微型加热器自动恒温控制系统设计.doc

课程设计报告用纸理 工 学 院电气与自动化工程学院PLC控制技术实训题目：微型加热器自动恒温控制系统设计 姓 名： 学 号： 班 级： 自动化122 指导教师： 起止日期： 2013.11.112013.11.22 - 30 -目录PLC控制技术实训任务书- 1 -第一章 基础实训项目一：变频器对电机运动控制- 4 -1变频器对电机运动控制- 4 -1.1变频器的面板操作与运行- 4 -1.2 变频器的外部运行操作- 7 -1.3变频器的模拟信号操作控制- 10 -第二章 基础实训项目二：模拟量采集与数据处理的综合应用- 12 -第三章 综合型自主实训项目：微型加热器自动恒温控制系统设计- 13 -3微型加热器自动恒温控制系统设计- 13 -3.1实训项目工艺要求：- 13 -3.2总体设计方案- 14 -3.2.1总体设计框架图- 14 -3.2.2硬件和软件的选择- 15 -3.2.3特殊功能模块- 18 -3.3微型加热器自动恒温控制系统设计流程- 19 -3.3.1PID算法控制原理图- 19 -3.3.2 PLC外部接线图- 20 -3.3.3 PID过程控制模块- 20 -3.3.4 PID功能指令- 21 -3.3.5使用调用程序实现PID闭环控制。- 23 -3.3.6 加热器的端子接线及使用- 23 -3.3.7 分配表- 24 -3.3.8元件及功能表- 24 -3.3.9地址分配- 24 -3.3.9程序控制梯形图- 25 -3.3.10触摸屏界面的设定- 27 -3.4调试与运行- 27 -3.5收获与体会- 28 -参考文献- 28 -PLC控制技术实训任务书题目：微型加热器自动恒温控制系统设计实训学生需要完成2个基础实训项目和1个综合型自主实训项目的训练。一、基础实训项目一：变频器对电机的运行控制一）实训目的1、进一步巩固掌握PLC基本指令功能的及其运用方法；2、根据实训设备，熟练掌握PLC的外围I/O设备接线方法；3、掌握异步电动机变频调速原理，熟悉变频器的用法。二)实训设备PLC主机单元模块、电位器、MM440(或MM420)变频器、个人计算机 PC、PC/PPI 编程电缆。三) 工艺控制要求使用变频器实现异步电动机的可逆调速控制，即可以电动机可正反向运行、调速和点动功能。速度控制有两种方式：（1）由外接的电位器控制，（2）由PLC的模拟量输出通道控制。变频器参数设置见附表1。四) 实训步骤1、进行PLC的I/O地址分配，并画出变频器对电机控制的PLC控制系统的接线图。 2、设计由PLC 控制的梯形图程序。3、输入自编程序，上机调试、运行直至符合动作要求。二、基础实训项目二：模拟量采集与数据处理的综合应用一)实训目的1、掌握PLC中模拟量输入、输出的基本工作原理；2、掌握数据处理指令的运用方法；3、熟悉触摸屏的基本用法。二）实训设备PLC主机单元模块、电位器、万用表、EVIEW 5000触摸屏、个人计算机 PC、PC/PPI 编程电缆。三）实训项目原理与要求 1、用扩展模块中的电位器模拟温度测量变送器，假设当温度是0时，对应电位器输出0V电压，假设当温度是100时，对应电位器输出电压10V电压。用FX2N-2AD、2DA的模拟量输入通道采集电位器电压，进行标度变换，将转换后的温度值存储在变量存储器中，并在触摸屏上显示出具体温度。2、用PLC模拟量输出通道控制电动执行器，执行器开度设置为0%时，输出电压为0V，执行器开度为100%时，输出电压10V。执行器开度控制量的多少采用触摸屏输入，观察模拟量输出的数值，并用万用表测量输出电压值。 四）实训项目的步骤1、根据项目要求拟定I/O地址分配表，画出外部接线图，并进行接线图线路连接。 2、设计梯形图程序，调试并记录数据。输 入 FX2N-2AD 输 出FX2N-2DA 电压CH2 温度值执行器开度CH1 电压V0V0 4V 40%6V60%8V 80%10V100%三、综合型自主实训项目：微型加热器自动恒温控制系统设计一）实训项目工艺要求：本课题要求设计微型加热器温度控制系统，具体要求是： 微型温控系统将15VDC的电压信号（或420mA的电流信号）经输入信号变换电路，控制PWM脉冲调宽电路，以开关方式改变电热元件的加热功率，从而改变电炉温度，该炉温被AD590型集成温度传感器检测后，给出与炉温（绝对温度）成比例的测量信号，此信号经放大后送到输出电路，变成420mA、15VDC的测量信号供用户自由选用。