LGPFDY-1單容水箱液位實(shí)訓(xùn)對象系統(tǒng)(模擬量實(shí)物)

LGPFDY-1單容水箱液位實(shí)訓(xùn)對象系統(tǒng)(模擬量實(shí)物)實(shí)訓(xùn)目的是對單容水箱液位的控制。掌握單容水箱液位的建模方法1控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法(包括PID控制算法設(shè)計(jì)、控制參數(shù)整定)。實(shí)訓(xùn)以S7-200 PLC為控制器,采用組態(tài)王組態(tài)人機(jī)畫面實(shí)現(xiàn)對過程的監(jiān)測與控制,被控對象為單容水箱,采用PID算法控制調(diào)節(jié)閥的開度。觸摸屏SMART LINE與S7-200 PLC進(jìn)行通信連接,提供良好的人機(jī)界面,在實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定修改以及實(shí)時(shí)的液位狀態(tài)曲線顯示,進(jìn)行整個(gè)過程的實(shí)驗(yàn)監(jiān)控。

單容水箱液位定值控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如下圖所示,控制器采用S7-200PLC,被控對象為單容水箱,水箱的液位經(jīng)液位傳感器測量變送至PLC, PLC對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,根據(jù)控制要求進(jìn)行運(yùn)算,結(jié)果經(jīng)模擬量輸出給執(zhí)行器,執(zhí)行器為電動調(diào)節(jié)閥。上位計(jì)算機(jī)通過PC/PPI電纜和下位機(jī)PLC串口通信,上位機(jī)安裝有STEP7-MicroWin編程軟件和組態(tài)王監(jiān)控軟件,可以進(jìn)行控制算法編程,并為過程控制實(shí)驗(yàn)提供良好的人機(jī)界面,可以在實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定修改以及響應(yīng)曲線的在線顯示,進(jìn)行整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的監(jiān)控。

1液位控制的實(shí)現(xiàn)
除模擬PID調(diào)節(jié)器外,可以采用計(jì)算機(jī)PID算法控制。首先由差壓傳感器檢測出水箱水位;水位實(shí)際值通過單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,變成數(shù)字信號后,被輸入計(jì)算機(jī)中;*后,在計(jì)算機(jī)中,根據(jù)水位給定值與實(shí)際輸出值之差,利用PID程序算法得到輸出值,再將輸出值傳送到單片機(jī)中,由單片機(jī)將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。*后,由單片機(jī)的輸出模擬信號控制交流變頻器,進(jìn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速,從而形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)水位的計(jì)算機(jī)自動控制。
2被控對象
本設(shè)計(jì)探討的是單容水箱的液位控制問題。為了能更好的選取控制方法和參數(shù),有必要知道被控對象一上水箱的結(jié)構(gòu)和特性。

由圖2-1所示可以知道,單容水箱的流量特性:
水箱的出水量與水壓有關(guān),而水壓又與水位高度近乎成正比。這樣, 當(dāng)水箱水位升高時(shí),其出水量也在不斷增大。所以,若閥V開度適當(dāng),在不溢出的情況下,當(dāng)水箱的進(jìn)水量恒定不變時(shí),水位的上升速度將逐漸變慢,*終達(dá)到平衡。
3、PID控制原理
一般,在控制系統(tǒng)中,控制器*常用的控制規(guī)律是PID控制。常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖3-1所示。系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對象組成。

圖3-1模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖
PID控制器。它的控制規(guī)律為

寫成傳遞函數(shù)形式為

式中 K_P--比例系數(shù);
T_I-積分時(shí)間常數(shù);
T_D-微分時(shí)間常數(shù);
從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等各方面來考慮, PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下:
1、比例環(huán)節(jié)
用于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度,提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。K_P越大,系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快,系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高,但易產(chǎn)生超調(diào),甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。K_P取值過小,則會降低調(diào)節(jié)精度,使響應(yīng)速度緩慢,從而延長調(diào)節(jié)時(shí)間,使系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)特性變壞。
2、積分環(huán)節(jié)
主要用來消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。T_I越小,系統(tǒng)的靜態(tài)誤差消除越快,但T_I過小,在響應(yīng)過程的初期會產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象,從而引起響應(yīng)過程的較大超調(diào)。若T_I過大,將使系統(tǒng)靜態(tài)誤差難以消除,影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。
3、微分環(huán)節(jié)
能改善系統(tǒng)的動態(tài)特性,其作用主要是在響應(yīng)過程中抑制偏差向任何方向的變化,對偏差變化進(jìn)行提前預(yù)報(bào)。但T_D過大,會使響應(yīng)過程提前制動,從而延長調(diào)節(jié)時(shí)間,而且會降低系統(tǒng)的抗干擾性能。
4西門子觸摸屏
準(zhǔn)確提供了人機(jī)界面的標(biāo)準(zhǔn)功能,經(jīng)濟(jì)實(shí)用,具備高性價(jià)比。作為新一代的人機(jī)界面產(chǎn)品,精彩系列操作屏采用了全新的技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì),個(gè)性鮮明,特點(diǎn)突出:
(1),高分辨率寬屏顯示
800× 480 dpi寬屏顯示設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)屏幕相比具有更大的可視面積,使單個(gè)畫面中可以顯示更多的信息,讓操作員具有更舒適的視覺體驗(yàn),高分辨率使得畫面更清晰,畫質(zhì)更細(xì)膩。
(2).強(qiáng)大且豐富的通訊能力
PPI通訊協(xié)議確保精彩系列面板與S7-200建立高速無縫的連接,和S7-200PLC組成完美的小型自動化解決方案。集成的RS 422/485通訊口使精彩系列面板的通訊更加靈活,可以和市場主流的小型PLC建立穩(wěn)定可靠的通訊連接。
5總結(jié)
在此次PLC實(shí)訓(xùn)過程中我們更進(jìn)一步地了解了PLC的結(jié)構(gòu)并且掌握了其操作過程以及具體的使用方法。這是我們在課堂上所不能學(xué)到的。這次實(shí)訓(xùn)我們見到的是實(shí)際的器件而不像課堂上那樣抽象的想象更能引發(fā)我們對PLC的興趣。同時(shí)讓我們能夠利用充分利用所學(xué)過的理論知識和自己的想象能力相結(jié)合另外還讓我們學(xué)習(xí)查找資料的方法以及自己分析問題、處理問題的能力。我相信這對自己相應(yīng)能力的提高是*好的方法之一。雖然這次實(shí)訓(xùn)老師并沒有給予我們太多的指導(dǎo)但我想這更能鍛煉我們自己分析問題、解決問題的能力并且我得以了驗(yàn)證。實(shí)訓(xùn)中在我學(xué)到了很多知識的同時(shí)也看到了自己的不足之處讓我懂得了理論和實(shí)踐結(jié)合的重要性。在以后的學(xué)習(xí)生活中我會努力學(xué)習(xí)專業(yè)知識完善自我為將來的發(fā)展做好充分的準(zhǔn)備。

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