PLC实训内容

PLC实训内容一、设计同时满足下列要求的程序，并用组态画面进行监控：1.按下SA1，彩灯按照HL1亮1秒→HL1灭，HL2亮2秒→HL2灭，HL3亮3秒→HL3灭，HL4亮4秒，重复循环；2. 按下SA2，彩灯按照HL1亮→HL1、HL2亮→HL1、HL2、HL3亮→HL1、HL2、HL3 、HL4亮，间隔2S，全亮5S后，再按照 HL1、HL2、HL3亮→HL1、HL2亮→HL1亮，最后全部熄灭，间隔2S,重复循环；3. 按下SA3，按照第一种花样循环2后，再按照第二种花样循环1次，重复循环。

二、用PLC对自动售货机进行控制，根据工作要求，设计出程序，并用组态监控。

工作要求：1.此售货机可投入1元、5元、10元硬币。

2.当投入的硬币总值超过12元时，汽水按钮指示灯亮；又当投入的硬币总值超多15元时，汽水及咖啡按钮指示灯都亮。

3.当汽水按钮灯亮时，按汽水按钮，则汽水排出7秒后自动停止，这段时间内，汽水指示灯闪动。

4. .当咖啡按钮灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡排出7秒后自动停止，这段时间内，咖啡指示灯闪动。

5.若投入硬币总值超过按钮所需的钱数时，找钱指示灯亮，表示找钱动作，并退出多余的钱。

三、液位控制实训主要是单回路PID设计，其中PID参数的调整是一个有难度的工作，同学们需要不断总结经验。

1.PID控制原理简介在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。

PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。

当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID 控制技术最为方便。

即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。

PID控制，实际中也有PI和PD控制。

PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

比例（P）控制比例控制是一种最简单的控制方式。

其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。

当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。

积分（I）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。

对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。

为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。

积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。

这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。

因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

微分（D）控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。

自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。

其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。

解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。

这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。

所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

2.PID控制器的参数整定PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。

它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。

PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。

它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。

这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。

二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。

PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。

三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。

但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。

现在一般采用的是临界比例法。

利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：（1）首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；（2）仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；（3）在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。

在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。

对于温度系统：P（%）20--60，I（分）3--10，D（分）0.5--3对于流量系统：P（%）40--100，I（分）0.1--1对于压力系统：P（%）30--70，I（分）0.4--3对于液位系统：P（%）20--80，I（分）1--53.参数调节口诀参数整定找最佳，从小到大顺序查先是比例后积分，最后再把微分加曲线振荡很频繁，比例度盘要放大曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳曲线偏离回复慢，积分时间往下降曲线波动周期长，积分时间再加长曲线振荡频率快，先把微分降下来动差大来波动慢，微分时间应加长理想曲线两个波，前高后低4比1一看二调多分析，调节质量不会低4.单容水箱液位定值控制实验（1）实验目的1)通过实验，熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。

2)分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。

3)定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。

（2）实验原理1）控制系统结构单容水箱液位定值(随动)控制实验，定性分析P、PI、PID控制器特性。

控制逻辑如图所示：单容水箱液位定值控制水流入量Qi由水泵控制，流出量Qo则由用户通过手阀R来改变，被调量为水位H。

使用P，PI , PID控制，分析控制效果，进行比较。

控制策略使用PI、PD、PID调节。

2）控制系统接线表3）参考结果PI控制器控制曲线如图所示。

选择P=24，然后把I从1800逐步减少。

单容液位控制曲线在P=20，I=8，D=0时，系统能得到很好的控制效果。

（3）实验要求使用比例控制进行单容液位控制实验，要求能够得到稳定曲线，以及震荡曲线。

（4）内容与步骤1）打开手动调节阀JV4，调节水箱出JV8有一定开度，其余阀门关闭。

2）打开A1000电源。

3）打开组态软件，运行单容液位定值控制实验，启动右边水泵。

4）比例调节控制。

①设置P参数，I参数设置到最大，D=0。

观察计算机显示屏上的曲线。

②待系统稳定后，对系统加扰动信号（在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设定值实现）。

记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。

③减小P重复步骤1，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。

④增大P重复步骤1，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。

⑤选择合适的P，可以得到较满意的过渡过程曲线。

改变设定值（如设定值由20％变为30％），同样可以得到一条过渡过程曲线。

注意：每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。

（5）比例积分调节器（PI）控制1）在比例调节实验的基础上，加入积分作用，即把“I”（积分器）由最大处设定到中间某一个值，观察被控制量是否能回到设定值，以验证PI控制下，系统对阶跃扰动无余差存在。

2）固定比例P值（中等大小），改变PI调节器的积分时间常数值Ti，然后观察加阶跃扰动后被调量的输出波形，并记录不同Ti值时的超调量σp。

表二、不同Ti时的超调量σp3）固定于某一中间值，然后改变P的大小，观察加扰动后被调量输出的动态波形，据此列表记录不同值P下的超调量σp。

表三、不同δ值下的σp4）选择合适的P和Ti值，使系统对阶跃输入扰动的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线。

此曲线可通过改变设定值（如设定值由50%变为60%）来获得。

（6）比例积分微分调节（PID）控制1）在PI调节器控制实验的基础上，再引入适量的微分作用，即把在仪表上设置D参数，然后加上与前面实验幅值完全相等的扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线，并与实验（二）PI控制下的曲线相比较，由此可看到微分D对系统性能的影响。

2）选择合适的P、Ti和Td，使系统的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线（阶跃输入可由给定值从50%突变至60%来实现）。

3）在历史曲线中选择一条较满意的过渡过程曲线进行记录。

（7）用临界比例度法整定调节器的参数1）在现实应用中，PID调节器的参数常用下述实验的方法来确定。

用临界比例度法去整定PID调节器的参数是既方便又实用的。

它的具体做法是：2）待系统稳定后，逐步减小调节器的比例度δ（即1/P），并且每当减小一次比例度δ，待被调量回复到平衡状态后，再手动给系统施加一个5%~15%的阶跃扰动，观察被调量变化的动态过程。

若被调量为衰减的振荡曲线，则应继续减小比例度δ，直到输出响应曲线呈现等幅振荡为止。

如果响应曲线出现发散振荡，则表示比例度调节得过小，应适当增大，使之出现等幅振荡。

图3-1-3为它的实验方块图。

³öÁ¿Array¸ø图3-1-3 具有比例调节器的闭环系统3）在图所示的系统中，当被调量作等幅荡时，此时的比例度δ就是临界比例度，用δk表示之，相应的振荡周期就是临界周期Tk。

据此，按下表可确定PID 调节器的三个参数δ、Ti和Td。

具有周期TK的等幅振荡表四、用临界比例度δk整定PID调节器的参数4）必须指出，表格中给出的参数值是对调节器参数的一个初略设计，因为它是根据大量实验而得出的结论。

若要就得更满意的动态过程（例如：在阶跃作用下，被调参量作4：1地衰减振荡），则要在表格给出参数的基础上，对δ、Ti （或Td）作适当调整。

(7)实验结束后，关闭阀门，关闭水泵。

关闭全部电源设备，拆下实验连接线。

5. 思考问题分析积分量I与被控系统的响应时间有什么关系？如果减少单容系统的容积，那么对控制系统的I是应该增大还是减少？6.实验结果提交（1）通过抓图方法，提交获得的曲线。

（2）根据曲线，分析P，PI，PID控制大致具有哪些趋势特征。

（3）给出各个控制条件下的超调量σp，残差，以及控制稳定所需要的时间。

（4）根据这些数据，分析P、I、D参数对控制系统的影响。