基于CC-Link液位控制系统设计

毕业综合实践 课题名称 基于 CC Link 液位控制系统设计 作 者 学 号 系 别 电器电子工程系 专 业 电气自动化技术 指导老师 专业技术职务 讲师 2012 年 4 月 浙江温州 课课 题题 摘摘 要要 本文主要介绍了一种基于 CC Link 通信实现控制液位系统 在本系统设计 中 为了实现能源的充分利用和生产的需要 运用 Q 系列 PLC 作为控制器 通 过触摸屏的控制 CC Link 通信模块 FX3U 系列 PLC 液位传感器 变频器和 A D 转换模块等硬件系统和软件设计方法实现并对液位的控制和液位的显示 需要对电机进行转速调节 来控制水流量 考虑到电机的启动 运行 调速和 制动的特性 系统中由 PLC 完成数据的采集和对变频器 液位传感器等设备的 控制任务 基于 Q 系列 PLC 的编程软件 采用模块化的程序设计方法 减少软件 的开发和维护 并实现了远程控制功能 具有广阔的推广应用前景 本文介绍 了该系统软硬件组成和设计原理 本系统是基于 CC Link 液位的控制 在设计主要以压力传感器 测量液位 运用 A D 和 D A 转换模块 变频器控制水流量 再通过四位 7 段 LED 数码显示 器等部分组成控制系统 在系统中主要用运用液位传感器检测水位 用四位 7 段 LED 显示器来完成显示 并且通过模数转换把这些信号送入主站 PLC 中 把 这些信号与 PLC 中内部设定的值利用 PID 相比较 以判断 PLC 是否需要进行相 应的操作 即是否需要开启变频器供水 来实现对液面的控制 从而实现 PLC 自动控制液面的目的 本设计项目具有程序修改容易 控制便利 运用广泛 等优点 关键词关键词 CC Link QPLC FX3UPLC A D 模块 D A 模块 目目 次次 1 绪论 1 1 1 液位控制系统 1 1 1 1 液位控制系统现状 1 1 1 2 自动控制技术在化工领域的应用分析 2 1 2 本文研究的目的和意义 2 2 设计方案选取 3 3 CC Link 网络及设备的应用 4 3 1 CC Link 发展史 4 3 1 1 CC Link 组成 4 3 1 2 CC Link 性能 5 3 1 3 CC Link 系统设备选型 5 3 1 4 数据传输方式 6 3 2 PLC 发展史 6 3 2 1 Q 系列 PLC 7 3 2 2 FX3U PLC 8 3 3 A D D A 模拟量输入输出模块 9 3 4 D700 变频器 11 3 4 1 控制面板设计 11 3 4 2 参数设置 12 4 PID 控制设计 14 4 1 控制过程 14 4 2 PID 程序控制 15 4 2 1 PID 概述 15 4 2 2 PID 介绍 16 4 2 3 PID 处理方法 17 4 2 4 PID 运算 17 5 液位控制系统的软件设计 18 5 1 QPLC 编写软件介绍 18 5 2 QPLC 参数设计 18 5 2 1 CC Link 网络主站设计 18 5 2 2 本地站参数设计 21 5 2 3 远程设备站参数设计 22 5 3 网络控制 24 6 触摸屏画面设计 25 结 论 28 致 谢 29 参 考 文 献 30 附录 A 主站程序 31 附录 B 本地站程序 33 附录 C 远程站程序 34 附录 D 7 站程序 36 附录 E 8 站程序 37 0 1 1 绪论绪论 随着科学技术的发展 生产中自动过程控制系统已代替传统仪器仪表 实现 了对生产工艺参数的检测 显示 记录 调节 控制及报警等功能 它对提高 化工生产线的作业率 改善产品质量及缩短新产品 新工艺的开发周期起到了极 其重要的作用 自动控制系统的特点是对生产过程进行实时监控 控制过程复 杂 监控参数多且数据变化快 数据处理及存储量大 根据过程控制系统的特 点及不同生产工艺过程控制要求 应用不同的控制系统才可以既安全可靠又经 济高效地完成生产任务 CC Link 通信控制是许多工业生产中的重要参数之一 在化工生产领域 对液位的测量和控制效果直接影响到产品的质量 PLC 运行程序速度很快 在 控制过程系统中的设备等单个或多个实际应用的工艺流程 以往的硬接线继电 器必须在每次更改工艺流程或产品后手动重新布线 使用 CC Link 后 只需对 其编程重新编写 即可完成整个控制 同时克服了以往继电器耗费高且效率低 的缺陷 由于 PLC 运行程序修改容易 控制便利 运用广泛 可靠性高等特点 所以广泛应用于生产实际中 本文讨论了一种以 CC Link 为住 设计的液位控 制系统 1 11 1 液位控制系统液位控制系统 1 1 1 液位控制系统现状 现在在生产中运用液位控制自动化主要是操控 就液位开关而言有许多类 型 比如电容式液位开关 浮球式液位开关 电极式液位开关 电子式液位开 关 电容式液位开关 光控式液位开关 自动控制可以采用 PLC 可编程逻辑控 制器 也可以采用 PAC 可编程自动化控制器 国内目前常采用 PLC 方式 随着 社会经济的发展及公共管理科技水平的提高 今后可能会采用 PAC 控制方式 当今 自动化仪表及装置有了很大的发展 表现为具有数字化 智能化 模块化 高精度化和小型轻量化等特点 