01虛擬水箱控制系統(tǒng)搭建液位的手動調(diào)節(jié)液位的PID調(diào)節(jié)水箱的PID控制0203虛擬水箱系統(tǒng)搭建什么是虛擬水箱控制系統(tǒng)PLC控制器液位計進水閥出水閥本項目采用FACTORYIO軟件提供的虛擬水箱代替實際居民樓屋頂水箱，使用西門子S7-1200PLC（CPU1212CDC/DC/DC）作為虛擬水箱的控制器，對水箱進行液位控制。FACTORYI/OFACTORYI/O是一款蘊含了工業(yè)系統(tǒng)搭建、PLC編程、PLC控制系統(tǒng)調(diào)試等技能訓練的PLC交互式教學仿真軟件。FACTORYI/O提供超過20個典型的工業(yè)應用場景讓您如身臨其境般地練習控制任務。創(chuàng)建虛擬水箱選擇LevelControl創(chuàng)建虛擬水箱創(chuàng)建后的虛擬水箱液位的手動調(diào)節(jié)液位傳感器液位傳感器是一種常見的測量液位位置的傳感器，它是將液位的高度轉化為電信號的形式進行輸出。一般輸出的信號是電流4-20mA，0-20mA，或電壓0-5V，1-5V，0-10V等，通常電流型的是二線或四線制輸出，而電壓型的三線制輸出。液位獲取本項目所使用的液位傳感器為連續(xù)測量的液位傳感器，其固定在虛擬水箱上。它的量程為0-3000mm，輸出為電壓信號（0-10V）。如下圖程序所示為標準0-10V模擬量輸入信號對應0-3000mm液位深度的量程換算示例。IO分配輸入信號輸出信號序號PLC輸入點信號名稱序號PLC輸出點信號名稱1I0.3FACTORYI/O(Running)1QW30進水閥控制2IW30液位計數(shù)字量輸入2QW32出水閥控制PLC組態(tài)選用西門子S7-1200PLC(CPU1212CDC/DC/DC)、模擬量輸入模塊（4輸入）和模擬量輸出模塊（4輸出）程序編寫左圖為PLC的主程序，其中函數(shù)MHJ-PLC-Lab-Function-S71200為S7-PLCSIM和FACTORYI/O的通信連接函數(shù)，可在FACTORYI/O官網(wǎng)下載。虛擬水箱的配置與運行驅動參數(shù)設置虛擬水箱的配置與運行驅動參數(shù)設置虛擬水箱的配置與運行選擇SiemensS7-PLCSIM虛擬水箱的配置與運行配置PLC信息左圖所示：其中布爾輸入1個，偏移量為0；字輸入1個，字輸出2個，偏移量為30。虛擬水箱的配置與運行配置好PLC信息的驅動虛擬水箱的配置與運行連接：PLC仿真運行后，點擊“連接”實現(xiàn)虛擬水箱和PLC的連接。驅動完成和PLC連接后，呈現(xiàn)如下圖所示狀態(tài)。運行：點擊下圖所示紅色框內(nèi)的按鈕，啟動虛擬水箱仿真。虛擬水箱的配置與運行虛擬水箱對應出水閥門的開度18%，水箱以一定速度向外放水，其設置如下圖所示。PLC運行調(diào)試在PLC監(jiān)控表如下圖設置進水閥門的數(shù)值為10000，對應虛擬水箱進水閥的開度為36%，水箱則開始注水。然后設置出水閥的數(shù)值為5000。水箱液位調(diào)節(jié)液位的PID調(diào)節(jié)水箱液位的PID整定過程PID的控制方式PID仿真調(diào)節(jié)過程分析PLC變量與水箱控制器新建中斷組織塊，編寫PID程序設置PID指令相關參數(shù)PID自整定調(diào)節(jié)開啟PLC仿真，運行虛擬水箱變量綁定參數(shù)設置PID調(diào)節(jié)編寫PID仿真開啟PID控制器參數(shù)使用PID控制器前，需要對其進行組態(tài)參數(shù)設置，分為基本設置、過程值設置、高級設置等部分?；驹O置—控制器類型①為設定值、過程值選擇物理量和測量單位。②PID_Compact反作用時，可以勾選“反轉控制邏輯”。正作用是隨著PID控制器的偏差增大，輸出值增大；反作用是隨著PID控制器的偏差增大，輸出值減小。③要在CPU重啟后切換到“模式”(Mode)參數(shù)中保存的工作模式，請勾選“在CPU重啟后激活模式”。