第30讲 基于S7-300的PID液位控制系统

主讲:阳胜峰基于S7-300的PID液位控制系统内容：一、控制要求二、控制思路三、硬件选型四、电路连接五、程序用到的FC与FB六、PLC编程一、控制要求有一水箱可向外部用户供水，用户用水量不稳定，有时大有时少。水箱进水可由水泵泵入，现需对水箱中水位进行恒液位控制，并可在0～200mm（最大值数据可根据水箱高度确定）范围内进行调节。如设定水箱水位值为100mm时，则不管水箱的出水量如何，调节进水量，都要求水箱水位能保持在100mm位置，如出水量少，则要控制进水量也少，如出水量大，则要控制进水量也大。因为液位高度与水箱底部的水压成正比，故可用一个压力传感器来检测水箱底部压力，从而确定液位高度。要控制水位恒定，需用PID算法对水位进行自动调节。把压力传感器检测到的水位信号4～20mA送入至S7-300PLC中，在PLC中对设定值与检测值的偏差进行PID运算，运算结果输出去调节水泵电机的转速，从而调节进水量。水泵电机的转速可由变频器来进行调速。二、控制思路三、硬件选型1、PLC及其模块选型。PLC可选用S7-300(CPU314IFM)，314IFM自身带有4路模拟量输入和2路模拟量输出。2、变频器选型。为了能调节水泵电机转速从而调节进水量，特选择西门子G110的变频器。3、水箱对象设备，如下图所示：四、电路连接1、主电路接线图2、PLC输入输出信号接线图SCALE功能接受一个整型值(IN)，并将其转换为以工程单位表示的介于下限和上限(LO_LIM和HI_LIM)之间的实型值。将结果写入OUT。五、程序用到的FC与FB1、FC105FC105的数值换算公式为：OUT=(IN-K1)/(K2-K1)*(HI_LIM-LO_LIM)+LO_LIM对双极性，输入值范围为-27648到27648，对应K1=-27648，K2=+27648，对单极性，输入值范围为0到27648，对应K1=0，K2=+27648,如果输入整型值大于K2，输出(OUT)将钳位于HI_LIM，并返回一个错误。如果输入整型值小于K1，输出将钳位于LO_LIM，并返回一个错误。通过设置LO_LIMHI_LIM可获得反向标定。使用反向转换时，输出值将随输入值的增加而减小。FC105参数UNSCALE功能接收一个以工程单位表示、且标定于下限和上限(LO_LIM和HI_LIM)之间的实型输入值(IN)，并将其转换为一个整型值。将结果写入OUT。2、FC106UNSCALE功能使用以下等式：OUT=(IN-HO_LIM)/(HI_LIM-HO_LIM)*(K2-1)]+K1，并根据输入值是BIPOLAR还是UNIPOLAR设置常数K1和K2。BIPOLAR：假定输出整型值介于-27648和27648之间，因此，K1=-27648.0，K2=+27648.0UNIPOLAR：假定输出整型值介于0和27648之间，因此，K1=0.0，K2=+27648.0如果输入值超出LO_LIM和HI_LIM范围，输出(OUT)将钳位于距其类型(BIPOLAR或UNIPOLAR)的指定范围的下限或上限较近的一方，并返回一个错误。FC106参数3、FB41（1）常用输入参数：COM_RST:BOOL:重新启动PID：当该位TURE时：PID执行重启动功能，复位PID内部参数到默认值；通常在系统重启动时执行一个扫描周期，或在PID进入饱和状态需要退出时用这个位；MAN_ON：BOOL：手动值ON；当该位为TURE时，PID功能块直接将MAN的值输出到LMN，这可以在PID框图中看到；也就是说，这个位是PID的手动/自动切换位；PEPER_ON：BOOL：过程变量外围值ON：过程变量即反馈量，此PID可直接使用过程变量PIW（不推荐），也可使用PIW规格化后的值（常用），因此，这个位为FALSE；P_SEL：BOOL：比例选择位：该位ON时，选择P（比例）控制有效；一般选择有效；I_SEL：BOOL：积分选择位；该位ON时，选择I（积分）控制有效；一般选择有效；INT_HOLDBOOL：积分保持，不去设置它；I_ITL_ONBOOL：积分初值有效，I-ITLVAL（积分初值）变量和这个位对应，当此位ON时，则使用I-ITLVAL变量积分初值。一般当发现PID功能的积分值增长比较慢或系统反应不够时可以考虑使用积分初值；D_SEL：BOOL：微分选择位，该位ON时，选择D（微分）控制有效；一般的控制系统不用；CYCLE：TIME：PID采样周期，一般设为200MS；SP_INT：REAL：PID的给定值；PV_IN：REAL：PID的反馈值（也称过程变量）；PV_PER：WORD：未经规格化的反馈值，由PEPER-ON选择有效；（不推荐）MAN：REAL：手动值，由MAN-ON选择有效；GAIN：REAL：比例增益；TI：TIME：积分时间；TD：TIME：微分时间；DEADB_W：REAL：死区宽度；如果输出在平衡点附近微小幅度振荡，可以考虑用死区来降低灵敏度；LMN_HLM：REAL：PID上极限，一般是100%；LMN_LLM：REAL：PID下极限；一般为0%，如果需要双极性调节，则需设置为-100%；（正负10V输出就是典型的双极性输出，此时需要设置-100%）；PV_FAC：REAL：过程变量比例因子PV_OFF：REAL：过程变量偏置值（OFFSET）LMN_FAC：REAL：PID输出值比例因子；LMN_OFF：REAL：PID输出值偏置值（OFFSET）；I_ITLVAL：REAL：PID的积分初值；有I-ITL-ON选择有效；DISV：REAL：允许的扰动量，前馈控制加入，一般不设置；2、常用输出参数LMN：REAL：PID输出；LMN_P：REAL：PID输出中P的分量；（可用于在调试过程中观察效果）LMN_I：REAL：PID输出中I的分量；（可用于在调试过程中观察效果）LMN_D：REAL：PID输出中D的分量；（可用于在调试过程中观察效果）六、PLC编程1、I/O分配模拟量输入PIW130模拟量输出PQW128MD8：实际液位值M50.0：PID手自动切换MD60：设定液位值MD100：PID输出值2、PLC程序END