PLC模拟量模块课程设计.docx

设计报告设计题目：基于PLC模拟量变频器闭环调试控制的流量与压力控制系统设 计 人：范风山 10电气（1）班指导老师：洪清辉 日期：2013年10月20日 目录摘要31设计要求及基本思想41.1设计控制要求41.2 系统原理41.3模拟系统接线图52. FX0N-3A模拟量特殊功能模块52.1总体介绍52.2, PID介绍62.2.1 PID参数分析62.2.2 凑试法确定PID调节参数63. 变频器参数说明74 系统结构解析84.1、系统程序框图85 测试方法106程序测试分析117知识扩展应用 水位控制系统11摘要在工业生产控制中 ，尤其是连续性的生产过程中，常常要采集一些物理量如电量参数 、压力 、流量 、温度等进行生产中的分析。本文就是基于PLC模拟量变频器闭环调试控制而设计的一套PLC流量与压力控制系统的研究，实现PID指令程序对流量、压力模拟量的闭环过程控制的使用，该控制系统在实验调试中得到较稳定的控制。关键词：三菱PLC；PID控制 ；闭环控制1设计要求及基本思想1.1设计控制要求变频器控制电机，电机上同轴连旋转编码器。编码器根据电机的转速变化而输出电压信号Vi1反馈到PLC 模拟量模块（FX2N-3A）的电压输入端，在PLC 内部与给定量经过运算处理后，通过PLC模拟量模块（FX2N-3A）的电压输出端输出一路DC0+10V 电压信号Vout 来控制变频器的输出，达到闭环控制的目的。 1.2 系统原理根据设计控制要求我们很容易得到电机控制的基本原理图如下：图（1） 这样子就很容易得到我们需要的水流量与压力控制系统，我们将测速系统替换成压力变送器。于是得到如下原理图：而实验室没有压力变送器，我们就根据实验室现有的硬件条件基于电机PLC模拟量变频器闭环调试控制系统来模拟所设计的水流量与压力的控制系统。1.3模拟系统接线图 图（2）2. FX0N-3A模拟量特殊功能模块2.1总体介绍FX0N-3A模拟特殊功能块有两个输入通道和一个输出通道，输入通道接收模拟信号并将模拟信号转换成数字值；输出通道采用数字值并输出等量模拟信号。FX0N-3A的最大分辨率为8位。在输入/输出基础上选择的电压或电流由用户接线方式决定。FX0N-3A在PLC扩展母线上占用8个I/O点，8个I/O点可以分配给输入或输出。所有数据传输和参数设置都是通过应用到PLC中的TO/FROM指令，通过FX0N-3A的软件控制调节的。PLC和FX0N-3A这间的通信由光电耦合器保护。上位机PLC的状态改变，模块的运行情况如下：1、RUN-STOP：在STOP模式期间，保持RUN运行期间模拟输出通道使用的最后一个操作值。2、STOP-RUN：一旦上位机PLC切换回到RUN模式，模拟输出就恢复到由程序控制的正常状态的数字值。3、PLC电源关闭：模拟输出信号停止运行。（1）缓冲存储器的分配（BFM）缓冲存储器编号b8b15b7b6b5b4b3b2b1b00保留通过17#的b0选择的A/D通道的当前值输入数据（以8位存储）16保留在D/A通道上的当前值输出数据（以8位存储）17保留D/A起运A/D起运A/D通道选择015、1831保留BFM0：把外部模拟信号通过转换成数字值后存储在这里。BFM16：把主机传送过来的数据存储在这里，准备通过转换后输出控制负载。BFM17：b0=0时选择模拟输入通道1；b0=1时选择模拟输入通道2；b1=0-1时，起运A/D转换处理；b2=0-1时，起运D/A转换处理。2.2, PID介绍2.2.1 PID参数分析P指放大环节，I指积分环节，D指微分环节，比例部分与误差信号时间上一致；积分可以消除余差，提高控制精度；微分具有预测的点，反映系统变化的趋势。比例系数Kp，积分时间Ti和微分时间Td，采样周期即为PID参数.2.2.2 凑试法确定PID调节参数凑试法是通过模拟（或闭环）运行观察系统的响应（例如，阶跃响应）曲线，然后根据各调节参数对系统响应的大致影响，反复凑试参数，以达到满意的响应，从而确定PID的调节参数。增大比例系数Kp一般将加快系统的响应，这有利于减小静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。增大式（2-2）中的Td有利于加快系统响应，使超调量减小，稳定性增加，但对于干扰信号的抑制能力将减弱。