基于S7-200 SMART單容水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要為了有效的測(cè)量和控制水位高度，實(shí)現(xiàn)水位控制的智能化，本次設(shè)計(jì)是基于組態(tài)王與PLC的單容水箱液位控制系統(tǒng)，其主要應(yīng)用的場(chǎng)合是工業(yè)生產(chǎn)、生活和污水排放控制，使得在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，環(huán)境也得到了極大地保護(hù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是圍繞上位機(jī)和程序設(shè)計(jì)兩大部分進(jìn)行。該液位控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有很多，比如其電路簡(jiǎn)單，該系統(tǒng)具有很高穩(wěn)定性，同時(shí)該系統(tǒng)還具有成本低，功耗低，實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。該設(shè)計(jì)以基于計(jì)算機(jī)與PLC控制的單回路液位控制系統(tǒng)，通過安裝在水箱底部的壓力變送器測(cè)量液位，PLC接收來自壓力變送器的測(cè)量信號(hào)，以電動(dòng)調(diào)節(jié)閥為執(zhí)行器，來改變閥門的開度，同時(shí)采用組態(tài)王進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控，通過對(duì)調(diào)節(jié)器PID參數(shù)的整定，實(shí)現(xiàn)了水箱液位的閉環(huán)控制，使水箱液位穩(wěn)定在設(shè)定值。關(guān)鍵詞：水箱；液位控制；PLC；PID算法；AbstractInordertoeffectivelymeasureandcontroltheheightofwaterlevel,toachieveintelligentwaterlevelcontrol,thisdesignisbasedonKingviewandPLCsingletanklevelcontrolsystem,itsmainapplicationoccasionsareindustrialproduction,lifeandsewagedischargecontrol,sothatintheeconomicdevelopmentatthesametime,theenvironmenthasbeengreatlyprotected.Systemdesignismainlyapertemhasmcomputerandprogramd'rts.Theliquidlevelcontrolsystemhasmanyadvantages,suchasitssimplecircuit,thesystemhashighstability,atthesametime,thesystemalsohaslowcost,lowpowerconsumption,strongpracticabilityandotheradvantages.ThedesignisbasedonthecomputerandPLCcontrolofthesinglelooplevelcontrolsystem,throughtheinstallationofthepressuretransmitteratthebottomofthetanktomeasurethelevel,PLCreceivesthemeasurementsignalfromthepressuretransmitter,withtheelectricregulatorvalveastheactuator,tochangethevalveopening,atthesametimeusingtheKingviewsystemmonitoring,bysettingthePIDparametersoftheregulator,Theclosedloopcontrolofthewatertanklevelisrealizedtostabilizethewatertanklevelatthesetvalue.Keywords:watertank;Liquidlevelcontrol;PLC;

目錄TOC\o"1-3"\h\u5501摘要 I11850Abstract II4951第1章緒論 5210601.1前言 556201.2液位控制系統(tǒng)的發(fā)展 5106051.3本文的主要工作 629589第2章水箱液位控制系統(tǒng)分析 6263292.1液位控制系統(tǒng)方案選擇 6147262.2液位控制系統(tǒng)構(gòu)成 858902.3液位控制系統(tǒng)硬件選擇 8115742.3.1S7-200與S7-200SMART的對(duì)比 843642.3.2傳感器的介紹及選型 968842.3.3調(diào)節(jié)閥介紹 1090262.3.4PID控制介紹 1017022.3.5西門子S7-200SMART的CPU介紹及選型 12236642.4硬件線路設(shè)計(jì) 14150762.4.1接線端子的IO分配表 1484462.4.2電路接線圖 1418304第3章PLC程序設(shè)計(jì) 18291803.1介紹 18243693.2主程序設(shè)計(jì) 18157473.2子程序設(shè)計(jì)： 26114993-3中斷程序設(shè)計(jì)： 272830第4章上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28187534.1上位機(jī)的選擇 28112004.2組態(tài)界面的設(shè)計(jì) 29307614.2.1創(chuàng)建新工程并定義硬件設(shè)備 2955514.2.2添加工程變量 34229204.2.3制作圖形畫面并定義動(dòng)畫連接 3527314.3連機(jī)調(diào)試 38193094.4PID參數(shù)自整定 3928185第5章總結(jié)與展望 4129420致謝 422784參考文獻(xiàn) 4318669附錄 44第1章緒論1.1前言城市水塔式給水系統(tǒng)，當(dāng)其給水系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，其給水系統(tǒng)的水位突然降低，會(huì)對(duì)居民的正常生活造成很大的影響；控制好鍋爐的蒸汽壓力，當(dāng)蒸汽壓力低于設(shè)定值時(shí)，會(huì)造成鍋爐過熱，造成安全事故；在這種生產(chǎn)過程中，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度很大，具有很大的風(fēng)險(xiǎn)性，很容易發(fā)生錯(cuò)誤，從而使企業(yè)蒙受損失。從這一點(diǎn)可以看出，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，液面控制的準(zhǔn)確度與效果，將對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)成本、經(jīng)濟(jì)效益、乃至對(duì)企業(yè)的安全產(chǎn)生影響。