基于S7200+PID指令算法的恒壓供水自動化系統(tǒng)_圖文

1、經(jīng)驗交流自動化技術與應用2009年第28卷第12期基于S7200P I D指令算法的恒壓供水自動化系統(tǒng)白金(安徽機電職業(yè)技術學院電氣工程系,安徽蕪湖241000摘要:恒壓供水系統(tǒng)實訓裝置,以PLC控制技術為核心,變頻器技術為基礎。PLC將壓力的設定值和測量值比較經(jīng)PID運算得到的信號控制變頻器,通過變頻器對頻率的調(diào)節(jié)來完成對泵的轉速的控制,實現(xiàn)恒壓供水的目的。本文介紹了基于S7200恒壓供水控制系統(tǒng)的PID控制算法的實現(xiàn)。關鍵詞:恒壓供水;PID算法;PLC;變頻器中圖分類號:TM571.61文獻標識碼:B文章編號:10037241(20091卜012103A PLCBased Constan

2、t Pressu re Water Supply SystemBAI Jin(Anhui Technical College Of Mechanical and Electrical Engineering,Electrical Engineering departments,Wuhu241000China Abstract:This paper introduces a。PLCbased constant pressure water supply system for teaching purposes.The constant pressure can be achieved by co

3、ntrol the pump speed with the converter.The S7200is used for implementation of the PID control algorithm.Key words:constant pressure xvater supply;PID;PLC;converter1引言本文介紹恒壓供水系統(tǒng)實訓教學裝置,該實訓系統(tǒng)裝置采用閉環(huán)控制方式實現(xiàn)對供水系統(tǒng)壓力變化的控制。P ID調(diào)節(jié)器不需要精確的控制系統(tǒng)模型,具有較強的靈活性和適應性。該恒壓供水控制系統(tǒng)是集傳感器技術、PL C、變頻器技術、自動控制原理等學科為一體的綜合應用實驗系統(tǒng),為提高

4、學生的綜合應用能力提供了良好的實驗平臺。圖1恒壓供水實訓系統(tǒng)結構圖收稿日期:20090429系統(tǒng)采用S7200CPU224型PLC、EM235模擬量擴展模塊、變頻器、壓力式液位傳感器、AI-808變送器及其他控制設備組成。系統(tǒng)結構及方框圖如圖1及圖2所示。圖2恒壓供水實訓系統(tǒng)方框圖45被控對象為水箱水位,壓力式液位傳感器檢測水箱水位信號,轉換成4-20mA電信號,經(jīng)AI-808變送器將電流信號轉換成l“5V的電壓信號送入PLC模塊。PLC把這個測量信號與設定值比較得到偏差,經(jīng)PID運算后,發(fā)出控制信號,控制變頻器。變頻器的輸出頻率變化控制泵的速度,來調(diào)節(jié)入水量的大小,從而達到恒壓供水的目的。西

5、門子公司的S7200系列可編程控制器,它是一種整體式結構的小型PL C,其模擬量擴展模塊可以實現(xiàn)將自動化技術與應用2009年第28卷第12期經(jīng)驗交流TechnIcaI CommUnications模擬量轉變成為數(shù)字量送入PLC內(nèi)部,經(jīng)PLC內(nèi)部PID 控制程序可實現(xiàn)P I D控制,然后將輸出的數(shù)字量轉換為模擬量輸送給被控對象。本控制系統(tǒng)中使用了一個CPU224主機模塊和一個EM235模擬量I/O擴展模塊,用EM235作為模擬量信號采集和信號處理模塊,EM235模擬量擴展模塊帶有4路模擬量輸入和1路模擬量輸出。圖3示為S7-200PLC控制系統(tǒng)結構圖。J圖3S7200PLC控制系統(tǒng)結構圖3PID

6、算法指令程序設計在工程實際中,應用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制,簡稱PID控制,又稱PID調(diào)制3|。PID調(diào)節(jié)結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便成為工業(yè)控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數(shù)不能完全掌握,或得不到精確的數(shù)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(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定,這時應用P I D控制技術最為方便。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。PID控制,實際中也有PI和PD控制。積分控制器可以消除系統(tǒng)的靜差,微分控制器可以改善系統(tǒng)的動態(tài)響應速度。比例、積分、微分

7、三者有效地結合可以滿足不同的控制要求。PL C的PID控制器設計是以連續(xù)系統(tǒng)PID控制規(guī)律為基礎,經(jīng)采樣將其數(shù)字化寫成離散形式PIP控制方程,再根據(jù)離散方程進行控制程序設計。典型的PID算法包括3項,比例項、積分項和微分項。即:輸出=比例項+積分項+微分項。計算機在周期性地采樣并離散化后進行PID運算,算法如下:【1IMn=Kc,(SPnPVn+Kc￥(Ts/Ti幸(SPnPVn +Mx+Kc*(Td/Ts*(PVn,一PVn比例項Kc*(SPnPVn:能及時地產(chǎn)生與偏差(SPnPVn成正比的調(diào)節(jié)作用,比例系數(shù)Kc越大,比例調(diào)節(jié)作用越強,系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定精度越高,但KC過大會使系統(tǒng)的輸出量振蕩加

