【正文】 機(jī)械、供水、水處理等多個(gè)領(lǐng)域，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮越來越顯著的作用。同時(shí)， PLC的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高， PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動控制等功能。 PLC 控制在國內(nèi)外的發(fā)展近況 20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。 徐衛(wèi)東 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 基于 PLC 的壓力過程控制系統(tǒng)的發(fā)展前景 近 10年來，隨著 PLC價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來越多的中小設(shè)備開始采用 PLC進(jìn)行控制， PLC在我國的應(yīng) 用增長十分迅速。它能夠在基于 Microsoft 的各種 32 位 Windows 平臺上運(yùn)行 ,通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理 ,以動畫顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問題的方案 ,在自動化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。同時(shí)。兩部分互相獨(dú)立 ， 又緊密相關(guān)。 徐衛(wèi)東 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第二章 基于 PLC 的壓力過程控制系統(tǒng)方案 基于 PLC的壓力過程控制系統(tǒng)的被控對象是由兩個(gè)壓力容器對象組成，可以根據(jù)需要構(gòu)成不同階（ 1或 2階）的被控對象。 圖 壓力過程監(jiān)控系統(tǒng) 被控對象由上、下兩個(gè)壓力罐組成，其控制要求為：將壓力罐 1 的壓力值 P1和壓力罐 2 的壓力值 P2 分別控制在某個(gè)范圍內(nèi)。 控制閥的選擇 1．主、副調(diào)節(jié)器：三菱 FX2N PLC 2．壓力變送器： 2臺 DBYG300A壓力變送器 3．調(diào)節(jié)閥： 2臺 ZMAP100B小流量調(diào)節(jié)閥 4．電氣轉(zhuǎn)換器： 2臺 QZD1000電氣轉(zhuǎn)換器 5．減壓器： 3臺 QFH221型空氣過濾減壓器 6． 24VDC電源 所有儀表所需的接線端子都全部拉到接線板上，也就是面板上的接線端子都是跟儀表的對應(yīng)接線端子相并聯(lián)的，所以可以直接在接線板上通過合理的連線組成所需要的控制系統(tǒng)。氣關(guān)型動作方向正好與氣開型相反。 即 當(dāng)氣源切斷時(shí)，調(diào)節(jié)閥是處于關(guān)閉位置安全還是開啟位置安全 。又如一個(gè)用冷卻水冷卻的換熱設(shè)備，熱物料在換熱器內(nèi)與冷卻水進(jìn)行熱交換被冷卻，徐衛(wèi)東 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 壓力變送器2 壓力變送器1 V 控制器 2 P1 P2 控制器 1 調(diào)節(jié)閥安裝在冷卻水管上，用換熱后的物料溫度來控制冷卻水量，在氣源中斷時(shí)，調(diào)節(jié)閥應(yīng)處于開啟位置更安全些，宜選用氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥。當(dāng)壓力罐內(nèi)正常工作時(shí)，可保持氣體不外泄?！盎?PLC的壓力過程控制系統(tǒng)”采用串級控制系統(tǒng)?；谶@個(gè)特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)串級控制系統(tǒng)時(shí)盡可能把可能產(chǎn)生的擾動都納入到副回路中，以確保主參數(shù)的控制質(zhì)量。 ④具有一定的自適應(yīng)能力 串級控制系統(tǒng)的主回路時(shí)一個(gè)定值控制系統(tǒng)，副回路則是一個(gè)隨動系統(tǒng)。 PID控制器由比例單元（ P）、積分單元（ I）和微分單元（ D）組成。雖然很 多工業(yè)過程是非線性或時(shí)變的，但通過對其簡化可以變成基本線性和動態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)，這樣 PID就可控制了。 PID 控制的原理和特點(diǎn) 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱 PID控制，又稱 PID調(diào)節(jié)。 PID控制，實(shí)際中也有 PI和 PD控制。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（ Steadystate error）。積分項(xiàng)對誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分徐衛(wèi)東畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 項(xiàng)會增大。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例 +微分 (PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參 數(shù)。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定。 利用該方法進(jìn)行 PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作； (2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn) 4： 1的衰減曲線。