任务十七 水箱水位控制系统的编程与实现ppt课件.ppt

任务十七任务十七 水箱水位控制系统的编程与水箱水位控制系统的编程与实现实现 任务十七任务十七 水箱水位控制系统的编程与实现水箱水位控制系统的编程与实现PLCPLC控制系统编程与实现控制系统编程与实现PLCPLC控制系统编程与实现控制系统编程与实现 掌握掌握S7-200 PLCS7-200 PLC模拟量输入输出模块的功能。模拟量输入输出模块的功能。 掌握掌握PIDPID指令。指令。3 3能够掌握能够掌握PLCPLC在模拟量控制中的应用。在模拟量控制中的应用。PLCPLC控制系统编程与实现控制系统编程与实现 模拟量输入模块（模拟量输入模块（EM231EM231）具有）具有4 4路模拟量输入路模拟量输入，输入信号可以是电压，输入信号可以是电压，也可以是电流，其输入与也可以是电流，其输入与PLCPLC具有隔离，输入信号的范围可以由具有隔离，输入信号的范围可以由SW1SW1、SW2SW2和和SW3SW3设定。具体技术性能如表设定。具体技术性能如表6-16-1所示。所示。三三.相关知识相关知识三三.相关知识相关知识型号型号EM231EM231模拟量输入模块模拟量输入模块总体特性总体特性外形尺寸：外形尺寸：功耗：功耗：3W3W输入特性输入特性本机输入：本机输入：4 4路模拟量输入路模拟量输入电源电压：标准电源电压：标准DC 24V/4mADC 24V/4mA输入类型：输入类型： 010V010V、05V05V、5V5V、2.5V2.5V、020mA020mA分辨率：分辨率：12bit12bit转换速度：转换速度：250250s s隔离：有隔离：有耗电耗电从从CPUCPU的的DC 5VDC 5V（I/OI/O总线）耗电总线）耗电10mA10mA开关设置开关设置SW1 SW2 SW3 SW1 SW2 SW3 输入类型输入类型ON OFF ON 010VON OFF ON 010VON ON OFF 05VON ON OFF 05V或或020mA020mAOFF OFF ON OFF OFF ON 5V5VOFF ON OFF OFF ON OFF 2.5V2.5V接线端子接线端子M M为为DC24DC24电源负极端，电源负极端，L+ L+ 为电源正极端为电源正极端RARA、A+A+、A-A-；RBRB、B+B+、B-B-；RCRC、C+C+、C-C-；RDRD、D+D+、D-D-分别为分别为1-41-4路模拟量输入端路模拟量输入端电压输入时，电压输入时，“+ +”为电压正端，为电压正端，“- -”为电压负端为电压负端电流流入时，需将电流流入时，需将“R R”与与“+ +”短接后作为电流的流入端，短接后作为电流的流入端，“- -”为电流流出端为电流流出端表表6-1 EM2316-1 EM231的技术性能的技术性能 图图6-16-1是是EM231EM231模拟量输入模块的接线，模块上部共有模拟量输入模块的接线，模块上部共有1212个端子个端子，每每3 3个点个点为一组为一组（例如（例如RARA、A+A+、A-A-）可作为一路模拟量的输入通道，共）可作为一路模拟量的输入通道，共4 4组，对应组，对应电压电压信号只用两个端子信号只用两个端子（见图（见图6-16-1中的、中的、A+A+、A-A-），），电流信号需用电流信号需用3 3个端子个端子（见图（见图6-16-1中的中的RCRC、C+C+、C-C-），其中），其中RCRC与与C+C+端子短接端子短接。对于。对于未用的输入通道应短接未用的输入通道应短接（见图（见图6-16-1中的中的B+B+、B-B-）。模块下部左端）。模块下部左端M M、L+L+两端应接入两端应接入DC24VDC24V电源，右端分电源，右端分别是校准电位器和配置设定开关（别是校准电位器和配置设定开关（DIPDIP）。）。三三.相关知识相关知识图图6-1 EM2316-1 EM231模拟量输入模块的接线模拟量输入模块的接线三三.相关知识相关知识 模拟量输入模块的分辨率通常以模拟量输入模块的分辨率通常以A/DA/D转换后的二进制数数字量的位数来表转换后的二进制数数字量的位数来表示，模拟量输入模块（示，模拟量输入模块（EM231EM231）的输入信号经）的输入信号经A/DA/D转换后的数字量数据值是转换后的数字量数据值是1212位位二进制数。