LGPFDY-1单容水箱液位实训对象系统(模拟量实物)

LGPFDY-1单容水箱液位实训对象系统(模拟量实物)实训目的是对单容水箱液位的控制。掌握单容水箱液位的建模方法1控制系统的设计方法(包括PID控制算法设计、控制参数整定)。实训以S7-200 PLC为控制器,采用组态王组态人机画面实现对过程的监测与控制,被控对象为单容水箱,采用PID算法控制调节阀的开度。触摸屏SMART LINE与S7-200 PLC进行通信连接,提供良好的人机界面,在实验时进行参数的设定修改以及实时的液位状态曲线显示,进行整个过程的实验监控。

单容水箱液位定值控制实验系统组成结构如下图所示,控制器采用S7-200PLC,被控对象为单容水箱,水箱的液位经液位传感器测量变送至PLC, PLC对数据进行处理,根据控制要求进行运算,结果经模拟量输出给执行器,执行器为电动调节阀。上位计算机通过PC/PPI电缆和下位机PLC串口通信,上位机安装有STEP7-MicroWin编程软件和组态王监控软件,可以进行控制算法编程,并为过程控制实验提供良好的人机界面,可以在实验时进行参数的设定修改以及响应曲线的在线显示,进行整个实验系统的监控。

1液位控制的实现
除模拟PID调节器外,可以采用计算机PID算法控制。首先由差压传感器检测出水箱水位;水位实际值通过单片机进行A/D转换,变成数字信号后,被输入计算机中;*后,在计算机中,根据水位给定值与实际输出值之差,利用PID程序算法得到输出值,再将输出值传送到单片机中,由单片机将数字信号转换成模拟信号。*后,由单片机的输出模拟信号控制交流变频器,进而控制电机转速,从而形成一个闭环系统,实现水位的计算机自动控制。
2被控对象
本设计探讨的是单容水箱的液位控制问题。为了能更好的选取控制方法和参数,有必要知道被控对象一上水箱的结构和特性。

由图2-1所示可以知道,单容水箱的流量特性:
水箱的出水量与水压有关,而水压又与水位高度近乎成正比。这样, 当水箱水位升高时,其出水量也在不断增大。所以,若阀V开度适当,在不溢出的情况下,当水箱的进水量恒定不变时,水位的上升速度将逐渐变慢,*终达到平衡。
3、PID控制原理
一般,在控制系统中,控制器*常用的控制规律是PID控制。常规PID控制系统原理框图如图3-1所示。系统由模拟PID控制器和被控对象组成。

图3-1模拟PID控制系统原理框图
PID控制器。它的控制规律为

写成传递函数形式为

式中 K_P--比例系数;
T_I-积分时间常数;
T_D-微分时间常数;
从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等各方面来考虑, PID控制器各校正环节的作用如下:
1、比例环节
用于加快系统的响应速度,提高系统的调节精度。K_P越大,系统的响应速度越快,系统的调节精度越高,但易产生超调,甚至会导致系统不稳定。K_P取值过小,则会降低调节精度,使响应速度缓慢,从而延长调节时间,使系统静态、动态特性变坏。
2、积分环节
主要用来消除系统的稳态误差。T_I越小,系统的静态误差消除越快,但T_I过小,在响应过程的初期会产生积分饱和现象,从而引起响应过程的较大超调。若T_I过大,将使系统静态误差难以消除,影响系统的调节精度。
3、微分环节
能改善系统的动态特性,其作用主要是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化,对偏差变化进行提前预报。但T_D过大,会使响应过程提前制动,从而延长调节时间,而且会降低系统的抗干扰性能。
4西门子触摸屏
准确提供了人机界面的标准功能,经济实用,具备高性价比。作为新一代的人机界面产品,精彩系列操作屏采用了全新的技术和系统设计,个性鲜明,特点突出:
(1),高分辨率宽屏显示
800× 480 dpi宽屏显示设计和传统屏幕相比具有更大的可视面积,使单个画面中可以显示更多的信息,让操作员具有更舒适的视觉体验,高分辨率使得画面更清晰,画质更细腻。
(2).强大且丰富的通讯能力
PPI通讯协议确保精彩系列面板与S7-200建立高速无缝的连接,和S7-200PLC组成完美的小型自动化解决方案。集成的RS 422/485通讯口使精彩系列面板的通讯更加灵活,可以和市场主流的小型PLC建立稳定可靠的通讯连接。
5总结
在此次PLC实训过程中我们更进一步地了解了PLC的结构并且掌握了其操作过程以及具体的使用方法。这是我们在课堂上所不能学到的。这次实训我们见到的是实际的器件而不像课堂上那样抽象的想象更能引发我们对PLC的兴趣。同时让我们能够利用充分利用所学过的理论知识和自己的想象能力相结合另外还让我们学习查找资料的方法以及自己分析问题、处理问题的能力。我相信这对自己相应能力的提高是*好的方法之一。虽然这次实训老师并没有给予我们太多的指导但我想这更能锻炼我们自己分析问题、解决问题的能力并且我得以了验证。实训中在我学到了很多知识的同时也看到了自己的不足之处让我懂得了理论和实践结合的重要性。在以后的学习生活中我会努力学习专业知识完善自我为将来的发展做好充分的准备。

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