PLC应用技术-第7章-模拟量控制PPT课件.ppt

PLC应用技术 三菱机型 淄博职业学院电子电气工程学院 1 PLC应用技术 三菱机型 第1章可编程控制器认知 第2章FX系统资源 第3章基本指令 第4章定时器计数器指令 第7章模拟量控制 第8章变频器控制 第9章工业网络控制 第6章状态法编程 第5章应用指令 第10章上位机监控组态 第11章三菱大中型PLC 2012 11 10 第7章模拟量控制 7 2模拟量变换 2 7 1模拟量采集 1 7 3模拟量输出 3 7 4恒压供水 4 2012 11 10 1 变送器选择 变送器用于将传感器提供的电量或非电量转换为标准量程的直流电流或直流电压信号 例如DC0 10V和DC4 20mA 变送器分为电流输出型和电压输出型 电压输出型变送器具有恒压源的性质 PLC模拟量输入模块的电压输入端的输入阻抗很高 例如100K 10M 如果变送器距离PLC较远 通过线路间的分布电容和分布电感产生的干扰信号电流 在模块的输入阻抗上将产生较高的干扰电压 例如1 A干扰电流在10M 输入阻抗上将产生10V的干扰电压信号 所以远程传送模拟量电压信号时抗干扰能力很差 2012 11 10 电流输出型变送器具有恒流源的性质 PLC模拟量输入模块输入电流时 输入阻抗较小 例如250 线路上的干扰信号在模块的输入阻抗上产生的干扰电压很低 所以模拟量电流信号适于远程传送 电流传送比电压传送的传送距离远得多 模拟量输入模块使用屏蔽电缆信号时允许的最大传送距离为200m 1 变送器选择 2012 11 10 变送器分为二线制和四线制两种 四线制变送器有两根信号线和两根电源线 二线制变送器只有两根外部接线 它们既是电源线又是信号线 输出4 20mA的信号电流 直流24V电源串接在回路中 有的二线制变送器通过隔离式安全栅供电 通过调试 在被检测信号量程的下限时输出电流为20mA 二线制变送器的接线少 信号可以远传 在工业中得到了广泛的应用 1 变送器选择 2012 11 10 2 FX3U 4AD模块 1 基本功能FX3U 4AD模块用来接收模拟信号 并转换成数字量 可接收电流和电压两种输入信号 有4个输入通道 12位分辨率 信号范围 10 10V 4 20mA或 20 20mA 共有8063个16位的缓冲存储器 BFM 用来与主单元交换数据 占用扩展总线8个点 2012 11 10 2 外部接口与配线 2 FX3U 4AD模块 2012 11 10 3 缓冲存储器分配缓冲存储区用来设置输入模式 增益偏置参数 存储转换数据 错误状态 系统数据 历史数据等 熟悉其分配地址 便于方便使用该模块 常用存储区如表7 1所示 FX3U 4AD模块的常用缓冲存储区如表 详细了解其存储区 需查阅三菱公司发布的技术手册 模拟量控制篇 2 FX3U 4AD模块 2012 11 10 2 FX3U 4AD模块 2012 11 10 模块工作模式由缓冲存储器BFM 0中的4位16进制数控制 其定义如表7 2所示 2 FX3U 4AD模块 2012 11 10 1 确认模拟量地址从左侧的特殊功能单元 模块开始 依次分配单元号0 7 分配1 7的单元编号 3 模拟量采集 FROM指令 2012 11 10 2 作为指令参数直接应用可以作为参数在指令中使用 如U1 G0 U1表示单元号 范围0 7 为分隔符 G0为缓冲存储区 范围0 32766 下面的程序是将单元号1的缓冲存储区 BFM 10 的内容乘以数据 K10 并将结果读出到数据寄存器 D10 D11 中 3 模拟量采集 FROM指令 2012 11 10 3 在外部设备读写指令中应用外部设备读写指令主要准备了使用可编程控制器的输入输出与外部设备之间进行数据交换的指令 使用这些指令 可以通过最小的顺控程序和外部接线简便地实现复杂的控制 在FX3U可编程控制器中 也可以使用MOV指令进行传送 如图7 3所示 FROM指令 BFM 可编程控制器 可以读出缓冲存储区的内容 在下面程序中 将单元号1的缓冲存储区 BFM 10 的内容 1点 读出到数据寄存器D10中 3 模拟量采集 FROM指令 2012 11 10 3 模拟量采集 FROM指令 2012 11 10 由于工业环境干扰 采集到的模拟量如果不很稳定 甚至明显错误 就需进行滤波 如果设置模块参数进行滤波效果仍不理想 可考虑进行平均值滤波 