伴随着这些发展 出现了可编程控制 器 PLC 总线式工控机和新一代现场总线式智能仪表等 其中 自控装置发展 的最重要特点是智能化 通过现场总线技术 使自控装置间的信号传递由模拟 量变为编码的数字量 实现了信号传递的重大转变 1 PLC 控制系统在挤出吹塑成型机的应用上也较为广泛 挤出吹塑成型机是 目前产量最大的一种生产容器和中空制品的吹塑成型设备 可生产出从最小只 有 1mL 到最大可达 10000L 的各种容器制品 如 牛奶瓶 饮料瓶 洗涤剂瓶 化妆品瓶 饮料桶 矿泉水桶以及化学试剂桶等 近年来 挤出吹塑成型机的 主要技术趋势是朝着自动化 智能化 高精度和高速度的方向发展 1 1 2 自动控制技术在化工领域的应用分析 随着现代科学技术的进步 由于在工业生产过程中实现了自动化 人们可 通过自动化装置来管理生产 因此自动化装置与工艺及设备已结合成为有机的 整体 其中以 PLC 控制系统的技术较为成熟 在工业生产过程中的应用较为广 泛 它具有结构简单 编程方便 性价比高 可靠性高和适应恶劣工业环境能 力强等优点 现在我国很多化工厂对化学反应炉的液位控制依然采用手工操作 这种工 作方式具有工人工作紧张 工作条件艰苦 反应炉液位波动很大等缺点 利用 PLC 控制系统对其进行改造 可实现整个工艺的控制 同时可控制精度在 0 5 以内 对于液位控制系统 我们在传统算法基础上作了改进 采用 PID 控制算法 进行 对于积分部分 采用了 不完全积分 处理方法 通过试验 该系统达 到了预期效果 可将水位高度误差控制在 0 5cm 以内 而且动态性能比较好 1 21 2 本文研究的目的和意义本文研究的目的和意义 近年来 随着科学技术的快速发展 自动化仪表及装置有了很大的发展 表现为具有数字化 智能化 模块化 高精度化和小型轻量化等特点 伴随着 这些发展 出现了可编程控制器 PLC 分散型控制系统 DCS 总线式工控机 和新一代现场总线式智能仪表等 其中 自控装置发展的最重要特点是智能化 通过现场总线技术 使自控装置间的信号传递由模拟量变为编码的数字量 实 现了信号传递的重大转变 可编程逻辑控制器是一种小型计算机 其运行速度很快 可控制过程系统 中的设备等单个或多个实际应用的设备 以往的硬接线继电器必须在每次更改 工艺流程或产品后手动重新布线 使用 PLC 后 只需对其重新编程即可完成整 2 个操作 同时克服了以往继电器耗费高且效率低的缺陷 2 2 设计方案选取设计方案选取 液位控制是工业中常见的过程控制 它对生产的影响不容忽视 单容液位 控制系统具有非线性 滞后 耦合等特征能够很好地模拟工业过程特征 对于 液位控制系统 常规的 PLC 控制由于采用固定的参数 难以保证控制适应系统 的参数变化和工作条件变化 得不到理想效果 如果用 Q 系列 PID 控制器的比 例 积分 微分系数 就能更好地适应控制系统的参数变化和工作条件的变化 从设备方面比较 在工业中心 307 自动化实训室里 有一套完整的 CC Link 网络设备 运用 CC Link 控制 能够远距离的进行控制设备 在工厂里 能实现 人工不用到生产线上 只要在控制室里 就能实现操作 从控制方面比较 一个 CC Link 网络最多可以连接 64 个内存站 具有原理 简单 易于实现 适用面广 控制参数相互独立 参数的选定比较简单 从运算方面比较 在 PID 控制期间 将由传感器测量的值 测定值 与预先 设置的值 设置值 进行比较 然后调节输出值 操作值 以消除测定值与设置值 之间的差 PID 控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正 自适应算 法来实现 能良好的自我调节 更能准确的实现控制液位 从可靠性 可维护性上比较 电 PLC 无触点 采用密封 防尘 抗震的外 壳封装结构 能适应工作现场的恶劣环境 使用寿命长 且有自我诊断功能 对程序执行的监控功能 现场调试和维护方便 从速度上比较 CC Link 网络传输速度有 156kbps 625kbps 2 5Mbps 5Mbps 10Mbps 可满足高实时性的要求 综合上面所说 设计需要达到性能要求 同时需要把 PID 控制和 PLC 运行 且同时要求远程控制与现场操作 最终形成的方案是 利用 PID 为控制核心 设计一个对供水箱液位进行监控的系统 根据监控的收入值 对水箱液位高度 进行实时监控 并于起先输入的参数值进用 PID 不完全积分进行比较 再去控 制变频器的参数 从而来进行控制流入水箱的液体流量的大小 最终达到液位 3 的预设定值 在运行中 液位传感器检测到液位 检测液位超出上限范围 报 警器将开启 变频器参数值下降 关闭水泵 停止输入水箱的液体 3 3 CC LinkCC Link 网络及设备的应用网络及设备的应用 3 13 1 CC LinkCC Link 发展史发展史 在 1996 年 11 月 以三菱电机为主导联合其他 38 家公司 在其 MELSECNET MINIS3 网络的基础上 经过协议的改进 软件 硬件的整合 推出 了 CC Link 这一全新的多厂商 高性能 省配线的现场网络 并于 1997 年获得 日本电机工业会 JEMA 颁发的杰出技术成就奖 