基于施耐德PLC的液位控制系统设计

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1、http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛基于施耐德PLC的液位控制系统设计张经伟，邹轩，朱燕燕上海理工大学电气学院，上海200031摘要：针对液位控制设计一种基于施耐德Twido系列PLC的PID控制系统，可以在线实现PID参数自调整，使液位控制系统的响应速度加快，超调量减少，过渡过程时间大大缩短，具有较强的鲁棒性和稳定性。关键词：液位控制；自整定；TwidoPLC中图分类号：TP文献标识码：A基金资助：国家自然科学基金（60

2、474009）TheDesignofLiquid-levelControlSystembasedonSchneiderPLCAbstract：Liquid-levelcontrolsystemisaprevalentproblemofindustrialprocesscontrol.Specificallyforliquid-levelcontrols,designingaPIDcontrolssystembaseontheTwidoPLC,itcanrealizePIDparameterSelf-

3、tuningonline,makeliquid-levelcontrolsystematicspeedofresponsequickly,decreasestheovershoot,greatlyshortentheresponsetime,withstrongerrobustnessandstability.Keyword:liquid-levelcontrol;Self-tuning;TwidoPLC液位是过程控制中的一个重要参数，为了保证安全生产以及产品的质量，对液位进行及时有效地控制是非常必

4、要的。在不清楚被控对象数学模型的情况下，直接采用参数自整定的PID控制系统，难以保证系统控制的效果。本文在基于施耐德Twido系列PLC的液位控制系统设计介绍的中，给出了自动控制系统设计的一般步骤：被控对象数学模型研究、理论仿真计算、系统的硬件实现。1.被控对象数学模型响应曲线法是采用测取阶跃响应曲线或矩形脉冲响应曲线。其中，阶跃响应曲线法应用比较广泛，故运用于本系统的设计中。在系统开环并处于稳定的情况下（即被控变量等于给定值的稳定状态），将PLC控制器置于手动模式，瞬时改变PLC控制器的输出，在t

5、时刻将电压由1.45V升高到1.50V，并同时记录下0被控变量液位高度y随时间变化的曲线见图1。图1开环阶跃响应曲线http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛∆y3.202.65−静态增益：K===11s∆−u1.501.45延时时间：τ=tts−=310时间常数：Ttt=−=220s021Ks−τs根据自控理论，被控对象的传递函数可近似为：Gs()=e（1-1）Ts0+111−3s把参数代入即得到该系统被控对象的数学模型：Gs

6、()=e（1-2）220s+1经过反复测取，得出实验时必须注意的事项：1.合理选择阶跃扰动量，既不可能太大，以免影响正常生产；也不能过小，以防止被控过程的不真实性。通常取正常信号的5-15%，以不影响生产为准。2.实验应在相同条件下重复做几次，需获得两次以上的比较接近的响应曲线，减小干扰的影响。3.在实验前，即在输入阶跃信号前，被控过程必须处于稳定的工作状态。在一次实验完成后，必须使被控过程稳定一段时间后，再施加测试信号作第二次实验。2.理论仿真计算应用阶跃响应曲线法（阶跃响应曲线法已经在上面已经详

7、细介绍了）得出广义对象的数τ学模型及参数τ、T、K。应用经验公式来求取最佳PID参数，其中α=K，见表1。0ssT0调节器类型KpTiTdPI0.9/α3τ0PID1.2/α2ττ/2表1最佳PID参数公式PID控制器是一种有源的比例+积分+微分校正装置，在工业过程控制中有着最广泛的应用。它具有结构简单，参数易于整定的特点。实际PID控制器的传递函数：GsK()=+(11+Tsd)（2-1）cpTTdi1+sN式中，N一般大于10，显然，当N→∞时，上式即为理想的PID控制器。为考察PID控制器中微

8、分环节的作用，可通过matlab软件仿真计算，令K、T和T固定，pidN变化，研究近似微分对系统性能的影响。从图2可以发现，当N＞10时，近似精度相当满意。图2PID的控制作用3、系统的硬件实现3．1系统原理概述通过压力传感器将液位高度转换为0-10V的电压信号作为负反馈值传输给PLC，同设定值比较后产生误差信号，误差信号经过PID调节器运算产生控制信号传送给PWM电路驱动水泵，从而控制液位高度。系统框图如图3。http://www.elecfans.com电子发烧友