基于PLC和组态王的流量PID控制系统
基于PLC和组态王的流量PID控制系统
[摘要] 随着我国社会经济的发展,人们生活水平的不断提高,供水系统的建设是其中的一个重要方面,供水的经济性、可靠性、稳定性直接影响到目前人们的正常生活和工作。传统的供水方式普遍存在效率低、可靠性差、自动化程度不高等缺点,难以满足当前经济生活的需要。本文针对这些问题主要设计了一套由PLC、变频器、等主要设备构成的变频恒流供水及其监控系统。可以有效地解决传统供水方式中存在的问题,增强了系统的可靠性。
关键词：流量控制 PLC 组态王 PID控制
Abstract: With the development of our social economy, the continuous improvement of people's living standard, the construction of the water supply system is one of the important aspects of water supply of the economy, reliability and stability directly affect the current people's normal life and work.Traditional way of water supply is widespread, low efficiency, poor reliability and high degree of automation is not weakness, it is difficult to meet the needs of the current economic life.Aiming at these problems mainly devised a composed of PLC, inverter, the main equipment such as variable frequency constant current supply and its monitoring and control system.Can effectively solve the problems existing in the traditional way of water supply, enhanced the reliability of the system.
Key words: Flow control PLC King viewPID control
1.课题要求
(1).总体控制要求：可以设计一流量PID控制系统，通过西门子PLC的DA输出，控制变频器频率，可使流量处于一个稳定状态。
(2).按照段子图可以完成PLC接线与检查
(3).能实现使用组态王控制变频器启动，停止等
2.实训电路装置及原理图
2.1．实训装置
2.2．控制面板及模块接线图
图1端子排接线图
2.3．电路接线图及端子接线表
手动阀
图2水箱流量控制原理图
3. 实训设计思路 3.1.控制系统组成
图3控制系统组成
本次实训实现控制要求的系统组成如上图所示，该系统是由变频器、水泵、流量传感器、A/D转换器、PID调节器和D/A转换器等部分构成一个单回路温度控制系统。
PID调节器、D/A和A/D转换器用三菱公司的FX-3U型PLC来实现，上位机PC 安装了GX Developer和组态王6.55软件。
3.2.硬件配置
(1).三菱FX-3U 的简单介绍：
三菱FX-3U的规格如下表所示：
(2).4AD与2DA的简介与配置
FX3U-4AD型模拟量输入模块其分辨率为15位二进制+符号1位(电压)、14位二进制+符号 1位S电流)的高精度模拟量输入模块。它可以进行4通道的电压输入(DC-10~10V)、或者电流输入 (DC-20 ~ 20mA. DC4~20mA)，可P对各通道分别指定电压或者电流输入，BFM的数据传输速度比P前最多快4 ~ 5*倍，可以实现500 us/通道的高速A/D转换，具有数字滤波功能P及峰值保持功能等多种功能。
三菱FX2N-2DA是三菱FX2N系列PLC中的一款模拟量的特殊功能模块，广泛用于基本三菱工控搭建的自动化平台中。 FX2N-2DA型模拟输出模块主要用于将2点的数字量转换成电压或电流模拟量输出（0-10VDC 或 4-20mA），使用模拟量控制外围设备。
(3).FR-E700变频器的简介
FR-E700变频调速器为经济型高性能变频器其具有先进磁通矢量控制，0.5Hz 时200%转矩输出，能够进行扩充PID，柔性PWM，内置Modbus-RTU协议，拥有停止精度提高。其变频器如下图所示：
图4FR-E700变频器
在本次实训中，按照实训要求，需要使用PLC对变频器的启动、停止，以及频率进行控制，查阅了变频器手册后可知，变频器请设定 Pr.79 运行模式选择＝“2”（外部运行模式）其硬件接线电路如下图所示：
图5 E700接线图
3.3.软件设计思路
(1).系统设计思路
图6整体程序流程图
(2).AD/DA 程序设计思路
AD/DA程序是本次实训的基础部分，其设计思路如下图所示：
图7 D/A转换流程图
(3).PID程序设计思路
PID控制即比例，积分，微分控制，考虑到本次实训为流量控制，另外又有组态系统的加入，可以选择使用组态王控件中的PID模块进行PID设计，PID设计的整体思路如下图所示
开始
读取给定值
读取反馈值
控件处理计
算
输出结果
结束
图8PID程序流程图
4.软件具体实现
(1).AD/DA程序编写
通过查阅4AD和2DA数据手册可以写出AD/DA程序如下图所示：
其中初始化指令为将16进制0FF3F（H0FF3F）传送到智能模块的缓冲区0（g0），智能模块的起始地址是00（u0），初始化完成后，AD指令为将第11个特殊模块缓冲存储器0开始的4个地址内的值，传送到D0开始的4个寄存器里.