推出的 CC Link 网络 是开 放式架构的现场总线协定 在 2000 年三菱电机释出了通讯协定的规范 因此 CC Link 成为开放式的现场总线协定 同年也成立非盈利组织 CLPA CC Link Partner Association 管理及监督 CC Link 的网络技术并且提供技术协助 CC Link 相容的产品包括工业电脑 可编程控制器 机器人 伺服驱动器 变频器 液压阀 类比或数位输入输出模组 温度控制器及流量控制器等 CC Link 的技术协议从最基本的 CC Link 开始 到 2002 年 4 月推出针对传 感器层通信的 CC Link LT 2002 年 11 月推出将数据通信量扩大 8 倍的 CC Link V2 0 再到 2006 年 10 月推出安全性网络 CC Link Safety CC Link 家族 协议日渐丰满 CC Link 技术通过国际 CC Link 协会在全球推广和普及 到 2006 年年底 CC Link 已经拥有 800 家合作伙伴公司 800 种兼容产品 CC Link 于 2001 年 5 月取得国际半导体行业标准 SEMIE54 12 2005 年 5 月取得中 国国家标准 GB Z1976 至 2005 2006 年 4 月取得国际标准 ISO15745 2009 年 8 月时 CLPA 的成员已超过 1000 个 和 CC Link 相容的产品也已超过 1000 种 2010 年 12 月时 CC Link 网络上的设备已经超过 7 百万个 3 1 1 CC Link 组成 CC Link 网络可以将总共 64 个远程设备站 远程 I O 站 本地站 备用主 站或智能设备站连接到一个单独的主站 网络结构如图 3 1 所示 PLC 模块检 查来自主站模块的 C link 网络信息 根据系统功能要求发送相应的控制信息给 主站模块 主站模块控制整个 CC Link 网络 负责 CC Link 网络的运行 并作 4 为 CC Link 网络与 PLC 之间的连接模块 接收来自远程站模块的数据信息 传 送给 PLC 控制器 接收来自 PLC 控制器的控制信息并通过 CC Link 网络发送到 远程站模块 将多个 PLC 模块控制的 CC Link 网络连接在一起 才组成了一个 简易的 CC Link 简易的分布式系统 图 3 1 CC Link 通信网络 3 1 2 CC Link 性能 CC Link 以设备层为主 同是覆盖较高层次的控制层和较低层次的传感器 层 一般情况下 CC Link 整个网络可由 1 个主站和 64 个子站组成 它采用总 线方式通过屏蔽双绞线连接 网络中的主站由三菱 FX 系列一上的 PLC 或计算机 担当 子站可以远程 I O 模块 特殊功能模块 带有 CPU 的 PLC 本地站 人机 界面 变频器 伺服系统 机器人以及各种测量仪表 阀门 数控系统等现场 仪表设备 如果需要增强系统的可靠性 可以采用主站和备用主站备份的网络 系统构成方式 CC Link 具有高速的数据传输速率 最高可以达到 10Mb s CC Link 提供循环传输和瞬时传输两种方式的通信 其循环传输每次链接扫描的最 大容量是 2048 位和 512 字 在循环传输数据量不够用的情况下 CC Link 提供 瞬时传输功能 可将 960 字的数据用指令送给目标站 CC Link 在连接 64 个远 程 I O 站 通信速率为 10Mb s 的情况下 循环通信的链接扫描时间为 3 7ms 3 1 3 CC Link 系统设备选型 表 3 1 主 本地模块选择类型表 产品名称型号名称说明 占用的站 数 站类型 QJ61BT11 Q 系列的主 本地模块 主 本地模 块 A1SJ61BT11 AnS 系列的主 本地模块 对于本地 找 1 或 主站或 本地站 5 AJ61BT11 A 系列的主 本地模块 A1SJ61QBT11 Q2AS 系列的主 本地模块 AJ61QBT11 QnA 系列的主 本地模块 者 4 个站 在选择 Q 系列 PLC 主站 本地站的模块中 类型具有表 3 1 中的几类 这 次我们设计运用的智能模块选择的是 QJ61BR11N 在运用 CC Link 的时候 只 要通过安装 QJ61BT11N 不用创建顺控程序 只要打开电源 就启动 CC Link 并刷新所有数据 但是 如果连接模块的数目小于 64 的话 就有必要设定网络 参数以优化链接扫描时间 3 1 4 数据传输方式 CC Link 的底层通讯协议遵循 RS485 CC Link 提供循环传输和瞬时传输 2 种通信方式 一般情况下 CC Link 主要采用循环传输的方式进行通讯 具体 的方式是 主站将刷新数据 RY RWw 发送到所有从站 与此同时轮询从站 1 从站 1 对主站的轮询作出响应 RX RWr 同时将该响应告知其它从站 然 后主站轮询从站 2 此时并不发送刷新数据 从站 2 给出响应 并将该响应告 知其它从站 依此类推 循环往复 广播 轮询时的数据传输帧格式请参照下 图 该方式的数据传输率非常高 除了循环传输方式以外 CC Link 也支持主站与本地站 智能设备站之间的 瞬时通讯 从主站向从站的瞬时通讯量为 