该温度被控对象是一个一阶惯性环节加纯滞后的典型被控对象，该对象的纯滞后时间，约为15秒，该对象的惯性时间常数，约为180秒左右，要求进行恒温控制，由触摸屏上输入设置温度值，控制的范围为室温至80 ，控制精度取1（采样时间可适当调低以达到控温精度，若实在达不到，可以适当降低控温精度）,应采用PID指令作为控制算法，温度设定值SP及当前值PV应显示在触摸屏上。加热器模块介绍：1、电源 加热器电源，接DC24直流电。2、输入 加热器的控制调节输入信号。信号输入接线端子接PLC的模拟量输出AO端，只有1点AO.(通过编程，限定AO端输出为05V)3、输出 加热器的温度输出信号。信号输出接线端子可接PLC的模拟量输入AI端，有A、B端，2点AI。（通过编程，转换为温度（单位），在触摸屏上进行显示）4、输入指示 由PLC模拟量输出AO指令输出到加热器上的输入电压，05V。5、输初指示 加热器输出的温度显示，0100%（）。6、“零位” 调节旋钮 使用前先进行调零，在输入端加1V电压，一边观察输出指示电表，一边调节“零位”旋钮，使得输出指示电表大约在25（室温）处。7、“增益” 调节旋钮 进行满功率加热，即使得PLC的AO电压为+5V。一边 观察输出指示电表，观察温度的变化情况。大约等待10分钟，这时观察输出指示电表是否在90（最高温度）处，若不在，可调节“增益”旋钮达到。二）实训目的通过本次实训使学生掌握：1）Step7Micro/Win32编程软件的使用方法和梯 形图、SFC图编程语言的运用；2）实际程序的设计及实现方法；3）程序的调试和运行操作技术。从而提高学生对PLC控制系统的设计和调试能力。三）实训内容与要求1、通过基本实验熟悉与本设计相关的控制模块的应用； 2、微型加热器自动恒温控制系统设计；3、硬件接线图；4、采用顺序功能图（SFC图）进行设计或经验设计法，程序清单；5、设计触摸屏上位机监控画面，能输入设置温度、显示当前温度等。四、实训报告要求报告应采用统一的报告纸书写，应包括评分表、封面、目录、正文、收获、参考文献（并按此顺序装订）。报告中提供如下内容：1、目录2、正文（1）实训任务书；（2）实训内容，三个任务分别写a、每个实训任务的总体设计方案（应有PLC的选型及依据）b、I/O分配表，PLC外部接线图，程序中使用的元件及功能表；c、程序控制的SFC图、梯形图或指令表清单，注释说明；d、调试、运行及其结果；3、收获、体会4、参考文献（注意实训报告原则上手写，允许打印，但雷同者以零分处理）五、实训进度安排周次工作日工作内容第一周1布置实训任务，查找相关资料，熟悉实验台。2完成两个基础实训项目。3根据综合型实训任务，完成总体设计方案（硬件选型、分配IO点等）4完成硬件接线，编写程序并调试5编写程序并调试第二周1编写程序并调试2编写程序并调试3编写程序并调试及准备实训报告4完成报告，及时上交5答辩本实训共需两周时间六、实训考核办法本实训满分为100分，其中实训平时表现（含2个基础实训项目完成情况）30%、综合型实训项目答辩50%，实训报告20%。第一章 基础实训项目一：变频器对电机运动控制1变频器对电机运动控制1.1变频器的面板操作与运行1.1.1任务目的：1. 熟悉变频器的面板操作方法。2. 熟练变频器的功能参数设置。3. 熟练掌握变频器的正反转、点动、频率调节方法。1.1.2任务引入：变频器MM420系列（MicroMaster420）是德国西门子公司广泛应用与工业场合的多功能标准变频器。它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。对于变频器的应用，必须首先熟练对变频器的面板操作，以及根据实际应用，对变频器的各种功能参数进行设置。1.1.3相关知识点：1).变频器面板的操作利用变频器的操作面板和相关参数设置，即可实现对变频器的某些基本操作如正反转、点动等运行。2).基本操作面板修改设置参数的方法MM420在缺省设置时，用BOP控制电动机的功能是被禁止的。如果要用 BOP 进行控制，参数 P0700应设置为 1，参数 P1000 也应设置为 1。用基本操作面板(BOP)可以修改任何一个参数。修改参数的数值时，BOP有时会显示“busy”，表明变频器正忙于处理优先级更高的任务。下面就以设置P1000=1的过程为例，来介绍通过基本操作面板(BOP)修改设置参数的流程，见表1-1。表1-1 基本操作面板(BOP)修改设置参数流程操作步骤BOP显示结果1按键，访问参数2按键，直到显示P10003按键，直到显示in000，即P1000的第0组值4按键，显示当前值25按键，达到所要求的值16按键，存储当前设置7按键，显示r00008按键，显示频率1.1.4任务训练：1）训练内容 通过变频器操作面板对电动机的启动、正反转、点动、调速控制。