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(jì)的系統(tǒng)要求31.1設(shè)計(jì)的目的和要求31.2設(shè)計(jì)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(hào)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(hào)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(hào)選擇123控制方案133.1控制方式133.2接線說(shuō)明133.3 PID控制分析143.3.1 PID控制的原理和特點(diǎn)：143.3.2 PID控制器的參數(shù)整定154 程序部分154.1程序編寫(xiě)說(shuō)明154.2程序流程

2、圖：154.3程序編寫(xiě)：164.4寄存器使用說(shuō)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(diǎn)205.3使用組態(tài)王制作監(jiān)視畫(huà)面216總結(jié)231 課程設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要求1.1設(shè)計(jì)的目的和要求本課程設(shè)計(jì)是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)教學(xué)中的一個(gè)重要專業(yè)實(shí)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(chǎng)、生產(chǎn)過(guò)程和測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有較為深刻的認(rèn)識(shí)，本次實(shí)習(xí)重點(diǎn)是要求學(xué)生能設(shè)計(jì)完成一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)。通過(guò)設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)，使學(xué)生對(duì)所學(xué)的傳感器、微機(jī)原理、精密儀器與設(shè)備、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、組態(tài)軟件、PLC設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)有更進(jìn)一步的深刻的認(rèn)識(shí)和掌握，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)和技能分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，熟

3、悉技術(shù)設(shè)計(jì)工作的一般程序和方法。（本文由 點(diǎn)夢(mèng)時(shí)刻 傾情奉獻(xiàn)）1.2設(shè)計(jì)任務(wù)以水箱為被控對(duì)象，以西門(mén)子S7-200PLC作為控制器，通過(guò)對(duì)比例閥的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱液位的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。要求上位機(jī)采用MCGS組態(tài)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控、顯示動(dòng)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(hào)（即測(cè)量值信號(hào)），經(jīng)上位機(jī)可以獲得設(shè)定值，經(jīng)程序比較測(cè)量值與設(shè)定值的偏差，有PLC對(duì)偏差進(jìn)行PID調(diào)節(jié)得到控制信號(hào)（即輸出值），PLC通過(guò)模擬通道輸出控制信號(hào)到比例閥，以控制出水口的流量，從而達(dá)到控制水位的目的。因?yàn)镻LC直接和上位機(jī)進(jìn)行通訊，從

4、而實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)可以直接設(shè)定給定值，整定PID參數(shù)、實(shí)時(shí)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(jī)和PLC（可編程控制器）?？紤]到可維護(hù)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(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。可編程控制器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件也需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。（本文由 點(diǎn)夢(mèng)時(shí)刻 傾情奉獻(xiàn)）PLC的主要特點(diǎn)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(chǎng)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(shí)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(kāi)關(guān)電源；(5)對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)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(jìn)一步提高。二.豐富的I/O接口模塊PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(gè)部件，包括CPU，電源，等均采用I/O模塊化設(shè)計(jì)。四.編程簡(jiǎn)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(jiǎn)單，維修方便PLC可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。（本文由 點(diǎn)夢(mèng)時(shí)刻 傾情奉獻(xiàn)）當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段：1.輸入采樣：即檢查各輸入的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，將這些狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)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(shí)存儲(chǔ)起來(lái)；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(duì)輸出予以刷新。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在

7、整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。PLC的功能可分為：1、邏輯控制；2、定時(shí)控制；3、計(jì)數(shù)控制；4、步進(jìn)(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(hào)選擇S7-200 CN 系列PLC 適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200 CN 系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)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 CN 系列具有極高的性能/價(jià)格比。S7-200 CN技術(shù)指標(biāo)如下表1所示： S7-200PLC的技術(shù)指