平均值滤波的基本思路是先把采集到的值 存储在某一存储区域 然后进行排序 去掉不可信的一部分数值 其余值求和取平均 由于采集存储 求和取平均已在循环指令中说明 在次只说明比较法排序 也就是两重循环在PLC中的应用 如果采集到的模拟量存放在D50 D59中 共10个数据 3 模拟量采集 FROM指令 2012 11 10 3 模拟量采集 FROM指令 2012 11 10 程序中使用了主控指令 确保二重循环的顺利运行 Z7为内循环变量 Z6为外循环变量 如果内循环数据大于外循环数据 则交换 使大数据在后 达到10个数升序排列的目的 这与C语言的编程方法是一致的 在后面程序中 可只对中间数据求平均 丢掉两端 偏大或偏小 数据 达到滤波的目的 3 模拟量采集 FROM指令 2012 11 10 第7章模拟量控制 7 2模拟量变换 2 7 1模拟量采集 1 7 3模拟量输出 3 7 4恒压供水 4 2012 11 10 1 变换的意义从模块读取的模拟量值 仅仅是一个数值 不具有工程意义 应进行工程变换 使之具有物理单位 同样 具有工程应用的数值 经过变换后 参与内部运算或控制 模拟量变换 2012 11 10 2 变换公式数据变换是将PLC中的变量 进行线性处理 即设计其一次函数 通用公式 式中 Hi 输出量最大值 Lo 输出量最小值 K2 输入量最大值 K1 输入量最小值 IN 输入量实际值 OUT 输出量实际值 其图示关系如图7 4所示 模拟量变换 2012 11 10 例如压力传感器将0 0 4MPa的压力信号转换为0 4V的信号 模拟量输入模块再将其变换为0 32000的数字量 在PLC内我们需将其再变换为0 0 4的数值 单位为MPa 则压力的计算公式应为 因为该公式可用多个模拟量的反复转换 模拟量变换 2012 11 10 3 变换公示使用中的主要事项 1 该公式用子程序设计 可反复调用 用局部变量 方便移植 2 使用子程序时 针对不同的传感器 设置不同才参数 同一个传感器的不同时期 不同应用场合 也用不同参数 只需注重其工程含义的变化 3 对于非线性变量 如果难以建模 可以分段变换 即具有分段函数的意义 4 为了符合工程实际 可设置最大最小值 以进行限幅 避免出现无意义数值 5 该公式说明的是两个变量的相互转换关系 无输入输出之分 也用于输出变换 使计算机内部变量也具有工程意义 模拟量变换 2012 11 10 1 PID计算关系式比例 积分 微分调节 即PID调节 是闭环模拟量控制中的传统调节规律 它在改善控制系统品质 保证系统偏差e 给定值 SP 和过程变量 PV 的差 达到预定指标 使系统在实现稳定状态方面具有良好的效果 该系统的结构简单 容易实现自动控制 在各个领域得到了广泛的应用 PID调节控制的原理基于下面的方程式 它描述了输出M t 作为比例项 积分项和微分项的函数关系 PID计算 2012 11 10 即输出 比例项 积分项 初始值 微分项式中M t PID回路的输出 是时间的函数 Kc PID回路的增益 也叫比例常数 e 回路的误差 给定值与过程变量之差 Minitial PID回路输出的初始值 Ti 积分时间常数 Td 微分时间常数 只有系统为负反馈 误差e才等于给定值减去反馈值 因此应保证系统为负反馈 近年来许多PLC厂商在自己的产品中增加了PID指令 以完成一些工业控制中的PID调节 PID指令 2012 11 10 第7章模拟量控制 7 2模拟量变换 2 7 1模拟量采集 1 7 3模拟量输出 3 7 4恒压供水 4 2012 11 10 模块用来接收来自PLC的数字信号 并转换成等价的模拟信号 可输出电流和电压两种输出信号 有4个输出通道 12位分辨率 信号范围 10 10V 4 20mA 或0 20mA 共有3098个16位的缓冲存储器 BFM 用来与主单元交换数据 占用扩展总线8个点 FX3U 4DA模块 2012 11 10 1 配线配线图如图7 5所示 接线与输出信号的类型要一致 FX3U 4DA模块 2012 11 10 2 缓冲存储器分配缓冲存储区用来设置输出模式 增益偏置参数 错误状态 系统数据 表格等 熟悉其分配地址 便于方便使用该模块 FX3U 4DA模块的常用缓冲存储区如表7 5所示 详细了解其存储区 需查阅三菱公司发布的技术手册 模拟量控制篇 FX3U 4DA模块 2012 11 10 FX3U 4DA模块 