2）操作方法和步骤1按要求接线系统接线如图1-1所示，检查电路正确无误后，合上主电源开关QS。 图1-1 变频调速系统电气图2参数设置（1）设定P001030和P09701，按下P键，开始复位，复位过程大约3min，这样就可保证变频器的参数回复到工厂默认值。（2）设置电动机参数，为了使电动机与变频器相匹配，需要设置电动机参数。电动机参数设置见表1-2。电动机参数设定完成后，设P0010=0，变频器当前处于准备状态，可正常运行。表1-2 电动机参数设置参数号出厂值设置值说明P000311设定用户访问级为标准级P001001快速调试P010000功率以KW表示，频率为50HzP0304230380电动机额定电压（V）P03053.251.05电动机额定电流（A）P03070.750.37电动机额定功率（KW）P03105050电动机额定频率（Hz）P031101400电动机额定转速（r/min）（3）设置面板操作控制参数，见表1-3。表1-3面板基本操作控制参数参数号出厂值设置值说明P000311设用户访问级为标准级P001000正确地进行运行命令的初始化P000407命令和数字I/OP070021由键盘输入设定值（选择命令源）P000311设用户访问级为标准级P0004010设定值通道和斜坡函数发生器P100021由键盘（电动电位计）输入设定值P108000电动机运行的最低频率(Hz)P10825050电动机运行的最高频率(Hz)P000312设用户访问级为扩展级P0004010设定值通道和斜坡函数发生器P1040520设定键盘控制的频率值(Hz)P1058510正向点动频率(Hz)P1059510反向点动频率(Hz)P1060105点动斜坡上升时间（s）P1061105点动斜坡下降时间（s）3变频器运行操作（1）变频器启动：在变频器的前操作面板上按运行键，变频器将驱动电动机升速，并运行在由P1040所设定的20Hz频率对应的560rmin的转速上。（2）正反转及加减速运行：电动机的转速（运行频率）及旋转方向可直接通过按前操作面板上的键减少键（/）来改变。（3）点动运行：按下变频器前操作面板上的点动键，则变频器驱动电动机升速，并运行在由P1058所设置的正向点动10Hz频率值上。当松开变频器前错做面板上的点动键，则变频器将驱动电动机降速至零。这时，如果按下一变频器前操作面板上的换向键，在重复上述的点动运行操作，电动机可在变频器的驱动下反向点动运行。（4）电动机停车：在变频器的前操作面板上按停止键，则变频器将驱动电动机降速至零。1.2 变频器的外部运行操作1.2.1任务目的：1掌握MM420变频器基本参数的输入方法。2掌握MM420变频器输入端子的操作控制方式。3熟练掌握MM420变频器的运行操作过程。1.2.2任务引入：变频器在实际使用中，电动机经常要根据各类机械的某种状态而进行正转、反转、点动等运行，变频器的给定频率信号、电动机的起动信号等都是通过变频器控制端子给出，即变频器的外部运行操作，大大提高了生产过程的自动化程度。下面为变频器的外部运行操作相关知识。1.2.3相关知识点：一MM420变频器的数字输入端口MM420变频器有3个数字输入端口，具体如图2-1所示。图2-1 MM420变频器的数字输入端口二数字输入端口功能MM420变频器的3个数字输入端口（DIN1DIN3），即端口“5”、“6”、“7”，每一个数字输入端口功能很多，用户可根据需要进行设置。参数号P0701P0703为与端口数字输入1功能至数字输入3功能，每一个数字输入功能设置参数值范围均为099，出厂默认值均为1。以下列出其中几个常用的参数值，各数值的具体含义见表2-1。表2-1 MM420数字输入端口功能设置表参数值功能说明0禁止数字输入1ON/OFF1（接通正转、停车命令1）2ON/OFF1(接通反转、停车命令1)3OFF2（停车命令2），按惯性自由停车4OFF3（停车命令3），按斜坡函数曲线快速降速9故障确认10正向点动11反向点动12反转13MOP（电动电位计）升速（增加频率）14MOP降速（减少频率）15固定频率设定值（直接选择）16固定频率设定值（直接选择+ON命令）17固定频率设定值（二进制编码选择+ON命令）25直流注入制动1.2.4任务训练：一、训练内容用PLC控制MM420变频器的运行，实现电动机正转和反转控制。其中端口“5”（DIN1）设为正转控制，端口“6”（DIN1）设为反转控制。对应的功能分别由P0701和P0702的参数值设置。二、操作方法和步骤1按要求接线变频器外部运行操作接线图如图2-2所示。