继而执行DA程序将D10的值送给寄存器M115-M100，T0指令是将数据写入特殊功能模块的缓冲存储器，K1为模块地址常数，用来选择与指定特殊功能模块;K16为模块缓冲存储器的数据地址常数，即TO指令中的目标位置；K2M100:表示源数据在PLC中的存储位置。继而重复完成两路的DA的采样。
图9PLC程序
在完成PLC程序编写后，使用监测状态，验证PLC程序D0 可采集流量，D10可以控制输出模拟电压，PLC程序设计成功
(2).组态王程序编写
在完成PLC程序设计后，进行组态程序设计，首先进行设备的新建与配置连接，新建IO设备时，选择PLC为三菱PLC的FX2-编程口，然后选择COM口，在实验室PC机的COM口对应为COM4，地址为00，尤其需注意的是设备波特率为9600，数据位为7位，在完成设备连接后，设置数据词典，数据词典中变量如下如所示：
图10组态程序中的数据变量
由于流量计显示流量为0-10格，另外须将内存变量与IO变量相关联，经过PLC 测定后，得出应用程序命令语言如下：
\\本站点\实时流量=(\\本站点\D0-1618.9)/1491.6;
\\本站点\sp=\\本站点\目标流量/10;
\\本站点\pv=\\本站点\实时流量/10;
\\本站点\D10=\\本站点\m*2000;
完成以上设计后，进而完成PID设定，选用PID控件如下图，双击控件可完成参数关联，结果如下：
图11PID控件及参数关联
其中SP指目标值，PV为实际反馈值，YOUT为输出值。完成以上设计后，利用画面完成人机界面设计，如图所示：
图12组态王人机界面设计
完成人机界面后运行系统，发现设定目标流量后，按下按钮，程序正常运行，当达到目标流量后，可稳定在该流量持续输出，设计成功。
5. 结论
本文主要设计了一套由PLC、变频器、等主要设备构成的全自动变频恒流供水系统及其监控系统,克服了传统供水方式普遍存在的效率低、可靠性差、自动化程度不高等缺点,可实现高效节能、自动可靠、维护简单、管理方便的恒压供水。本系统具有以下的特点:
⑴采用了可靠性高、使用简单、编程灵活的工控设备PLC和组态软件进行PID 设计作为主要控制设备,在全流量范围内利用变频器调节流量。
⑵系统可通过自动运行和使用变频器面板手动控制等方式确保供水
(3)用了PID调节方式,水压波动小,响应快。
随着经济与社会的高速发展，能源越来越紧张，而人们对供水质量和供水系统可靠性的要求也不端提高，变频器恒流供水系统的应用为社会带来巨大利益，也为人们生活带来极大方便。因此采用先进的自动化技术来设计高节能、高可靠性的恒流供水系统成为必然趋势。
通过本次课程设计，我们可以为以后工作打下一定的基础，最好感谢本次课程设计，感谢我的指导老师！
参考文献
[1]朱晶波. 变频技术在恒压供水系统中的应用[D].长春：吉林大学， 2010.
[2]丁莉. 变频恒压供水控制系统研究[D].天津:天津大学, 2007.
[3]姜湘山，李亚峰. 建筑小区给水排水工艺[M], 北京：化学工业出版社2003.
[4]方桂笋. 基于PLC的变频恒压供水系统的设计[D].兰州：兰州理工大学，2008.
[5]熊建国. 基于PLC的变频恒压调速恒压供水系统设计与发现[D].重庆：电子科技大学, 2013.
[6]祁增慧. 基于 PLC 控制的城市恒压供水系统[D].天津：天津大学, 2008.
[7]许德浩. 基于 PLC 控制的恒压供水系统设计[D].天津：天津大学, 2012.
[8]张立辉. 模糊控制变频调速恒压供水系统的研究与设计[D].长春：吉林大学, 2007.
[9] Bryan LA, Bryan EA, Programmable Controllers for Theory and Implementation[M]. Atlanta, Chicago: An Industrial Text Co Publication, 1998 [10] Johnson, David G, Programmable Controller for Factory Automation[M],Marcel- Dekker, Inc, 1997
目录 1 《控制系统集成实训》任务书 (2) 2 总体设计方案 (4) 2.1 系统组成 (4) 2.2 水箱液位控制系统构成 (4) 2.3 水箱液位控制系统工作原理 (5) 2.4 仪表选型 (6) 2.4.1 GK-01电源控制屏 (6) 2.4.2 GK-02传感器输出与显示 (7) 2.4.3 GK-03单片机控制 (7) 2.4.4 GK-07交流变频调速 (8) 2.4.4 GK-08 PLC可编程控制 (8) 2.5 PLC设计流程图 (9) 3 外部接线图 (10) 4 I/0分配 (10) 5 梯形图 (11) 6 组态王界面 (15) 6.1 主界面 (16) 6.2 数据词典 (16) 6.3 曲线监控 (17) 6.4 水流动画程序 (18) 7 调试和运行结果 (19) 7.1 比例控制 (19) 7.2 比例积分调节 (19) 心得体会 (21) 参考文献 (22)
1.《控制系统集成实训》任务书 题目：基于PLC和组态王的液位PID控制系统 一、实训任务 本课题要求设计液位PID控制系统，它的任务是使水箱液位等于给定值所要求的高度,并通过PID控制减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响。 1.实训模块： 1、THKGK-1过程控制实验装置GK-0 2、GK-07、GK-08。 2、计算机及STEP7运行环境（安装好演示程序）、MPI电缆线，组态王软件。 2.控制原理和控制要求： 控制原理如图所示，测量值信号由S7-200PLC的AI通道进入，经程序比较测量值与设定值的偏差，然后通过对偏差的P或PI或PID调节得到控制信号（即输出值），并通过S7-200PLC 的AO通道输出。用此控制信号控制变频器的频率，以控制交流电机的转速，从而达到控制水位的目的。S7-200PLC和上位机进行通讯，并利用上位机组态王软件实现给定值和PID参数的设置、手动/自动无扰动切换、实时过程曲线的绘制等功能。 二、实训目的 通过本次实训使学生掌握：1）实际控制方案的设计；2）编程软件的使用方法和梯形图语言的运用；2）程序的设计及实现方法；3）程序的调试和运行操作技术。从而提高学生应用PLC 进行控制系统设计和调试能力，组态王设计监控界面的能力。 三、实训要求 1、系统方案设计 2、硬件选型和接线 3、PLC控制程序设计。
三菱PLC和FX2N-4AD-TC实现温度PID闭环控制系统的学习参考。。。。。。
风机鼓入的新风经加热交换器、制冷交换器、进入房间。原理说明：进风不断被受热体加温，欲使进风维持一定的温度，这就需要同时有一加热器以不同加热量给进风加热，这样才能保证进风温度保持恒定。 plc接线图如下，按图接好线。配线时，应使用带屏蔽的补偿导线和模拟输入电缆配合，屏蔽一切可能产生的干扰。fx2n-4ad-tc的特殊功能模块编号为0。