為確保水平儀的安全性，必須對(duì)水平儀進(jìn)行改進(jìn)和研究。通過組態(tài)王監(jiān)控系統(tǒng)，我們可以實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，可以將整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及數(shù)據(jù)在組態(tài)王中進(jìn)行保存。本設(shè)計(jì)通過上位機(jī)控制系統(tǒng)與PLC相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程中液位的穩(wěn)定控制。本文將主要介紹如何實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與PLC控制系統(tǒng)相結(jié)合的控制方法。1.2液位控制系統(tǒng)的發(fā)展液位控制系統(tǒng)的概念是近現(xiàn)代才出現(xiàn)的，但是液位變化控制的技術(shù)已經(jīng)很成熟了。由于在短短的時(shí)間里，控制液位變化的技術(shù)就已經(jīng)進(jìn)行了多次的升級(jí)和改進(jìn)，現(xiàn)在，隨著各類控制器和電子設(shè)備的飛速發(fā)展，無論采用什么樣的控制處理器，什么樣的控制方式，液位控制的概念都是一樣的，唯一的變化就是控制的方法，因此，液位變化控制的技術(shù)已經(jīng)非常成熟?，F(xiàn)在。事實(shí)上，液位變化控制的技術(shù)的主要核心是傳感器，嚴(yán)格來說是液位傳感器，因此總體來說，液位控制系統(tǒng)的成熟其標(biāo)志不僅是控制器技術(shù)的成熟，還有一個(gè)更重要的標(biāo)志，就是液位傳感器技術(shù)的成熟。對(duì)于液面的控制，有很多種類型，一般的控制方法都可以用于液面控制系統(tǒng)。比如PLC，單片機(jī)，PAC等等，也有專門用于液位控制的開關(guān)式控制器，比如光控式的液位控制器，浮動(dòng)球等液面調(diào)節(jié)器。液面?zhèn)鞲衅髯畛醯募夹g(shù)是基于電極原理，但這個(gè)技術(shù)總有一天會(huì)被新技術(shù)所替代，由于電極在使用過程中會(huì)吸收水中的雜質(zhì)，從而造成敏感失效，因此在此基礎(chǔ)上發(fā)展出了UQK與GSK兩種傳感技術(shù)，這兩種傳感技術(shù)在后來也得到了進(jìn)一步的發(fā)展，不過這兩種傳感技術(shù)都是以“干簧管”為主控方式，采用的是強(qiáng)電控方式，而且由于接觸器的頻繁動(dòng)作，使得傳感系統(tǒng)的使用壽命較短，存在較大的安全性問題。于是弱電式的傳感器就誕生了，比如壓力式的和光電式的。以上就是液位控制系統(tǒng)的大致發(fā)展歷程。1.3本文的主要工作本文采用西門子S7-200SMARTPLC,液位傳感器，調(diào)節(jié)閥，水泵電機(jī)，對(duì)單容水箱液位進(jìn)行恒定控制，先將硬件電路進(jìn)行連接，隨后對(duì)西門子S7-200smartPLC的端口及內(nèi)存地址進(jìn)行分配。在西門子可編程控制器上完成了程序的編寫，將程序分為兩個(gè)主要部分，一個(gè)是自動(dòng)控制，另一個(gè)是人工控制。程序經(jīng)調(diào)試確認(rèn)無誤后，與上位機(jī)進(jìn)行通訊網(wǎng)絡(luò)連接，進(jìn)行最后的運(yùn)行與調(diào)試。第2章水箱液位控制系統(tǒng)分析2.1液位控制系統(tǒng)方案選擇2.1.1PLC與繼電器控制系統(tǒng)(1）從工作方式上進(jìn)行比較在繼電控制電路中，在電源被打開時(shí)，電路中的所有繼電器都被約束，也就是，該被吸合的繼電器也被吸合，不應(yīng)該被吸合的繼電器由于一定的條件而無法被吸合，這就是并聯(lián)工作模式。但是，PLC的用戶程序是按照一定的順序進(jìn)行循環(huán)執(zhí)行的，因此，各軟繼電器都處于周期性的循環(huán)掃描接通過程中，受到相同條件制約的各個(gè)繼電器的動(dòng)作次序，取決于程序的掃描順序，與其在梯形圖中的位置相關(guān)，這種工作方式被稱作串行工作方式。(2）從控制速度上進(jìn)行比較繼電保護(hù)主要依賴于機(jī)械觸頭的運(yùn)動(dòng)來完成，其工作頻率較低，其切換過程通常為數(shù)十ms量級(jí)，并且容易產(chǎn)生抖動(dòng)。而PLC則是用程序命令來控制半導(dǎo)體電路，通常情況下，一條命令的執(zhí)行時(shí)間可以達(dá)到微秒，所以它的速度要快得多，而且PLC也有嚴(yán)格的同步控制，所以它不會(huì)發(fā)生觸點(diǎn)抖動(dòng)。(3）從定時(shí)和計(jì)數(shù)控制上進(jìn)行比較傳統(tǒng)的時(shí)間繼電器延時(shí)控制方法主要是通過延時(shí)動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)，但其延時(shí)時(shí)間容易受環(huán)境溫度、溫度等因素的影響，存在計(jì)時(shí)準(zhǔn)確度低、計(jì)時(shí)難度大等問題。但是，PLC使用的是半導(dǎo)體集成電路作為定時(shí)器，時(shí)鐘脈沖是由晶體振蕩器產(chǎn)生的，它具有很高的準(zhǔn)確性，定時(shí)范圍通常是從0.1s到幾分鐘甚至更久，使用者可以按照自己的要求在程序中設(shè)置定時(shí)值，這樣就可以很容易地進(jìn)行修改，而且不會(huì)受到環(huán)境的影響。PLC有自動(dòng)計(jì)數(shù)的功能，而傳統(tǒng)的繼電器控制通常沒有自動(dòng)計(jì)數(shù)的功能。綜上所述，PLC的性能優(yōu)于繼電器控制系統(tǒng)，尤其是其可靠性高，設(shè)計(jì)建造周期短，調(diào)試修改方便，體積小，功耗低。因此，在該系統(tǒng)中使用了可編程控制器?！た删幊绦蚩刂破鞯奶攸c(diǎn)現(xiàn)代工業(yè)的生產(chǎn)過程是豐富多彩的，對(duì)控制的要求也是千差萬別，為了可以在不同的工業(yè)環(huán)境下使用和操作PLC，生產(chǎn)廠家之間都有很多相似之處。（1）抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高PLC控制系統(tǒng)在其設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮系統(tǒng)的抗干擾能力，使其能在各種復(fù)雜環(huán)境中可靠地工作，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。目前，PLC系統(tǒng)中常用的抗干擾措施有：隔離、屏蔽、濾波、接地等。在實(shí)際應(yīng)用中，有的采用了專用的隔離設(shè)備，如高壓隔離變壓器或直流隔離電源等；有的采用屏蔽電纜與電網(wǎng)相連；有的采用接地措施，將PLC接在較強(qiáng)的電磁干擾區(qū)之外。