图2-2 外部运行操作接线图2参数设置在变频器在通电的情况下，完成相关参数设置，具体设置见表2-2。表2-2 变频器参数设置参数号出厂值设置值说明P000311设用户访问级为标准级P000407命令和数字I/OP070022命令源选择“由端子排输入”P000312设用户访问级为扩展级P000407命令和数字I/O*P070111ON接通正转，OFF停止*P070212ON接通反转，OFF停止*P0703910正向点动P000311设用户访问级为标准级P0004010设定值通道和斜坡函数发生器P100021由键盘（电动电位计）输入设定值*P108000电动机运行的最低频率(Hz)*P10825050电动机运行的最高频率(Hz)*P1120105斜坡上升时间（s）*P1121105斜坡下降时间（s）P000312设用户访问级为扩展级P0004010设定值通道和斜坡函数发生器*P1040520设定键盘控制的频率值*P1058510正向点动频率(Hz)*P1059510反向点动频率(Hz)*P1060105点动斜坡上升时间（s）*P1061105点动斜坡下降时间（s）3变频器运行操作（1）正向运行：当PLC输出使变频器数字端口“5”为ON，电动机按P1120所设置的5S斜坡上升时间正向启动运行，经5S后稳定运行在560r/min的转速上，此转速与P1040所设置的20Hz对应。放开按钮SB1，变频器数字端口“5”为OFF，电动机按P1121所设置的5S斜坡下降时间停止运行。（2）反向运行：当PLC输出使变频器数字端口“6”为ON，电动机按P1120所设置的5S斜坡上升时间正向启动运行，经5S后稳定运行在560r/min的转速上，此转速与P1040所设置的20Hz对应。放开按钮SB2，变频器数字端口“6”为OFF，电动机按P1121所设置的5S斜坡下降时间停止运行。（3）电动机的点动运行正向点动运行：当PLC输出使变频器数字端口“7”为ON，电动机按P1060所设置的5S点动斜坡上升时间正向启动运行，经5S后稳定运行在280r/min的转速上，此转速与P1058所设置的10Hz对应。放开按钮SB3，变频器数字端口“7”为OFF，电动机按P1061所设置的5S点动斜坡下降时间停止运行。（4）电动机的速度调节分别更改P1040和P1058、P1059的值，按上步操作过程，就可以改变电动机正常运行速度和正、反向点动运行速度。1.3变频器的模拟信号操作控制1.3.1任务目的：1掌握MM420变频器的模拟信号控制；2掌握MM420变频器基本参数的输入方法；3熟练掌握MM420变频器的运行操作过程。1.3.2任务引入：MM420变频器可以通过3个数字输入端口对电动机进行正反转运行、正反转点动运行方向控制.可通过基本操作板,按频率调节按键可增加和减少输出频率,从而设置正反向转速的大小。也可以由模拟输入端控制电动机转速的大小。本任务的目的就是通过模拟输入端的模拟量控制电动机转速的大小。1.3.3相关知识点：MM420变频器的“1”、“2”输出端为用户的给定单元提供了一个高精度的+10V直流稳压电源。可利用转速调节电位器串联在电路中,调节电位器, 改变输入端口AIN1+给定的模拟输入电压,变频器的输入量将紧紧跟踪给定量的变化,从而平滑无极地调节电动机转速的大小。MM420变频器为用户提供了模拟输入端口，即端口“3”、“4”，通过设置P0701的参数值，使数字输入“5”端口据有正转控制功能；通过设置P0702的参数值，使数字输入“6”端口具有反转控制功能；模拟输入“3”、“4”端口外接电位器，通过“3”端口输入大小可调的模拟电压信号，控制电动机转速的大小。即由数字输入端控制电动机转速的方向，由模拟输入端控制转速的大小。1.3.4任务训练：一、训练内容用自锁按钮SB1控制实现电动机起停工能，由模拟输入端控制电动机转速的大小。二、操作方法和步骤1按要求接线变频器模拟信号控制接线如图3-1所示。图3-1 MM420变频器模拟信号控制接线图2. 参数设置（1）恢复变频器工厂默认值，设定P0010=30和P0970=1，按下P键，开始复位。（2）设置电动机参数，电动机参数设置见表3-1。电动机参数设置完成后，设P0010=0，变频器当前处于准备状态，可正常运行。表3-1 电动机参数设置参数号出厂值设置值说明P000311设用户访问级为标准级P001001快速调试P010000工作地区：功率以KW表示，频率为50HzP0304230230电动机额定电压（V）P03053.250.9电动机额定电流（A）P03070.750.4电动机额定功率（KW）P030800.8电动机额定功率（COS）P03105050电动机额定频率(Hz)P0311101400电动机额定转速(r/min)（3）设置模拟信号操作控制参数，模拟信号操作控制参数设置见表3-2。