8、標(biāo)特性CPU 221CPU 222CPU 224CPU 224XPCPU 226本機(jī)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(kuò)展模塊數(shù)量 0個(gè)模塊2個(gè)模塊7個(gè)模塊7個(gè)模塊7個(gè)模塊掉電保持時(shí)間50小時(shí)50小時(shí)100小時(shí)100小時(shí)100小時(shí)程序存儲(chǔ)器：可在運(yùn)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(jì)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(shí)時(shí)時(shí)鐘配時(shí)鐘卡配時(shí)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(diǎn)數(shù)運(yùn)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(chǔ)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(gè)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(shí)時(shí)特性 強(qiáng)勁的通訊能力 豐富的擴(kuò)展模塊綜合考慮控制對(duì)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(gè)擴(kuò)展模塊。我們的控制量是

11、模擬量，所以需要使用到擴(kuò)展模塊EM235，如下圖2所示。EM235是最常用的模擬量擴(kuò)展模塊，它實(shí)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(diǎn)夢(mèng)時(shí)刻 傾情奉獻(xiàn)）圖2 EM235圖示 模擬量輸入特性模擬量輸入點(diǎn)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(diǎn)數(shù)1信號(hào)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(shuō)明如何用DIP開(kāi)關(guān)設(shè)置EM235擴(kuò)展模塊，開(kāi)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(kāi)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(wú)效 ONOFF OFF      0.8OFF ONOFF      0.4OFF OFF ON

14、0;    0.2表3由上表3可知，DIP開(kāi)關(guān)SW6決定模擬量輸入的單雙極性，當(dāng)SW6為ON時(shí)，模擬量輸入為單極性輸入，SW6為OFF時(shí)，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(gè)DIP開(kāi)關(guān)的功能進(jìn)行排列組合，所有的輸入設(shè)置如下表：傳感器的輸入信號(hào)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(jìn)行輸入校準(zhǔn)。其實(shí)出廠前已經(jīng)進(jìn)行了輸入校準(zhǔn)，如果OFFSET和GAIN電位器已被

15、重新調(diào)整，需要重新進(jìn)行輸入校準(zhǔn)。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(gè)變送器，一個(gè)電壓源或一個(gè)電流源，將零值信號(hào)加到一個(gè)輸入端。D、 讀取適當(dāng)?shù)妮斎胪ǖ涝贑PU中的測(cè)量值。E、 調(diào)節(jié)OFFSET（偏置）電位計(jì)，直到讀數(shù)為零，或所需要的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值。F、 將一個(gè)滿刻度值信號(hào)接到輸入端子中的一個(gè)，讀出送到CPU的值。G、 調(diào)節(jié)GAIN（增益）電位計(jì)，直到讀數(shù)為32000或所需要的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值。H、 必要時(shí)，重復(fù)偏置和增益校準(zhǔn)過(guò)程。EM235輸入數(shù)據(jù)字格式：（本文由 點(diǎn)夢(mèng)時(shí)刻 傾情奉獻(xiàn)）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(jiàn)，模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換器（ADC）的12位讀數(shù)是左對(duì)齊的。最高有效位是符號(hào)位，0表示正值。在單極性格式中，3個(gè)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(gè)單位，數(shù)據(jù)字則以8個(gè)單位變化。在雙極性格式中，4個(gè)連續(xù)的0使得模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換器每變化1個(gè)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(duì)齊的，最高有效位是符號(hào)位，0表示正值。模擬量擴(kuò)展模塊的尋址: （本文由 點(diǎn)夢(mèng)時(shí)刻 傾情奉獻(xiàn)）每個(gè)模擬量擴(kuò)展模塊，按擴(kuò)展模塊的先后順序進(jìn)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(gè)字長(zhǎng)，所以地址必須從偶數(shù)字節(jié)開(kāi)始。例如：AIW0，AIW2，AIW4、AQW0，AQW2。每個(gè)模擬量擴(kuò)展模塊至少占兩個(gè)通道，即使第一個(gè)模塊只有一個(gè)輸出AQW0,第二個(gè)模塊模擬量輸出地址也應(yīng)從AQW4開(kāi)始尋址，以此類推。圖4演示了CPU224后面依次排列一個(gè)4輸入/4輸出數(shù)字量模塊，一個(gè)8輸入數(shù)字量模塊，一個(gè)4模擬輸入/1模擬輸出模塊，一個(gè)8輸出數(shù)字量模塊，一個(gè)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(diǎn)式-利用液體的導(dǎo)電性來(lái)測(cè)量液位，如鍋爐

