值）之差的變化率成函數(shù)關(guān)系，并隨該差值的變化加快而增大。從而根據(jù)設(shè)定值盡快矯正輸出值。PID控制器的輸出值由三個(gè)分量組成：

基本知識(shí)5.PID_Compact指令PID控制器使用以下公式來(lái)計(jì)算PID_Compact指令的輸出值。

輸出值過(guò)程值設(shè)定值拉普拉斯算子比例增益微分延遲系數(shù)積分作用時(shí)間比例作用加權(quán)微分作用時(shí)間微分作用加權(quán)

基本知識(shí)5.PID_Compact指令表6-5PID_Compact指令

基本知識(shí)5.PID_Compact指令圖6-36PID_Compact指令算法框圖

基本知識(shí)6.組態(tài)PID控制器工藝對(duì)象的參數(shù)決定PID控制器的操作。兩種方法進(jìn)行PID組態(tài)：

使用下圖紅框圖標(biāo)可打開(kāi)組態(tài)編輯器。使用這種方法，點(diǎn)擊【項(xiàng)目】->【PLC設(shè)備】->【工藝指令】->【PID_Compact】，拖拽其進(jìn)入編程區(qū)域。PID_Compact指令如圖6-37所示。組態(tài)編輯器圖標(biāo)圖6-37PID_Compact指令

基本知識(shí)6.組態(tài)PID控制器

使用下圖紅框圖標(biāo)依次點(diǎn)擊可打開(kāi)組態(tài)編輯器。點(diǎn)擊【PLC設(shè)備】->【工藝對(duì)象】->【新增對(duì)象】，彈出【新增對(duì)象】對(duì)話(huà)框，點(diǎn)擊【PID】->【PID_Compact】。新增PID工藝對(duì)象對(duì)話(huà)框如圖6-38所示。圖6-38新增PID工藝對(duì)象對(duì)話(huà)框

基本知識(shí)6.組態(tài)PID控制器PID_Compact指令組態(tài)編輯器界面。

點(diǎn)擊【基本設(shè)置】->【控制器類(lèi)型】，彈出【控制器類(lèi)型】對(duì)話(huà)框。選擇控制器類(lèi)型及其單位?？晒催xCPU重啟后激活Mode，可在此處設(shè)置Mode。如圖6-39所示。圖6-39控制器類(lèi)型對(duì)話(huà)框

基本知識(shí)6.組態(tài)PID控制器

點(diǎn)擊【基本設(shè)置】->【Input/Output參數(shù)】，彈出【Input/Output參數(shù)】對(duì)話(huà)框?；据斎胼敵鰠?shù)設(shè)定，輸入值、輸出值配置。Input/Output參數(shù)對(duì)話(huà)框如圖6-40所示。圖6-40Input/Output參數(shù)對(duì)話(huà)框

基本知識(shí)6.組態(tài)PID控制器

點(diǎn)擊【過(guò)程值設(shè)置】->【過(guò)程值限值】，彈出【過(guò)程值限值】對(duì)話(huà)框，如圖6-41所示。圖6-41過(guò)程值限值對(duì)話(huà)框

基本知識(shí)6.組態(tài)PID控制器④點(diǎn)擊【過(guò)程值設(shè)置】->【過(guò)程值標(biāo)定】，彈出【過(guò)程值標(biāo)定】對(duì)話(huà)框，如圖6-42所示。圖6-42過(guò)程值標(biāo)定對(duì)話(huà)框

基本知識(shí)6.組態(tài)PID控制器⑤點(diǎn)擊【高級(jí)設(shè)置】->【PID參數(shù)】，彈出【PID參數(shù)】對(duì)話(huà)框，如圖6-43所示。圖6-43PID參數(shù)對(duì)話(huà)框

基本知識(shí)7.PID參數(shù)的調(diào)試雙擊項(xiàng)目樹(shù)的【調(diào)試】，或單擊PID_Compact指令框中的“打開(kāi)調(diào)試窗口”圖標(biāo)，在工作區(qū)打開(kāi)的PID調(diào)試窗口，如圖6-44所示。圖6-44PID參數(shù)調(diào)試對(duì)話(huà)框

基本知識(shí)8.PID參數(shù)自整定PID_Compact具有參數(shù)自整定（或者稱(chēng)為優(yōu)化調(diào)節(jié)）的功能。預(yù)調(diào)節(jié)精確調(diào)節(jié)優(yōu)化調(diào)節(jié)

基本知識(shí)8.PID參數(shù)自整定

首先進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)，PID控制器輸出一個(gè)階躍信號(hào)，確定對(duì)輸出值跳變的過(guò)程響應(yīng)，并搜索拐點(diǎn)，根據(jù)受控系統(tǒng)的最大上升速率與死區(qū)時(shí)間計(jì)算PID參數(shù)。PID參數(shù)預(yù)調(diào)節(jié)

