PLC实训内容.docx

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一、 设计同时满足下列要求的程序,并用组态画面进行监控:
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;
按下SA2,彩灯按照HL1亮—HL1、HL2亮—HL1、HL2、HL3亮—HL1、HL2、HL3、HL4亮,间隔2、,全亮5S后,再按照HL1、HL2、HL3亮—HL1、HL2亮—HL1亮,最后全部熄灭,间隔2、,重复循环;
按下SA3,按照第一种花样循环2后,再按照第二种花样循环1次,重复循环。
二、 用PLC对自动售货机进行控制,根据工作要求,设计出程序,并用组态监控。工作要求:
此售货机可投入1元、5元、10元硬币。
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。
当汽水按钮灯亮时,按汽水按钮,则汽水排出7秒后自动停止,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,则咖啡排出7秒后自动停止,这段时间内,咖啡指示灯闪动。
,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验。
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,它以其结构简单、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。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,成得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难
以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,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?1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行控制的。
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,则称这个控制系统是有稳态误差的成简称有差系统(SystemwithSteady-stateError)。为了消除稳态误差,在控制器中必须弓1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)成正此关系。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。解决的亦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,在控制器中仅弓1入“此例”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,从而避免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。
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行调整和修改。二是工程整定方法,它主要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,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、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点,其共同点都是通过试验,然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。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行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行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;
仅加入比例控制环节,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®大系数和临界振荡周期;
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验值,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)--3
对于流量系统:P(%)40--100,I(分)--1
对于压力系统:P(%)30--70,I(分)--3
对于液位系统:P(%)20--80,I(分)1--5
参数调节口诀
参数整定找最佳,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
单容水箱液位定值控制实验
(1) 实验目的
1) 通过实验,熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。
2) 分析分别用P、P1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)控制系统结构
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
逻辑如图所示:
给定值
单容水箱液位定值控制
水流入量Qi由水泵控制,流出量Qo则由用户通过手阀R来改变,被调量为水位H。使用?,PI,PID控制,分析控制效果,进行比较。
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
?1控制器控制曲线如图所示。选择P=24,然后把I从1800逐步减少。
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二一


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单容液位控制曲线
在P=20,1=8,D=0时,系统能得到很好的控制效果。
(3)实验要求
使用比例控制进行单容液位控制实验,要求能够得到稳定曲线,以及震荡曲线。
(4)内容与步骤
1) 打开手动调节阀JV4,调节水箱出JV8有一定开度,其余阀门关闭。
2) 打开A1000电源。
3) 打开组态软件,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。
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。
待系统稳定后,对系统加扰动信号(在纯比例的基础上加扰动,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。
减小P重复步骤1,观察过渡过程曲线,并记录余差大小。
增大?重复步骤1,观察过渡过程曲线,并记录余差大小。
选择合适的P,可以得到较满意的过渡过程曲线。改变设定值(加设定值由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) 在比例调节实验的基础上,加入积分作用,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oPo
表二、不同Ti时的超调量op
积分时间常数Ti
大
中
小
超调量op
3)固定于某一中间值,然后改变?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PT的超调量OPo
表三、不同6值下的op
比例P
大
中
小
超调量op
4)选择合适的P和口值,便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(加设定值由50%变为60%)来获得。
(6)比例积分微分调节(PID)控制
1) 在PI调节器控制实验的基础上,再弓1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控制下的曲线相比较,由此可看到微分D对系统性能的影响。
2) 选择合适的P、口和丁灼便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行记录。
(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) 侍系统稳定后,逐步减水调节器的比例度5(即1/P),并且每当减小一次比例度5,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。若被调量为衰减的振荡曲线,则应继续减小比例度5,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,则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。
5
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『就是临界比
例度,用6k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5和Td。
具有用期TK的等幅振荡
表四、用临界比例度6k整定PID调节器的参数
调节器参数调节器名称
6
k
Ti(S)
T(S)d
P
26
k
PI

k
T/
PID

k


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赂设计,因为它是根据大量实验而得出的结论。若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),则要在表格给出参数的基础上,对6、Ti(或Td)作适当调整。
(7)实验结束后,关闭阀门,关闭水泵。关闭全部电源设备,拆下实验连接线。
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?
实验结果提交
(1)通过抓图方法,提交获得的曲线。
根据曲线,分析?,PI,PID控制大致具有哪些趋势特征。
给出各个控制条件下的超调量op,残差,以及控制稳定所需要的时间。
根据这些数据,分析P、I、D参数对控制系统的影响。