表3-2 模拟信号操作控制参数参数号出厂值设置值说明P000311设用户访问级为标准级P000407命令和数字I/OP070022命令源选择由端子排输入P000312设用户访问级为扩展级P000407命令和数字I/OP070111ON接通正转，OFF停止P070212ON接通反转，OFF停止P000311设用户访问级为标准级P0004010设定值通道和斜坡函数发生器P100022频率设定值选择为模拟输入P108000电动机运行的最低频率（HZ）P10825050电动机运行的最高频率（HZ）3. 变频器运行操作（1）电动机正转与调速按下电动机正转自锁按钮SB1,数字输入端口DINI为”ON”,电动机正转运行,转速由外接电位器RP1来控制,模拟电压信号在010V之间变化，对应变频器的频率在050Hz之间变化，对应电动机的转速在01500 rmin之间变化。当松开带锁按钮SB1时，电动机停止运转。（2）电动机反转与调速按下电动机反转自锁按钮SB2，,数字输入端口DIN2为”ON”,电动机反转运行,与电动机正转相同，反转转速的大小仍由外接电位器来调节。当松开带锁按钮SB2时，电动机停止运转。第二章 基础实训项目二：模拟量采集与数据处理的综合应用2模拟量采集与数据处理的综合应用2.1 实训目的1、掌握PLC中模拟量输入、输出的基本工作原理；2、掌握数据处理指令的运用方法；3、熟悉触摸屏的基本用法。2.2实训设备PLC主机单元模块、电位器、万用表、EVIEW 5000触摸屏、个人计算机 PC、PC/PPI 编程电缆。2.3实训项目原理与要求 1、用扩展模块中的电位器模拟温度测量变送器，假设当温度是0时，对应电位器输出0V电压，假设当温度是100时，对应电位器输出电压10V电压。用FX2N-2AD、2DA的模拟量输入通道采集电位器电压，进行标度变换，将转换后的温度值存储在变量存储器中，并在触摸屏上显示出具体温度。2、用PLC模拟量输出通道控制电动执行器，执行器开度设置为0%时，输出电压为0V，执行器开度为100%时，输出电压10V。执行器开度控制量的多少采用触摸屏输入，观察模拟量输出的数值，并用万用表测量输出电压值。2.4实训项目的步骤1、根据项目要求拟定I/O地址分配表，画出外部接线图，并进行接线图线路连接。程序梯形图2、设计梯形图程序，调试并记录数据。输 入 FX2N-2AD 输 出FX2N-2DA 电压CH2 温度值执行器开度CH1 电压V0V000 0-0.274V137534 40%16003.956V21565360%24006.078V292673 80%32008.1910V368192100%400010.32第三章 综合型自主实训项目：微型加热器自动恒温控制系统设计3微型加热器自动恒温控制系统设计3.1实训项目工艺要求：本课题要求设计微型加热器温度控制系统，具体要求是：微型温控系统将15VDC的电压信号（或420mA的电流信号）经输入信号变换电路，控制PWM脉冲调宽电路，以开关方式改变电热元件的加热功率，从而改变电炉温度，该炉温被AD590型集成温度传感器检测后，给出与炉温（绝对温度）成比例的测量信号，此信号经放大后送到输出电路，变成420mA、15VDC的测量信号供用户自由选用。该温度被控对象是一个一阶惯性环节加纯滞后的典型被控对象，该对象的纯滞后时间，约为15秒，该对象的惯性时间常数，约为180秒左右， 要求进行恒温控制，由触摸屏上输入设置温度值，控制的范围为室温至80 ，控制精度取1（采样时间可适当调低以达到控温精度，若实在达不到，可以适当降低控温精度）,应采用PID指令作为控制算法，温度设定值SP及当前值PV应显示在触摸屏上。3.2总体设计方案3.2.1总体设计框架图根据实训项目的工艺要求，总体设计框架图如下图所示：PLC触摸屏D/AA/D 加热器 系统框架图系统流程图3.2.2硬件和软件的选择一、PLC选型：（三菱FX2N系列可编程控制器简介）FX系列PLC拥有无以匹及的速度，高级的功能逻辑选件以及定位控制等特点； FX2N是从16路到256路输入/输出的多种应用的选择方案；FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于FX系列中最高档次的超小形程序装置。 除输入出16-25点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等 。