S7-200 PLC PID指令编程举例

    某水箱需要维持一定的水位，该水箱里的水以变化的速度流出。这就需要有一个水泵以变化的速度给水箱供水以维持水位不变，水位始终保持在水满时的一半，这样才能使水箱不断水。
    图3-125    水箱的水位控制原理图    (1)分析。本系统的给定值是水箱满水位的50%时的水位，过程变量由水位测量仪提供，输出值是水泵的速度，可以从允许的最大值的0～100%之间变化。    给定值可以预先设定后直接输入到回路表中，过程变量值是来自水位测量仪的单极性模拟量，回路输出值也是一个单极性模拟量，用来控制水泵速度。用PLC作为控制器，用EM2 31为模拟量输入模块测量水位信号，用EM232输出信号，控制变频器，从而控制水泵的输出流量。水箱的水位控制原理图如图3 - 125所示，接线图如图3 - 126所示。    (2)程序实现。本系统采用比例和积分控制，其回路增益和时间常数可以通过工程计算初步确定，但还需要进一步调整以达到最优控制效果。初步确定回路的控制参数为：Kc =0.25，Ts=0. 1s，TI=30min, TD=0。    系统主要软硬件配置如下：
    图3-126    水箱的水位控制系统接线图    1)一套STEP7 - Micro／WINV4.0软件；    2)一台CPU 226CN；    3)一台EM231；    4)一台EM232；    5)一根编程电缆（或者CP5 611卡）；    6)一台供水设备。    变频器的几个关键参数设定如下：命令源：P0700=2，由端子排输入；数字输入1：P0701=1，接通正转；频率源：P1000=2．模拟量调速。    水位传感器经过A/D转换后的数值，再经过标准化后就是过程变量PVn。执行PID运算的输出值是%，经过变换后，再经过D/A变换，变换为变频器的调速信号。水箱的水位控制PID参数表如表3 - 30所示。    表3 - 30    水箱的水位控制PID参数表
    系统启动时关闭出水口，用手动方式控制水泵速度使水位达到满水位的75%，然后打开出水口，同时水泵控制从手动转到自动方式。这个切换可由一个手动开关控制。I0.0控制PID指令的启动，只需提供一个上升沿，I0.0为1时，为系统自动运行状态。    本程序的主程序、回路表初始化程序SBR_ 0、初始化子程序SBR_ 1和中断程序INT_ 0以及对应的语句表如图3 - 127所示。其中在SBR_ 0子程序中进行PID参数设置及定时中断服务子程序的启动，在定时中断服务子程序INT_ 0中进行数据的标准化、PID指令的执行及控制量的输出模拟量输入通道为AIW0，模拟量输出通道为AQW0。

    图3-127    水箱水位PLC控制程序图    (3) PID指令编程总结。    1)采用主程序、子程序、中断程序的程序结构形式，可以优化程序结构，减少周期扫描时间。    2)在子程序中，先进行组态编程的初始化工作，然后再设置定时中断，以便周期性地执行PID指令。    3)在中断程序中要做三件事：将由模拟量输入模块提供的过程变量PVn转换成标准化的实数并填入回路表中；设置PID指令的无扰动切换条件，并执行PID指令；将PID运算输出的标准化实数值Mn先刻度化，然后再转化为有符号整数，最后送至模拟量输出模块，以实现对外部设备的控制。    4)用PID指令编写程序，首先要了解PID控制的原理，其次要了解参数表中各个参数的含义；当然最终要得到满意的结果，还要对P、I、D三个参数进行调节，这是难点，需要经验的积累。此外，硬件线路的接线正确和变频器参数设定正确也是很重要的。