在凑试时，可参考以上参数分析控制过程的影响趋势，对参数进行先比例，后积分，再微分的整定步骤。其具体步骤如下： 步骤：整定比例部分。将比例系数由小调大，并观察相应的系统响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。如果系统没有静差或静差小到允许的范围之内，并且响应曲线已属满意，那么只需要用比例调节器即可，最优比例系数可由此确定。 当仅调节比例调节器参数，系统的静差还达不到设计要求时，则需加入积分环节。整定时，首先置积分常数Ti为一个较大值，经第一步整定得到的比例系数会略为缩小（如减小20%），然后减小积分常数，使系统在保持良好动态性能的情况下，静差得到消除。在此过程中，可根据响应曲线的好坏反复修改比例系数和积分常数，直至得到满意的效果和相应的参数。 若使用比例积分器，能消除静差，但动态过程经反复调整后仍达不到要求，这时可加入微分环节。在整定时，先置微分常数Td为零，在第二步整定的基础上，增大Td，同时相应地改变Kp和Ti，逐步凑试，以获得满意的调节效果和参数。2.2.3 理解FX系列的PID功能指令 FX系列的PID回路运算指令的功能编号为FNC88，操作数s1、S2、S3和目标操作数D，S1和S2分别存放给定值SV和当前测量的反馈值PV，S3 S3+6用来 控制参数的值。S3S3+6分别存放的PID参数如下:S3 采样周期TsS3+1 动作方向ACTS3+2 输入滤泼常数aS3+3 比例增益KpS3+4积分时间Ti S3+5 微分增益KDS3+6 微分时间TD3. 变频器参数说明3.1基本功能参数一览表参数名称表示设定范围单位出厂设定值0转矩提升P0015%0.1%6% 5% 4%1上限频率P 10120Hz0.1Hz50 Hz2下限频率P 20120Hz0.1Hz0 Hz3基波频率P 30120Hz0.1Hz50 Hz43速设定（高速）P 40120Hz 0.1Hz50 Hz53速设定（中速）P 50120Hz0.1Hz30 Hz63 速设定（低速）P 60120Hz0.1Hz10 Hz7加速时间P 70999s0.1s5s8减速时间P 80999s0.1s5s9电子过电流保护P 9050A0.1A额定输出电流30扩展功能显示选择P 3001079操作模式选择P 790410注意：只有当Pr.30“扩展功能显示选择”的设定值设定为“1”时，变频器的扩展功能参数才有。4 系统结构解析4.1、系统程序框图等待5S将给定值输出设置给定值初始化开始反馈值比给定值大？读取反馈值 =N 增大输出值减小输出值Y 4.2、程序流程图给定值启动D/A将输入值写入到BFM#16读取反馈值作为新的输入值启动A/D启动PID调节PID参数设定根据程序流程图可以设计简单的PLC程序图如下： 为了使系统在快速达到稳定值后能更好的更快抵抗外界的扰动信号，在转速达到给定值1000以后，比例增益减小，优化PID数据，将Kp由200减到20，程序如下5 测试方法将上述设计的程序下载到PLC并完成以下操作1按下表对变频器进行参数设置;Pr.30Pr.73Pr.79N1011402.按接线图正确将导线连接完毕后，将程序下载致PLC主机，将“RUN/STOP”开关拨到“RUN”。3先设定改定值。点击标准工具条上的“软件园测试”快捷项，进入软件园测试对话框。在“字软元件”栏中的软元件项中键入D0，确定电动机的转速，输入的设定值N为十进制。如：N=1000，则电机的转速目标值就为1000 转/min。4按变频器面板上的RUN，启动电机转动。电机转动平稳后，记录给定目标转速、电机实际转速、和他们的偏差、再改变给定值观察电机转速的变化并记录数据到下表格。 给定目标转速（r/min）电机实际转速（r/min）变频器输出频率（Hz）最大震荡偏差 6程序测试分析由于实验室旋转编码器不能正常显示具体转速，但是旋转编码器确实能够有信号反馈到PLC，并且作为信号送到D2，我们可以根据plc三位一体跟踪功能看到当前值D2在发生变化，输出值又有plc的调节作用，也在发生变化。经过一段时间后可以发现D2趋于稳定，或在某一个值附近震荡（本次调节为84附近），误差只有5数字量，也就是24转。说明该程序是能够很好的按要求实现调节功能。7知识扩展应用 水位控制系统原理思路压力传感器硬件结构M2M1变频器