PLC实训内容.docx

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PLC实训内容

PLC实训内容

一、设计同时满足以下要求的程序，并用组态画面进展监控：

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，按照第一种把戏循环2后，再按照第二种把戏循环1次，重复循环。

二、用PLC对自动售货机进展控制，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，那么汽水排出7秒后自动停顿，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，那么咖啡排出7秒后自动停顿，这段时间内，咖啡指示灯闪动。

5.假设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历。

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，它以其构造简单、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。

当被控对象的构造和参数不能完全掌握，或得不到准确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的构造和参数必须依靠经历和现场调试来确定，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展控制的。

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-stateerror〕。

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，那么称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统〔SystemwithSteady-stateError〕。

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。

自动控制系统在克制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。

解决的方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，从而防止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展调整和修改。

二是工程整定方法，它主要依赖工程经历，直接在控制系统的试验中进展，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、反响曲线法和衰减法。

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

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展最后调整与完善。

现在一般采用的是临界比例法。

利用该方法进展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〕仅参加比例控制环节，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历值，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--5

3.参数调节口诀

参数整定找最正确，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，熟悉单回路反响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〕控制系统构造

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。

控制逻辑如下图：

单容水箱液位定值控制

水流入量Qi由水泵控制，流出量Qo那么由用户通过手阀R来改变，被调量为水位H。

使用P，PI,PID控制，分析控制效果，进展比拟。

控制策略使用PI、PD、PID调节。

2〕控制系统接线表

测量或控制量

测量或控制量标号

使用采集卡/S7-200端口

使用智能仪表

水箱液位

LT3

AI2

AI0

水泵

P1

AO0

AO0

3〕参考结果

PI控制器控制曲线如下图。

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

使用比例控制进展单容液位控制实验，要求能够得到稳定曲线，以及震荡曲线。

〔4〕内容与步骤

1〕翻开手动调节阀JV4，调节水箱出JV8有一定开度，其余阀门关闭。

2〕翻开A1000电源。

3〕翻开组态软件，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〔在纯比例的根底上加扰动，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选择适宜的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〕在比例调节实验的根底上，参加积分作用，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σp

积分时间常数Ti

大

中

小

超调量σp

3〕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σp

比例P

大

中

小

超调量σp

4〕选择适宜的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调节器控制实验的根底上，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控制下的曲线相比拟，由此可看到微分D对系统性能的影响。

2〕选择适宜的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展记录。

〔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。

假设被调量为衰减的振荡曲线，那么应继续减小比例度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，那么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。

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

调节器参数

调节器名称

δk

Ti（S）

Td（S）

P

2δk

PI

2.2δk

Tk/1.2

PID

1.6δk

0.5Tk

0.125Tk

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。

假设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〕，那么要在表格给出参数的根底上，对δ、Ti〔或Td〕作适当调整。

（7）实验完毕后，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。