18、的水位測(cè)量和控制。（2）浮子式液位計(jì)-利用浮子浮力的變化來(lái)進(jìn)行液位的測(cè)量。（3）壓力式-利用液體靜壓力的原理來(lái)測(cè)量，如差壓式、吹氣式等。（4）電容式-利用兩個(gè)導(dǎo)體電極間的流體變化而導(dǎo)致靜電容的變化來(lái)測(cè)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(cè)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(shí)間就可以計(jì)算液面的高度。傳感器選擇分析：（本文由 點(diǎn)夢(mèng)時(shí)刻 傾情奉獻(xiàn)）（1）電接點(diǎn)式液位傳感器由于需要得用液體的導(dǎo)電性來(lái)測(cè)量液位，所以通用性不高，不適合此次的設(shè)計(jì)。（2）浮子式液位計(jì)雖

19、然環(huán)境適用能力強(qiáng)，但體積較大，信號(hào)反應(yīng)較慢，延遲較長(zhǎng)，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(qiáng)，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(diǎn)：超聲波傳感器指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因此在移動(dòng)機(jī)器人的研制上也得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)比環(huán)境的適應(yīng)能力，故障率，靈敏度，經(jīng)濟(jì)性等方面的綜合考慮，此次的設(shè)計(jì)采用超聲波式液位傳感器是合理的。（本文由 點(diǎn)夢(mèng)時(shí)刻 傾情奉獻(xiàn)）2.2.2液

20、位傳感器型號(hào)選擇經(jīng)過(guò)查找資料和數(shù)據(jù)對(duì)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(hào)：HT-BEF2503  (0.25-3m) 生產(chǎn)公司：宏通         類型：超聲波液位開(kāi)關(guān)測(cè)量范圍：0.25-3m (0.3*0.3米平面目標(biāo))輸出信號(hào)： 數(shù)字信號(hào)：RS232 / RS485           模擬信號(hào)：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(cè)，料位檢測(cè)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(zhǎng)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(hù)等級(jí):  IP67工作溫度： -30-70外型尺寸  （mm）：30(直徑)*85(長(zhǎng),不包括插頭)BEF系列超聲波距離傳感器，采用超聲波回波測(cè)距原理，運(yùn)用精確的時(shí)差測(cè)量技術(shù)，檢測(cè)傳感器與目標(biāo)物之間的距離，采用該公司開(kāi)發(fā)的小角度，小盲區(qū)超聲波傳感器，具有測(cè)量準(zhǔn)確，無(wú)接觸，防水，防腐蝕，低成本等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)于液位，物位檢測(cè)，特有的液位，料位檢測(cè)方式，可保證在液面有泡沫或大的晃動(dòng)，不易檢測(cè)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(cè)距離0.25-3m，測(cè)量

23、盲區(qū)0.25m。因?yàn)槌暡▊鞲衅鞴ぷ髟頉Q定了這種類型的傳感器不可避免的存在一定測(cè)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(hào)傳感器有多種測(cè)量信號(hào)輸出方式，為方便PLC對(duì)信號(hào)的采集和處理，我們選擇輸出模擬信號(hào)010V。該傳感器有棕，黑，藍(lán)三根引線，使用時(shí)棕色接電源（本文由 點(diǎn)夢(mèng)時(shí)刻 傾情奉獻(xiàn)）正極，藍(lán)色接電源負(fù)極，黑色為信號(hào)輸出端。使用方便，接線簡(jiǎn)單。2.3比例閥部分2.3.1比例閥選擇分析閥對(duì)流量的控制可以分為兩種： 一種是開(kāi)關(guān)控制：要么全開(kāi)、要么全關(guān)，流量要么最大、要么最小，沒(méi)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(kāi)任意一個(gè)開(kāi)度，由此控制通過(guò)流量的大小，這類閥有手動(dòng)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(gè)巨大的優(yōu)點(diǎn)：以電控方式實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的節(jié)流控制。（本文由 點(diǎn)夢(mèng)時(shí)刻 傾情奉獻(xiàn)）考慮到本設(shè)計(jì)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(hào)選擇經(jīng)過(guò)篩選我們選擇了臺(tái)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(jī)械包裝工程，制藥機(jī)械，印刷機(jī)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(biāo)準(zhǔn)： 國(guó)標(biāo)