150 字节 数据包 由从站向主站的瞬 时通讯量为 34 字节 数据包 瞬时传输时的数据传输帧格式请参照下图 由此 可见瞬时传输不会对循环传输的 所有主站和从站之间的通讯进程以及协议都由通讯用 LSI MFP 控制 其硬 件的设计结构决定了 CC Link 的高速稳定的通讯 3 23 2 PLCPLC 发展史发展史 1968 年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求 1969 年 美国 数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP 14 在美国通用汽车公司的 生产线上试用成功 首次采用程序化的手段应用于电气控制 这是第一代可编 程序控制器 称 Programmable 是世界上公认的第一台 PLC 1969 年 美国研制出世界第一台 PDP 14 1971 年 日本研制出第一台 DCS 8 6 1973 年 德国研制出第一台 PLC 1974 年 中国研制出第一台 PLC 发展 20 世纪 70 年代初出现了微处理器 人们很快将其引入可编程控制 器 使 PLC 增加了运算 数据传送及处理等功能 完成了真正具有计算机特征 的工业控制装置 此时的 PLC 为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物 个人计算机发展起来后 为了方便和反映可编程控制器的功能特点 可编程序 控制器定名为 Programmable Logic Controller PLC 20 世纪 70 年代中末期 可编程控制器进入实用化发展阶段 计算机技术 已全面引入可编程控制器中 使其功能发生了飞跃 更高的运算速度 超小型 体积 更可靠的工业抗干扰设计 模拟量运算 PID 功能及极高的性价比奠定 了它在现代工业中的地位 20 世纪 80 年代初 可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用 世 界上生产可编程控制器的国家日益增多 产量日益上升 这标志着可编程控制 器已步入成熟阶段 20 世纪 80 年代至 90 年代中期 是 PLC 发展最快的时期 年增长率一直保 持为 30 40 在这时期 PLC 在处理模拟量能力 数字运算能力 人机接口能 力和网络能力得到大幅度提高 PLC 逐渐进入过程控制领域 在某些应用上取 代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统 20 世纪末期 可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要 这 个时期发展了大型机和超小型机 诞生了各种各样的特殊功能单元 生产了各 种人机界面单元 通信单元 使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加 容易 3 2 1 Q 系列 PLC 系统 PLC 是日本三菱新推出的大 中型 PLC 其基板的面积只是 Ans 系列 的 40 另外新增加了 12 槽底板以符合用户的需求 内置程序存储量可到 252k 步 如用扩展内存卡 则存储量可到 32MB 可以加 7 个扩展基板 总模块数可 达 64 个本地输入 出点均数可达 4096 点 最远距离为 13 2 米 可以用 USB 接 口进行高速在线编程及监控 Q 系统可在以太网 MelsecNet CC Link 等网络 间实现无缝通讯 凭借其强大的网络及软件功能 Q 系统可实现工厂自动化与 7 信息自动化的完美融合 表 3 2 Q 模式基本模块 性能模块规格 操作模式基本模块高性能模块 CPU 型号 QOOJCPUQOOCPUQO1CPUQO2CPU QO2HCPU Q06CPU Q12HCPU Q25HCPU 编程语言梯形图 列表梯形图 列表 SFC I O 控制刷新 I O 软元件 点数 2048 点8192 点 I O 点数256 点 1024 点4096 点 程序容量 步 8K14K28K60K124K252K LD 指令 200ns160ns100ns79ns 34ns MOV 指 令 700ns560ns350ns237ns 102ns 浮点加 1 8us 782ns 变址赋 值 无延迟时间 运 算 速 度 PCMIX 值 1 62 02 74 4 10 3 常数处理16 位整数 32 位整数16 位整数 32 位整数 单精度实数 字符串 通信端口RS 232 115 2kbps 最大 RS 232 115 2kbps USB 12Mbps I O 槽最大 数 162464 3 2 2 FX3U PLC FX3U 系列 PLC 的基本功能强大 CPU 处理速度达到了 0 065us 基本指令 内置了高达 64K 步的大容量 RAM 存储器 通过 CC Link 网络的扩展可以实现最 多达 384 点的控制 大幅增加了内部软元件的数量 FX3U 系列 PLC 中集成了多项业界领先的功能 晶体管输出型的基本单元内 置了 3 轴独立最高 100kHz 的定位功能 并且增加了新的定位指令 带 