基本知識(shí)8.PID參數(shù)自整定

經(jīng)過(guò)預(yù)調(diào)節(jié)后，如果得到的自整定參數(shù)效果不佳，需要進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。精確調(diào)節(jié)使過(guò)程值出現(xiàn)幅值恒定有限的振蕩，根據(jù)振蕩的幅度和頻率確定PID參數(shù)。精確調(diào)節(jié)通常比預(yù)調(diào)節(jié)得到的PID參數(shù)具有更好的主控與擾動(dòng)特性。可以在執(zhí)行預(yù)調(diào)節(jié)和精確調(diào)節(jié)后獲得較佳PID參數(shù)。PID_Compact將自動(dòng)嘗試生成大于過(guò)程值噪聲的振蕩。過(guò)程值的穩(wěn)定性對(duì)精確調(diào)節(jié)的影響非常小。PID參數(shù)精確調(diào)節(jié)

基本知識(shí)9.模擬量PLC內(nèi)部執(zhí)行的均為數(shù)字量，因此模擬量處理需要完成兩方面的任務(wù)：一是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量（A-D轉(zhuǎn)換）；二是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量（D-A轉(zhuǎn)換）。

基本知識(shí)9.模擬量S7-1200PLC的模擬量模塊圖6-45S7-1200PLC的模擬量模塊

基本知識(shí)9.模擬量模擬量模塊接線(xiàn)圖圖6-46SM1234輸入輸出接線(xiàn)圖

基本知識(shí)9.模擬量圖6-47兩線(xiàn)制傳感器模擬量輸入接線(xiàn)圖圖6-48三線(xiàn)制傳感器模擬量輸入接線(xiàn)圖

基本知識(shí)9.模擬量模擬量模塊通道組態(tài)

模擬量類(lèi)型組態(tài)，對(duì)于每條模擬量輸入通道，都將類(lèi)型組態(tài)為電壓或電流。為偶數(shù)通道選擇的類(lèi)型也適用于奇數(shù)通道：為通道0選擇的類(lèi)型也適用于通道1，為通道2選擇的類(lèi)型也適用于通道3。

基本知識(shí)9.模擬量S7-1200PLC模擬量轉(zhuǎn)換方法①使用西門(mén)子提供的程序庫(kù)例程,用戶(hù)可以使用它們將模擬量輸入輸出的整數(shù)值與工程量單位之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。②可以利用計(jì)算指令，確定轉(zhuǎn)換公式，自行設(shè)計(jì)程序?qū)崿F(xiàn)模擬量讀取。③使用SCALE_X和NORM_X指令進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

拓展知識(shí)1.轉(zhuǎn)換--CONV指令表6-9CONV指令表

拓展知識(shí)1.轉(zhuǎn)換--CONV指令表6-10CONV指令參數(shù)的數(shù)據(jù)類(lèi)型表

拓展知識(shí)2.轉(zhuǎn)換--取整和截取指令

取整和截取指令即ROUND和TRUNC指令，指令表見(jiàn)表6-11，指令參數(shù)的數(shù)據(jù)類(lèi)型見(jiàn)表6-12。表6-11ROUND和TRUNC指令表

拓展知識(shí)2.轉(zhuǎn)換--取整和截取指令表6-12ROUND和TRUNC指令參數(shù)的數(shù)據(jù)類(lèi)型

拓展知識(shí)3.轉(zhuǎn)換—上取整和下取整指令

上取整和下取整指令即CEIL和FLOOR指令，指令表見(jiàn)表6-13，指令參數(shù)的數(shù)據(jù)類(lèi)型見(jiàn)表6-14。表6-13CEIL和FLOOR指令表

拓展知識(shí)3.轉(zhuǎn)換—上取整和下取整指令表6-14ROUND和TRUNC指令參數(shù)的數(shù)據(jù)類(lèi)型

任務(wù)實(shí)施1.

輸入/輸出地址分配I/O地址分配表恒壓供水系統(tǒng)的模型裝置

任務(wù)實(shí)施2.項(xiàng)目創(chuàng)建及組態(tài)1）創(chuàng)建新項(xiàng)目。2）添加控制器設(shè)備，例如添加PLC設(shè)備【CPU1214CDC/DC/DC】,添加模擬量輸入模塊【SM1231】和模擬量輸出模塊【SM1232】。3）添加驅(qū)動(dòng)設(shè)備，添加控制單元，點(diǎn)擊【驅(qū)動(dòng)與啟動(dòng)器】->【SINAMCS驅(qū)動(dòng)】->【SINAMCSG120】->【控制單元】->【CU240E-2PN】，添加該設(shè)備。添加功率單元，點(diǎn)擊【功率單元】->【PM240】->【FSA】->【IP20U400V1.5KW】,添加該設(shè)備。

任務(wù)實(shí)施3.PID組態(tài)及調(diào)節(jié)點(diǎn)擊【PLC設(shè)備】->【工藝對(duì)象】->【新增對(duì)象】，彈出【新增對(duì)象】對(duì)話(huà)框，點(diǎn)擊【PID】->【PID_Compact】，添加工業(yè)對(duì)象PID_Compact指令

任務(wù)實(shí)施4.西門(mén)子S7-1200PLC的編程

任務(wù)實(shí)施4.西門(mén)子S7-1200PLC的編程

任務(wù)實(shí)施4.西門(mén)子S7-1200PLC的編程

任務(wù)實(shí)施5.5.精確調(diào)節(jié)