输入和输出点分配表 这里介绍pid控制改变加热器（热盘管）的加热时间从而实现对温度的闭环控制。
在温度控制系统中，电加热器加热，温度用热电耦检测，与热电耦型温度传感器匹配的模拟量输入模块 fx2n-4ad-tc将温度转换为数字输出，cpu将检测的温度与温度设定值比较，通过plc的pid控制改变加热器的加热时间从而实现对温度的闭环控制。pid控制时和自动调谐时电加热器的动作情况如上图所示。其参数设定内容如下表所示。 三菱plc和fx2n-4ad-tc实现温度pid闭环控制系统程序设计：
用选择开关置x10作为自动调谐控制后的pid控制，用选择开关置x11作为无自动调谐的pid控制。 当选择开关置x10时，控制用参数的设定值在pid运算前必须预先通过指令写入，见图程序0步开始，m8002为初始化脉冲，用mov指令将目标值、输入滤波常数、微分增益、输出值上限、输出值下限的设定值分别传送给数据寄存器d500、d512、d515、d532、d533。 程序第26步，使m0得电，使用自动调谐功能是为了得到最佳pid控制，自动调谐不能自动设定的参数必须通过指令设定，在第29步～47步之间用mov指令将自动调谐用的参数（自动调谐采用时间、动作方向自动调谐开始、自动调谐用输出值）分别传送给数据寄存器d510、d511、d502。 程序第53步开始，对fx2n-4ad-tc进行确认、模式设定，且在plc运行中读取来自fx2n-4ad-tc的数据送到plc的d501中，103步开始对pid动作进行初始化。 第116步开始，x10闭合，在自动调谐后实行pid控制，当自动调谐开始时的测定值达到目标值的变化量变化1/3以上，则自动调谐结束，程序第128步～140步，自动调谐
综合以上几种改进的PID控制算法，根据温度控制的实际情况，编写以下程序可根据实际情况，改变L、H、K的值，实现简单PID算法、积分分离的PID 算法和带死区的PID算法。也可以根据实际情况结合三种算法，实现最优控制。程序框图如图6.18
在组态王大纲下，点击“命令语言”—“应用程序命令语言”在其窗口下编写如下程序。应用程序命令语言如图7.19。 图7.19 源程序为：
if(\\本站点\自动开关==0) { \\本站点\ek0=\\本站点\sv-\\本站点\温度1; if(abs(\\本站点\ek0)<\\本站点\L||\\本站点\ek0<0) { \\本站点\I=1/\\本站点\TI; } else { \\本站点\I=0; } \\本站点\A=\\本站点\Pk*(1+\\本站点\I+\\本站点\TD); \\本站点\B=\\本站点\Pk*(1+2*\\本站点\TD); \\本站点\C=\\本站点\Pk*\\本站点\TD; \\本站点\uk=\\本站点\A*\\本站点\ek0-\\本站点\B*\\本站点\ek01+\\本站点\C*\\本站点\ek02+\\本站点\uk01; \\本站点\uk01=\\本站点\uk; \\本站点\ek02=\\本站点\ek01; \\本站点\ek01=\\本站点\ek0; if(\\本站点\uk<1000) { if(\\本站点\uk>0) { if(abs(\\本站点\ek0)<\\本站点\H) {\\本站点\uk1=\\本站点\K*\\本站点\uk;} else {\\本站点\uk1=\\本站点\uk;} } else {\\本站点\uk1=0;} } else {\\本站点\uk1=1000;} }
温度控制与PID算法 温度控制与PID算法j较为复杂，下面结合实际浅显易懂的阐述一下PID控制理论，将温度控制及PID算法作一个简单的描述。 1．温度控制的框图 这是一个典型的闭环控制系统，用于控制加热温区的温度（PV）保持在恒定的温度设定值(SV)。系统通过温度采集单元反馈回来的实时温度信号（PV）获取偏差值（EV），偏差值经过PID调节器运算输出，控制发热管的发热功率，以克服偏差，促使偏差趋近于零。例如，当某一时刻炉内过PCB板较多，带走的热量较多时，即导致温区温度下降，这时，通过反馈的调节作用，将使温度迅速回升。其调节过程如下：
温度控制的功率输出采用脉宽调制的方法。固态继电器SSR的输出端为脉宽可调的电压U OUT 。当SSR的触发角触发时，电源电压U AN通过SSR的输出端加到发热管的两端；当SSR的触发角没有触发信号时，SSR关断。因此，发热管两端的平均电压为U d＝(t/T)* U AN=K* U AN 其中K=t/T，为一个周期T中，SSR触发导通的比率，称为负载电压系数或是占空比，K 的变化率在0－1之间。一般是周期T固定不便，调节t, 当t在0－T的范围内变化时，发热管的电压即在0－U AN之间变化，这种调节方法称为定频调宽法。下面将要描述的PID 调节器的算式在这里的实质即是运算求出一个实时变化的，能够保证加热温区在外界干扰的情况下仍能保持温度在一个较小的范围内变化的合理的负载电压系数K。 2.温度控制的两个阶段 温度控制系统是一个惯性较大的系统，也就是说，当给温区开始加热之后，并不能立即观察得到温区温度的明显上升；同样的，当关闭加热之后，温区的温度仍然有一定程度的上升。另外，热电偶对温度的检测，与实际的温区温度相比较，也存在一定的滞后效应。这给温度的控制带来了困难。因此，如果在温度检测值（PV）到达设定值时才关断输出，可能因温度的滞后效应而长时间超出设定值，需要较长时间才能回到设定值；如果在温度检测值（PV）未到设定值时即关断输出，则可能因关断较早而导致温度难以达到设定值。为了合理地处理系统响应速度（即加热速度）与系统稳定性之间地矛盾，我们把温度控制分为两个阶段。
目录 1 《控制系统集成实训》任务书 (3) 2 总体设计方案 (5) 2.1系统组成 (5) 2.2水箱液位控制系统构成 (5) 2.3水箱液位控制系统工作原理 (6) 2.4仪表选型 (7) 2.4.1 GK-01电源控制屏 (7) 2.4.2 GK-02传感器输出与显示 (8) 2.4.3 GK-03单片机控制 (8) 2.4.4 GK-07交流变频调速 (9) 2.4.4 GK-08 PLC可编程控制 (9) 2.5 PLC设计流程图 (10) 3 外部接线图 (11) 4 I/0分配 (12) 5 梯形图 (12) 6 组态王界面 (16) 6.1 主界面 (17) 6.2 数据词典 (18) 6.3 曲线监控 (18) 6.4 水流动画程序 (19) 7 调试和运行结果 (19) 7.1 比例控制 (19) 7.2 比例积分调节 (20) 心得体会 (22) 参考文献 (23)