2012 11 10 3 通道选择 由缓冲存储器BFM 0中的4位16进制数H0000控制 其定义如表7 6所示 FX3U 4DA模块 2012 11 10 1 确认模拟量地址从左侧的特殊功能单元 模块开始 依次分配单元号0 7 分配1 7的单元编号 在下图中 数据寄存器 D20 加上数据 K10 并将结果写入单元号1的缓冲存储区 BFM 6 中 FX3U 4DA模块 2012 11 10 TO指令 可编程控制器 BFM 写入 向缓冲存储区写入数据 在上面程序中 向单元号1的缓冲存储区 BFM 0 写入1个数据 H3300 该指令与MOVH3300U1 G0功能一致 FX3U 4DA模块 2012 11 10 第7章模拟量控制 7 2模拟量变换 2 7 1模拟量采集 1 7 3模拟量输出 3 7 4恒压供水 4 2012 11 10 恒压供水泵站的组成恒压供水泵站一般需设多台水泵及电机 这比设单台水泵及电机节能而可靠 配单台电机及水泵时 它们的功率必须足够的大 在用水量少时开一台大电机肯定是浪费的 电机选小了用水量大时供水会不足 而且水泵与电机都有维修的时侯 备用泵是必要的 恒压供水的主要目标是保持管网水压的恒定 水泵电机的转速要跟随用水量的变化而变化 这就要用变频器为水泵电机供电 数台电机配一台变频器 变频器与电机间可以切换 供水运行时 一台水泵变频运行 其余水泵工频运行 以满足不同用水量的需求 一 工艺分析 2012 11 10 图中压力传感器PS用于检测管网中的水压 常装设在泵站的出水口 当用水量大时 水压降低 用水量小时 水压升高 水压传感器将水压的变化转变为电流或电压的变化送给调节器 一 工艺分析 2012 11 10 一个三泵生活 消防双恒压无塔供水如图7 7所示 市网自来水用高低水位控制器EQ来控制注水阀YV1 自动把水注满储水水池 只要水位低于高水位 自动往水池注水 水池的高 低水位信号也直接送给PLC 作为高 低水位报警 为了保证供水的连续性 水位上下限传感器高低距离较小 生活用水和消防用水共用三台泵 平时电磁阀YV2处于失电状态 关闭消防管网 三台泵根据生活用水的多少 按一定的控制逻辑运行 维持生活用水低恒压 当有火灾发生时 电磁阀YV2得电 关闭生活用水管网 三台泵供消防用水使用 维持消防用水的高恒压值 火灾结束后 三台泵再改为生活供水使用 一 工艺分析 2012 11 10 对三泵生活 消防双恒压供水系统的基本要求是 1 生活供水时 系统低恒压运行 消防供水时高恒压运行 2 三台泵采取 先开先停 的原则接入和退出 3 如果一台泵连续运行时间超过3h 则要切换下一台泵 即系统具有 倒泵功能 避免某一台泵工作时间过长 一 工艺分析 2012 11 10 根据图7 7及以上控制要求统计控制系统的输入输出信号的名称 代码及地址编号如表7 7所示 水位上下限信号分别为X1 X2 它们在水淹没时为0 露出时为1 二 I O分配 2012 11 10 从上面分析可以知道 系统共有开关量输入点6个 开关量输出点12个 模拟量输入点1个 模拟量输出点1个 选用1台FX3U 32MR 一个FX3U 4AD模拟量输入输出混合模块 整个PLC系统的配置如图7 8所示 三 PLC系统选型 2012 11 10 如图7 9为电控系统主电路 三台电机分别为M1 M1 M3 接触器KM1 KM3 KM5分别控制M1 M2 M3的工频运行 接触器KM2 KM4 KM6分别控制M1 M2 M3的变频运行 图7 9电控系统主电路FR1 FR2 FR3分别为三台电机过载用的热继电器 QS1 QS2 QS3 QS4分别为三台泵电机主电路的隔离开关 FU1为主电路的熔断器 VVVF为通用变频器 四 电气控制主电路 2012 11 10 四 电气控制主电路 2012 11 10 1 由 恒压 要求出发的工作泵组数量管理2 多泵组泵站泵组管理规范3 程序结构程序主要功能包括初始化 模拟量采集变换 模式调用 PID运算 动画控制 驱动控制 如图7 10所示 以自动为例 说明控制流程 模式开关转到自动模式 触摸屏切到自动画面 进入自动状态 首先 将设置的参数送入相应存储器 计算参数对应的百分比 送入主程序 进行PID运算 再将PID运算结果取回 进行保护处理 最后通信送到变频器 倒泵时先让1号电机为主泵 变频工作 变频器超过48Hz 2 3号电机工频工作 超3小时倒泵 再让