数据值的二进制数。数据值的1212位在位在CPUCPU中的存放格式如图中的存放格式如图6-26-2所示。所示。最高有效位是符号最高有效位是符号位：位：0 0表示正值数据，表示正值数据，1 1表示负值数据表示负值数据。图图6-2 EM2316-2 EM231、EM235EM235输入数据格式输入数据格式 单极性数据格式单极性数据格式 对于对于单极性数据单极性数据，其两个字节的存储单元的，其两个字节的存储单元的低低3 3位均为位均为0 0，数据值的，数据值的1212位位（单极性数据）是存放在（单极性数据）是存放在3 -143 -14位区域位区域。这。这1212位数据的最大值应为位数据的最大值应为 。EM231EM231模拟量输入模块模拟量输入模块A/DA/D转换后的单极性数据格式的转换后的单极性数据格式的全量程范围设置为全量程范围设置为0-320000-32000。差值差值32760-32000=76032760-32000=760则用于偏置则用于偏置/ /增益，由系统完成。第增益，由系统完成。第1515位为位为0 0，表示正，表示正值数据。值数据。 双极性数据格式双极性数据格式 对于对于双极性数据双极性数据，存储单元（两个字节）的，存储单元（两个字节）的低低4 4位均为位均为0 0，数据值的，数据值的1212位位（双极性数据）是存放在（双极性数据）是存放在4-154-15位区域位区域。最高有效位是符号位，双极性数据格。最高有效位是符号位，双极性数据格式的式的全量程范围设置为全量程范围设置为-32000-32000+32000+32000。三三.相关知识相关知识 模拟量输出模块（模拟量输出模块（EM232EM232）具有两个模拟量输出通道。每个输出通道）具有两个模拟量输出通道。每个输出通道占用存储器占用存储器AQAQ区域两个字节。该模块输出的模拟量可以是电压信号，也区域两个字节。该模块输出的模拟量可以是电压信号，也可以是电流信号。其技术性能如表可以是电流信号。其技术性能如表6-26-2所示。所示。三三.相关知识相关知识模拟量输出模块模拟量输出模块型号型号EM232EM232模拟量输出模块模拟量输出模块总体特性总体特性外形尺寸：外形尺寸：功耗：功耗：3W3W输出特性输出特性本机输出：本机输出：2 2路模拟量输出路模拟量输出电源电压：标准电源电压：标准DC 24V/4mADC 24V/4mA输出类型：输出类型：10V10V、020mA020mA分辨率：分辨率：12bit12bit转换速度：转换速度：100100s s（电压输出），（电压输出），2ms2ms（电流输出）（电流输出）隔离：有隔离：有耗电耗电从从CPUCPU的的DC 5VDC 5V（I/OI/O总线）耗电总线）耗电10mA10mA接线端子接线端子M M为为DC24DC24电源负极端，电源负极端，L+ L+ 为电源正极端为电源正极端MOMO、VOVO、IOIO；M1M1、V1V1、I1I1分别为第分别为第1 1、2 2路模拟量输出端路模拟量输出端电压输出时，电压输出时，“V V”为电压正端，为电压正端，“M M”为电压负端为电压负端电流输出时，电流输出时，“I I”为电流的流入端，为电流的流入端，“M M”为电流流出端为电流流出端表表6-2 EM2326-2 EM232的技术性能的技术性能 模块上部有模块上部有7 7个端子，左端起的每个端子，左端起的每3 3个点为一组，作为一路模拟量输出，共个点为一组，作为一路模拟量输出，共两组。第一组两组。第一组V0V0端接电压负载、端接电压负载、I0I0端接电流负载，端接电流负载，M0M0为公共端。第二组为公共端。第二组V1V1、I1I1、M1M1的接法与第一组类似。输出模块下部的接法与第一组类似。输出模块下部M M、L+L+两端接入两端接入DC24VDC24V供电电源。供电电源。三三.