特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。 在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16-256点的灵活输入输出组合。可选用16/32/48/64/80/128点的主机，可以采用最小8点的扩展模块进行扩展。可根据电源及输出形式，自由选择。程序容量：内置800步RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充至16K步。丰富的软元件应用指令中有多个可使用的简单指令、高速处理指令、输入过滤常数可变，中断输入处理，直接输出等。便利指令数字开关的数据读取，16位数据的读取，矩阵输入的读取，7段显示器输出等。数据处理、数据检索、数据排列、三角函数运算、平方根、浮点小数运算等。特殊用途、脉冲输出（20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V-24V），脉宽调制，PID控制指令等。外部设备相互通信，串行数据传送，ASCII code印刷，HEX ASCII变换，校验码等。时计控制内置时钟的数据比较、加法、减法、读出、写入等。三菱PLC- FX2NFX2N性能规格 FX2N性能规格项目规格备注运转控制方式通过储存的程序周期运转I/O控制方法批次处理方法(当执行END指令时)I/O指令可以刷新运转处理时间基本指令：0.8µs/指令编程语言逻辑梯形图和指令清单使用步进梯形图能生成SFC类型程序程式容量8000步内置使用附加寄存盒可扩展到16000步指令数目基本顺序指令：27步进梯形指令：2 应用指令：128最大可用298条应用指令I/O配置最大硬体I/O配置点256，依赖于用户的选择（最大软件可设定地址输入256）辅助继电器（M线圈）一般500点M0至M499锁定2572点M500至M3071特殊256点M8000至M8255定时器（T）100毫秒范围：0至3276.7秒200点T0至T19910毫秒范围：0至327.67秒46点T200至T2451毫秒保持型范围：0至32.767秒4点T246至T249100毫秒范围：0至3276.7秒6点T250至T255数据寄存器（D）一般200点D0至D199：32位元件的16位数据存储寄存器对锁定7800点D200至D7999：32位元件的16位数据存储寄存器文件寄存器7000点D1000至D7999通过14块500程式步的参数设置类型：16位数据存储寄存器特殊256点从D8000至D8255：16位数据存储寄存器变址16点V0至V7以及Z0至Z7：16位数据存储寄存器常数十进位K16位：-32768至+32768 32位：-2147483648至+2147483647二、FX2N-2AD型模拟输入模块模数转换（A/D）模块：将现场仪表输出的（标准）模拟量信号0-10mA、4-20mA、1-5VDC等转化为计算机可以处理的数字信号。用于转换两个点（电压值和电流值）的模拟拟输入值为12位的数字值，并且进一步转换为程序控制值（这里指的是PLC)。 模数转换（A/D）模块A/D组成： 一般是由多路转换开关、前置放大器、采样保持器、ADC（Analog to Digital Converter） 等组成。三、FX2N-2DA型的模拟输出模块数模转换（D/A）模块：将计算机内部的数字信号转化为现场仪表可以接收的标准信号4-20mA等。如：12位数字量（0-4095） 4-20mA 对应的转换结果： 12mA。用于将12位的数字值转换为成2点模拟输出（电压输出和电流输出），并将它们出入到可编程控制器中。 数模转换（D/A）模块FX-2DA为2通道12位D/A转换模块，每个通道可独立设置电压或电流输出。FX-2DA是一种与F2-6A相比具有高精确度的输出模块。 四、加热器模块具有内置的PWM脉冲脉宽电路，可以开关方式改变电热元件的加热功率，从而改变电炉温度。此外，自备有AD590型集成温度传感器，这大大方便了炉温温度的检测。加热器模块具体介绍:1、电源 加热器电源，接DC24直流电。2、输入 加热器的控制调节输入信号。信号输入接线端子接PLC的模拟量输出AO端，只有1点AO。（通过编程，限定AO端输出为05V。）3、输出 加热器的温度输出信号。信号输出接线端子可接PLC的模拟量输入AI端，有A、B端，2点AI。（通过编程，转换为温度（单位），在触摸屏上进行显示）4、输入指示 由PLC模拟量输出AO指令输出到加热器上的输入电压，05V。