8、劇,穩(wěn)定性降低。積分項Kc十(Ts/Ti木(SPnPVn+Mx:與偏差有關,只要偏差不為0,PID控制的輸出就會因積分作用而不斷變化,知道偏差消失,系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài),所以積分的作用是消除穩(wěn)態(tài)誤差,提高控制精度,但積分的動作較慢,給系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定帶來不良影響,很少單獨使用。積分時間常數(shù)Ti增大,積分作用越強,消除穩(wěn)態(tài)誤差的速度減慢。微分項Kc水(Td/TS十(Pvn.一礬rn:根據(jù)誤差變化的速度(即誤差l攙微分進行調(diào)節(jié),具有超前和預測的特點。微分時間常數(shù)T d增大時,超調(diào)量減少,動態(tài)性能得到改善,但Td過大,系統(tǒng)輸出量在接近穩(wěn)態(tài)時可能上升緩慢。許多控制系統(tǒng)內(nèi),可能只需要P、I、D中的一種或兩種控

9、制類型。如可能只要求比例控制或比例與積分控制,通過設置參數(shù)可對回路進行控制類型進行選擇。￥7-200系列PLC提供了閉環(huán)控制PID的運算指令,設計時只需要在PL C的內(nèi)存中填寫一張PID控制參數(shù)表再執(zhí)行“PID Table Loop”即可完成PID運算,其中操作數(shù)Table表使用變量存儲器來指明控制參數(shù)表的表頭字節(jié),操作數(shù)Loop只可選擇07號的整數(shù),表示本次PID閉環(huán)控制所針對的環(huán)路編號,最多8路,在本設計中,我們使用了VB700為參數(shù)表的首地址。其中的PID 參數(shù)用上位機通過變量存儲器給定。恒壓供水控制系統(tǒng)PID參數(shù)表【2地址參數(shù)數(shù)值VB700過程變量當前值PVn壓力傳感囂檢測的模擬量經(jīng)/

10、D轉換后的標準化數(shù)值VB70,t給定值SPn V1vB708輸出值h PID回路的輸出值(標準化數(shù)值VB712增益Kc V104.§他0積分時間Ti、陀00vB724微分時間Td V204VB728上一次積分值Mx根據(jù)PID回路運算結果更新VB732上一次過程變量pVn一1最近一次PID的變量值程序:主程序LDCALL子程序PID指令LDMOVRMOVRSBR0(建立PID回路參數(shù)表,設置中斷以執(zhí)行ENIDTI AC0.AC0 MOVW ACO,AQW0經(jīng)驗交流TechnicaI Communications自動化技術與應用2009年第28卷第12期4結束語本設計是基于PLC的恒壓供

11、水控制系統(tǒng),在工業(yè)生產(chǎn)中應用廣泛,在此實訓系統(tǒng)中采用模擬現(xiàn)場的方式,利用PL C完成PIE控制,輸出信號通過控制變頻器來控制水泵運行狀態(tài),實現(xiàn)恒壓供水系統(tǒng)的模擬實訓,有較強的實踐性和實用性,能適應生產(chǎn)過程自動化所需人才培養(yǎng)模式,學生可以通過此實訓設備和實訓過程對P L C的PID控制有更深一步的理解。參考文獻:田淑珍主編.可編程控制器原理及應用M】.北京:機械工業(yè)出版社,2008.22004.S7200可編程序控制器,系統(tǒng)手冊Z.3】胡壽松主編.自動控制原理【M.北京:科學出版社,2000.4呂慧芳.基于PLC恒壓供水系統(tǒng)中PID控制器的實現(xiàn)J】.重慶文理學院學報,2009(1:53-55.【

12、5】葉永祥,張旭寧.基于歐母龍PLC的PID調(diào)節(jié)【J】.自動化技術與應用,2009,28(7:71-74.作者簡介:白金(1981一,女。助教,研究方向:PLC控制和自動控制。(上接第115頁工件平臺0020DOUT OT#(30OFF;放工件0021TIMER T-3000022MOVJ VJ=40;在這一程序點處設置立方體干涉區(qū)20023JUMP*start0024END(1機器人的離線調(diào)試,機器人從坐標原點位置,通過示教功能控制機器人到取工件的位置進行抓取大工件,用慢速手動移動機器人到安裝位,放置好大工件,將機器人移動離開安裝位,等待5秒(目的是待聯(lián)網(wǎng)時安裝站將小工件安裝到大工件里,移動

13、機器人到安裝位進行抓取大工件并送至分類站的接工件位置,控制機器人回到坐標原點位置。選擇合適的程序點位置,對機器人再現(xiàn)運行速度進行修改、設定,選擇合適的再現(xiàn)運動軌跡插補方式。所有抓工件,放工件操作要100%準確無誤。(2系統(tǒng)聯(lián)調(diào),將安裝站、分類站與機器人按照輸入、輸出表連接,在前后站信號配合下,進行程序的連續(xù)運行調(diào)試。直至機器人及整套MPS的動作安全、流暢,速度符合前、后站要求,能和前、后站協(xié)調(diào)工作。4結束語MOTOMAN機器人應用于MPS系統(tǒng),大大的提高了系統(tǒng)的工作速度,能及時準確地完成兩度的搬運任務,定位準確、動作協(xié)調(diào)、工作可靠。機器人編程方便快捷,由于機器人有一手提式的示教器,其友好的用戶界面,可以讓編程人員靈活快速地實現(xiàn)機器人的各種動作。另外,機器人最大的特點是柔性大,可以單軸運動,也可6軸聯(lián)動完成各種