相关知识相关知识图图6-3 EM2326-3 EM232模拟量输出模块端子接线模拟量输出模块端子接线 模拟量输出模块的分辨率通常以模拟量输出模块的分辨率通常以D/AD/A转换前待转换的二进制数数字量的位转换前待转换的二进制数数字量的位数表示，数表示，PLCPLC运算处理后的运算处理后的1212位数字量信号（位数字量信号（BINBIN数）在数）在CPUCPU中存放的格式如中存放的格式如图图6-46-4所示。最高有效位是符号位：所示。最高有效位是符号位：0 0表示正值数据，表示正值数据，1 1表示负值数据。表示负值数据。三三.相关知识相关知识图图6-4EM2316-4EM231、EM235EM235输出数据格式输出数据格式电流输出数据的格式电流输出数据的格式 对于电流输出的数据，其两个字节的存储单元的低对于电流输出的数据，其两个字节的存储单元的低3 3位均为位均为0 0，数据值的，数据值的1212位是存放在位是存放在314314位区域。电流输出数据格式为位区域。电流输出数据格式为0+320000+32000。第。第1515位为位为0 0，表，表示正值数据。示正值数据。电压输出数据的格式电压输出数据的格式对于电压输出的数据，其两个字节的存储单元的低对于电压输出的数据，其两个字节的存储单元的低4 4位均为位均为0 0，数据值的，数据值的1212位是存放在位是存放在415415位区域。电压输出数据的格式为位区域。电压输出数据的格式为-32000+32000-32000+32000。三三.相关知识相关知识 EM235 EM235具有具有4 4路模拟量输入和路模拟量输入和1 1路模拟量输出，它的输入信号可以是不同量程路模拟量输出，它的输入信号可以是不同量程的电压或电流。其电压、电流的量程由开关的电压或电流。其电压、电流的量程由开关SW1-SW6SW1-SW6设定。设定。EM235EM235有有1 1路模拟量路模拟量输出，其输出可以是电压，也可以是电流。输出，其输出可以是电压，也可以是电流。三三.相关知识相关知识 模拟量输入输出模块模拟量输入输出模块三三.相关知识相关知识型号型号EM235EM235模拟量混合模块模拟量混合模块总体特性总体特性外形尺寸：外形尺寸：功耗：功耗：3W3W输入特性输入特性本机输入：本机输入：4 4路模拟量输入路模拟量输入电源电压：标准电源电压：标准DC 24V/4mADC 24V/4mA输入类型：输入类型： 0-50mV0-50mV、0-100mV0-100mV、0-500mV0-500mV、0-1V0-1V、0-5V0-5V、0-10V0-10V、0-20mA0-20mA、25mV25mV、50mV50mV、100mV100mV、250mV250mV、500mV500mV、1V1V、2.5V2.5V、5V5V、10V10V分辨率：分辨率：12bit12bit转换速度：转换速度：250250s s隔离：有隔离：有输出特性输出特性本机输出：本机输出：1 1路模拟量输出路模拟量输出电源电压：标准电源电压：标准DC 24V/4mADC 24V/4mA输出类型：输出类型：10V10V、0-20mA0-20mA分辨率：分辨率：12bit12bit转换速度：转换速度：100100s s（电压输出），（电压输出），2ms2ms（电流输出）（电流输出）隔离：有隔离：有耗电耗电从从CPUCPU的的DC 5VDC 5V（I/OI/O总线）耗电总线）耗电10mA10mA表表6-3 EM2356-3 EM235的技术性能的技术性能型号型号EM235EM235模拟量混合模块模拟量混合模块开关设置开关设置SW1SW1SW2SW2SW3SW3SW4SW4SW5SW5SW6SW6输入类型输入类型ONONOFFOFFOFFOFFONONOFFOFFONON0-50mV0-50mVOFFOFFONONOFFOFFONONOFFOFFONON0-100mV0-100mVONONOFFOFFOFFOFFOFFOFFONONONON0-500mV0-500mVOFFOFFONONOFFOFFOFFOFFONONONON0-1V0-1VONONOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFONON0-5V0-5VONONOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFONON0-20mA0-20mAOFFOFFONONOFFOFFOFFOFFOFFOFFONON0-10V0-10VONONOFFOFFOFFOFFONONOFFOFFOFFOFF25mV25mVOFFOFFONONOFFOFFONONOFFOFFOFFOFF50mV50mVOFFOFFOFFOFFONONONONOFFOFFOFFOFF100mV100mVONONOFFOFFOFFOFFOFFOFFONONOFFOFF250mV250mVOFFOFFONONOFFOFFOFFOFFONONOFFOFF500mV500mVOFFOFFOFFOFFONONOFFOFFONONOFFOFF1V1VONONOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFF2.5V2.5VOFFOFFONONOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFF5V5VOFFOFFOFFOFFONONOFFOFFOFFOFFOFFOFF10V10V接线端子接线端子M M为为DC24DC24电源负极端，电源负极端，L+ L+ 为电源正极端为电源正极端MOMO、VOVO、IOIO为模拟量输出端为模拟量输出端电压输出时，电压输出时，“V0V0”为电压正端，为电压正端，“M0M0”为电压负端为电压负端电流输出时，电流输出时，“I0I0”为电流的流入端，为电流的流入端，“M0M0”为电流流出端为电流流出端RARA、A+A+、A-A-；RBRB、B+B+、B-B-；RCRC、C+C+、C-C-；RDRD、D+D+、D-D-分别为分别为1-41-4路模拟量输入端路模拟量输入端电压输入时，电压输入时，“+ +”为电压正端，为电压正端，“- -”为电压负端为电压负端电流流入时，需将电流流入时，需将“R R”与与“+ +”短接后作为电流的流入端，短接后作为电流的流入端，“- -”为电流流出端为电流流出端表表6-3 EM2356-3 EM235的技术性能的技术性能( (续表续表) )三三.相关知识相关知识2.2.拓展知识拓展知识 三三.相关知识相关知识 在过程控制中，经常涉及到模拟量的控制，比如温度、压力和流量在过程控制中，经常涉及到模拟量的控制，比如温度、压力和流量控制等。为了使控制系统稳定准确，要对模拟量进行采样检测，形成闭控制等。为了使控制系统稳定准确，要对模拟量进行采样检测，形成闭环控制系统。检测的对象是被控物理量的实际数值，也称为过程变量；环控制系统。检测的对象是被控物理量的实际数值，也称为过程变量；用户设定的调节目标值，也称为给定值。控制系统对过程变量与给定值用户设定的调节目标值，也称为给定值。控制系统对过程变量与给定值的差值进行的差值进行PIDPID运算，根据运算结果，形成对模拟量的控制作用。运算，根据运算结果，形成对模拟量的控制作用。 PID PID回路表回路表 在在S7-200 PLCS7-200 PLC中，通过中，通过PIDPID回路指令来处理模拟量是非常方便的，回路指令来处理模拟量是非常方便的，PIDPID功能的核心是功能的核心是PIDPID指令。指令。PIDPID指令需要为其指定一个指令需要为其指定一个V V变量存储区地址变量存储区地址开始的开始的PIDPID回路表、回路表、PIDPID回路号。回路号。PIDPID回路表提供了给定和反馈，以及回路表提供了给定和反馈，以及PIDPID参数等数据入口，参数等数据入口，PIDPID运算的结果也在回路表输出，见表运算的结果也在回路表输出，见表6-46-4所示。所示。三三.