25、 類型 ：先導(dǎo)式 外形 ：中型 流動(dòng)方向 ：雙向 比例閥控制信號(hào)要求：輸入為420MA或010V 根據(jù)輸入通過(guò)內(nèi)部放大器驅(qū)動(dòng)磁鐵按輸入值比例驅(qū)動(dòng)閥芯到相應(yīng)位置。這里使用0-10V的模擬量信號(hào)控制。給5V信號(hào)時(shí)閥芯處于中間位置。兩個(gè)工作口都無(wú)流量輸出。電壓越趨向于0V 2號(hào)口（A口）流量越大！ 電壓越趨向于10V 4號(hào)口(B口)流量越大。該產(chǎn)品可供應(yīng)驅(qū)動(dòng)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(shí)維持大于負(fù)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(shí)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(guò)PID運(yùn)算，由EM235模擬量輸出端控制比例閥的開(kāi)啟和關(guān)閉，用以動(dòng)態(tài)，智能和迅速的（本文由 點(diǎn)夢(mèng)時(shí)刻 傾情奉獻(xiàn)）調(diào)節(jié)液位使其盡快與設(shè)定值吻合。3.2接線說(shuō)明液位傳感器，輸出的是010的電壓信號(hào)。將超聲波液位傳感器的棕色接電源DC24V正極，藍(lán)色接PLC的A-，黑色為信號(hào)輸出端接PLC的A+。比例電源接24VDC?？刂菩盘?hào)線接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(diǎn)：在實(shí)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(jiǎn)稱PID控制，又

27、稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問(wèn)世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(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，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。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)。PID控制，實(shí)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(jì)算出控（本文由 點(diǎn)夢(mèng)時(shí)刻 傾情奉獻(xiàn)）制量進(jìn)行控制的。比例（P）控制：比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其

28、控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)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(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng),如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)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(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)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(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)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(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)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(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，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(fù)值，

30、從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)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(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(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)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)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(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)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(diǎn)，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。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。（本文由 點(diǎn)夢(mèng)時(shí)刻 傾情奉獻(xiàn)）4 程序部分4.1程序編寫(xiě)說(shuō)明我們使用語(yǔ)句表進(jìn)行控制程序的編寫(xiě)。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(gè)定時(shí)器時(shí)鐘及其中斷資源等。系統(tǒng)啟動(dòng)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(kāi)啟主動(dòng)閥，然后不斷監(jiān)測(cè)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(jìn)

32、入PID運(yùn)算模式選擇階段。在此判斷PID運(yùn)算系數(shù)是否為0，若不為0，則進(jìn)入中斷程序1選擇對(duì)應(yīng)的PID參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)PID的運(yùn)算，并對(duì)比例閥進(jìn)行伺服控制。若為0，則進(jìn)入中斷程序0選擇對(duì)應(yīng)的PID參數(shù)進(jìn)行PID運(yùn)算，并對(duì)比例閥進(jìn)行伺服控制。完成以上完整的控制流程后，程序返回，進(jìn)行下一個(gè)控制周期。如此不間斷的實(shí)時(shí)運(yùn)算，實(shí)時(shí)控制，使本系統(tǒng)滿足實(shí)時(shí)，高效，精準(zhǔn)的控制要求。同時(shí)編寫(xiě)的程序時(shí)要滿足系統(tǒng)在各種工作環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行和要求。4.2程序流程圖：比例系數(shù)不為0啟動(dòng)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(yùn)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(xiě)：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(shí)數(shù)（雙整數(shù)轉(zhuǎn)換為實(shí)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(kāi)主動(dòng)泵（Q0.0置1）-CALL SBR_0 /按下“啟動(dòng)/停止”按鈕時(shí)調(diào)用子程序0 LD M0.1ED /負(fù)跳變有效S M0.0, 1 /再次按下“啟動(dòng)/停止”按鈕時(shí)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(shí)調(diào)用中斷程序0AR<> 0.0, VD112MOVR 0.0, VD148MOVB 250, SMB34 /調(diào)用定時(shí)中斷0，中斷時(shí)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(shí)調(diào)用中斷1MOVR 0.0, VD148

