一容水箱液位的PID控制0716.docx

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一容水箱液位的PID控制0716

一、实验名称：

一容水箱液位的PID控制

二、实验目的：

本试验使用西门子AI、AO模块对水箱液位值进行采集，并通过S7-300PLC实现对水箱液位的PID控制。

三、实验设备

1、硬件要求

S7-300PLC；AI8*12BIT；AO8*12BIT；以太网。

2、软件要求

西门子step7

四、实验内容及步骤

1、试验内容

本试验使用西门子AI、AO模块对水箱液位值进行采集，并通过S7-300PLC实现对水箱液位的PID控制。

图：

单容水箱机构图

2、试验原理

图：

试验原理图

上图为单回路水箱液位控制系统，单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。

本系统所要保持的恒定参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制水箱液位等于给定值所要求的高度。

根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用工业智能仪表控制。

当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。

合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。

反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。

因此，当一个单回路系统组成好以后，如何整定好控制器参数是一个很重要的实际问题。

一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。

一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。

比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。

比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。

在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如下图中的曲线①、②、③所示。

图：

P、PI和PID调节的阶跃响应曲线

3、实验步骤

（1）打开Step7，新建一个项目tank_1_0716。

单击右键，插入300站

出现如图所示：

双击300图标，然后双击Hardware,进行硬件组态，过程如下：

如上图所示，在SIMATIC300中选择机架Rail，拖放在左上空白处，

根据硬件型号，往机架中添加硬件，

添加入CPU后，需要设置IP地址，如下图：

3号槽专为通讯模块用，在4号槽中插入AI模块，

在5号槽插入AO模块，

根据实际接线的情况，修改AI模块的输入，本实验用的是四线制接法，4到20mA的输入信号，

修改AO模块，本实验是用了2和3通道，输出1到5V电压，

然后保存，编译，下载，过程如下图所示：

（2）编写梯形图程序

在300的这个界面添加OB35，FB41，FC105，FC106，DB1，

在DB1中定义左液位，右液位，左泵，右泵，左设定值和右设定值和P、I、D三个量：

打开OB1，然后关闭。

打开OB35，在OB35中编程，首先调用FC105，

然后结合AI模块和实验装置的参数，把FC105完善。

同理，结合AO模块和实验装置参数，调用并完善FC106,

建立新网络，调用FB41,同时需要为FB41模块建立背景数据块DB100，然后根据手册完善PID模块的各个参数。

如下图：

（3）将程序下载到PLC中，并运行程序。

（4）在线调整PID参数，使液位控制达到最好的效果。

建立便量表，添加要监控的变量，

修改变量值，运行状态如下图，

五、实验报告要求