相关知识相关知识偏移地址偏移地址参数名参数名数据格式数据格式类型类型描述描述0 0PVPVn n双字、实数双字、实数输入输入过程变量当前值，应在过程变量当前值，应在0.0-1.00.0-1.0之间之间4 4SPSPn n输入输入给定值，应在给定值，应在0.0-1.00.0-1.0之间之间8 8M Mn n输入输入/ /输出输出输出值，应在输出值，应在0.0-1.00.0-1.0之间之间1212输入输入比例增益、常数、可正可负比例增益、常数、可正可负1616输入输入采样时间，单位为采样时间，单位为s s，应为正数，应为正数2020输入输入积分时间常数，单位为积分时间常数，单位为minmin，应为正数，应为正数2424T TD D输入输入微分时间常数，单位为微分时间常数，单位为minmin，应为正数，应为正数2828MXMX输入输入/ /输出输出积分项前值，应在积分项前值，应在0.0-1.00.0-1.0之间之间3232输入输入/ /输出输出最近一次最近一次PIDPID运算的过程变量值运算的过程变量值cKsTIT1nPV表表6-4 PID6-4 PID指令回路表指令回路表cK PID PID回路有两个输入量，即给定值回路有两个输入量，即给定值(SP)(SP)与过程变量与过程变量(PV)(PV)。给定值通常是固。给定值通常是固定的值，过程变量是经定的值，过程变量是经A/DA/D转换和计算后得到的被控量的实测值。给定值与过转换和计算后得到的被控量的实测值。给定值与过程变量都是现实存在的值，对于不同的系统，它们的大小、范围与工程单位程变量都是现实存在的值，对于不同的系统，它们的大小、范围与工程单位有很大的区别。在回路表中它们只能被有很大的区别。在回路表中它们只能被PIDPID指令读取，而不能改写。指令读取，而不能改写。PIDPID指令指令对这些量进行运算之前，还要进行标准化转换。每次完成对这些量进行运算之前，还要进行标准化转换。每次完成PIDPID运算后，都要更运算后，都要更新回路表内的输出值新回路表内的输出值 ，它被限制在之间。从手动控制切换到，它被限制在之间。从手动控制切换到PIDPID自动控制方自动控制方式时，回路表中的输出值可以用来初始化输出值。式时，回路表中的输出值可以用来初始化输出值。三三.相关知识相关知识 增益增益 为正时为正作用回路，反之为反作用回路。如果不想要比例作用，为正时为正作用回路，反之为反作用回路。如果不想要比例作用，应将回路增益应将回路增益 设为设为0.00.0，对于增益为，对于增益为0.00.0的积分或微分控制，如果积分或微的积分或微分控制，如果积分或微分时间为正，为正作用回路，反之为反作用回路。分时间为正，为正作用回路，反之为反作用回路。 如果使用积分控制，上一次的积分值如果使用积分控制，上一次的积分值MXMX（积分和）要根据（积分和）要根据PIDPID运算的结果运算的结果来更新，更新后的数值作为下一次运算的输入。来更新，更新后的数值作为下一次运算的输入。MXMX也应限制在也应限制在0.01.00.01.0之间，之间，每次每次PIDPID运算结束时，将运算结束时，将MXMX写入回路表，供下一次写入回路表，供下一次PIDPID运算使用。运算使用。cKcK PID控制器有4个主要的参数 需要整定。三三.相关知识相关知识 PID参数的整定方法参数的整定方法DIcsTTKT和、 比例比例(P)(P)部分部分与误差在时间上是一致的，只要误差一出现，比例部分就能与误差在时间上是一致的，只要误差一出现，比例部分就能及时地产生与误差成正比的调节作用，具有调节及时的特点。比例系数及时地产生与误差成正比的调节作用，具有调节及时的特点。比例系数 越越大，比例调节作用越强，但过大会使系统的输出量振荡加剧，稳定性降低。大，比例调节作用越强，但过大会使系统的输出量振荡加剧，稳定性降低。 积分积分(I)(I)部分部分与误差的大小和误差的历史情况都有关系，只要误差不为与误差的大小和误差的历史情况都有关系，只要误差不为零，控制器的输出就会因积分作用而不断变化，一直要到误差消失，系统处零，控制器的输出就会因积分作用而不断变化，一直要到误差消失，系统处于稳定状态时，积分部分才不再变化，因此积分部分可以消除稳态误差，提于稳定状态时，积分部分才不再变化，因此积分部分可以消除稳态误差，提高控制精度。但是积分作用的动作缓慢，滞后性强，可能给系统的动态稳定高控制精度。但是积分作用的动作缓慢，滞后性强，可能给系统的动态稳定性带来不良影响。积分时间常数性带来不良影响。积分时间常数 增大时，积分作用减弱，系统的动态稳定增大时，积分作用减弱，系统的动态稳定性可能有所改善，但是消除稳态误差的速度减慢。性可能有所改善，但是消除稳态误差的速度减慢。 