1.《控制系统集成实训》任务书 题目：基于PLC和组态王的液位PID控制系统 一、实训任务 本课题要求设计液位PID控制系统，它的任务是使水箱液位等于给定值所要求的高度,并通过PID控制减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响。 1.实训模块： 1、THKGK-1过程控制实验装置GK-0 2、GK-07、GK-08。 2、计算机及STEP7运行环境（安装好演示程序）、MPI电缆线，组态王软件。 2.控制原理和控制要求： 控制原理如图所示，测量值信号由S7-200PLC的AI通道进入，经程序比较测量值与设定值的偏差，然后通过对偏差的P或PI或PID调节得到控制信号（即输出值），并通过S7-200PLC 的AO通道输出。用此控制信号控制变频器的频率，以控制交流电机的转速，从而达到控制水位的目的。S7-200PLC和上位机进行通讯，并利用上位机组态王软件实现给定值和PID参数的设置、手动/自动无扰动切换、实时过程曲线的绘制等功能。 二、实训目的 通过本次实训使学生掌握：1）实际控制方案的设计；2）编程软件的使用方法和梯形图语言的运用；2）程序的设计及实现方法；3）程序的调试和运行操作技术。从而提高学生应用PLC 进行控制系统设计和调试能力，组态王设计监控界面的能力。 三、实训要求 1、系统方案设计 2、硬件选型和接线
本科毕业论文(设计) 题目：基于组态王6.5的串级PID液位控制系统设计学院：自动化工程学院 专业：自动化 姓名： ### 指导教师： ### 2011年 6 月 5 日
Cascade level PID control system based on Kingview 6.5
摘要 开发经济实用的教学实验装置、开拓理论联系实际的实验容，对提高课程教学实验水平，具有重要的实际意义。 就高校学生的实验课程来讲，由于双容水箱液位控制系统本身具有的复杂性和对实时性的高要求，使得在该系统上实现基于不同控制策略的实验容，需要全面掌握自动控制理论及相关知识。 本文通过对当前国外液位控制系统现状的研究，选取了PID控制、串级PID控制等策略对实验系统进行实时控制；通过对实验系统结构的研究，建立了单容水箱和双容水箱实验系统的数学模型，并对系统的参数进行了辨识；利用工业控制软件组态王6.5，并可通用于ADAM模块及板卡等的实现方案，通过多种控制模块在该实验装置上实验实现，验证了实验系统具有良好的扩展性和开放性。 关键词：双容水箱液位控制系统串级PID控制算法组态王6.5 智能调节仪 Abstract It is significant to develop applied experiment device and experiment content which combines theory and practice to improve experimental level of teaching. Based on the current situation of domestic and international level control system, selected the PID control, cascade PID control strategies such as
温度的PID 控制 一．温度检测部分首先要OK. 二、PID 调节作用 PID 控制时域的公式 ))()(1)(()(?++ =dt t de Td t e Ti t e Kp t y 分解开来： (1) 比例调节器 y(t) = Kp * e(t) e(k) 为当前的温差（设定值与检测值的插值） y(k) 为当前输出的控制信号(需要转化为PWM 形式) # 输出与输入偏差成正比。只要偏差出现，就能及时地产生与之成比例的调节 作用，使被控量朝着减小偏差的方向变化，具有调节及时的特点。但是， Kp 过大会导致动态品质变坏，甚至使系统不稳定。比例调节器的特性曲线. (2) 积分调节器 y(t) = Ki * ∫(e(t))dt Ki = Kp/Ti Ti 为积分时间 #TI 是积分时间常数，它表示积分速度的大小，Ti 越大，积分速度越慢，积分作用越弱。只要偏差不为零就会产生对应的控制量并依此影响被控量。增大Ti 会减小积分作用，即减慢消除静差的过程，减小超调，提高稳定性。 (3) 微分调节器 y(t) = Kd*d(e(t))/dt Kd = Kp*Td Td 为微分时间 #微分分量对偏差的任何变化都会产生控制作用，以调整系统输出，阻止偏差变化。偏差变化越快，则产生的阻止作用越大。从分析看出，微分作用的特点是：加入微分调节将有助于减小超调量，克服震荡，使系统趋于稳定。他加快了系统的动作速度，减小调整的时间，从而改善了系统的动态性能。 三．PID 算法： 由时域的公式离散化后可得如下公式：
y(k) = y(k-1)+(Kp+Ki+Kd)*e(k)-(Kp +2*Kd)*e(k-1) + Kd*e(k-2) y(k) 为当前输出的控制信号(需要转化为PWM形式) y(k-1)为前一次输出的控制信号 e(k) 为当前的温差（设定值与检测值的插值） e(k-1) 为一次前的温差 e(k-2) 为二次前的温差 Kp 为比例系数 Ki = Kp*T/Ti T为采样周期 Kd = Kp*Td/T 四．PID参数整定（确定Kp,Ts,Ti,Td）： 温度控制适合衰减曲线法，需要根据多次采样的数据画出响应曲线。 所以需要通过串口将采样时间t, 输出y(t)记录下来，方便分析。 1)、不加入算法，系统全速加热，从常温加热到较高的温度的时间为Tk, 则采样时间一般设为 T = Tk/10。 2)、置调节器积分时间TI=∞，微分时间TD=0，即只加比例算法： y(k) = y(k-1)+Kp*e(k) 比例带δ置于较大的值。将系统投入运行。（δ = 1/Kp） 3)、待系统工作稳定后，对设定值作阶跃扰动，然后观察系统的响应。若响应振荡衰减太快，就减小比例带；反之，则增大比例带。如此反复，直到出现如图所示的衰减比为4：1的振荡过程时，记录此时的δ值（设为δS），以及TS 的值（如图中所示）。当采用衰减比为10：1振荡过程时，应用上升时间Tr替代 振荡周期TS计算。 系统衰减振荡曲线 图中，TS为衰减振荡周期，Tr为响应上升时间。 据表中所给的经验公式计算δ、TI及TD的参数。
前言 可编程控制器是一种应用很广泛的自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性高、适宜长期连续工作的特点，非常适合温度控制的要求。 在工业领域，随着自动化程度的迅速提高，用户对控制系统的过程监控要求越来越高，人机界面的出现正好满足了用户这一需求。人机界面可以对控制系统进行全面监控，包括过程监测、报警提示、数据记录等功能，从而使控制系统变得操作人性化、过程可视化，在自动控制领域的作用日益显著。 本文主要介绍了基于三菱公司FX2N系列的可编程控制器和亚控公司的组态软件组态王的某一对象温度控制系统的设计方案。编程时调用了编程软件STEP 7 -Micro WIN中自带的PID控制模块，使得程序更为简洁，运行速度更为理想。利用组态软件组态王设计人机界面，实现控制系统的实时监控、数据的实时采样与处理。 目录 第一章概述 (2) 第二章总方案 (3) 2.1 系统框图 (3) 2.2 下位机设计 (4) 2.2.1 元件选择 (6) 2.3 上位机设计 (8) 2.3.1 监控主界面 (9) 2.3.2 实时趋势曲线 (10) 2.3.3 历史趋势曲线 (11) 2.3.4 报警窗口 (11) 2.3.5 设定画面 (12) 2.3.6 变量设置 (13) 2.3.7 动画连接 (15) 第三章总结 (17) 第四章参考文献 (17) 1 第一章概述 温度控制在电子、冶金、机械等工业领域应用非常广泛。由于其具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点，它对控制调节器要求极高。目前,仍有相当部分工业企业在用窑、炉等烘干生产线，存在着控制精度不高、炉内温度均