在電力系統(tǒng)以及電氣化鐵道上又稱遠(yuǎn)動系統(tǒng) (RTU System,Remote Terminal Unit)。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫 HMI應(yīng)用，開發(fā)時(shí)間長，效率低， 可靠性差；或者購買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。 三維力控的軟件構(gòu)架是國際上最先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫，界面，數(shù)據(jù)采集三者分離的結(jié)構(gòu)，真正實(shí)現(xiàn)多進(jìn)程處理。 全中文可視化組態(tài)軟件，簡潔、大方，使用方便靈活 支持?jǐn)?shù)據(jù)采集板卡、智能模塊、智能儀表、 PLC、變頻器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等 700多種國內(nèi)外眾多常用設(shè)備 提供漸進(jìn)色、旋轉(zhuǎn)動畫、透明位圖、流動塊等多種動畫方式，可以達(dá)到良好的動畫效果 通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理。比以往使用專用機(jī)開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更具通用性 ， 在自動化領(lǐng)域有著更廣泛的應(yīng)用。將 PLC中的串口驅(qū)動程序與組態(tài)軟件的需求響應(yīng)相結(jié)合，使電腦對 PLC發(fā)出 的信號有響應(yīng)?？梢詫?shí) 時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理。兩個(gè)壓力表則能更加清楚地顯示壓力的變化。 1．硬件連接類型： RS485通信用擴(kuò)展模塊 FX0N485ADP FX0N用，若連上 FX2NCNVBD則可以和 FX2N使用。 485BD的 SDA與 RDA短接， SDB與 RDB短接， FX系列 PLC支持無協(xié)議的 RS232和 RS485通 信協(xié)議兩種通信方式。 4．地址設(shè)置 若 485總線上掛有多個(gè) PLC，則必須設(shè)置 D8121，系統(tǒng)默認(rèn)的地址為 0。 5．串口設(shè)置 三菱 FX系列串口設(shè)備必須掛接在通用串口父設(shè)備下，通用串口父設(shè)備在通用設(shè)備構(gòu)件中。 徐衛(wèi)東畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 串口設(shè)備設(shè)置 FX2N系列串口的屬性包括 內(nèi)部屬性：用來設(shè)置組態(tài)要具體操作的寄存器。 設(shè)備地址： 485通信必須個(gè)每個(gè) PLC設(shè)置一個(gè)地址，若有多個(gè) PLC，可以同時(shí)在一個(gè)串口父設(shè)備下掛多個(gè)相同的設(shè)備，而以 PLC的地址來區(qū)別。 徐衛(wèi)東 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 當(dāng)?shù)谝淮螁釉O(shè)備工作時(shí)，先把 PLC中的數(shù)據(jù)讀回來，之后本設(shè)備會將變化的值往下寫，這種操作的目的是防止用戶 PLC程序中有些通道的數(shù)據(jù)在計(jì) 算機(jī)第一次啟動，或計(jì)算機(jī)中途死機(jī)時(shí)不能復(fù)位。選 擇要對 PLC中的那個(gè)繼電器區(qū)或寄存器區(qū)進(jìn)行操作即選擇通道類型 ,可以選擇是只讀，只寫，還是讀寫，軟件默認(rèn)狀態(tài)是只讀。 設(shè)備調(diào)試在構(gòu)件屬性窗口的“設(shè)備調(diào)試”屬性頁中進(jìn)行，以檢查和測試本構(gòu)件和 PLC的通訊連接工作是否工作，在進(jìn)行調(diào)試前，要先對通訊單元的各種跳線進(jìn)行 設(shè)置，計(jì)算機(jī)和通訊單元之間的通訊線也要正確連接。 徐衛(wèi)東 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 設(shè)備調(diào)試時(shí)各個(gè)對象的屬性 7．寄存器類型 寄存器名稱：這是一個(gè)字符型變量，他表示當(dāng)前要操作的寄存器，在這個(gè)驅(qū)動中，它的取值可以是： X,Y,M,D。 WUB 16位 無符號二進(jìn)制 WB 16位 有符號二進(jìn)制 WD 16位 4位 BCD DUB 32位 無符號二進(jìn)制 DB 32位 有符號二進(jìn)制 DD 32位 8位 BCD DF 32位 浮點(diǎn)數(shù) 數(shù)據(jù)：這是一個(gè)數(shù)值型變量，它是用來存儲設(shè)備命令數(shù)據(jù)的 MCGS變量，當(dāng)然，如果是寫設(shè)備命令，它也可以是一個(gè)常量。 S1和 S2均為 16位或 32位二進(jìn)制數(shù)， 最高位為符號位。比如，指令 TO K2 K5 D10 K4就是指，當(dāng)徐衛(wèi)東 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 該指令執(zhí)行時(shí)，就將 D10～ D13中的數(shù)據(jù)寫入編號為 2的特殊功能模塊中地址編號為5～ 8的數(shù)據(jù)緩沖寄存器中。