比例比例(P)(P)部分部分与误差在时间上是一致的，只要误差一出现，比例部分就能与误差在时间上是一致的，只要误差一出现，比例部分就能及时地产生与误差成正比的调节作用，具有调节及时的特点。比例系数及时地产生与误差成正比的调节作用，具有调节及时的特点。比例系数 越越大，比例调节作用越强，但过大会使系统的输出量振荡加剧，稳定性降低。大，比例调节作用越强，但过大会使系统的输出量振荡加剧，稳定性降低。IT三三.相关知识相关知识 微分微分(D)(D)部分部分反映了被控量变化的趋势，微分部分根据它提前给出较大的反映了被控量变化的趋势，微分部分根据它提前给出较大的调节作用。它较比例调节更为及时，所以微分部分具有超前和预测的特点。调节作用。它较比例调节更为及时，所以微分部分具有超前和预测的特点。微分时间常数微分时间常数 增大时，可能会使超调量减小，动态性能得到改善，但是增大时，可能会使超调量减小，动态性能得到改善，但是抑制高频干扰的能力下降。如果抑制高频干扰的能力下降。如果 过大，系统输出量可能出现频率较高的振过大，系统输出量可能出现频率较高的振荡。荡。DTDT 为使采样值能及时反映模拟量的变化，为使采样值能及时反映模拟量的变化， 越小越好。但是越小越好。但是 太小会增加太小会增加CPUCPU的运算工作量，相邻两次采样的差值几乎没有什么变化，所以也不宜将的运算工作量，相邻两次采样的差值几乎没有什么变化，所以也不宜将 取得过小。表取得过小。表6-56-5给出了过程控制中采样周期的经验数据。给出了过程控制中采样周期的经验数据。被控制量被控制量流量流量压力压力温度温度液位液位采样周期采样周期 1-51-53-103-1015-2015-206-86-8表表6-5 6-5 采样周期的经验数据采样周期的经验数据sTsTsT PID回路控制指令回路控制指令 S7-200 PLCS7-200 PLC的的PIDPID指令没有设置控制方式，执行指令没有设置控制方式，执行PIDPID指令时为自动方式；不指令时为自动方式；不执行执行PIDPID指令时为手动方式。指令时为手动方式。PIDPID指令的功能是进行指令的功能是进行PIDPID运算运算。 当当PIDPID指令的允许输入指令的允许输入ENEN有效时，即进行手动有效时，即进行手动/ /自动控制切换，开始执行自动控制切换，开始执行PIDPID指令。为了保证在切换过程中无扰动、无冲击，在转换前必须把当前的手指令。为了保证在切换过程中无扰动、无冲击，在转换前必须把当前的手动控制输出值写入回路表的参数动控制输出值写入回路表的参数 。并对回路表内的值进行下列操作：。并对回路表内的值进行下列操作： 使使 （给定值）（给定值）= = （过程变量）。（过程变量）。 使使 （前一次过程变量）（前一次过程变量）= = （过程变量的当前值）。（过程变量的当前值）。 使使MXMX（积分和）（积分和）= = （输出值）。（输出值）。三三.相关知识相关知识图图6-5 PID6-5 PID梯形图符号梯形图符号在一个应用程序中，最多可以使用在一个应用程序中，最多可以使用8 8个个PIDPID控制回控制回路，一个路，一个PIDPID控制回路只能使用控制回路只能使用1 1条条PIDPID指令，不同指令，不同的的PIDPID指令不能使用相同的回路编号。指令不能使用相同的回路编号。nSPnPV1nPVnMnPVnM 某水箱水位控制系统如图某水箱水位控制系统如图6-66-6所示。因水箱出水速度时高时低，所以所示。因水箱出水速度时高时低，所以采用变速水泵向水箱供水，以实现对水位的恒定控制。采用变速水泵向水箱供水，以实现对水位的恒定控制。四、任务分析四、任务分析图图6-6 6-6 水箱水位控制系统示意图水箱水位控制系统示意图1.1.设计思路设计思路 通过首次扫描调用子程序的方式，初始化通过首次扫描调用子程序的方式，初始化PIDPID参数表并为参数表并为PIDPID运算设置时运算设置时间间隔（定时中断）。间间隔（定时中断）。PIDPID参数表的首址为参数表的首址为VD100VD100，定时中断事件为，定时中断事件为1010，子程，子程序编号为序编号为0 0。 通过定时中断每隔通过定时中断每隔100ms100ms调用一次中断服务程序。