（2）功能強(qiáng)大，適應(yīng)面廣目前，PLC控制系統(tǒng)規(guī)?？梢允谴蟮囊部梢允切〉?，能完成對(duì)各種控制系統(tǒng)的控制，而且能滿足所有的工業(yè)控制領(lǐng)域的需要。（3）編程方便，易于使用PLC的編程可采用梯形圖語言，簡(jiǎn)單易懂，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)語言，只要具有一定的電氣和工藝知識(shí)的人員都可在很短時(shí)間學(xué)會(huì)。（4）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工及調(diào)試的時(shí)間短目前，可編程控制器的產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到了系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的程度。同時(shí)，由于可編程控制器使用的是軟件，所以無需象傳統(tǒng)的繼電控制那樣復(fù)雜，從而大大減少了建設(shè)的時(shí)間。同時(shí)，還可以在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)PLC用戶程序進(jìn)行仿真調(diào)試，仿真調(diào)試合格后，將其送到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)在線調(diào)試，從而降低了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的工作量，縮短了設(shè)計(jì)和調(diào)試的周期。（5）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)PLC及其擴(kuò)充模組的種類很多，能夠構(gòu)成各種不同的控制系統(tǒng)。該P(yáng)LC可以直接連接到220V,24V等交流電源，具有很大的帶載能力。對(duì)于不同的被控對(duì)象，只要在軟件上做一些簡(jiǎn)單的修改，就可以使用相同的PLC設(shè)備，因此，它的通用程度很高。2.1.2PID控制介紹在工程實(shí)踐中，采用最多的調(diào)節(jié)器控制律是比例積分微分控制律。PID控制器的出現(xiàn)已經(jīng)有70多年的歷史，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，工作可靠，調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為目前工業(yè)控制領(lǐng)域的主流技術(shù)。在無法完全掌握被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，或者無法得到準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論中的其他技術(shù)很難使用的情況下，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)就只能憑經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來決定了，此時(shí)，PID控制技術(shù)是最方便的。也就是在不能充分理解被控對(duì)象，或者不能用有效的測(cè)試方法得到系統(tǒng)參數(shù)的情況下，采用PID控制是最合適的。PID控制器，在實(shí)際應(yīng)用中又分為PI、PD兩種。采用比例、積分和微分等方法，通過對(duì)系統(tǒng)誤差的計(jì)算，得到控制量，從而實(shí)現(xiàn)PID控制器的控制。比例（P）控制比例控制器是最簡(jiǎn)便的控制器之一。它的控制器輸出正比于輸入錯(cuò)誤信號(hào)。在只采用比例控制器的情況下，系統(tǒng)的輸出會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)誤差。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)為克服系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差，需在系統(tǒng)中加入"積分項(xiàng)"。積分項(xiàng)與誤差之間的關(guān)系是由積分所決定的，并隨時(shí)間而變大。通過這種方法，即使是微小的誤差，也可以得到更多的積分，從而使得控制器的輸出更大，從而使得系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差更小，直至為零。所以，采用PI（Pre-Integration,PI）控制器，就能保證系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下沒有穩(wěn)定的誤差。微分（D）控制在微分控制中，控制器的輸出直接依賴于誤差信號(hào)的差動(dòng)（也就是誤差的變化率）。為了消除誤差，自動(dòng)控制系統(tǒng)在調(diào)整時(shí)存在著振蕩、不穩(wěn)定等問題。這是因?yàn)榇髴T性元件的存在和滯后元件對(duì)誤差起到了抑制作用，且滯后元件的改變始終滯后于誤差改變。這一問題的解決方案是，將對(duì)防止錯(cuò)誤的影響的改變"超前"，也就是說，當(dāng)錯(cuò)誤趨于零時(shí)，防止錯(cuò)誤的影響應(yīng)當(dāng)為零。這意味著，單純地將"比例"項(xiàng)引入控制器，其功能通常只是將誤差放大到最大，因此，當(dāng)前需加入"微分項(xiàng)"，使得帶有比例+微分的控制器，可以將對(duì)誤差的抑制效果預(yù)先設(shè)為0，或者為負(fù)，以防止被控量超調(diào)。因此，對(duì)于具有大慣量和滯后的被控對(duì)象，PD控制器可以在調(diào)整過程中提高系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性能?！ID控制器各校正環(huán)節(jié)對(duì)于任何一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)來說，首先要保證對(duì)指令的穩(wěn)定、快速和準(zhǔn)準(zhǔn)確。PID調(diào)節(jié)的重點(diǎn)是解決這個(gè)問題的方法。增加比例系數(shù)P會(huì)加速系統(tǒng)的響應(yīng)，其作用于輸出值較快，但不能很好地穩(wěn)定在一個(gè)理想的數(shù)值上，其不利的結(jié)果是雖然較能有效地克服擾動(dòng)的影響，但是會(huì)有余差，過大的比例系數(shù)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，從而導(dǎo)致穩(wěn)定性變差。積分能在比例的基礎(chǔ)上消除余差，它能對(duì)穩(wěn)定后有累積誤差的系統(tǒng)進(jìn)行誤差修整，減小穩(wěn)態(tài)誤差。