LGPFDY-1單容水箱液位實訓對象系統(tǒng)(模擬量實物)

LGPFDY-1單容水箱液位實訓對象系統(tǒng)(模擬量實物)實訓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)的設計方法(包括PID控制算法設計、控制參數(shù)整定)。實訓以S7-200 PLC為控制器,采用組態(tài)王組態(tài)人機畫面實現(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進行通信連接,提供良好的人機界面,在實驗時進行參數(shù)的設定修改以及實時的液位狀態(tài)曲線顯示,進行整個過程的實驗監(jiān)控。

單容水箱液位定值控制實驗系統(tǒng)組成結構如下圖所示,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)進行處理,根據(jù)控制要求進行運算,結果經(jīng)模擬量輸出給執(zhí)行器,執(zhí)行器為電動調(diào)節(jié)閥。上位計算機通過PC/PPI電纜和下位機PLC串口通信,上位機安裝有STEP7-MicroWin編程軟件和組態(tài)王監(jiān)控軟件,可以進行控制算法編程,并為過程控制實驗提供良好的人機界面,可以在實驗時進行參數(shù)的設定修改以及響應曲線的在線顯示,進行整個實驗系統(tǒng)的監(jiān)控。

1液位控制的實現(xiàn)
除模擬PID調(diào)節(jié)器外,可以采用計算機PID算法控制。首先由差壓傳感器檢測出水箱水位;水位實際值通過單片機進行A/D轉(zhuǎn)換,變成數(shù)字信號后,被輸入計算機中;*后,在計算機中,根據(jù)水位給定值與實際輸出值之差,利用PID程序算法得到輸出值,再將輸出值傳送到單片機中,由單片機將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。*后,由單片機的輸出模擬信號控制交流變頻器,進而控制電機轉(zhuǎn)速,從而形成一個閉環(huán)系統(tǒng),實現(xiàn)水位的計算機自動控制。
2被控對象
本設計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構和特性。

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,而水壓又與水位高度近乎成正比。這樣, 當水箱水位升高時,其出水量也在不斷增大。所以,若閥V開度適當,在不溢出的情況下,當水箱的進水量恒定不變時,水位的上升速度將逐漸變慢,*終達到平衡。
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-積分時間常數(shù);
T_D-微分時間常數(shù);
從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應速度、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)的響應速度,提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。K_P越大,系統(tǒng)的響應速度越快,系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高,但易產(chǎn)生超調(diào),甚至會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。K_P取值過小,則會降低調(diào)節(jié)精度,使響應速度緩慢,從而延長調(diào)節(jié)時間,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,在響應過程的初期會產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象,從而引起響應過程的較大超調(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過程中抑制偏差向任何方向的變化,對偏差變化進行提前預報。但T_D過大,會使響應過程提前制動,從而延長調(diào)節(jié)時間,而且會降低系統(tǒng)的抗干擾性能。
4西門子觸摸屏
準確提供了人機界面的標準功能,經(jīng)濟實用,具備高性價比。作為新一代的人機界面產(chǎn)品,精彩系列操作屏采用了全新的技術和系統(tǒng)設計,個性鮮明,特點突出:
(1),高分辨率寬屏顯示
800× 480 dpi寬屏顯示設計和傳統(tǒng)屏幕相比具有更大的可視面積,使單個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,高分辨率使得畫面更清晰,畫質(zhì)更細膩。
(2).強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
在此次PLC實訓過程中我們更進一步地了解了PLC的結構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到的。這次實訓我們見到的是實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。同時讓我們能夠利用充分利用所學過的理論知識和自己的想象能力相結合另外還讓我們學習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能力的提高是*好的方法之一。雖然這次實訓老師并沒有給予我們太多的指導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證。實訓中在我學到了很多知識的同時也看到了自己的不足之處讓我懂得了理論和實踐結合的重要性。在以后的學習生活中我會努力學習專業(yè)知識完善自我為將來的發(fā)展做好充分的準備。

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