管道流量比值控制PLC系统设解剖2179

课程设计说明书(2010/2011学年第一学期)课程名称：可编程控制器应用 题目：管道流量比值控制PLC系统设计 学生姓名：张涛 指导教师：岑毅南、李兵等 三、技术要求 2 4.管道流量比值控制系统组成 4 4.1系统应用简介...................................................................4 PIDS 6 2.熟练使用S7-200系列可编程控制器的编程软件，掌握可编程控制器软件程序的设计梯形图的设计方法。5.通过课程设计使学生能熟练掌握数据的查询(图书、网络)，PLC课程所获知识在工程设计工作中综合地加以应用，使理论知识和实践结合起来。、原始数据及设计主要任务PID控制算法。LCIO配表。1．此系统有两路供水系统。第一路由异步电动机(不具备调速功能)和和水泵构成动2.流量比值控制就是由可编程控制器控制两路供水系统的流量保持设定的比例。本设计变频器的给定值，从而实现两路流量的按比例控制。或气体，这里为了能在实验室实现，两路管道都用同样的水。可编程序控制器(ProgrammableController)通常也称为可编程控制器。它是以微处输入/输出接口、电源、模块扩展接口和外部设备接口、计算机编程软件等几个主要部分组和对输出状态的刷新等工作。PLC扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运输出锁存器中，并通过一定的方式(继电器、晶体管或晶闸管)输出，驱动相应输出设备工S0—PLCCPU226简介4.管道流量比值控制系统组成应用简介为原料生产合成氨时，在造气工段应该保持一定的氧气和重油比率，在合成工段则应保持氢的比值一定。这些比值调节的目的是使生产能在最佳的工况下进行1AA之比值不变。否则，如果比例严重失调，就可能造成生产事故，或发生危险。又如，以重油统的组成原理如下图所示：对于节流元件来说，压差与流量的平方成正比，即AAAAAABBBBBB1A1ACBABB11AF是变送器的输出信号电流。比值器的输出关A2C12C1CC2CAAA2CAAAABBBABBBA2由于调节器为比例积分调节，在稳态下它可保持F=FA2CAAABBBKCKCAAABBBABCBBAAABCBBAA从上式可知，为使流量QA、QB的比值满足工艺要求，只要适当地调整比值器的放大系数KC4.3、PID控制算法说明：S7-200能够进行PID控制。S7-200CPU最多可以支持8个PID控制回路(8个PID指定)与被控对象的实际值(反馈)的差值，按照PID算法计算出控制器的输出量，控制执行所引起的扰动，使反馈跟随给定变化。－积分)控制，这时没有微分控制部分。D控制系统中实现。为便于实现，S7-200中的PID控制采用了迭代算法。详细的计算方法请的参数Kc(Gain，增益)，Ti(积分时间常数)，Td(微分时间常数)，Ts(采样时间)。在S7-200中PID功能是通过PID指令功能块实现。通过定时(按照采样时间)执行PID功起始地址(以VB表示)。由于PID可以控制温度、压力等等许多对象，它们各自都是由工程量表示，因此有一种通用的数据表示方法才能被PID功能块识别。S7-200中的PID功能范围往往被认为与被控对象(反馈)的测量范围(量程)一致。PID功能块只接受0.0-1.0上有详细的介绍。S7-200的编程软件Micro/WIN提供了PID指令向导，以方便地完成这些转换/标准化处理。除此之外，PID指令也同时会被自动调用。PID控制的效果就是看反馈(也就是控制对象)是否跟随设定值(给定)，是否响应快此，没有能够观察反馈的连续变化波形曲线的有效手段，就谈不上调试PID参数。观察反馈量的连续波形，可以使用带慢扫描记忆功能的示波器(如数字示波器)，波形记录仪，或者在PC机上做的趋势曲线监控画面等。新版编程软件STEP7-Micro/WINV4.0内就是对反馈进行采样的间隔。短于采样时间间隔的信号变化是不能测量到的。过短的采样时间没有必要，过长的采样间隔显然不能满足扰动变化比较快、或者速度响应要求高的场合。编程时指定的PID控制器采样时间必须与实际的采样时间一致。