温度PID 控制实验 一、实验目的 1．加深对PID 控制理论的理解； 2．认识Labview 虚拟仪器在测控电路的应用； 3．掌握时间比例P、积分I、微分D 对测控过程连续测控的影响以及提高测控系统的精度； 4．通过实验，改变P、I、D 参数，观察对整个温度测控系统的影响； 5．认识固态继电器和温度变送器，了解其工作原理。 二、预习要点 1．PID 控制理论与传递函数。请学生在0-100 的范围里，自己选择较好的KP，KI，KD 值，用该控制参数进行后续实验； 2．了解A/D、D/A 转换原理； 3．Labview 虚拟仪器图形软件（本实验指导书附录中对使用环境详细介绍）。 三、实验原理 温度是通过固态继电器的导通关断来实现加热的，控制周期即是一个加热和 冷却周期，PID 调节的实现也是通过这个周期实现的，在远离温度预设值的时固 态继电器在温度控制周期中持续加热（假设导通时间是T），在接近温度预设值 时通过PID 得到的值来控制这一周期内固态继电器的开关时间（假设导通时间是 1/2T）维持温度（假设导通时间是1/4T）。如图1 所示： 图1 加热周期控制示意图 8 四、实验项目 1．用PID 控制水箱温度； 2．用控制效果对比完成数据对比操作，选出最佳值。 五、实验仪器 ZCK-II 型智能化测控系统。 六、实验步骤及操作说明 1．打开仪器面板上的总电源开关，绿色指示灯亮起表示系统正常；
2．打开仪器面板上的液位电源开关，绿色指示灯亮起表示系统正常； 3，确保贮水箱内有足够的水，参照图2 中阀门位置设置阀门开关，将阀门1、3、5、6 打开，阀门2、4 关闭； 图2 水箱及管道系统图 4．参看变频器操作说明书将其设置在手动操作挡； 5．单击控制器RUN 按钮，向加热水箱注水，直到水位接近加热水箱顶部，完 全 淹没加热器后单击STOP 按钮结束注水； 6．关闭仪器面板上的液位电源开关，红色指示灯亮起表示系统关闭； 7．打开仪器面板上的加热电源开关，绿色指示灯亮起表示系统正常； 8．打开计算机，启动ZCK-II 型智能化测控系统主程序； 9．用鼠标单击温度控制动画图形进入温度控制系统主界面，小组实验无须在个 人信息输入框填写身份，直接确定即可； 10．在温度系统控制主界面中，单击采集卡测试图标，进入数据采集卡测试程序。 请在该选项中确定选择设备号为端口1，因为我们接入数据采集卡的端口是1 号 9 端口，其他数据端口留做其他方面使用的，所以切记不能选错，否则程序会报 错 并强制关闭。选择采集通道时请选择0 号通道即温度传感器占用的通道。控制上、 下限选项是为设置报警电路所预设的，在本实验中暂未起用该功能，感兴趣的 同 学可以试着完善它，本实验报警数值是+1V 以下和+5V 以上，这里只做了解即可。 采样点数（单位：个）、采样速率（单位：个/秒）和控制周期（单位：毫秒） 请 参照帮助显示区进行操作，一切设置确认无误后即可单击启动程序图标，观察 温 度和电压的变化，也可以单击冷却中左边的开关按钮进入加热程序，观察温度 上 升曲线及电流表和电压表变化，确认传感器正常工作后点击程序结束，等待返 回 主界面图标出现即可返回温度控制主界面进入下一步实验。 11．在温度系统控制主界面中，单击传感器标定图标，进入传感器标定程序。 本 程序界面和数据采集卡测试程序界面基本相同，操作请参照步骤10 进行，一切 设置确认无误后即可单击启动程序图标，观察温度和电压的变化，同时用温度
基于PLC和组态王的流量PID控制系统
基于PLC和组态王的流量PID控制系统 [摘要] 随着我国社会经济的发展,人们生活水平的不断提高,供水系统的建设是其中的一个重要方面,供水的经济性、可靠性、稳定性直接影响到目前人们的正常生活和工作。传统的供水方式普遍存在效率低、可靠性差、自动化程度不高等缺点,难以满足当前经济生活的需要。本文针对这些问题主要设计了一套由PLC、变频器、等主要设备构成的变频恒流供水及其监控系统。可以有效地解决传统供水方式中存在的问题,增强了系统的可靠性。 关键词：流量控制 PLC 组态王 PID控制 Abstract: With the development of our social economy, the continuous improvement of people's living standard, the construction of the water supply system is one of the important aspects of water supply of the economy, reliability and stability directly affect the current people's normal life and work.Traditional way of water supply is widespread, low efficiency, poor reliability and high degree of automation is not weakness, it is difficult to meet the needs of the current economic life.Aiming at these problems mainly devised a composed of PLC, inverter, the main equipment such as variable frequency constant current supply and its monitoring and control system.Can effectively solve the problems existing in the traditional way of water supply, enhanced the reliability of the system. Key words: Flow control PLC King viewPID control
//////// 学院 题目：PID回路指令及水箱水位控制(组态王） 系别：船舶工程学院 专业：电气工程及其自动化 班级: 姓名: 学号: 指导教师: 2015 年6月 15 日