DOG 搜索 的原点回归 DSZR 中断单速定位 DVIT 和表格设定定位 TBL 从而使得 定位控制功能更加强大 使用更为方便 内置 6 点同时 100kHz 的高速计数功能 8 还有 FX3U 系列 PLC 还专门强化了一部分功能 FX3U 系列专门增强了通信 的功能 其内置的编程口可以达到 115 2kbps 的高速通信 而且最多可以同时 使用 3 个通信口 包括编程口在内 FX3U 系列此次新增加了高速输入输出适 配器 模拟量输入输出适配器和温度输入适配器 这些适配器不占用系统点数 使用方便 其中通过使用高速输出适配器可以实现最多 4 轴 最高 200kHz 的定 位控制 通过使用高速输入适配器可以实现最高 200kHz 的高速计数 3 33 3 A DA D D AD A 模拟量输入输出模块模拟量输入输出模块 A D 输入转换模块有两种转换方法 采样处理是对模拟输入值连续进行模 数转换并且转换的数字输出值存储在缓冲存储器中采样处理时间依据使用的通 道数通道数设置成模 数转换允许和温度漂移补偿功能是否可用而定 平均处理 是对于指定了平均处理的通道按设定的次数或设定的时间进行模 数转换扣除最 大值和最小值的数值之和算出平均值然后存储在缓冲存储器中 1 采样处理计算方法如 不带温度漂移补偿功能 处理时间 使用的通道数 80 s 1 个通道 带温度漂移补偿功能 处理时间 使用的通道数 80 s 1 个通道 160 s 2 平均处理计算方法 当按设定的时间制定平均处理时 设定时间内处理重复的数目依据使用的 通道数 允许模 数转换的通道数 和是否使用温度漂移补偿而定 不带温度漂移补偿功能 处理重复的数目 设定的时间 1000 使用的通道数 80 s 1 个通道 带温度漂移补偿功能 处理重复的数目 设定的时间 1000 使 用的通道数 80 s 1 个通道 160 当按设定时间指定平均处理时 为了存储使用缓冲存储器中的平均次数计 算的平均值所需的时间依据使用的通道数 设置成模 数转换允许的通道数 和 是否使用温度漂移补偿而定 不带温度飘逸补偿功能 处理时间 设定的次数 使用的通道 数 80 1000 9 带温度漂移补偿功能 处理时间 设定的次数 使用的通道数 80 160 1000 表 3 3 A D 模数转换模块的性能规格 项目型号 Q64AD 模拟输入点4 点 电压 10 至 10VDC 输入电阻值 1M 模拟输 入电流0 至 20mADC 输入电阻值 250 数字输出16 位标志的二进制 正常分辨率模式 4096 至 4095 正常分辨率模式高分辨率模式 模拟输入范围数字输出 值 最大分 辨率 数字输出 值 最大分 辨率 0 至 10V 2 5mV 0 至 16000 0 625mV 0 至 5V 1 25mV0 416mV 1 至 5V 0 至 4000 1 0mV 0 至 12000 0 333mV 10 至 10V 2 5mV 16000 至 16000 0 625mV 电压 用户范围 设置 4000 至 40000 375m V 12000 至 12000 0 333mV 0 至 20mA 5 A1 66 A 4 至 20mA 0 至 4000 4 A 0 至 12000 1 33 A I O 特点 最大分 辨率 电流 用户范围 设置 4000 至 4000 1 37 A 12000 至 12000 1 33 A D A 输出模块可以获得与 PLC CPU 同步的模拟输出 在同步输出请求 YD 设置成 ON 并且在过了指定为 PLC CPU 处理时间 120us 时间后将更新 模拟输出 然而模拟输出将固定为 CH1 不能使用其它通道 CH2 至 CH8 写入 10 方式如图 3 2 图 3 2 PLC CPU 同步的模拟输出 表 3 4 D A 模数转换模块的性能规格如 项目型号 Q64DA 模拟输出点数4个通道 数字输入16位标记的二进制 电压 10至10VDC模拟输 入电流0至20mADC 正常分辨率模式高分辨率模式 模拟输出范围数字输 入值 最大分辨 率 数字输 入值 最大分 辨率 0至5V 1 25mv0 416mv 1至5V 0至4000 1 0mv 0至 12000 0 333mv 10至10V 2 5mv 16000 至16000 0 625mv 电压 用户范围 设置 4000至 4000 0 75mv 12000 至12000 0 333mv 0至20mA 5 A1 66 A 4至20mA 0至4000 4 A 0至 120001 33 A I O特点 最大分辨 率 电流 用户范围 设置 4000至 4000 1 5 A 12000 至12000 0 83 A 3 43 4 D700D700 变频器变频器 3 4 1 控制面板设计 11 图 3 3 变频器 D700 控制面板 表 3 5 控制面板按钮介绍 显示 按钮功 能备 注 RUN 显示 运行时点亮 闪灭 点亮 正在运行中 慢闪灭 1 4S 次 反转运行中 快闪灭 0 2S 次 非运行中 PU 显示PU 操作模式时点亮计算机连接运行模式时 为慢闪亮 监示用 4 位 LED表示频率 参数序号等 EXT 显示外部操作模式时点亮计算机连接运行模式时 为慢闪亮 