01?案例任務(wù)控制要求描述

有一個水箱需要維持一定的水位，該水箱的水以變化的速度流出，這就需要一個用模擬量拖動水泵供水。當(dāng)出水量增大時，利用模擬量使電動機提速，增加供水量；反之電動機降速，減少供水量，始終維持水位不變化。該系統(tǒng)也稱為恒壓供水系統(tǒng)，如圖1-1所示。

壓力感應(yīng)器測量管道的壓力，輸出的信號是4~20mA，液位范圍是0~58.26CM。PLC模擬量輸出的信號是0~10V。其控制要求如下：

①按下啟動按鈕，水泵電動機啟動送液，根據(jù)設(shè)定的液位進行恒壓控制。

②按下停止按鈕，水泵停止。

02?相關(guān)基礎(chǔ)知識

任務(wù)中的案例基于三菱FX5U系列PLC的應(yīng)用案例，在學(xué)習(xí)本案例前請先自評下是否具備以下基礎(chǔ)，若對相關(guān)的基礎(chǔ)知識不熟悉，請根據(jù)下方提供的連接進行預(yù)先學(xué)習(xí)課程。

1、三菱FX5U本體模擬量模塊的使用

課程觀看鏈接：

https://course.jcpeixun.com/7055/461668.html

2、三菱FX5U PID恒溫控制

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https://course.jcpeixun.com/7055/461959.html

3、三菱FX5U PID恒速控制

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https://course.jcpeixun.com/7055/461960.html

03?任務(wù)的實施

本案例會從電氣元件選型—IO地址分配—硬件接線-軟件參數(shù)設(shè)置-程序設(shè)計-PID調(diào)試這六方面進行講解。

1、電氣元件選型

根據(jù)任務(wù)控制的描述，在本例中需要一個PLC，兩個按鈕和一臺單容水箱液位對象系統(tǒng)的設(shè)備。如下表3-1所示。

2、I/O地址分配

根據(jù)任務(wù)控制的描述，在本例中需要使用到2個輸入點0個輸出點，I/O分配表如下表3-2所示。

3、硬件接線圖

FX5U本體PLC可兼容源性和漏型的輸入，當(dāng)S/S跟24V短接時，輸入即為漏型輸入如圖3-1所示；當(dāng)S/S跟0V短接時，輸入即為源性型輸入。在本案例中需要用到兩個按鈕，一個是啟動按鈕接在X0上面，一個是停止按鈕接在X1上面。

由于單容水箱液位對象系統(tǒng)的液位傳感器的輸出信號是模擬量4-20mA，而FX5U的PLC本體模擬量輸入是電壓類型，所以需要通過并聯(lián)一個500Ω的電阻將電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，轉(zhuǎn)換完成的電壓信號是2~10V?？刂扑玫哪M量輸出可以直接短接，具體接線方式可參考圖3-2。

4、軟件參數(shù)設(shè)置

（1）模擬量輸入基本設(shè)置：將A/D轉(zhuǎn)換允許/禁止設(shè)置改為允許，平均處理指令可選擇采樣。如圖3-3所示。

（2）模擬量輸入應(yīng)用設(shè)置：通過水位測量：當(dāng)水位在12CM時，模擬量的輸入電壓是3.3V；當(dāng)水位在30CM時，模擬量的輸入電壓是5.9V。通過下列二元一次方程：

將求出來的值帶入到以下公式：

將得到的數(shù)值擴大到100倍，填入到如圖3-4所示表格中，填寫完成之后就可以利用SD6021監(jiān)視當(dāng)前的水位。

（3）模擬量輸出基本設(shè)置：將D/A轉(zhuǎn)換允許/禁止設(shè)置改為允許，將D/A輸出允許/禁止設(shè)置改為允許。如圖3-5所示。

5、程序設(shè)計

寫一個傳統(tǒng)的起保停的程序，利用X0做啟動，X1做停止，M0代表運行，如此可以先滿足程序的要求。在沒有運行標志時，需要把PID算出的結(jié)果值清零。在有運行標志時，可通過PID指令直接計算PID的輸出值。

程序如圖3-6所示：

PID指令如下所示：

6、PID調(diào)試

式中，Kp——比例增益，Kp與比例度成倒數(shù)關(guān)系；?

Tt——積分時間常數(shù)；

TD——微分時間常數(shù)；

u（t）——PID控制器的輸出信號；?

e（t）——給定值r（t）與測量值之差。

PID調(diào)節(jié)一般規(guī)律，如圖3-7所示：

1、在輸出不振蕩時，且穩(wěn)態(tài)時誤差大，增大比例增益P。如振蕩，減小P。

2、在輸出不振蕩時，且穩(wěn)態(tài)誤差太大，減小積分時間常數(shù)Ti。

3、在輸出不振蕩時，且系統(tǒng)的跟隨性差時增大微分時間常數(shù)Td。如振蕩，減小Td。

在調(diào)節(jié)PID時首先調(diào)節(jié)比例項，然后調(diào)節(jié)積分項，最后調(diào)節(jié)微分項。

根據(jù)PID的調(diào)節(jié)規(guī)律，在本次案例中只調(diào)節(jié)了比例增益與積分時間，調(diào)節(jié)參數(shù)如圖3-8所示。

來源：技成培訓(xùn)網(wǎng)原創(chuàng)，作者：林瑞花；未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載，違者必究。

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