微分有超前的作用，對(duì)于具有容量滯后的控制通道，引入微分參與控制，在微分項(xiàng)設(shè)定適當(dāng)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)有明顯的改善，可降低系統(tǒng)超調(diào)量，增強(qiáng)穩(wěn)定性，降低動(dòng)態(tài)誤差。由于PID的原理簡(jiǎn)單、容易實(shí)施、應(yīng)用范圍廣泛、各控制參數(shù)之間互不影響、參數(shù)選擇比較容易；因此，在本次設(shè)計(jì)中選擇了PID控制器。2.2液位控制系統(tǒng)構(gòu)成單容水箱用于液體的填料，單容水箱的過程控制目的是以最短的時(shí)間把水箱的液位穩(wěn)定均勻地控制到工藝要求的目標(biāo)值。本課題主要研究單容水箱液位控制系統(tǒng)，本控制系統(tǒng)由控制器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、水箱和液位傳感器組成，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥用于控制水箱進(jìn)水口的流量；液位傳感器用于檢測(cè)水箱液位：控制器的輸出用于控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度。水箱的最大液位為24cm，刻度精確到mm。同時(shí)，該系統(tǒng)還提供了一種遠(yuǎn)程監(jiān)控的方法，通過上位機(jī)對(duì)下位機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，從而達(dá)到對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。在此基礎(chǔ)上，利用下位機(jī)的數(shù)據(jù)，對(duì)所需的料位進(jìn)行預(yù)設(shè)，并對(duì)PID控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而完成對(duì)料位的最終控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示圖2-1液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.3液位控制系統(tǒng)硬件選擇2.3.1S7-200與S7-200SMART的對(duì)比1．接線端子設(shè)計(jì)不同兩種CPU的產(chǎn)品定位都是小型PLC，本體都集成了一些I0點(diǎn)，都可以通過添加擴(kuò)展模塊來擴(kuò)展IO以及通信接口。S7-200本體集成的I0分布方式為上面端子排是數(shù)字量輸出DO，下面的端子排是數(shù)字量輸入DI;S7-200SMART本體集成IO分布方式與S7-200相反，上面的端子排是數(shù)字量輸入DI,下面的端子排是數(shù)字量輸出DO。S7-200CPU最多擴(kuò)展7個(gè)模塊，每個(gè)S7-200模塊都自帶一根帶狀I(lǐng)/O總線電纜，可直接將該電纜插接在其它模塊或者CPU的10針插槽內(nèi)。S7-200SMARTCPU最多擴(kuò)展6個(gè)模塊＋1個(gè)信號(hào)板，擴(kuò)展模塊之間或者擴(kuò)展模塊和CPU之間都采用插針式的連接方式。2編程軟件不同S7-200CPU的編程軟件是STEP7-Micro/WIN,S7-200SMARTCPU的編程軟件是STEP7-Micro/WINSMART，兩個(gè)軟件都有相似的中文操作界面以及指令類型，S7-200的程序可以在STEP7-Micro/WINSMART環(huán)境中打開，但是不保證所有內(nèi)容都能夠被順利移植，如存在不支持的指令等，須手動(dòng)修改。但是，相應(yīng)地，對(duì)于S7-200SMART來說，也不能在STEP7-Micro/WIN中進(jìn)行開放和移植。3．存儲(chǔ)卡的設(shè)計(jì)以及用途不同S7-200CPU和S7-200SMARTCPU都可以使用存儲(chǔ)卡來實(shí)現(xiàn)一些功能，但是存儲(chǔ)卡都不能用來擴(kuò)展CPU存儲(chǔ)區(qū)。S7-200CPU的存儲(chǔ)卡可用來實(shí)現(xiàn)配方、數(shù)據(jù)歸檔、傳輸程序的用途；S7-200SMARTCPU的存儲(chǔ)卡可用來實(shí)現(xiàn)傳輸程序、升級(jí)固件、恢復(fù)出廠設(shè)置的功能。這兩種記憶卡在功能、外觀上是不同的，所以不能混淆使用。綜合考慮，在本次實(shí)驗(yàn)中選擇PLCS7-200SMART軟件。2.3.2傳感器的介紹及選型現(xiàn)在通常有三種液位計(jì)：液位計(jì)介紹優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)靜壓式液位計(jì)是通過安裝在容器底部的傳感器獲得當(dāng)前液位所形成的壓力，然后轉(zhuǎn)換得到當(dāng)前的液位高度，再通過變送器輸出。這樣計(jì)算出的液位壓力是參考當(dāng)前大氣壓力得到的。所以由于這種工作原理需要與被測(cè)液體接觸。要求有一個(gè)單獨(dú)的壓力傳感器，可以通過選擇不同的傳感器器而改變其測(cè)量精度。適用面廣，兼容性強(qiáng)，由于其只需要將傳感器安裝至容器底部即可，所以對(duì)容器的大小，高低，甚至內(nèi)部構(gòu)造都沒有限制，可以適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的液位測(cè)量。安裝要求不高，成本也比較低。由于此種傳感器需要校正，所以如果被測(cè)液體不停變換或環(huán)境變化大，就需要不斷的校正才能使用，會(huì)降低工作效率。另外當(dāng)被測(cè)壓力過大時(shí)，也會(huì)使精度降低。超聲波液位計(jì)利用聲速來檢測(cè)液體水平面。具體來說，通常是從容器底向被測(cè)量的液體表面發(fā)射超聲脈沖，并將其反射回發(fā)射機(jī)，并被感應(yīng)器接收。利用超聲作用于液體的時(shí)間，計(jì)算出液體的高度。適用面廣，兼容性強(qiáng)，由于其只需要將傳感器安裝至容器底部即可。被測(cè)對(duì)象液位高度有一定限制，不能過高。受環(huán)境影響較大，環(huán)境不能影響超聲波傳播。容易受到超聲波傳播的能量損耗影響。電氣液位計(jì)采用電阻值或電容值作為中間變量，通過在被測(cè)容器中構(gòu)建電極形成通路，從而得到上述的物理量，根據(jù)物理量的大小與容器中的液位高低一一對(duì)應(yīng)，得到測(cè)量值。通常這種液位計(jì)直接與電氣儀表搭配使用，可以直接輸出模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。適用面廣，對(duì)被測(cè)液體的要求很低?？梢詼y(cè)量具有腐蝕性的液體。它對(duì)溫度和壓力都沒有太大的影響，所以它能適應(yīng)多種密度不同的介質(zhì)。首先是成本會(huì)稍微高一些，對(duì)容器的結(jié)構(gòu)與外型有一定的要求，由于需要測(cè)量作為中間變量的物理量，所以測(cè)量精度不會(huì)很高。電極材料是損耗品，隨著長(zhǎng)時(shí)間的使用，存在腐蝕的可能性，會(huì)進(jìn)一步影響測(cè)量精度。