目录 一、总体设计方案 1、控制要求 (1) 2、控制硬件和全局图 (1) （1）硬件和软件设备 (1) （2）PLC 变频器的综合控制系统全局图 (1) 二、MM420的PID控制系统参数设置 1、MM420 变频器的基本介绍 (2) （1）变频调速原理 (2) （2）变频器工作原理 (3) 2、MM420的PID控制系统参数设置 (3) （1）各参数的设置 (3) （2）模拟量扩展模块接线图及模块设置 (7) （3）如何用DIP开关设置EM235扩展模块 (7) 三、PLC 的运行程序梯形图及外接线图 1、西门子S7-200PLC的运行程序梯形图 (8) （1）主程序 (8) （2）子程序 (10) （3）中断程序 (11) 2、该供水水箱控制系统的外部接线图 (12) 四、组态王设计与调试 1、什么是组态王 (13) 2、组态软件特点 (14) （1）延续性和可扩充性 (14) （2）封装性(易学易用) (14) （3）通用性 (14) 3、与PLC建立通信 (15) （1）进入工程浏览器主界面 (15)
（2）新建通信 (16) 4、建立数据词典 (21) 5、组态王绘制画面 (21) 6、组态王画面连接 (21) 7、组态王命令语言设定 (24) 8、组态王的调试结果界面和说明 (24) 五、总结与体会 (25)
第一章总体设计方案 1.1控制要求 在某恒压供水水箱自动调节系统中，要求动力系统能在自动或者手动的模式下，均可控制电机运行，使水位维持在满水的70%。其中运行速度与运行时间均可通过组态王界面在线修改 : 自动模式是指动力系统运行在指令作用下自动完成对水位的监控;手动模式是指动力系统不同时间的转换需要人为的发出控制指令改变。 系统中，计算机作为 PLC、组态王的编程组态平台; PLC 控制变频器，变频器即为 PLC 的控制对象，又为电动机的控制器；组态王为PLC 的上位机，完成监控作用。 供水水箱示意图 1.2控制硬件和全局图 (1)硬件和软件设备 :西门子S7-200PLC，计算机，组态王，MM420变频器等。 (2) PLC 变频器的综合控制系统全局图。
PID温度控制的PLC程序设计 温度控制是许多机器的重要的构成部分。它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，然后进行工件的加工与处理。PID控制系统是得到广泛应用的控制方法之一。在本文中，将详细讲叙本套系统。 l 系统组成 本套系统采用Omron的PLC与其温控单元以及Pro-face的触摸屏所组成。系统包括CQM1H-51、扩展单元TC-101、GP577R以及探温器、加热/制冷单元。 l 触摸屏画面部分(见图1-a) 1-a 如图所见，数据监控栏内所显示的002代表现在的温度，而102表示输出的温度。如按下开始设置就可设置参数。需要设置的参数有六个，分别是比例带、积分时间、微分时间、滞后值、控制周期、偏移量。它们在PLC的地址与一些开关的地址如下所列。 比例带: DM51 积分时间: DM52 微分时间: DM53 滞后值: DM54 控制周期: DM55 偏移量: DM56 数据刷新: 22905 l PLC程序部分 002：PID的输入字 102：PID的输出字 [NETWORK] Name="Action Check" //常规检查 [STA TEMENTLIST] LD 253.13 //常ON OUT TR0 CMP 002 #FFFF //确定温控单元是否完成初始化 AND NOT 255.06 //等于 OUT 041.15 //初始化完成 LD TR0 AND 041.15 OUT TR1 AND NOT 040.10 //不在参数设置状态 MOV DM0050 102 //将设置温度DM50传送给PID输出字 LD TR1 MOV 002 DM0057 //将002传送到DM57 [NETWORK] Name="Setting Start"//设置开始 [STA TEMENTLIST] LD 253.13 OUT TR0 AND 229.05 //触摸屏上的开始设置开关
KingviewPid控件使用方法 KingviewPid控件是组态王提供的用于对过程量进行闭环控制的专用控件。通过该控件，用户可以方便的制作PID控制。 一、 控件功能： 1．pid控制算法：标准型,分为增量型和位置型。 2．显示过程变量的精确值，显示范围[-999999.99~999999.99]。 3．以百分比显示设定值（SP）、实际值（PV）和手动设定值（M）。 4．开发状态下可设置控件的总体属性、设定/反馈范围和参数设定。 5．运行状态下可设置PID参数和手动自动切换。 二、 使用说明： 1．在画面中插入控件：组态王画面菜单中编辑\插入通用控件，或在工具箱中单击“插入通用控件”按钮，在弹出的对话框中选择“Kingview Pid Control”，单击确定。 2．按下鼠标左键，并拖动，在画面上绘制出表格区域。 图1 控件画面
3．设置动画连接：双击控件或选择右键菜单中动画连接，在弹出的属性页中设置控件名称等信息（控件动画连接属性的具体设置请参见《组态王6.0使用手册》中控件一章）。 （1）、常规： 图2 动画连接属性—常规 ?设置控件名称：应符合组太王中关于名称定义的规定，例如：PIDCtrl0。 ?优先级：是控件的操作优先级，范围在1~999。 ?安全区：安全区只允许选择。 （2）、属性类型关联对象： 图3动画连接属性—属性
?SP：FLOAT，控制器的设定值。 ?PV：FLOAT，控制器的反馈值。 ?YOUT：FLOAT，控制器的输出值。 ?Type：LONG，PID的类型。 ?CtrlPeriod：LONG，控制周期。 ?FeedbackFilter：BOOL，反馈加入滤波。 ?FillterTime：LONG，滤波时间常数。 ?CtrlLimitHigh：FLOAT，控制量高限。 ?CtrlLimitLow：FLOAT，控制量低限。 ?InputHigh：FLOAT，设定值SP的高限。 ?InputLow：FLOAT，设定值SP的低限。 ?OutputHigh：FLOAT，反馈值PV的高限。 ?OutputLow：FLOAT，反馈值PV的低限。 ?Kp：FLOAT，比例系数。 ?Ti：LONG，积分时间常数。 ?Td：LONG，微分时间常数。 ?Tf：LONG，滤波时间常数。 ?ReverseEffect：BOOL，反向作用。 ?IncrementOutput：BOOL，是否增量型输出。 注意：在使用变量关联时，只有控件所处的画面处于激活状态，控制功能才会执行。 （3）、命令语言中的使用 A、在使用变量关联时： 此时，只有控件所处的画面处于激活状态，控制功能才会执行，如果工程中存在多个画面，并且PID 控件画面并不总是处于激活状态，则应该采用命令语言的方式使用PID控件。即，在控件所处画面的画面命令语言中，使用赋值的方式，显示地交换PID控制值。选择画面命令语言中的控件，如下所示：