设定用按钮变更频率设定 参数的设定值不能取下 PU EXT 键切换 PU 外部操作模式 PU PU 操作模式 EXT 外部操作模式 使用外部操作模式 用另外连接的 频率设定旋钮和启动信号运行 时 请按下此键 使 EXT 显示为点亮状 态 RUN 键运行指令正转反转用 Pr 40 设定 12 STOP RESET 键进行运行的停止 报警的复位 SET 键确定各设定 MODE 键切换各设定 MON 显示监视器显示 PRM 显示参数设定模式显示 NET 显示网络指示灯 3 4 2 参数设置 在本次变频器控制中 只需设置 Pr 1 和 Pr 79 两个参数就能完成控制 操作步骤如下 1 设定频率运行在 50Hz 状态下运行 1 接通电源 显示监示显示画面 2 按 键设定 PU 操作模式 3 按 键进入参数设置模式 4 拨动设定用按钮 选择参数号码 直至监示用四位 LED 显示 Pr1 5 按 键读出现在设定的值 6 拨动设定用按钮 把当前值增加到 50 7 按 键完成设定值 2 参数设定 Pr 79 的设定值从 0 改为 2 操作步骤如下 1 接通电源 显示监示画面 2 按 键选中 PU 操作模式 此时 PU 指示灯亮 3 按 键进入参数设置模式 4 拨动设定用按钮 选择参数号码 直至监示用四位 LED 显示 P79 5 按 键读出现在设定的值 出厂时默认设定值为 0 6 拨动设定用按钮 把当前值增加到 2 7 按 键完成设定值 13 4 4 PIDPID 控制设计控制设计 4 14 1 控制过程控制过程 对于运用 CC Link 液位的控制 PLC 在每个控制任务分析和软件的编制 是 PLC 系统设计的两个关键环节 通过对控制任务的分析 确定每个站 控制 不同的硬件设备 而进行不同的软件编程 通过软件的编程控制 实现被控对 象的动作关系 控制系统设计的步骤 1 对控制任务进行分析 对较复杂的控制任务进行分块 划分成几个相 对独立的子任务 以减小系统规模分散故障 而且每个子任务都具有一定的复 杂程序 机械设备上也相对独立 2 分析各个子站任务中执行机构的动作程序 通过对各个子站任务执行 机构动作过程的分析 画出动作逻辑关系图 列出输入信号和输出信号 列出 要实现的非逻辑功能 对于输入信号 按钮输入信号占用一个输入点 接触的 辅助触点不需要输入 PLC 故不作为输入信号 对于输出信号电磁阀作为输出 14 信号占用一个输出点 对于状态显示 如果是输出执行器件的动作显示 可与 输出执行器件的动作的显示 可与输出执行器件共用输点 出不再作为新的输 出信号 如果是非动作显示 如 运行 停止 故障 等指示 应作为输 出信号占用输出点 3 根据输入输出信号的数量 要实现的非逻辑功能 输入输出信号的空 间分布情况 选择 PLC 编写程序 4 根据站号 选择信号输入器件 输出执行器件和显示器件等 5 进行输入输出 I O 口的分配 绘出控制系统硬件原理图 设计控 制系统主回路 6 利用输入信号开关板模拟现场输入信号 根据动作逻辑关系图编制 PLC 程序 进行模拟调试 7 进行现场调试 对工作过程中可能出现的各种故障进行模拟 考察 PLC 程序的完整性和可靠性 8 根据设备运行要求 编写 PLC 程序 9 利用 CC Link 通信 来实行数据传输 模拟系统控制 信号输送和反 馈 实行程序 PID 运行 再进行控制液位 4 24 2 PIDPID 程序控制程序控制 4 2 1 PID 概述 作为经典的控制理论 PID 控制规律仍然是当今工控行业的主导控制方式 无论复杂 简单的控制任务 PID 控制都能取得满意的控制效果 前提是 PID 参数必须选择合适 可以说 通过适当的 PID 参数 PID 控制可以得到各种输 出响应特性 也就是说 通过适当给定 PID 参数 大多数的控制任务都可以由 PID 完成 用比例 P 调节器的系统是一个有差系统 比例度的大小仅会影响到余差 的大小 而且也与系统的动态性能密切相关 比例积分 PI 调节器 由于积分 的作用 不仅能实现系统无余差 而且只要参数 调节合理 也能使系统 Ti 具有良好的动态性能 比例积分 PID 调节器是在 PI 调节器的基础上再引入微 分 D 的作用 从而使系统既无余差存在 又能改善系统的动态性能 快速性 稳 定性 在单位阶跃作用下 P PI PID 调节系统的阶跃响应分别如图 4 1 的 15 0 0 T 曲线 1 2 3 所示 图 4 1 P PI PID 调节的阶跃响应曲线 在采用计算机控制时 控制是由计算机的数字运算来实现的 在过程控制 发展史中 控制器 控制规律 的发展起了决定性作用 可见控制器的选型与控 制规律的确定是系统设计中最重要的环节 控制器的选型主要根据被控过程的 特性 工艺对控制品质的要求 系统的总体设计来综合考虑 1 选择控制器的控制规律 根据比值来选择调节器的控制规律 2 根据过程特性来选择控制规律 若过程的数学模型比较复杂或无法准 确建模时 可根据何种控制规律适用于何种过程特性与工艺要求来选择 常用的 各种控制规律的控制特点扼要归纳如下 1 比例控制规律 P 采用 P 控制规律能较快地克服扰动的影响 使系统稳定下来 但有余差 它适用于控制通道滞后较小 负荷变化不大 