S7-200 PLC高速计数器在水位控制中的应用

    为了满足过程控制的需要，西门子公司在新推出的S7-200系列PLC的新成员CPU 215、CPU 216中，增加了用于闭环控制的PID指令。这样用户就不必像使用CPU 212、CPU 214那样要自己编制几十条指令来完成PID控制。用户需要做的事只是填写一张PID控制参数表(TABLE)后，执行指令“PID TABLE，LOOP”即可（其中，操作数TABLE使用变量存储器VBx，用来指明参数控制表的表头字节。操作数LOOP只可选择0～7的整数，表示此次PID闭环控制所针对的环路编号）。操作数TABLE所指定的参数控制表的结构参见表9.73。    1．设计要求    被控对象为需保持一定压力的供水水箱，调节量为其水位，给定量为满水位的75%，控制量为向水箱注水的调速电机的转速。调节量（为单极性信号）由水位计检测后经A/D变换送入PLC。用于控制电机的转速信号由PLC执行PID指令后以单极性信号经D/A变换后送出。本例假设根据实际情况，已选定采用PI控制，且增益、采样时间常数和积分时间常数选为：Kc=0.25，Ts=0.1s，Ti=30s。要求开机后先由手动控制电机，一直到水位上升为75%时，通过输入点I0.0的置位切入自动状态。    2．分析    1)本例的PID参数控制表存放在变量存储区的VB100开始的36个字节中。    2) S7-200 CPU 215、CPU 216(部分CPU 214)新增了一个用于实数传送的指令MOVR，以方便使用PID指令。    3)参数控制表中的参数分为几大类。有些是固定不变的，如参数2、4、5、6、7(参见表9. 74)，这些参数可以在主程序中设定（本例的Network 4）。另外，有一些参数必须在调用PID指令时才可填入控制表格，如参数1、3、8、9，它们具有实时性（本例的Network 7、8）。进一步地分析还可发现，其中有些参数既是本次的输入（执行PID指令之前），又是本次的输出（执行PID指令之后），如参数3、8、9。若要进行上、下限的监视报警，则应注意读取这些数据的时刻是否正确。    3．STL程序及注释    Network 1    LD    SM0.1    ；第一个扫描周期中调用初始化子程序O    CALL    0    Network 2    LD    SM0.0    END    ；主程序结束    Network 3    SBR    0    初始化子程序    Network 4    LD SM0.0    ；下面将执行PID指令时固定的参数填入控制表    MOVR    0.75， VD104 ；（参数2）归一化的给定水位，即水箱满的75%    MOVR    0.25， VD112 ；（参数4）选定的增益值为0.25   MOVR    0.10， VD116 ；（参数5）选定的采样周期值为0.1s    MOVR    30.0， VDl20 ；（参数6）选定的积分时间值为30s    MOVR    0.0， VD124 ；（参数7）不用微分项，取相应的时间常数为0    MOVR    100，SMB34 ；设定定时中断的时间间隔为100ms    ATCH    0，    10    ；每次定时时间到则调用中断程序0    ENI    ；全局开中断    Network5    LD SM0.0    CRET    ；子程序返回    Network6    INT    0    ；每隔100ms进行一次PID预处理（包括相关的数据格式转    换）    Network 7    LD    SM0.0    XORD    AC0， AC0    ；清累加器    MOVW    AIW0， AC0    ；读入连接在模拟量通道0上的水位值    DTR    AC0， AC0    ；双整数转换为实数（即浮点数）    /R    32000.0，AC0；对单极性的工程量进行归一化    MOVR    ACO， VD100 ；（参数1）将调节量的归一化结果填入PID参数控制表    Network 8    LD    I0.0    ；若为自动方式，则调用PID功能    PID    VB100，    0 ；取环路编号0    ；否则将手动的控制量进行归一化并填入参数控制    ；表，以便实现无冲击手动／自动的切换    NOT    XORD    AC0，AC0    ；清累加器    MOVW    AIW2，AC0    ；读入连接在模拟量通道2上的控制量（速度值给定）    UITR    AC0， AC0    ；双整数转换为实数（即浮点数）    /R    32000.0， AC0；对单极性的工程量进行归一化    MOVR    AC0， VD108 ；（参数3）将调节量的归一化结果填入PID参数控制表    MOVR    AC0， VD128 ；（参数8）将调节量的归一化结果填入PID参数控制表    MOVR    VD100，AC0   MOVR    AC0， VD132 ；（参数9）将调节量的归一化结果填入PID参数控制表    Network 9    LD    I0.0    ；若为自动方式，则取PID运算结果的控制量    MOVR    VD108，    AC0    *R    32000.0， AC0；进行逆归一化（即转换为工程量）    TRUNC    AC0， AC0    ；取整    MOVR    AC0， AQW0    ；将工程量输出给模拟量输出通道0进行D/A变换    Network 10    LD    SM0.0    CRETI