綜上所述，考慮到檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，并達(dá)到降本增效，保證安全的目的，結(jié)合實(shí)際操作環(huán)境，選擇靜壓式液位計(jì)。2.3.3調(diào)節(jié)閥介紹電動(dòng)調(diào)節(jié)閥是工業(yè)自動(dòng)化過程控制中的重要執(zhí)行單元儀表。隨著工業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)化程度越來越高，正被越來越多的應(yīng)用在各種工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中。與傳統(tǒng)的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn):電動(dòng)調(diào)節(jié)閥節(jié)能(只在工作時(shí)才消耗電能)，環(huán)保(無碳排放)，安裝快捷方便(無需復(fù)雜的氣動(dòng)管路和氣泵工作站)。閥門按其所配執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的動(dòng)力，按其功能和特性分為線性特性，等百分比特性及拋物線特性三種。他的工作原理是通過接收工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的信號(hào)(如:4~20mA)來驅(qū)動(dòng)閥門改變閥芯和閥座之間的截面積大小控制管道介質(zhì)的流量、溫度、壓力等工藝參數(shù)。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)節(jié)功能。ZDLP-DN25電動(dòng)調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)工業(yè)自動(dòng)化過程控制領(lǐng)域中的介質(zhì)流量、壓力、溫度、液位等工藝參數(shù)。根據(jù)自動(dòng)化系統(tǒng)中的控制信號(hào)，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的開度，從而實(shí)現(xiàn)介質(zhì)流量、壓力、溫度和液位的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)閥的流量特性，是在閥兩端壓差保持恒定的條件下，介質(zhì)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與它的開度之間關(guān)系。調(diào)節(jié)閥的流量特性有線性特性，等百分比特性及拋物線特性三種。綜合考慮來看，因?yàn)閆DLP—DN25作業(yè)條件及其簡(jiǎn)單，操作方便，在本次實(shí)驗(yàn)中選用了ZDLP-DN25調(diào)節(jié)閥。2.3.4西門子S7-200SMART的CPU介紹及選型型號(hào)I/O點(diǎn)數(shù)電源供電方式公共端輸出類型CPUSR2012入/8出AC電源85~264V輸入端I0.0~I1.3共用1M；輸出端Q0.0~Q0.3共用1LQ0.4~Q0.7共用2L繼電器輸出CPUSR4024入/16出AC電源85~264V輸入端I0.0~I2.7共用1M；輸出端Q0.0~Q0.3共用1LQ0.4~Q0.7共用2LQ1.0~Q1.3共用3LQ1.4~Q1.7共用4L繼電器輸出CPUST2012入/8出DC電源20.4~28.8V輸入端I0.0~I1.3共用1M；輸出端Q0.0~Q0.7共用2L+2M晶體管輸出CPUST4024入/16出DC電源20.4~28.8V輸入端I0.0~I2.7共用1M；輸出端Q0.0~Q0.7共用2L+2MQ1.0~Q1.7共用3L+3M晶體管輸出CPUST6036入/24出DC電源20.4~28.8V輸入端I0.0~I4.3共用1M；輸出端Q0.0~Q0.7共用2L+2MQ1.0~Q1.7共用3L+3MQ2.0~Q2.7共用4L+4M晶體管輸出圖2-2CPU圖2-3擴(kuò)展模塊型號(hào)EMAM03EMAM06尺寸（W*H*D）/mm45*100*8145*100*81模擬量輸入路數(shù)24模擬量輸出路數(shù)12輸入類型電壓或電流（差動(dòng)）可兩個(gè)選為一組電壓或電流（差動(dòng)）可兩個(gè)選為一組輸出類型電壓或電流電壓或電流功耗（控載）1.1w2.0wA/D分辨率電壓模式12位+符號(hào)位12位+符號(hào)位電流模式12位12位D/A分辨率電壓模式11位+符號(hào)位11位+符號(hào)位電流模式11位11位在本次的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，西門子S7-200SMART的CPU的選型，我決定選用型號(hào)為SR20的這個(gè)CPU型號(hào)的西門子S7-200SMART的PLC，我選擇它的理由是經(jīng)過仔細(xì)考慮的。最主要的原因是，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的綜合考慮，實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，因?yàn)榭刂茖?duì)象的原因，所需的模擬量輸入的數(shù)據(jù)處理量不多，所以選擇了該版本的CPU，如圖2-2所示，由于模擬量的檢測(cè)模塊中，選擇的傳感器是電流型的，所以需要添加擴(kuò)展的模擬量模塊，型號(hào)為EMAM06。如圖2-3所示。2.4硬件線路設(shè)計(jì)2.4.1接線端子的IO分配表I0.0手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換=1手動(dòng)；=0自動(dòng)I0.1系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕=1啟動(dòng)；I0.2系統(tǒng)停止按鈕=1停止；I0.3手動(dòng)加速按鈕=1加速；I0.4手動(dòng)減速按鈕=1減速；AIW16液位變送器信號(hào)輸入AQW16輸出變頻器信號(hào)2.4.2電路接線圖圖2-2主電路控制電路圖這部分是主電路，首先，用的是一個(gè)380V的三相交流電源，接空開，然后下面就是加空開，交流接觸器，熱繼電器，給水泵供電，右邊是一個(gè)變壓器，用來穩(wěn)壓以及給plc供電。圖2-3控制電路圖圖2-4控制電路圖這部分是控制電路，通過PLC的I0.0；I0.1；I0.2；I0.3去控制水泵，液位指示燈以及運(yùn)行指示燈，PLC輸出端的24V電源是給PLC輸出供電。圖2-5AD轉(zhuǎn)換模塊圖這部分是傳感器，24V電源是給傳感器供電，EMAM06是AD轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)字量轉(zhuǎn)模擬量的，后面就是調(diào)節(jié)閥，這個(gè)整體的思路就是，傳感器接收到信號(hào)然后反饋給調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥做出決定，把信號(hào)反饋給PLC，PLC控制水泵的進(jìn)水速度。