S7-200中PID的采样时间精度用定时中断来保证。(Gain，放大系数，比例常数)增益与偏差(给定与反馈的差值)的乘积作为控制器输出中的比例部分。过大的增益会造成反馈的振荡。•积分时间(IntegralTime)偏差值恒输出的变化量与偏差值相等所需要的时间，也就是输出变化到二倍于初始阶跃偏差的时间。如果将积分时间设为最大值，则相当于没有积分作用。(DerivativeTime)偏差值发生改变时，微分作用将增加一个尖峰到输出中，随着时分时间设置为0就不起作用，控制器将作为PI调节器工作。4.6PID算法:在稳定状态操作中，PID控制器管理输出数值，以便将错误(e)驱动为零。错误测量由设定值(所需的操作点)和进程变量(实际操作点)之间的差别决定。PID控制原则基于Mt的函数：M(t)：作为时间函数的回路输出E：回路错误(设定值和进程变量之间的差别)Minitial：回路输出的初始值后计算输出。数字计算机运算以下列相应的公式为基础：Mn:采样时间n的回路输出计算值Kc:回路增益Ki:积分项的比例常数Minitial：微分项的比例常数Kd:微分项的比例常数也没有必要存储所有的错误项样本。MX:积分项的前一个数值(采样时间n?1)Mn:Min:MDn:比例项MP是增益和错误(e)的乘积，其中增益控制输出计算的敏感度，错误是在某一特定采样时间设定值(SP)和进程变量(PV)之间的差别。CPU采用的计算比例项的公式为：Kc:积分项积分项MI在时间上与错误(e)和成比例。CPU采用的积分项公式为：MNi:Kc:Ti:MX:积分时间(亦称为积分时间或复原)采样时间n-1的积分项数值(亦称为积分和或偏差)积分和或偏差(MX)是积分项所有先前数值的运行和。每次计算后，根据的数值更新偏差，该数值可能被调节或截取(详情请参阅"常数也是积分项的一部分，例如增益、采样时间(即PID回路重新计算输出值的循环时间)以及积分时间或复原(即用于控制积分项对输出计算影响的时间)。微分项值为常数=。如下所示，会导致计算进程变量的变化，而不计算错误的变化：MDn:Kc:回路微分阶段(亦称为微分时间或速率)回路控制选项在很多控制系统中，可能有必要仅采用一种或两种回路控制方法。例如，可能只要求比例控制或比例和积分控制。通过设置常数参数值对所需的回路控制类型进行选 (无限大)。由于积分和MX的初始值，即使没有积分运算，积分项的数值也可能不为零。如果您不需要比例运算(即在PID计算中无"P")，并且您需要I或ID控制，则应将增益值指定为0.0。因为回路增益是计算积分和微分项公式中的系数，将回路增益设为0.0会导致在积分和微分项计算中使用的回路增益值为1.0。从您在PID指令框中输入的表格(TBL)起始地址为回路表分配八十(80)个字节。S7-200的PID指令引用一个包含回路参数的回字节。如果使用PID调谐控制面板，与PID回路表的全部相互作用将由此控制面板代您完成。如果需要由操作员板提供自动调谐能力，您的程序必须提供操作员和PID回路表之间偏移量域格式类型说明进程变量双字.实数入包含进程变量，必须在0.0至1.0范围内。设定值双字.实数入包含设定值，必须在0.0至1.0范围内。8输出双字.实数入/出包含计算输出，在0.0至1.0范围内。12增益双字.实数入包含增益，此为比例常数，可为正数或负数。16采样时间双字.实数入包含采样时间，以秒为单位，必须为正数。20积分时间双字.实数入包含积分时间，以分钟为单位，必须为正数。24微分时间双字.实数入包含微分时间，以分钟为单位，必须为正数。出包含0.0和1.0之间的偏差或积分和数值。32以前的进程变量双字.实数入/出包含最后一次执行PID指令存储的进程变量和学别的学科一样，在学完PLC理论课程后我们做了课程设计，此次设计以分组的们基本学会了PLC设计的步聚和基本方法。分组工作的方式给了我与同学合作的机会，提高了与人合作的意识与能力。CPLC有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定的部分，同提出意见，同时我们还向别的同学请教。在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向同学说明自己的