P I D温度控制的P L C 程序设计(梯形图语言)
PID温度控制的PLC程序设计（梯形图语言） PID温度控制的PLC程序设计 温度控制是许多机器的重要的构成部分。它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，然后进行工件的加工与处理。PID控制系统是得到广泛应用的控制方法之一。在本文中，将详细讲叙本套系统。 l 系统组成 本套系统采用Omron的PLC与其温控单元以及Pro-face的触摸屏所组成。系统包括CQM1H-51、扩展单元TC-101、GP577R以及探温器、加热/制冷单元。 l 触摸屏画面部分(见图1-a) 1-a 如图所见，数据监控栏内所显示的002代表现在的温度，而102表示输出的温度。如按下开始设置就可设置参数。需要设置的参数有六个，分别是比例带、积分时间、微分时间、滞后值、控制周期、偏移量。它们在PLC的地址与一些开关的地址如下所列。 比例带 : DM51 积分时间 : DM52 微分时间 : DM53 滞后值 : DM54 控制周期 : DM55 偏移量 : DM56 数据刷新 : 22905
l PLC程序部分 002：PID的输入字 102：PID的输出字 [NETWORK] Name="Action Check" //常规检查 [STATEMENTLIST] LD 253.13 //常ON OUT TR0 CMP 002 #FFFF //确定温控单元是否完成初始化 字串1 AND NOT 255.06 //等于 OUT 041.15 //初始化完成 LD TR0 AND 041.15 OUT TR1 AND NOT 040.10 //不在参数设置状态 MOV DM0050 102 //将设置温度DM50传送给PID输出字 LD TR1 MOV 002 DM0057 //将002传送到DM57 [NETWORK] Name="Setting Start"//设置开始 [STATEMENTLIST] LD 253.13 OUT TR0 AND 229.05 //触摸屏上的开始设置开关 DIFU 080.05 //设置微分
摘要 本设计是一种温度控制系统，温度控制在工业生产和科学研究中具有重要意义。其控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。采用单片机进行炉温控制，具有电路设计简单、精度高、控制效果好等优点，对提高生产效率、促进科技进步等具有重要的现实意义。PID控制法最为常见，控制输出采用PWM波触发可控硅来控制加热通断。使系统具有较高的测量精度和控制精度。单片机控制部分采用AT89S51单片机为核心，采用Keil软件进行编程，同时采用分块的模式，对整个系统的硬件设计进行分析，分别给出了系统的总体框图、温度检测调理电路、A/D转换接口电路，按键输入电路以及显示电路，并对相应电路进行相关的阐述软件采用PID算法进行了建模和编程，在Proteus环境中进行了仿真。 关键词：PID;单片机；温度控制；Keil；Proteus
Abstract This design is a kind of temperature control system,The temperature control in industrial production and scientific research is of great to pure first-order lag link, the control system has the characteristics of big inertia, pure lag and nonlinear, the traditional control overshoot and adjustment time is long, low control single chip microcomputer temperature control, has simple circuit design, high accuracy and good control effect, to improve the production efficiency, promote the progress of science and technology has important practical control is the most common, the control output PWM wave triggering thyristor is used to control the heating on and the system has high accuracy of measurement and control microcomputer control part adopts single chip microcomputer AT89S51 as the core,Using Keil software programming,Using block pattern at the same time, analyzes the hardware design of the whole system, respectively, of the overall system block diagram is given, the temperature detection circuit, A/D conversion interface circuit, key input circuit and display circuit, and the corresponding circuit are related in this paper, the software, the PID algorithm is used for modeling and programming in the Proteus simulation environment. Key words:PID；Single chip microcomputer；The temperature control；Keil；Proteus
我的题目是：基于PID算法的温度控制系统 89C51单片机，通过键盘输入预设值，与DS18B20测得的实际值做比较，然后驱动制冷或加热电路。用keil C语言来实现PID的控制。 最佳答案 7f0f2f1c2f
89C 89C89C1 L50℃3℃2006-02-17 2009-04-23 2009-04-23 2009-04-24 2009-04-24