在中断服务程序中，采调用一次中断服务程序。在中断服务程序中，采样被控量的水位值并进行标准化处理后送入样被控量的水位值并进行标准化处理后送入PIDPID参数表，若系统处于手动工作参数表，若系统处于手动工作状态，则做好切换到自动工作方式时的准备（将手动时水泵转速的给定值经标状态，则做好切换到自动工作方式时的准备（将手动时水泵转速的给定值经标准化处理后送准化处理后送PIDPID参数表作为输出值和积分和，将手动时的水位值标准化后送参数表作为输出值和积分和，将手动时的水位值标准化后送PIDPID参数表作为反馈量前值）；若系统为自动工作状态，则执行参数表作为反馈量前值）；若系统为自动工作状态，则执行PIDPID运算，并运算，并将运算结果转换成工程量后送模拟量输出寄存器，通过将运算结果转换成工程量后送模拟量输出寄存器，通过D/AD/A转换以控制水泵的转换以控制水泵的转速，实现水位恒定控制要求。转速，实现水位恒定控制要求。五、任务实施五、任务实施五、任务实施五、任务实施2.2.设计程序设计程序 根据控制要求，在计算机中编写程序，水箱水位根据控制要求，在计算机中编写程序，水箱水位PLCPLC控制系统的梯形图控制系统的梯形图主程序如图主程序如图6-76-7所示，子程序如图所示，子程序如图6-86-8所示，定时中断子程序如图所示，定时中断子程序如图6-96-9、图、图6-6-1010所示。所示。图图6-7 6-7 水箱水位控制主程序水箱水位控制主程序五、任务实施五、任务实施图图6-8 6-8 水箱水位控制子程序水箱水位控制子程序五、任务实施五、任务实施图图6-9 6-9 水箱水位控制中断服务子程序（读水位值、自动启动水箱水位控制中断服务子程序（读水位值、自动启动PIDPID运算）运算）五、任务实施五、任务实施图图6-10 6-10 水箱水位控制中断服务子程序（手动控制结果存入水箱水位控制中断服务子程序（手动控制结果存入PIDPID参数表）参数表）3.3.安装配线安装配线 根据控制要求，在计算机中编写程序，水箱水位根据控制要求，在计算机中编写程序，水箱水位PLCPLC控制系统的梯形图主控制系统的梯形图主程序如图程序如图6-76-7所示，子程序如图所示，子程序如图6-86-8所示，定时中断子程序如图所示，定时中断子程序如图6-96-9、图、图6-106-10所所示。示。4.4.运行调试运行调试 连接好连接好PLCPLC输入输出接线，启动输入输出接线，启动STEP7 Micro/WIN32STEP7 Micro/WIN32编程软件。编程软件。 打开状态表编辑器，录入打开状态表编辑器，录入VD100VD100，VD104VD104，VD108VD108，VD120VD120，VD124VD124，VD128VD128，VD132VD132，I0.0I0.0，I0.1I0.1，Q0.0Q0.0，并使其进入监控状态。，并使其进入监控状态。 通过强制操作通过强制操作I0.1I0.1，使，使Q0.0Q0.0得电，将变频器接入电源。调节电位器旋得电，将变频器接入电源。调节电位器旋钮，使变频器频率由钮，使变频器频率由0 0上升，水泵转速逐渐上升，水箱水位逐步提高。观察水上升，水泵转速逐渐上升，水箱水位逐步提高。观察水位上升过程中，位上升过程中，VD100VD100、VD108VD108、VD128VD128、VD132VD132各存储单元数据的变化情况。各存储单元数据的变化情况。 待水箱水位接近待水箱水位接近75%75%满水位时，强制满水位时，强制I0.0I0.0得电，使系统进入得电，使系统进入PIDPID自动调节自动调节控制状态。加大或减小水箱出水量，观察系统各量的变化过程。控制状态。加大或减小水箱出水量，观察系统各量的变化过程。 通过写操作，分别改变增益、积分时间常数的大小，观察系统的运行效通过写操作，分别改变增益、积分时间常数的大小，观察系统的运行效果。果。