1.知识目标
（1）掌握PID指令的功能及应用编程。
（2）熟悉S7-200系列PLC的结构和外部I/O接线方法。
（3）熟悉STEP7-Micro/WIN32 V4.0 SP9编程软件的使用方法。
（4）熟悉水箱水位PLC控制的工作原理和程序设计方法。
2. 技能目标
（1）练习PID指令的基本使用方法，能够正确编制水箱水位PLC控制程序。
（2）能够独立完成水箱水位PLC控制的线路安装。
（3）能够按规定进行通电调试，当出现故障时，能根据设计要求独立检修，直至系统正常工作。
3.任务引入
水箱水位PLC控制：如图5-53所示，被控对象为保持一定压力的供水水箱，给定量为满水位的75%，控制量为对水箱注水的调速电动机的速度，调节量是其水位（单极性信号），由水位计检测后经A/D转换送入 PLC，PLC执行 PID指令后以单极性信号经 D/A转换送出，以控制电动机的调速，使水箱水位实现恒定水位控制。
图5-53 水箱水位PLC控制图
4.任务分析
根据任务要求，选定PI控制方式并给定参数值见表5-5，并且系统运行后先由手动控制电动机，直到水位上升达到75%时，通过输入点I0.0的置位切换自动状态。
表5-5 PI控制方式给定参数值表
5.预备知识
在工程实际应用中，当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型，而控制理论的其他技术难以采用时，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控制技术最方便。典型PID回路控制系统如图5-54所示。
图5-54 典型PID回路控制系统
PID控制又称PID调节，是根据系统的误差利用比例、积分、微分计算出控制量实现控制的。
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。
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来说，若在进入稳态后存在稳态误差，则这个控制系统有稳态误差，简称其为有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入积分项。积分项对误差的改变取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即使误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它增大控制器的输出，使稳态误差进一步减小，直至为零。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。
在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（误差的变化率）成正比关系。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。其原因是存在的较大惯性组件（环节）或滞后组件具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。其解决的办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，在控制器中仅引入比例项往往是不够的，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（PD）的控制器，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＋微分控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
PID控制程序编制步骤如下：
步骤一：PID控制回路参数表。
过程变量值是压力变送器检测的单极性模拟量，回路输出值也是一个单极性模拟量，用来控制鼓风机的速度，这里使用PID控制方式，回路参数见表5-6。
表5-6 PID控制方式给定参数值表设定值
步骤二：程序编制采用主程序、子程序和中断程序的结构模式，如图5-55所示。
6.任务实施(www.daowen.com)
（1）设备配置。
① 1台S7-200 CPU224XP PLC。
② 1个水箱水位控制模块。
③ 1台装有STEP7 -Micro/WIN32 V4.0 SP9编程软件的计算机。
④ 1根PC/PPI电缆。
⑤ 连接导线若干。
（2）I/O分配及功能。
I/O分配及功能见表5-7。
表5-7 I/O分配及功能（水箱水位控制）
（3）PLC接线图。
在断电情况下，连接好PC/PPI电缆及PLC外围电路，如图5-56所示。
图5-56 水箱水位PLC控制外围电路接线图
（4）编写梯形图程序。
根据任务要求，编制水箱水位PLC控制的梯形图程序，如图5-57所示。
图5-57 水箱水位PLC控制的梯形图程序
（5）调试检修。
① 调试。
学生在教师的现场监护下进行通电调试，验证是否符合设计要求。
◆ 编写梯形图程序，编译后将梯形图程序下载到PLC中。
◆ 启动PLC运行，调速电动机开始向水箱注水，水箱水位自动上升，当达到满水位的75%高度时，通过输入点I0.0的置位切入自动状态，维持水位在满水位的75%高度。
② 检修。
如果出现故障，学生应独立完成检修调试，直至系统能够正常工作。
◆ 检查线路连接是否正确。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