圖2-6元件清單圖第3章PLC程序設(shè)計(jì)3.1介紹該方案的目的是為用戶提供兩種操作方式，即人工和自動(dòng)兩種，在啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)的默認(rèn)運(yùn)行方式是自動(dòng)的。手動(dòng)模式：通過下位機(jī)連接獨(dú)立按鈕完成對(duì)手動(dòng)模式的轉(zhuǎn)換。通過上位機(jī)設(shè)計(jì)的加速按鈕與減速按鈕分別增加與減小變調(diào)節(jié)閥的輸入，從而人為改變上水速度，可自行選擇加水還是停止加水，并設(shè)置急停按鈕。自動(dòng)模式：若需從手動(dòng)模式改變?yōu)樽詣?dòng)模式，仍使用獨(dú)立按鈕。通過對(duì)PLC的PID控制，使整個(gè)系統(tǒng)的控制性能都達(dá)到了預(yù)期的指標(biāo)。流程圖如圖3-6所示。圖3-1流程圖3.2主程序設(shè)計(jì)利用軟件對(duì)PLC程序進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，具體如下所示：（1）主程序·程序初始化：給繼電器SM0.1輸入高電平后，通用輔助繼電器M0.0開始的120個(gè)位地址被復(fù)位，接著調(diào)用子程序指令，把程序控制權(quán)交給子程序。圖3-1程序初始化梯形圖LDSM0.1RM0.0,120//M0.0復(fù)位操作LDSM0.1CALLSBR_0:SBR0//調(diào)用子程序設(shè)置PID各項(xiàng)參數(shù)：上位機(jī)讀取液位設(shè)定值的雙字節(jié)變量寄存器是V28，可由上位機(jī)寫入0.0-240.0之間的數(shù)值，PID指令回路表中表示給定值SPn的偏移地址是4，在0.0-1.0之間，所以通過除法運(yùn)算得到VD104。圖3-2設(shè)置PID各項(xiàng)參數(shù)梯形圖LDSM0.0MOVRVD28,VD104/R230.0,VD104//實(shí)數(shù)除法指令，VD104=VD28/230.0MOVRVD32,VD112//實(shí)數(shù)VD32傳送給VD112MOVRVD36,VD120//實(shí)數(shù)VD36傳送給VD112MOVRVD40,VD124//實(shí)數(shù)VD40傳送給VD112·手動(dòng)操作程序部分：I0.0是手動(dòng)模式的開關(guān)，當(dāng)I0.0為高電平時(shí)，開啟手動(dòng)模式。通過脈沖指令對(duì)PLC輸出信號(hào)AQW16和手動(dòng)計(jì)算輸出信號(hào)VW20進(jìn)行清零操作。每一次按下手動(dòng)按鈕，變頻器就會(huì)輸出0。M10.0與M10.1分別是上位機(jī)手動(dòng)加速與減速按鈕對(duì)應(yīng)的寄存器。I0.3與I0.4分別是下位機(jī)手動(dòng)加速與減速按鈕對(duì)應(yīng)的寄存器。由于數(shù)字量輸出范圍為0-32000，為了使加速減速效果明顯，且具有能夠進(jìn)行多次操作的空間，這里取3072為一次更新頻率。因此這就需要使用判斷指令，來防止數(shù)據(jù)溢出導(dǎo)致出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)。上限設(shè)為27648，下限為0。圖3-3手動(dòng)操作梯形圖LDI0.0ALDLPSAW<=VW20,+29999EU//判斷VW20是否小于等于29999MOVW+0,AQW4//初始化AQW4=0EULRD+I+3000,VW20LDM10.0//上位機(jī)控制//VW20=VW20+3000OI0.3//下位機(jī)控制LRDLDM10.1//上位機(jī)控制LPPOI0.4//下位機(jī)控制LPSALDEUAW>=VW20,1MOVW+0,VW20//初始化VW20=0//判斷VW20是否大于等于1LPPEUMOVWVW20,AQW4-I+3000,VW20//字節(jié)傳送指令，AQW4=VW20//VW20=VW20-3000·主程序邏輯部分：M0.1與M0.0分別為上位機(jī)控制系統(tǒng)停止與啟動(dòng)的兩個(gè)寄存器，M0.3為控制PID運(yùn)算結(jié)果是否輸出的寄存器，當(dāng)M0.3為高電位時(shí)，PID運(yùn)算結(jié)果輸出給變頻器，這段程序在后面的中斷中。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，M0.3得電并且自鎖。實(shí)現(xiàn)開機(jī)后默認(rèn)為自動(dòng)模式，即PID控制模式。當(dāng)按下停止按鈕或者手動(dòng)按鈕時(shí)，M0.3斷開，并且不再自鎖。I0.1與I0.2分別為下位機(jī)控制啟動(dòng)和停止的按鈕，設(shè)計(jì)為現(xiàn)場(chǎng)突發(fā)情況備用使用，原理與上位機(jī)控制一致。圖3-4主程序邏輯梯形LDM0.0ANI0.2OI0.1ANM0.1OM0.3=M0.3ANI0.0=Q0.0液位反饋值計(jì)算部分：首先需要了解通過壓力變送器得到4-20mA的模擬信號(hào)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換得到6400-32000的數(shù)字信號(hào)，然后被帶到PID運(yùn)算中得到結(jié)果。在本設(shè)計(jì)實(shí)際使用水箱容量和實(shí)際壓力變送器反饋信號(hào)的條件下，水箱滿載時(shí)數(shù)字信號(hào)為15970對(duì)應(yīng)液位240mm，水箱空載時(shí)數(shù)字信號(hào)為5552，即液位為0時(shí)。AIW16即上述提到的經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)輸入。故當(dāng)前液位L計(jì)算過程如下所示。L=[(AIW16-5552)*240]/(15970-5552)程序當(dāng)中包括幾步數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換的指令，以滿足計(jì)算指令輸入與輸出數(shù)據(jù)類型要求。另外因?yàn)閷?shí)際實(shí)驗(yàn)客觀因素，液位反饋信號(hào)會(huì)有一定的偏差會(huì)出現(xiàn)，故在引入AIW16時(shí)先進(jìn)行判斷，讓其上限不超過15970且下限不超過5552，以增加公式的精確性。