五、任务实施五、任务实施六、评分标准六、评分标准任务名称：水箱水位控制系统的编程与实现 组别：项目配分考核要求扣分标准扣分记录得分设备安装设备安装3030分分(1)(1)会分配端口、画会分配端口、画I/OI/O接线图接线图(2)(2)按图完整、正确及按图完整、正确及规范接线规范接线(3)(3)按照要求编号按照要求编号(1)(1)不能正确分配端口，扣不能正确分配端口，扣5 5分，分，画错画错I/OI/O接线图，扣接线图，扣5 5分分(2)(2)错、漏线，每处扣错、漏线，每处扣2 2分分(3)(3)错、漏编号，每处扣错、漏编号，每处扣1 1分分编程操作编程操作3030分分(1)(1)会采用时序波形图会采用时序波形图法设计程序法设计程序(2) (2) 正确输入梯形图正确输入梯形图(3) (3) 正确保存文件正确保存文件(4) (4) 会转换梯形图会转换梯形图(5)(5)会传送程序会传送程序(1)(1)不能设计出程序或设计错误不能设计出程序或设计错误扣扣1010分分(2) (2) 输入梯形图错误每处扣输入梯形图错误每处扣2 2分分(3) (3) 保存文件错误扣保存文件错误扣4 4分分(4) (4) 转换梯形图错误扣转换梯形图错误扣4 4分分(5)(5)传送程序错误扣传送程序错误扣4 4分分运行操作运行操作3030分分 (1)(1)运行系统，分析运行系统，分析操作结果操作结果(2)(2)正确监控梯形图正确监控梯形图(1) (1) 系统通电操作错误每步扣系统通电操作错误每步扣3 3分分(2)(2)分析操作结果错误每处扣分析操作结果错误每处扣2 2分分(3)(3)监控梯形图错误扣监控梯形图错误扣4 4分分安全、安全、文明工作文明工作1010分分(1)(1)安全用电，无人为安全用电，无人为损坏仪器、元件和设损坏仪器、元件和设备备(2)(2)保持环境整洁，秩保持环境整洁，秩序井然，操作习惯良序井然，操作习惯良好好(3)(3)小组成员协作和谐小组成员协作和谐，态度正确，态度正确(4)(4)不迟到、早退、旷不迟到、早退、旷课课(1)(1)发生安全事故，扣发生安全事故，扣1010分分(2)(2)人为损坏设备、元器件，扣人为损坏设备、元器件，扣1010分分(3)(3)现场不整洁、工作不文明，团现场不整洁、工作不文明，团队不协作，扣队不协作，扣5 5分分(4)(4)不遵守考勤制度，每次扣不遵守考勤制度，每次扣2525分分 总总 分分六、评分标准六、评分标准 肉类罐头食品的杀菌温度一般是肉类罐头食品的杀菌温度一般是121 121 ，到达此温度后就开始恒温运行。温，到达此温度后就开始恒温运行。温度低于此值达不到灭菌效果，而高于此值又会出现焦糊变色影响品质，如采用度低于此值达不到灭菌效果，而高于此值又会出现焦糊变色影响品质，如采用电磁阀作为蒸汽进气阀，因其不能控制开度待测温电阻感测到设定值时罐内的电磁阀作为蒸汽进气阀，因其不能控制开度待测温电阻感测到设定值时罐内的整体温度是否已超过设定值，控制温度的曲线就会出现如图整体温度是否已超过设定值，控制温度的曲线就会出现如图6-116-11所示的超标振所示的超标振荡现象。为了避免这种现象使曲线既快速平滑又不会超标，那就要采用荡现象。为了避免这种现象使曲线既快速平滑又不会超标，那就要采用PIDPID控控制，把电磁阀换成开度可控的电动阀，这样通过我们设置就可形成实际值（过制，把电磁阀换成开度可控的电动阀，这样通过我们设置就可形成实际值（过程变量）与设定值的温差越大电动阀的开度也越大，反之温差越小开度也越程变量）与设定值的温差越大电动阀的开度也越大，反之温差越小开度也越小，所形成的曲线如图小，所形成的曲线如图6-126-12所示，现设定最高温度为所示，现设定最高温度为150 150 ，它的，它的80%80%正好是正好是121 121 ，等温度升到，等温度升到80%80%时既是给定值（时既是给定值（SPnSPn），这样电动阀的开度就会随着温差），这样电动阀的开度就会随着温差变小而逐步变小，较平滑地接近恒温温度。变小而逐步变小，较平滑地接近恒温温度。七、任务训练七、任务训练基于基于PIDPID的食品罐头杀菌恒温控制的食品罐头杀菌恒温控制图图6-116-11不带不带PIDPID控制的电磁阀的升温曲线控制的电磁阀的升温曲线七、任务训练七、任务训练图图6-12PID6-12PID控制的电动阀的升温曲线控制的电动阀的升温曲线图图6-136-13为食品罐头杀菌罐示意图为食品罐头杀菌罐示意图