35、MOVB 250, SMB35 /調(diào)用定時(shí)中斷1，中斷時(shí)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(dòng)泵停止運(yùn)行中斷程序0：LD M0.1AR<> 0.0, VD116

36、/積分系數(shù)不為零時(shí)執(zhí)行下面程序MOVR VD104, VD140 -R VD108, VD140MOVR VD140, VD100 /計(jì)算偏差+R VD100, VD128 /進(jìn)行pid運(yùn)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(yùn)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(shí)執(zhí)行下面程序AR= 0.0, VD116MOVR VD104, VD140-R VD108, VD140MOVR VD140, VD100 /計(jì)算偏差MOVR VD100, VD144 /進(jìn)行pid運(yùn)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(yùn)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(duì)比例閥控制字進(jìn)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?jǐn)?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?jǐn)?shù)值送入與監(jiān)控軟件進(jìn)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(shí)執(zhí)行下面程序MOVR VD104, VD140-R VD108, VD140MOVR

39、VD140, VD100 /計(jì)算偏差+R VD100, VD128 /進(jìn)行pid運(yùn)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(yùn)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(shí)執(zhí)行下面程序AR= 0.0, VD116MOVR VD

40、104, VD140-R VD108, VD140MOVR VD140, VD100 /計(jì)算偏差MOVR VD100, VD144 /進(jìn)行pid運(yùn)算-R VD148, VD144/R 0.25, VD144*R VD120, VD144MOVR VD100, VD148MOVR VD144, VD132*R 1.0, VD132 /將PID運(yùn)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(duì)比例閥控制字進(jìn)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?jǐn)?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?jǐn)?shù)值送入與監(jiān)控軟件通訊的寄存器4.4寄存器使用說(shuō)明：AIW0：模擬量輸入寄存器AC0：累加器用來(lái)做中間轉(zhuǎn)換臨時(shí)寄存器AQW0：模擬量輸出寄存器VD0：設(shè)定值寄存器（不參與運(yùn)算）VD4：比例系數(shù)寄存器（不參與運(yùn)算）VD8：積分系數(shù)寄存器（不參與運(yùn)算）VD12：微分系數(shù)寄存器（不參與運(yùn)算）VD100：液位偏移量臨時(shí)寄存器（參與運(yùn)算）VD104：設(shè)定值臨時(shí)寄存器VD108：液位偏移量寄存器（不參與運(yùn)算）VD

42、112：比例系數(shù)臨時(shí)寄存器（參與運(yùn)算）VD116：積分系數(shù)臨時(shí)寄存器（參與運(yùn)算）VD120：微分系數(shù)臨時(shí)寄存器（參與運(yùn)算）VD128：中間寄存器VD132：比例閥輸出控制值臨時(shí)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?jǐn)?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(cè)量表示變量OP：比例閥輸出變量M0.1：?jiǎn)?dòng)/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(dāng)前的自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，面向高端自動(dòng)化市場(chǎng)及應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)一體化為目標(biāo)開(kāi)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(tái)為目標(biāo)，集成了對(duì)亞控科技自主研發(fā)的工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)（KingHistorian）的支持，可以為企業(yè)提供一個(gè)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總、分析及管理的有效平臺(tái)，使企業(yè)能夠及時(shí)有效的獲取信息，及時(shí)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(diǎn)組態(tài)王6.53保持了組態(tài)王早期版本運(yùn)行穩(wěn)定、使用方便的特點(diǎn)。并根據(jù)國(guó)內(nèi)眾多用戶的反饋及意見(jiàn)，對(duì)一些功能進(jìn)行了完善和擴(kuò)充。該款產(chǎn)品的歷史曲線、溫控曲線以及配方功能進(jìn)行