圖3-5液位反饋值計(jì)算梯形圖LDSM0.0LPSMOVW+16000,VW300-I+5560,VW300//整數(shù)減法指令VW300=16000-5560ITDVW300,VD304//整數(shù)轉(zhuǎn)雙整數(shù)指令VD304=VW300AW<=AIW16,+5560//判斷AIW16是否大于等于5560MOVW+5560,VW258//單字節(jié)傳送指令VW258=5560LRDAW>=AIW16,+16000//判斷AIW16是否小于等于16000MOVW+16000,VW258//單字節(jié)傳送指令VW258=16000LRDAW>AIW16,+5560AW<AIW16,+16000//判斷AIW16是否小于等于16000且大于等5560MOVWAIW16,VW258//單字節(jié)傳送指令VW258=AIW16LRDMOVWVW258,VW302-I+5560,VW302//整數(shù)減法指令VW302=VW258-5560LRDMOVW+240,VW310MULVW302,VD308//完整乘法指令VD308=240×VW302LRDMOVDVD308,VD212/DVD304,VD212//雙整除法指令VD212=VW308÷VD304·PID過程變量計(jì)算部分：計(jì)算偏移地址為0的PID過程變量當(dāng)前值PVn如下所示。PVn=VD212/240得到的PVn存放在VD100寄存器中，應(yīng)為0.0-1.0之間。圖3-6PID過程變量計(jì)算梯形圖LRDDTRVD212,VD216//雙整轉(zhuǎn)實(shí)數(shù)指令VD216=VD212LRDMOVRVD216,AC0/R240.0,AC0//實(shí)數(shù)除法指令A(yù)C0=VD216÷240.0LPPMOVRAC0,VD100//實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換指令VD100=AC0·輸出變量轉(zhuǎn)換部分：首先是對(duì)計(jì)算出來的PID控制結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)換及標(biāo)準(zhǔn)化。然后計(jì)算出PID輸出值VW60，為0-100%的數(shù)，用來間接表示變頻器工作狀態(tài)。偏移地址為8的PID輸出值Mn為0.0-1.0之間。所以VW60計(jì)算如式VW60=Mn*100%圖3-7輸出變量轉(zhuǎn)換梯形圖LDSM0.0LPSMOVRVD108,AC0*R32000.0,AC0//實(shí)數(shù)乘法指令A(yù)C0=VD108×32000.0ROUNDAC0,AC0//實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)雙整指令A(yù)C0=ACODTIAC0,AC0//雙整轉(zhuǎn)整數(shù)指令A(yù)C0=AC0MOVRVD108,AC2*R100.0,AC2//實(shí)數(shù)乘法指令A(yù)C2=VD108×100.0ROUNDAC2,AC2//實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)雙整指令A(yù)C2=AC2DTIAC2,VW60//雙整轉(zhuǎn)整數(shù)指令VW60=AC2輸出部分：M0.0導(dǎo)通時(shí)將數(shù)值寫入輸出，否則輸出置零。圖3-8中斷程序輸出梯形圖AM0.3MOVWAC0,AQW4//字節(jié)傳送AQW16=AC0LPPANM0.3MOVW+0,AQW4//字節(jié)傳送AQW16=03.2子程序設(shè)計(jì)：此部分是設(shè)定程序中幾個(gè)不做變量的操作。其中有偏移地址為16的采樣時(shí)間Ts，這里設(shè)Ts為6秒。另外就是中斷定時(shí)間隔，設(shè)置為0.1秒，也就是每100毫秒對(duì)變送器傳遞的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行一次PID運(yùn)算。在這段程序中啟用中斷程序INT_0.圖3-9子程序梯形圖LDSM0.0MOVR0.1,VD116//VD116=0.1MOVB100,SMB34//設(shè)置定時(shí)間隔為100msATCHINT_0:INT0,10//設(shè)置定時(shí)中斷，激活PID執(zhí)行ENI//啟動(dòng)中斷3-3中斷程序設(shè)計(jì)：PID回路指令利用回路表中的輸人信息和組態(tài)信息，進(jìn)行PID運(yùn)算。TBL為回路表的起始地址。LOOP為回路號(hào)，程序最多可有8條PID回路，并且不同的PID回路指令不能使用相同的回路號(hào)。這里采用0回路。圖3-10中斷程序梯形圖LDNI0.0PIDVB100,0//在自動(dòng)模式下執(zhí)行PID循環(huán)第4章上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1上位機(jī)的選擇現(xiàn)在通常有兩種組態(tài)軟件：MCGS：MCGS組態(tài)軟件包括三個(gè)版本，分別是網(wǎng)絡(luò)版、通用版和嵌入版。具有功能完善、操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)。通過與其他相關(guān)的硬件設(shè)備結(jié)合，可以快速、方便的開發(fā)各種用于現(xiàn)場(chǎng)采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設(shè)備。用戶只需要通過簡(jiǎn)單的模塊化組態(tài)就可構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)，如可以靈活組態(tài)各種智能儀表、數(shù)據(jù)采集模塊，無紙記錄儀、無人值守的現(xiàn)場(chǎng)采集站、人機(jī)界面等專用設(shè)備。MCGS的主要和基本功能有：（a）簡(jiǎn)單的可視化操作界面（b）實(shí)時(shí)性強(qiáng)，良好的并行處理性能（c）豐富，生動(dòng)的多媒體畫面（d）開放式結(jié)構(gòu)，廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能（e）完善的安全機(jī)制（f）強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能組態(tài)王：組態(tài)王保持了其早期版本功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定且使用方便的特點(diǎn)，并根據(jù)國(guó)內(nèi)眾多用戶的反饋及意見，對(duì)一些功能進(jìn)行了完善和擴(kuò)充。組態(tài)王提供了豐富的、簡(jiǎn)捷易用的配置界面，提供了大量的圖形元素和圖庫(kù)精靈，同時(shí)也為用戶創(chuàng)建圖庫(kù)精靈提供了簡(jiǎn)單易用的接口；該軟件的歷史曲線、報(bào)表及發(fā)布功能進(jìn)行了大幅提升與改進(jìn)，軟件的功能性和可用性有了很大的提高。軟件特點(diǎn)：它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層,對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能,方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動(dòng)畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài),具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等，它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。