5、输初指示 加热器输出的温度显示，0100%（）。6、“零位” 调节旋钮 使用前先进行调零，在输入端加1V电压，一边观察输出指示电表，一边调节“零位”旋钮，使得输出指示电表大约在25（室温）处。7、“增益” 调节旋钮 进行满功率加热，即使得PLC的AO电压为+5V。一边观察输出指示电表，观察温度的变化情况。大约等待10分钟，这时观察输出指示电表是否在90（最高温度）处，若不在，可调节“增益”旋钮达到。五、触摸屏EVIEW 5000触摸屏：全新一代的工业嵌入式触摸屏人机界面，它基于嵌入式操作系统和以太网C/S架构，使用32位RISC CPU，支持高达65535真彩色，色彩丰富，图像逼真。通讯支持双串口同时连接不同PLC，并具有10M/100M自适应以太网和USB接口。通过触摸屏监控界面，实现温度SP、PV、控制量、曲线，自动和手动切换在触摸屏监控界面上显示出来。3.2.3特殊功能模块（1） FX2N-2AD功能模块三菱FX2N-2AD是三菱FX2N系列PLC中的一款模拟量的特殊功能模块，广泛用于基本三菱工控搭建的自动化平台中。 FX2N-2AD型模拟输入模块用于将2点模拟输入（电压输入和电流输入）转换成12位的数字值，并将这个值输入到可编程控制器中。界定增益和偏移特性：A、模拟输入范围：在输送过程中，当使用FXN-2AD的输入电流时，或者05V DC输入值对于重新调整偏移和增益值来说是必须的。对于模拟010V DC的输入电压来说，装置可调节的数字范围在04000之间。B、数字输出：12位。C、显示：25mV（10V/4000）1.25mV（5V/4000）（输入电压）；4A（204）/4000（输入电流）。D、集成精确度：1%（刻度010V）（输入电压）；1%（刻度010V（输入电流）。E、运行时间：2.5ms(毫秒）/1 频道（程序序列和并网）。F、输入特性：a、输入电压：模拟值：010V；数字值： 04000（工厂被输送）。b、输入电流：模拟值： 020mA；数字值： 04000。（2） FX2N-2DA功能模块界定增益和偏移特性：A、模拟输入范围：在装运时，对于0到10VDC的模拟电源输出，此单元调整的数字范围是0到4000。当使用FXN-2DA并通过电流输入或通过0到5VDA输出时，就有必要通过偏置和增益调节器进行再调节。B、数字输入：12位。C、分辨率：2.5mV（10V/4000）1.25mV（5V/4000）（输入电压）；4A（204）/4000（输入电流）。D、集成精度：1%（全范围0到10V）（输入电压）；1%（全范围4到20mA）（输入电流）。E、运行时间：4ms(毫秒）/1 频道（程序序列和并网）。F、输入特性：a、 输出电压：模拟值：010V；数字值： 04000。b、输出电流：模拟值： 420mA；数字值： 04000。3.3微型加热器自动恒温控制系统设计流程3.3.1PID算法控制原理图 PLCPIDD/AA/D VIN1 加热器 VOUT1 SP 来自 P 触摸屏 设置 PID算法原理图PID算法控制原理图3.3.2 PLC外部接线图PLC外部接线图3.3.3 PID过程控制模块在工业界使用闭回路控制的系统，PID过程控制模块具有下列优点： 1、 快速的输出响应 (上升时间短) 2、 高度的稳定性 (稳态误差小)3、 平滑的控制曲线 (没有超越量) 4、 控制器参数容易调整 5、 价格低廉 ，所以PID也已成为工业界最常用的控制器，广泛应用于温度控制、压力控制、流量控制以及一般常用的连续制程程控系统。PID控制程序是PLC生产厂家设计的，并存放在模块中，用户在使用时只需要设置一些参数，使用起来非常方便，一块模块可以控制几路甚至几十路闭环回路。但是这种模块的价格昂贵，一般在大型控制系统中使用。如三菱的A系列、Q系列PLC的PID控制模块。 PID控制模块3.3.4 PID功能指令现在很多中小型 PLC都提供PID控制用的功能指令，如FX2N系列PLC的PID指令。它们实际上是用于PID控制的子程序，与A/D、D/A模块一起使用，可以得到类似于使用PID过程控制模块的效果，价格却便宜得多。 在工业控制中，PID控制（比例-积分-微分控制）得到了广泛的应用，这是因为PID控制具有以下优点： 1）不需要知道被控对象的数学模型。实际上大多数工业对象准确的数学模型是无法获得的，对于这一类系统，使用PID控制可以得到比较满意的效果。据日本统计，目前PID及变型PID 约占总控制回路数的90%左右。 2）PID控制器具有典型的结构，程序设计简单，参数调整方便。 