控制要求不高 被控参数允许在 一定范围内有余差的场合 如储槽液位控制 压缩机储气罐的压力控制等 2 比例微分控制规律 PD 微分具有超前作用 对于具有容量滞后的控制通道 引入微分控制规 微分 时间设置得当 对于改善系统的动态性能指标 有显著的效果 因此 对于控制 通道的时间常数或容量滞后较大的场合 为了提高系统的稳定性 减小动态偏 差等到可选用比例微分控制规律 如温度或成分控制 但对于纯滞后较大 测 量信号有噪声或周期性扰动的系统 则不宜采用微分控制 3 比例积分控制规律 PI 在工程上比例积分控制规律是应用最广泛的一种控制规律 积分能消除余 差 它适用于控制通道滞后较小 负荷变化不大 被控参数不允许有余差的场 16 合 如某些流量 液位要求无余差的控制系统 4 比例积分微分控制规律 PID PID 控制规律是一种较理想的控制规律 它在比例的基础上引入积分 可 以消除余差 再加入微分作用 又能提高系统的稳定性 它适用于控制通道时 间常数或容量滞后较大 控制要求较高的场合 如温度控制 成分控制 4 2 2 PID 介绍 QJ61BT11N 为可编程 PID 控制模块 模块内部有 40 余种命令语言 每个命 令语言执行一定的运算功能 根据实际要求 将多条命令语言组合在一起即构 成模块的控制程序 通过编程 模块可实现单回路 PID 串级三冲量 PID 导入微分 PID 及自动 手动无扰切换等复杂的控制功能 模块具有掉电保护功能 复位或重新上电时 能自动恢复掉电前的工作状态 接续原来的工作状态进行控制 模块本身具有 PID 控制所必须的模拟量输入 模拟量输出 开关量输入 开关量输出通道 能不依赖网络而独立进行 PID 控制 该控制方案安全 可靠 PID 参数 PID 定值及控制程序的修改可通过网络实现 4 路模拟量输入通道可 以单独设置分度类型 采集各种类型的模拟量信号 4 2 3 PID 处理方法 通过 A D 转换模块和 D A 转换模块的组合 使用 PID 控制指令执行 PID 控 制如图 4 2 图 4 2 PID 控制处理概述 在 PID 控制处理方法中 如图 4 2 所示 通过预先设置的设定值 SV 和从 A D 转换模块中读取的测定值 PV 计算出执行 PID 运算的操作值 MV 将算出 17 的操作值 MV 写入 D A 转换模块后输出到外部 在顺控程序中执行 PID 运算指 令 时 测定采样周期并执行 PID 运算 在设置的各个采样周期中执行 PID 运算 指令的 PID 运算 4 2 4 PID 运算 运用 PID 不完全积分计算这个方法 在一个水位调节系统 微分作用可以 取消 积分作用根据情况再调节 进过 PID 控制理论中 基本数学模型有两种 连续型 增量型 PID 模型的增量控制数学模型可以简单地用下式表示 4 1 dt kdE K T kE kEkEKkPkPd i 1 1 PID命令输出 P k PID命令前坎输出 1 P k 比例项 K为 PID命令的比例倍数 1 KE kE k 积分项 为积分时间 秒 iT 5 5 液位控制系统的软件设计液位控制系统的软件设计 5 15 1 QPLCQPLC 编写软件介绍编写软件介绍 GX 系列 ELSOFT 编程软件是由三菱公司研制开发的编制软件 它可以使用 个人计算机作为图表编程器 并可以网络参数设定 梯形图 指令表 编程 并方便地在现场进行程序的在线更改 丰富诊断功能 PLC 系统 网络等 迅速排除故障 多种监控及调试功能 并可通过网络完成 可在线实时监控用 户程序的执行状态 5 25 2 QPLCQPLC 参数设计参数设计 在 CC Link 网络中主站 PLC 采用 Q02HPLC 该 PLC 对于 CC Link1 网络和 CC Link2 网络进行控制 都是主站 所以在其自身携带了两个 CC Link 通信模 块 并且网络参数上需要有类似的设置 下面介绍一下其参数的设置的步骤 5 2 1 CC Link 网络主站设计 双击桌面上的 GXDeveloper8 52 图标 打开创建一个新的工程 会出现图 5 1 T kE 18 图 5 1 创建新工程 这样一个对话框如图 5 1 在 PLC 系列 一栏中 选择 QCPU Qmode 在 PLC 类型 这一栏中 选择 Q02 H 然后按下 确定 按钮 新的工程 建好了 如图 5 2 所示 图 5 2 新建工程 工程参数设置 在新建工程界面左边窗口中 参数 双击两下 出现图 5 3 19 图 5 3 网络参数设置 a 原价左边下拉菜单 b 网络参数设置对话框 图 5 3 网络参数设计对话框 点击 CC Link 按钮 变进入图 5 4 本地站 网络参数设置两个模块 图 5 4 里的参数设置 我已经设好 图 5 4 主站网络参数设置 在图中 有 2 块模块 1 和 2 两栏 1 栏的参数为 CC Link1 网络 2 栏的参数为 CC Link2 网络 其中的 0050 是该模块的起始地址 X1000 Y1000 是通信时位传送接收的起始地址 W200 W400 是通 信时字传送接收的起始地址 在 2 模块中 这些参数设置 起始地址 0090 X400 Y400 是通信时位传送接收的起始地址 D5000 D6000 