基于PLC的液位控制系统设计.ppt

1 绪论 1.1.1PLC的产生、定义 可编程控制器的定义 国际工委员会（IEC）曾于1982年11月颁布了可编程控制器标准草案第一稿，1985年1月又发表了第二稿，1987年2月颁布了第三稿。该草案中对可编程控制器的定义是“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术计算等面向用户的指令，并通过数字量和模拟量的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。 PLC的发展现状 20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 CPU模块 CPU是PLC的核心组成部分,其功能是： 1、PLC中系统程序赋予的功能，接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。 2、用扫描方式接受现场输入装置的状态，并存入映像寄存器。 3、诊断电源、PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误。 I/O模块 I/O模块是CPU与现成I/O装置或其他外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/O模块和各种用途I/O元件供用户选用。如输入/输出电平转换、电气隔离、串/并行转换、数据传送、误码校验、A/D或D/A变换以及其他功能模块等。I/O模块将外部输入信号变换成CPU能接受的信号，或将CPU的输出信号变换成需要的控制信号去驱动控制对象，以确保整个系统正常的工作。 2.2 过程建模 过程控制系统的品质，是由组成系统的过程和过程检测控制仪表各环节的特性和系统的结构所决定。在构成控制系统的分析和设计中，过程的数学模型是极其重要的基础资料。所以，建立过程的数学模型，对实现生产过程自动化有着十分重要的意义。可以这样说，一个过程控制系统的优劣，主要取决于对生产工艺过程的了解和建立过程的数学模型。 3 PID调节及串级控制系统 3.1 PID调节的各个环节及其调节过程 3.1.1比例控制及其调节过程 3.1.2比例积分调节 3.1.3比例积分微分调节 3.2 串级控制 3.2.1串级控制系统的结构 3.2.2串级控制系统的特点 3.2.3串级控制系统的设计 3.3 扩充临界比例度法 3.4 三菱FX2系列PLC中PID指令的使用 3.5在PLC中的PID控制的编程 3.5.1回路的输入输出变量的转换和标准化 3.6变量的范围 3.1 PID调节的各个环节及其调节过程 PID控制的原理和特点,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。 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。 （1）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）。 （2）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）。 （3）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。 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。 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。 3.1.1比例控制及其调节过程 在人工调节的实践中，如果能使阀门的开度与被调参数偏差成比例的话，就有可能使输出量等于输入量，从而使被调参数趋于稳定，达到平衡状态。这种阀门开度与被调参数的偏差成比例的调节规律，称为比例调节。 比例调节作用虽然及时、作用强，但是有余差存在，被调参数不能完全回复到给定值，调