其中 S1表示設(shè)定值所在的數(shù)據(jù)寄存器； S2表示測量值所在的數(shù)據(jù)寄存器； S4表示輸出值所在的數(shù)據(jù)寄存器； S3～ S3+6表示 PID指令中控制參數(shù)設(shè)置所需的數(shù)據(jù)寄存器，其分配如下 : S3 采樣時(shí)間 (ms) S3+1動作方向 (ACT) S3+2 輸人濾波常數(shù) (a) S3+3 比例增益 (Kp) S3+4 積分時(shí)間 (TI) ( x 100ms) S3+5 微分增益 (KO) S3+6 微分時(shí)間 (TD )( x 10ms) 為了得到最優(yōu) PID控制，系統(tǒng)運(yùn)行開始時(shí)設(shè)定 S3+1(ACT)的第 4位為 ON，啟動 PID參數(shù)的自整定過程。 打開 FX2N 特殊功能模 塊 模塊是否打開 數(shù)據(jù)輸入 PID 控制 數(shù)據(jù)輸出 結(jié)束 開始 控制閥動作 徐衛(wèi)東 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 數(shù)據(jù)傳輸：對兩個(gè)輸入端口進(jìn)行設(shè)置，分別將兩個(gè)壓力罐的當(dāng)前壓力值傳入 PLC的數(shù)據(jù)寄存器中，并且對 PID控制的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置。 徐衛(wèi)東 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 第四章 硬件部分實(shí)現(xiàn) PLC 特點(diǎn) 1 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。從 PLC的機(jī)外電路來說，使用 PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。 2 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。加上 PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。 ，重量輕，能耗低 以超小型 PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。 FX2N4AD 模擬量轉(zhuǎn)換模塊 1． FX2N4AD的結(jié)構(gòu)： （ 1） FX2N4AD模擬特殊模塊有四個(gè)輸入通道，輸入通道接收模擬信號并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，這 稱為 A/D轉(zhuǎn)換。 （ 3） FX2N4AD和 FX2N主單元之間通過緩沖存儲器交換數(shù)據(jù)， FX2N4AD共有 32個(gè)緩沖存儲器（每個(gè) 16位） （ 4） FX2N4AD占用 FX2N擴(kuò)展總線的 8個(gè)點(diǎn)。 （ 5） 連接 FX2N4AD的接地端與主單元的接地端。 2048~2047 分辨率 5mV 20uA 總體精度 177。 BFM b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 1619 保留 *20 復(fù)位到缺省值和預(yù)設(shè)，缺省值 =0 *21 禁止調(diào)整偏移、增益值、缺省值 =（ 0， 1）允許 *22 偏移、增益調(diào)整 G4 O4 G3 O3 G2 O2 G1 O1 徐衛(wèi)東 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 *23 偏移值 缺省值 =0 *24 增益值 缺省值 =5000 2528 保留 29 清除狀態(tài) 30 識別碼 K2022 31 禁 用 緩沖存儲器提供了利用軟件調(diào)整偏移和增益值得手段 偏移（截距）：當(dāng)數(shù)字輸出為 0時(shí)的模擬輸入值 增益（斜率）：當(dāng)數(shù)字輸出為 +1000時(shí)的模擬輸入值（如圖 ） 圖 增益和偏移 （ 1）通道選擇 通道的初始化由緩沖存儲器 BFM0種的 4位十六進(jìn)制數(shù)字 HOOOO控制。若需要改 變增益和偏移，則（ b1,b0）必須設(shè)為（ 0， 1），缺省值是（ 0， 1）。 （ 4）狀態(tài)信息 BFM29 BFM29的位設(shè)備 開 ON 關(guān) OFF b0:錯(cuò)誤 b1b4中任何一個(gè)為 ON 如果 b2到 b4中任何一個(gè)為 ON，所有通道的 A/D轉(zhuǎn)換停止 無錯(cuò)誤 b1：偏移 /增益錯(cuò)誤 在 EEPROM中的偏移 /增益數(shù)據(jù)不正?；蛘哒{(diào)整錯(cuò)誤 增益 /偏移數(shù)據(jù)正常 b2：電源故障 24V DC電源故障 電源正常 b3：硬件錯(cuò)誤 A/D轉(zhuǎn)換器或其它硬件故障 硬件正常 b10：數(shù)字范圍錯(cuò)誤 數(shù)字輸出值小于 2048或大于 2047 數(shù)字輸出值正常 b11：平均采樣錯(cuò)誤 平均采樣數(shù)不小于 4097，或不大于0（使用缺省值 8） 平均正常（在 1到 4096之間） b12：偏移 /增益調(diào)整禁止 禁止 BFM21的（ b1,b0）設(shè)為 （ 1， 0） 允許 BFM21的（ b1,b0）設(shè)為（ 1， 0） （ 5）識別碼 BFM30 可以使用 FROM指令讀出特殊功能模塊的識別號， FX2N4AD單元的識別號是 K2022 徐衛(wèi)東 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 FX2N4DA 模擬特殊模塊 1． FX2N4DA的結(jié)構(gòu)： （ 1） FX2N4DA模擬特殊模塊有四個(gè)輸出通道，輸出通道接收數(shù)字信號并轉(zhuǎn)換成等價(jià)的模擬信號，這樣稱為 D/A轉(zhuǎn)換。 2． FX2N4DA安裝注意事項(xiàng)： （ 1）對于模擬輸出使用雙絞線屏蔽電纜，電纜應(yīng)遠(yuǎn)離電源線或者其他可能產(chǎn)生電氣干擾的電線。 （ 4）將 FX2N4DA的接地端和可編程控制器的接地端連接在一起 （ 5）將電壓輸出端子短路或者連接電流輸出負(fù)載道電壓輸出端子可能會損壞FX2N