发布时间 : 星期六 文章基于组态王的液位控制系统设计更新完毕开始阅读c494f3b21be8b8f67c1cfad6195f312b3169eb3d
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根据本工程训练任务，在这决定采用A3000过程控制实验系统作为实验平台进行研究。 该系统是一个只需接受外部标准控制信号的完整、独立的现场环境，包括了测试对象单元、供电系统、传感器、执行器（包括变频器及移相调压器）。A3000测试平台总体物理系统如图1所示。
图1 A3000测试平台物理系统
为达到项目要求，设计系统对中水箱右液位信号进行采集，以PLC为下位机，以工控组态软件组态王设计上位机监控画面，运用PID控制算法对水箱液位进行控制。系统逻辑结构如图2所示。
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计算机编程下装调试控制系统I/O模块AI，I/O模块AO组态通讯调试液位、执行器A3000现场系统
图2 系统逻辑结构
系统工作时，水由泵P102从水箱V104中加压获得压头，经由管路系统进入水箱V102a，通过手阀QV-118、水箱V102b、手阀QV-117、水箱V103、手阀QV-116回流至水箱V104而形成水循环；其中，水箱V102b的液位由LT-104测得，用手阀QV-118调节水箱V102a流入V102b的水量。
图3 现场系统示意图
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PLC的设计
在这使用西门子S7-200PLC进行研究，西门子PLC产品在国内市场推广较早，是国内应用最广泛的PLC产品之一，S7-200PLC是一种小型PLC，其结构紧凑，功能强大，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或者连成网络皆能实现复杂控制功能。
S7-200PLC控制器硬件系统由四部分组成：CPU模块、扩展模块及PC/PPI电缆，还有计算机。系统连接如图4所示
图4 系统连接图
PLC模拟量闭环控制系统如图5所示，点划线部分在PLC内。在模拟量闭环控制系统中，被控量c(t)（液位）是连续变化的模拟量，某些执行机构（变频器）要求PLC输出模拟信号
M（t）,而PLC的CPU只能处理数字量。c(t)首先被测量元件（传感器）和变送器转换为标准量程的直流电流信号或直流电压信号pv(t)，PLC的模拟量输入模块用A/D转换器将它们转换为数字量pv(n)。
PLC按照一定的时间间隔采集反馈量，并进行PID控制的计算。这个时间间隔为采样周期。图中的sp(n)、pv(n)、e(n)、M（n）均为第n次采样时的数字量，pv(n)、M（t）、c(t)为连续变化的模拟量。
sp(n)-e(n)M(n)PID调节器D/AM(t)执行机构被控对象c(t)PLCpv(n)A/Dpv(t)变送器测量元件
图5 PLC模拟量闭环控制系统框图
在中水箱右液位闭环控制系统中，用压力传感器检测水箱液位，液位变送器将传感器输出的微弱的电压信号转换为标准量程的电流或电压，然后送给模拟量输入模块，经A/D转化后得到与液位成比例的数字量，CPU将它与液位设定值比较，并按PID控制算法对误差值进
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行运算，将运算结果（数字量）送给模拟量输出模块，经D/A转换后变为电流信号或电压信号，用来控制调节阀控制量，通过它控制进水流量，实现对液位的闭环控制。
3.1 外部接线
本项目通过控制变频器的控制量，从而使中水箱右液位达到并稳定于设定值。其中涉及了调节阀的控制以及中水箱右液位，根据A3000过程控制实验系统的使用指南，外部接线如下图。
IO面板中水箱右液位S7-200控制面板+ -调节阀控制AI0+ AI0-AO0+ AO0-
图6 PLC外部接线
+ -3.2 程序编写
鉴于上述，采用PLC中的PID回路指令进行程序的编写，该指令利用回路表中的输入信号和组态信息，进行PID运算，使用方法非常方便。
其中使用PID指令的关键有三步： 1. 建立PID回路表；
2. 对输入采样数据进行归一化处理； 3. 对PID输出数据进行工程量转换。
表1 PID回路表
变量 类型 PID0-PV I/O实数 PID0-SP I/O实数 PID0-MV I/O实数 变量名 PID0-P PID0-I PID0-D 寄存器 V300 V417 V308 数据 类型 Float Float Float Float Float Float Bit 读写属性 只读 读写 读写 读写 读写 读写 读写 数据范围 0～1 0～1 0～1 -1000 ~1000 0～10000 0～10000 0～1 描述 测量值 设定值 输出值 增益Kp，负数为副作用，正数为正作用 积分时间Ti，单位为分钟 微分时间Td，单位为分钟 为0时自动，1时手动 I/O实数 V312 I/O实数 V320 I/O实数 V324 自动手动 I/O实数 M0.1
首先画出程序流程图：
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