3）有较强的灵活性和适应性，根据被控对象的具体情况，可以采用各种PID控制的变种和改进的控制方式，如 PI、PD、带死区的PID、积分分离式PID、变速积分PID等。随着智能控制技术的发展，PID控制与模糊控制、神经网络控制等现代控制方法相结合，可以实现PID控制器的参数自整定，使PID控制器具有经久不衰的生命力。PID指令是用来调用PID运算程序，在PID运算开始之前，应使用MOV指令将参数设定值预先写入对应的数据寄存器中。如果使用有断电保持功能的数据寄存器，不需要重复写入。如果目标操作数D有断电保持功能，应使用初始化脉冲M8002的常开触点将其复位。指令名称指令代码位数助记符操作数程序步S1S2S3DPID运算FNC88 (16)PIDD【目标值（SV）】D【测量值（PV）】D0D975【参数】D【输出值（MV）】PID9步PID运算指令的要素PID控制参数及整定： 源操作数参数设定范围或说明备注 S3 采样周期（Ts） 132767ms 不能小于扫描周期 S3+ 1 动作方向（ACT） Bit0: 0为正作用、1为反作用Bit1: 0为无输入变化量报警1为有输入变化量报警Bit2: 0为无输出变化量报警1为有输出变化量报警 Bit3 Bit15不用 S3+ 2 输入滤波常数（L） 099（%） 对反馈量的一阶惯性数字滤波环节 S3+ 3 比例增益（K p） 132767（%） S3+ 4 积分时间（T I） 032767（100ms） 0与作同样处理 S3+ 5 微分增益 (K D) 0100（%） S3+ 6 微分时间（T D） 032767（10ms） 0为无微分 S3+ 7 S3+ 19 PID运算占用 S3+ 20 输入变化量（增加）警报设定值 032767 S3+ 21 输入变化量（减少）警报设定值 032767 S3+ 22 输出变化量（增加）警报设定或输出上限设定值 032767 Bit2=1，Bit5=0时有效 -3276732767 Bit2=0，Bit5=1时有效S3+ 23 输出变化量（减少）警报设定或输出下限设定值 032767 Bit2=1，Bit5=0时有效-3276732767 Bit2=0，Bit5=1时有效S3+ 24 警报输出 Bit0: 输入变化量（增加）溢出Bit1: 输入变化量（减少）溢出Bit2: 输出变化量（增加）溢出Bit3: 输出变化量（减少）溢出PID指令可以同时多次使用，但是用于运算的S3、D的数据寄存器元件号不能重复。PID指令可以在定时中断、子程序、步进指令和转移指令内使用，但是应将S37清零（采用脉冲执行的MOV指令）之后才能使用。控制参数的设定和 PID运算中的数据出现错误时，“运算错误”标志M8067为 ON，错误代码存放在D8067中。PID指令采用增量式PID算法，控制算法中还综合使用了反馈量一阶惯性数字滤波、不完全微分和反馈量微分等措施，使该指令比普通的PID算法具有更好的控制效果。PID控制是根据“动作方向”（S3+1）的设定内容，进行正作用或反作用的PID运算。PID运算公式如下： 以上公式中：MV是本次和上一次采样时PID输出量的差值，MVn是本次的PID输出量；EVn和 EVn-1分别是本次和上一次采样时的误差，SV为设定值；PVn是本次采样的反馈值，PVnf、PVnf-1和PVnf-2分别是本次、前一次和前两次滤波后的反馈值，L是惯性数字滤波的系数；Dn和Dn-l分别是本次和上一次采样时的微分部分；K p是比例增益，T S是采样周期，T I和T D分别是积分时间和微分时间，D是不完全微分的滤波时间常数与微分时间TD的比值。3.3.5使用调用程序实现PID闭环控制。 有的PLC有PID过程控制模块和 PID控制指令，在这些情况下，用户可以直接调用PID控制程序 通过来自组态监控设置的SP进行PID的计算，因为现在的PLC已经含有PID的计算功能也愈加完善，所以我们采用PLC来实现PID的功能。然后经过D/A模块与加热器相连进行加热，同时加热器通过A/D模块与PLC相连，构成闭环控制使系统控制运行更加精确。3.3.6 加热器的端子接线及使用1、加热器的各端子接线(1)电源接线：加热器DC24电源接线端子可接”PLC DC24V电源”。在实际运行时，有时可看到“信号输出”端的温度输出电压来回波动，大约0.125V，对应温度为2.5；但是，有时很平稳。主要原因为各种干扰，如交流电网电压的不稳定，还有加热调节采用脉宽调节和脉冲开关式驱动加热方式，从而对直流电源的冲击较大，因此对内部信号放大电路的影响较大，使得“信号输出”端的温度输出电压来回波动，大约0.125V，对应温度为2.5。因此，在进行闭环控制时，控温精度不应该超过3