綜上所述，考慮到三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫。通過對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，本設(shè)計(jì)采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。4.2組態(tài)界面的設(shè)計(jì)4.2.1創(chuàng)建新工程并定義硬件設(shè)備·創(chuàng)建工程雙擊打開“組態(tài)王”軟件，進(jìn)入工程管理窗口，點(diǎn)擊“新建”按鈕，彈出新建工程向?qū)?，如圖4-1所示圖4-1創(chuàng)建工程之一單擊“下一頁”繼續(xù)。進(jìn)行進(jìn)一步工程的設(shè)置，如圖4-2所示。圖4-2創(chuàng)建工程之二在工程路徑文本框中輸入一個(gè)有效的工程路徑。這里選擇的是“c:\users\t\desktop\課設(shè)演示及畢設(shè)參數(shù)”。單擊“下一頁”繼續(xù)。彈出“新建工程向?qū)е龑?duì)話框”，在工程名稱文本框中輸入工程的名稱，這里寫為“水箱”，同時(shí)作為當(dāng)前工程的路徑名稱。單擊“完成”完成工程的新建，如圖4-3所示。圖4-3創(chuàng)建工程之三·定義硬件設(shè)備組態(tài)王需要與下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這里我們用到的外部設(shè)備是SMART系列的PLC，定義了外部設(shè)備之后，組態(tài)王才能通過I/O變量和它們交換數(shù)據(jù)。從設(shè)備列表區(qū)中可選擇PLC-西門子-S7-200系列-TCP，繼續(xù)“下一步”。如圖4-4所示。圖4-4定義硬件設(shè)備之一指定邏輯名稱“SMART”，單擊“下一頁”按鈕，如圖4-5所示。圖4-5定義硬件設(shè)備之二為配置的串行設(shè)備指定與計(jì)算機(jī)相連的串口號(hào)，這里選擇“COM1”，可以通過PC的“設(shè)備管理器”檢測(cè)得知所用串口號(hào)。如圖4-6所示圖4-6定義硬件設(shè)備之三為串口設(shè)備指定設(shè)備地址，選擇192.168.2.1：0，點(diǎn)擊下一頁如下圖4-7所示。圖4-7定義硬件設(shè)備之四配置關(guān)于設(shè)備在發(fā)生通信故障時(shí)，系統(tǒng)嘗試恢復(fù)通信的策略參數(shù)，由于本設(shè)計(jì)使用到了變量，所以使用動(dòng)態(tài)優(yōu)化。如圖4-8所示。圖4-8定義硬件設(shè)備之五點(diǎn)擊下一頁，彈出“信息總結(jié)”對(duì)話框，單擊“完成”按鈕，則硬件設(shè)備設(shè)定完成。如圖4-9所示。圖4-9定義硬件設(shè)備之六4.2.2添加工程變量數(shù)據(jù)庫(kù)是“組態(tài)王”軟件的核心部分，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況要以動(dòng)畫的形式反映在屏幕上，操作者在計(jì)算機(jī)前發(fā)布的指令也要迅速送達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，所有這一切都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為中介環(huán)節(jié)，所以說數(shù)據(jù)庫(kù)是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁，設(shè)置如圖4-10所示。圖4-10添加工程變量下圖為本設(shè)計(jì)用到的變量詳細(xì)信息。圖4-11變量信息4.2.3制作圖形畫面并定義動(dòng)畫連接在工具箱中找到各個(gè)部件，連接成圖，然后進(jìn)行變量設(shè)置，這里以液位設(shè)定值為例，雙擊文字“液位設(shè)定值”，彈出一個(gè)對(duì)話框。選擇“模擬值輸入”，填入對(duì)應(yīng)變量名，設(shè)置數(shù)據(jù)類型。值的范圍，最后點(diǎn)擊確定。如圖4-12所示實(shí)時(shí)曲線設(shè)置。點(diǎn)擊工具箱里的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線，如圖4-13所示。然后進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。液位設(shè)定值設(shè)為綠色，液位顯示為紅色，如圖4-14所示。X軸為時(shí)間軸，Y軸為數(shù)值軸，范圍為0-300mm,小數(shù)位位數(shù)為0位，數(shù)值格式為實(shí)際值。如圖4-15所示。4.3連機(jī)調(diào)試所有準(zhǔn)備工作做完后，開始放入程序進(jìn)行實(shí)踐。首先在上位機(jī)上設(shè)置好比例系數(shù)，微分時(shí)間，積分時(shí)間，液位設(shè)定值的參數(shù)設(shè)置。關(guān)閉上位機(jī)，打開PLC程序開始運(yùn)行,運(yùn)行正常后，關(guān)掉PLC，打開上位機(jī)組態(tài)王開始觀察曲線。如圖4-17,4-18所示。通過不斷調(diào)整PID參數(shù)，得到一個(gè)平滑的實(shí)時(shí)曲線。如圖4-19所示。連機(jī)調(diào)試指的是在全速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，對(duì)系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行觀察，然后按照工作結(jié)果對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，或者對(duì)軟、硬件方案例做一些必要的改動(dòng)，如此反復(fù)地進(jìn)行調(diào)試，直至系統(tǒng)能夠達(dá)到所有的性能指標(biāo)的要求。本設(shè)計(jì)中最主要的連機(jī)調(diào)試過程是進(jìn)行PID參數(shù)整定。不同的控制對(duì)象和控制環(huán)境需要不同的PID參數(shù)，即使是同一個(gè)控制對(duì)象和控制環(huán)境，對(duì)控制品質(zhì)的不同要求也需要對(duì)PID參數(shù)重新進(jìn)行整定。PID控制器的參數(shù)整定就是針對(duì)被控對(duì)象的特點(diǎn)，來決定PID控制器的比例系數(shù)，積分時(shí)間，微分時(shí)間等參數(shù)。PID控制器的參數(shù)整定有多種方式，大致可分為兩種：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，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改；