是通信时字传送接收的起始地址 Q 参数设置 在退回新建工程界面 在左边窗口中 双击 PLC 参数 会 弹出图 5 5Q 参数设置对话框 点击 I O 分配按钮 就会出现 I O 分配设置栏 20 图 5 5 主站 QPLC 参数设置 在根据主站上的模块 把每块模块分类 填写点数 还有起始 XY 填写完 成后 点击 结束设置 此次主站参数设置完成 主站程序编写 在参数设置完成后 就可以开始编写程序了 图 5 6 就是 主站在这个 CC Link 网络中程序 图 5 6 主站程序 在开启 PLC SM400 得电 MOV 把 K10 送到 W410 通过 MOV 把 W410 里的数据 送到本地站远程寄存器里 W411 是把 K10 送到本地站远程器里 W41F 也是把 K9 送到本地找远程寄存器里 W212 是接收到远程设备站寄存器里的数据接受过 来 通过 MOV 指令 输送到 D6018 本地站远程寄存器中 D5017 接受本地站数 据 通过 MOV 寄存到 D5 中 D5 中的数据表示为小数点后的数值 D5019 接收到 本地站的数据 在运用 乘以 K100 意思是表示显示中的整数 并寄存到 D7 中 再通过 把 D5 加上 D7 并输送到 D3 中 D3 再显示到触摸屏 显 21 示输出值 D3 除 K100 寄存到 D10 中 D10 是表示触摸屏液位上升下降画面的 动作 在以上运行前提 肯定是触摸屏中 点击启动按钮 5 2 2 本地站参数设计 本地站中有两个站 一个是本地站 这是对于主站而言 还有一个是主站 这是因为它还有子站 子站控制 FXPLC 液位显示 在本地站中参数设置 过程 和主站操作一样 就是里面的参数内容不同 图 5 7 是我已经设置好的参数值 图 5 7 网络参数设置 在图中 有 2 块模块 1 和 2 两栏 两栏的参数都是 CC Link1 网络 的参数 其中的 00A0 是该模块的起始地址 X400 Y400 是通信时位 传送 远程寄存的起始地址 D3000 D4000 是字的接受传送 在 2 模 块中 这些参数设置 起始地址 00C0 X200 Y200 是通信时位传送接 收的起始地址 D1000 D1000 是通信时字传送接收的起始地址 本地站 QPLC 参数设置 根据本地站设备 把个各模块类型填写起来 还有 占据的点数 起始 XY 传送地址 图 5 8 为填写好的 I O 分配图 22 图 5 8 QPLC 参数 I O 的分配 本地站 在这个网络中 主要是运算 接受远程设备站输送来是数据 和 主站设置的参数的数据 其功能 在 D3018 接收到远程设备站传送过来的数据 通过 MOV 指令寄存到 D500 中 FLT 是使 D502 带有小数点后 3 位 再进行运算 在程序中运用了乘 除 减运算方法 这些都是为了数据显示能准确的显示出 液位当时的高度 5 2 3 远程设备站参数设计 按照上面新建工程步骤 建设远程设备站工程 其在工程中 也就是远程 设备站 是 CC Link2 网络中的一站 一个模块 站的类型也可以说是本地站 设置参数和其它站不东 以为这些参数的设置 是用来输送信息数据的 主要 参数设置如图 5 9 这上面都是已经设置完成 图 5 9 远程设备站参数设置 图中 有 1 块模块 1 栏中的 0020 是该模块的起始地址 X100 23 Y100 是通信时位传送 远程寄存的起始地址 D1000 D2000 是字的接 受传送 远程设备站的 QPLC 参数设置 在本站中 就 3 块智能模块 在这里主要的 是用 A D D A 模块数据的转换 图 5 10 已经设置好的数据图 图 5 10 远程设备站 QPLC 参数设置 在新建工程参数设置完成后 进行编程 本站程序是用 PID 控制液位 在 触摸屏按启动按钮 设定液位的高度 通过 CC Link 网络把数据传送到远程设 备站 再通过 D A 模块 把就是把成数信号转换模拟字信号 设置到变频器中 图 5 11 图 5 11 D A 模块参数设置 在进行控制变频器 从而控制水泵水流量 再通过液位传感器 检测液位 高度数值 传送到 A D 模块 把接送到的模拟值 转换成数字量图 5 12 图 5 12 A D 模块参数读出和显示 24 在与原来设定的液位高度数值 进行比较 如图 5 13 图 5 13 PID 运算 在运算程序中 PID 控制数据设置 我把那些部分程序放到附录中 5 35 3 网络控制网络控制 在触摸屏中设定液位值后 并开启启动按钮 程序开始运行 数据首先传 送到主站 通话主站 I O 模块 送到远程 I O 模块 在远程设备站中进行数据 转换 转换后控制变频器参数 在用变频器控制水泵 来控制液位流量 流进 水箱中 在液位传感器检测水箱现在液位高度 把数据传送到远程设备站中高 度 D A 模块 数据进行 PID 比较 来自己调节水泵水流量 再远程设备站接收 到传感器的数据后 输送到本地站 在本地站进行数据运算 把数据计算分成 整数 和小数 两类数据分别送到设备站 设备站中 设备站控制 7 段 LED 显 示液位传感器现在检测到的液位高度 计算后的数据也送到主站 在主站中 数据也进行了处理 为了是触摸屏中显示液位高度 这就是数据传