④Mode模式的設置類型選項，如精確調(diào)節(jié)、預調(diào)節(jié)等?；驹O置—定義Input/Output參數(shù)定義PID過程值和輸出值的內(nèi)容，選擇PID_Compact指令的輸入、輸出變量的引腳和數(shù)據(jù)類型。過程值設置—過程值限值過程值限制設置界面如上圖所示，必須滿足過程值下限小于過程值上限。如果過程值超出限值，就會出現(xiàn)錯誤(ErrorBits=0001h)。過程值設置—過程值標定過程值標定設置界面如左圖所示，以下三點為相關設置的解釋：①當且僅當在Input/Output中輸入選擇為“Input_PER”時，才可組態(tài)過程值標定。②如果過程值與模擬量輸入值成正比，則將使用上下限值對來標定Input_PER。③必須滿足范圍的下限小于上限。高級設置—過程值監(jiān)視①過程值的監(jiān)視限值范圍需要在過程值限值范圍之內(nèi)。當過程值超過或達到警告限值，相應的InputWarning位變1，PID控制器的工作模式保持不變。②過程值超過過程值限值，Error變1，ErrorBits變0001，PID輸出報錯，切換工作模式。高級設置—輸出值限值①在“輸出值的限值”窗口中，以百分比形式組態(tài)輸出值的限值。無論是在手動模式還是自動模式下，都不要超過輸出值的限值。②手動模式下的設定值必須介于輸出值的下限與輸出值的上限之間的值。③如果在手動模式下指定了一個超出限值范圍的輸出值，則CPU會將有效值限制為組態(tài)的限值。④PID_Compact可以通過組態(tài)界面中輸出值的上限和下限修改限值。最廣范圍為-100.0到100.0，如果采用Output_PWM輸出時限制為0.0到100.0。高級設置—對錯誤的響應①在PID_CompactV1時，如果PID控制器出現(xiàn)錯誤，PID會自動切換到“未激活”模式。在PID_CompactV2時，可以預先設置錯誤響應時PID的輸出狀態(tài)。以便在發(fā)生錯誤時，控制器在大多數(shù)情況下均可保持激活狀態(tài)。②如果控制器頻繁發(fā)生錯誤，建議檢查Errorbits參數(shù)并消除錯誤原因。高級設置—手動輸入PID參數(shù)①啟用手動輸入后，在PID_Compact組態(tài)界面才可以修改PID參數(shù)②通過組態(tài)界面修改參數(shù)（此處修改的參數(shù)對應工藝對象背景數(shù)據(jù)塊>Static>Retain>PID參數(shù)）需要重新下載組態(tài)并重啟PLC。建議直接對工藝對象背景數(shù)據(jù)塊進行操作。③控制器結構可在預調(diào)節(jié)和精確調(diào)節(jié)期間計算PID或者PI參數(shù)。PID_Compact調(diào)試面板①采樣時間：選擇調(diào)試面板測量功能的采樣時間；啟動：激活PID_Compact趨勢采集功能。②調(diào)節(jié)模式：選擇整定方式；啟動：激活調(diào)節(jié)模式。③實時趨勢圖顯示：以曲線方式顯示Setpoint（給定值），Input（反饋值），Output(輸出值)。④標尺：更改趨勢中曲線顏色和標尺中的最大/最小值。⑤調(diào)節(jié)狀態(tài)：顯示進度條與調(diào)節(jié)狀態(tài)。當調(diào)節(jié)完成后，整定出的參數(shù)會實時更新至工藝對象背景數(shù)據(jù)塊>Retain>PID參數(shù)中。PLCIO分配輸入信號輸出信號序號PLC輸入點信號名稱序號PLC輸出點信號名稱1I0.0Start（啟動）1Q0.0StartLight2I0.1Reset（復位）2Q0.1ResetLight3I0.2Stop（停止）3Q0.2StopLight4I0.3FACTORYI/O(Running)4QW30進水閥控制5IW30液位計數(shù)字量輸入5QW32出水閥控制6IW32流量計數(shù)字量輸入6QW34液位設定值顯示7IW34液位值設定7QW36液位當前值顯示PLC程序編寫添加中斷組織塊PLC程序編寫在中斷