2009-10-11 超低温漂移高精度运算放大器0P07将温度一电压信号进行放大,便于A／D进行转换,以提高温度采集电路的可靠性。模拟电路硬件部分见图2。 图2 ?温度电压转换电路 电控制执行电路的设计 ??? 由输出来控制电炉,电炉可以近似建立为具有滞后性质的一阶惯性环节数学模型。其传递函数形式为： ??? 可控硅可以认为是线形环节实现对水温的控制。单片机输出与电炉功率分别属于弱电与强电部分,需要进行隔离处理,这里采用光耦元件TLP521 在控制部分进行光电隔离,此外采用变压器隔离实现弱强电的电源隔离。 ??? 单片机PWM 输出电平为0 时,光耦元件导通,从而使三极管形成有效偏置而导通,通过整流桥的电压经过集电极电阻以及射集反向偏压,有7V 左右的电压加在双向可控硅控制端,从而使可控硅导通,交流通路形成,电阻炉工作;反之单片机输出电平为0 时,光耦元件不能导通,三极管不能形成有效偏置而截止,可控硅控制端电压几乎为零,可控硅截止从而截断交流通路,电炉停止工作。此外,还有越限报警,当温度低于下限时发光二极管亮;高上限时蜂鸣器叫。控制执行部分的硬件电路如下: 图3? 控制执行部分电路 3 键盘及显示的设计 ??? 键盘采用软件查询和外部中断相结合的方法来,低电平有效。图3 中按键AN1,AN2,AN3,AN4, AN5的功能定义如表1所示。 ??? 按键AN3与相连,采用外部中断方式,并且优先级定为最高;按键AN5和AN4分别与和相连,采用软件查询的方式;AN1则为硬件复位键,与R、C构成复位电路。
温度的PID 控制 一．温度检测部分首先要OK. 二、PID 调节作用 PID 控制时域的公式 1 de(t) y(t) Kp(e(t) e(t) Td ) Ti dt 分解开来： (1) 比例调节器 y(t) = Kp * e(t) e(k) 为当前的温差(设定值与检测值的插值) y(k) 为当前输出的控制信号(需要转化为PWM 形式) # 输出与输入偏差成正比。只要偏差出现，就能及时地产生与之成比例的调节 作用，使被控量朝着减小偏差的方向变化，具有调节及时的特点。但是，Kp 过 大会导致动态品质变坏，甚至使系统不稳定。比例调节器的特性曲线. (2) 积分调节器 y(t) = Ki * ∫(e(t))dt Ki = Kp/Ti Ti为积分时间 #TI 是积分时间常数，它表示积分速度的大小，Ti 越大，积分速度越慢，积分作用越弱。只要偏差不为零就会产生对应的控制量并依此影响被控量。增大Ti 会减小积分作用，即减慢消除静差的过程，减小超调，提高稳定性。 (3) 微分调节器 y(t) = Kd*d(e(t))/dt Kd = Kp*Td Td 为微分时间 #微分分量对偏差的任何变化都会产生控制作用，以调整系统输出，阻止偏差变化。偏差变化越快，则产生的阻止作用越大。从分析看出，微分作用的特点是：加入微分调节将有助于减小超调量，克服震荡，使系统趋于稳定。他加快了系统的动作速度，减小调整的时间，从而改善了系统的动态性能。 三．PID 算法：由时域的公式离散化后可得如下公式：
y(k) = y(k-1)+(Kp+Ki+Kd)*e(k)-(Kp +2*Kd)*e(k-1) + Kd*e(k-2) y(k) 为当前输出的控制信号(需要转化为PWM 形式) y(k-1)为前一次输出的控制信号 e(k) 为当前的温差(设定值与检测值的插值) e(k-1) 为一次前的温差 e(k-2) 为二次前的温差 Kp 为比例系数 Ki = Kp*T/Ti T 为采样周期 Kd = Kp*Td/T 四．PID 参数整定(确定Kp,Ts,Ti,Td )：温度控制适合衰减曲线法，需要根据多次采样的数据画出响应曲线。所以需要通过串口将采样时间t, 输出y(t) 记录下来，方便分析。 1) 、不加入算法，系统全速加热，从常温加热到较高的温度的时间为Tk, 则采样时间一般设为T = Tk/10 。 2) 、置调节器积分时间TI= ∞，微分时间TD=0，即只加比例算法： y(k) = y(k-1)+Kp*e(k) 比例带δ置于较大的值。将系统投入运行。 (δ = 1/Kp ) 3) 、待系统工作稳定后，对设定值作阶跃扰动，然后观察系统的响应。若响应振荡衰减太快，就减小比例带；反之，则增大比例带。如此反复，直到出现如图所示的衰减比为4：1的振荡过程时，记录此时的δ值(设为δS)，以及TS 的值(如图中所示)。当采用衰减比为10：1振荡过程时，应用上升时间Tr 替代 振荡周期TS 计算。 系统衰减振荡曲线图中，TS为衰减振荡周期，Tr 为响应上升时间。据表中所给的经验公式计算δ、TI 及TD的参数。 表衰减曲线法整定计算公式
组态王软件培训
培训内容 内容包括： 1、组态王介绍 2、新建工程 3、建立IO设备通信 4、建立数据词典 5、画面组态 6、设置，然后运行 7、脚本编程，函数等。
组态王软件是一种通用的工业监控软件, 它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发。支持与国内外常见的PLC、智能模块、智能仪表、变频器、数据采集板卡进行数据通讯组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器及运行系统三部分构成。
组态软件的安装 1、运行安装组态王程 序。直接安装。 2、安装完后直接安装 驱动。 3、其它内容可以不安 装。
工程管理器：工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理，对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。 工程浏览器：工程浏览器是一个工程开发设计工具，用于创建监控画面、监控的设备及相关变量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。 运行系统：工程运行界面，从采集设备中获得通讯数据，并依据工程浏览器的动画设计显示动态画面，实现人与控制设备的交互操作。
组态王软件是一种通用的工业监控软件, 它适用于从单一设备的生 产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发。支持与国内外常见的PLC、智能模块、智能仪表、变频器、数据采集板卡进行数据通讯组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器及运行系统三部分构成。 工程管理器：工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理，对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。 工程浏览器：工程浏览器是一个工程开发设计工具，用于创建监控画面、监控的设备及相关变量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。 运行系统：工程运行界面，从采集设备中获得通讯数据，并依据工程浏览器的动画设计显示动态画面，实现人与控制设备的交互操作。