【正文】 目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。（3）微分（D）控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。 PID調(diào)節(jié)的各個(gè)環(huán)節(jié)及其調(diào)節(jié)過程。其中SP為給定信號(hào)，由用戶通過計(jì)算機(jī)設(shè)定，PV為控制變量，它們的差是PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號(hào)，經(jīng)過PLC的PID程序運(yùn)算后輸出，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)經(jīng)過PLC的D/A轉(zhuǎn)換成420mA的模擬電信號(hào)后輸出到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥中調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥的開度，以控制水的流量，使水箱的液位保持設(shè)定值。當(dāng)上水箱的液位小于設(shè)定值時(shí)，壓力變送器檢測到的信號(hào)小于設(shè)定值，設(shè)定值與反饋值的差就是PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號(hào)。所以系統(tǒng)能實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)水箱的液位。系統(tǒng)的控制框圖如下，其中溫度T控制原理和流量Q的控制原理均由該框圖示意： SpnE（t）M(t)c（t）執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象PID控制器敏感元件pv（t）為了完成對(duì)混合液體的精確控制，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥要以一定的開度來控制進(jìn)入容器的液體流量，調(diào)節(jié)手段是通過將超聲波液位儀檢測到的電信號(hào)送入PLC中，經(jīng)過A/D變換成數(shù)字信號(hào)，送入數(shù)字PID調(diào)節(jié)器中，經(jīng)PID算法后將控制量經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換成與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)送入電動(dòng)調(diào)節(jié)閥中控制通道中的液體流量。EJ15系列電動(dòng)機(jī)效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、振動(dòng)小、運(yùn)行安全可靠。額定電壓為220V，額定頻率為50Hz，采用三角形接法。FX2N4DA的主要技術(shù)指標(biāo)如下表所示： 項(xiàng)目電壓輸出電流輸出模擬輸出范圍DC10~+10V（外部負(fù)載阻抗：2kΩ~1MΩ）DC0~20mA（外部負(fù)載阻抗：500Ω）數(shù)字輸入16位，二進(jìn)制，有符號(hào)（數(shù)值有效位：11位和一個(gè)符號(hào)位（1位））分辨率5mV（10V*1/2000）20μA（20mA*1/1000）總體精度177。輸入、輸出的電壓、電流選擇通過用戶配線完成。C~176。F兩種可讀數(shù)據(jù)模擬輸入信號(hào)箔溫度PT100傳感器（100歐姆），3線，4通道（CH1,CH2,CH3,CH4）,3850PPM/176。模塊內(nèi)附有溫度傳感器的前置放大器，因此，它可以直接與三線的鉑電阻Pt1003型傳感器匹4路輸入通道相連接。這三種A/D轉(zhuǎn)換器都是高精度模擬量輸入模塊，只要選擇合適的傳感器及前置放大器，就可以用于溫度、壓力、流量、速度、電流和電壓等系統(tǒng)模擬信號(hào)的監(jiān)視與控制。本設(shè)計(jì)選用LDE型電磁流量計(jì)，其技術(shù)參數(shù)如下表所示：測量誤差；測量介質(zhì)：電導(dǎo)率大于5μS/cm的各種液體和液固兩相流體。電磁流量變送器的測量管道中無阻力元件，氣壓力損失小，流速范圍大，~10m/s；量程比達(dá)10：1；。流體的體積流量Q（cm3/s）與流速（cm/s）的關(guān)系為：Q=πD2v/4，將此式代入上式得：E=4BQ108/πD=kQ，式中，k為儀表常數(shù)，k=4108B/πD，當(dāng)B和D一定時(shí)，k為常數(shù)。管道內(nèi)部的兩個(gè)電極測量產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。IP67(分體式傳感器 ) 電 源AC220V177。產(chǎn)品具有自動(dòng)功率調(diào)整，增益控制，溫度補(bǔ)償，先進(jìn)的檢測技術(shù)和計(jì)算技術(shù)，提高了儀表的測量精度，豐富的SIEMENS類的軟件功能對(duì)干擾回波有抑制功能，廣泛應(yīng)用于電力、冶金、化工、建筑、糧食、給排水等行業(yè)，既可測量液體物料也可測量固體物料。超聲波傳感器接收電路。放大電路采用LM358集成運(yùn)算放大器，為了防止單級(jí)放大倍數(shù)過高帶來的非線性誤差，放大電路采用兩級(jí)放大，前一級(jí)約為10倍，后一級(jí)約為3倍。 。鉑熱電阻阻值與溫度關(guān)系為：（1）200℃t0℃時(shí)，RPt=100*[1+At+B*t2+C*t3*(t100)] ()（2） 0℃≤t≤850℃時(shí)，RPt=100*[1+At+B*t2] ()式中，A=10 3,B=10 8，C=10 13。 溫度傳感器PT100Pt100的外觀如圖所示：圖9 Pt100外觀圖Pt100溫度傳感器為正溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器，主要技術(shù)參數(shù)如下：測量范圍200℃～+850℃允許偏差值△℃A級(jí)177。這時(shí)相應(yīng)得電源模塊輸出功率可按各自得供電范圍計(jì)算。這些電源都由PLC本身的電源模塊供給，所以在實(shí)際應(yīng)用中要注意電源模塊的選擇。其中輸入信號(hào)要通過光電隔離，通過濾波進(jìn)入CPU控制板，CPU發(fā)出輸出信號(hào)至輸出端。 I/O模塊I/O模塊是CPU與現(xiàn)成I/O裝置或其他外部設(shè)備之間的連接部件。其功能是：PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能，接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。PLC根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際要求，通過用戶程序?qū)D(zhuǎn)換后的信息進(jìn)行處理結(jié)果通過模擬量輸出模塊轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)或電流信號(hào)去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件。 前向通道（A/D）后向通道（D/A）選擇由于本次設(shè)計(jì)的主控制器選擇為PLC，而實(shí)現(xiàn)模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換最簡便的方式莫過于使用模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和書模轉(zhuǎn)換模塊，接線簡單，便于安裝調(diào)試，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。變送器把流過的被測液體的流量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的感應(yīng)電勢(shì)。(3) 電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)的工作原理為法拉第電磁感應(yīng)定律。流量檢測元件的輸出接近于線性。浮子流量計(jì)的流量檢測元件是由一根自下向上擴(kuò)大的垂直錐形管和一個(gè)沿著錐管軸上下移動(dòng)的浮子組所組成。其結(jié)構(gòu)及拿單可靠，應(yīng)用最多的孔板式流量計(jì)結(jié)構(gòu)牢固,性能穩(wěn)定可靠,使用壽命長。這種測量方法是以流動(dòng)連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）為基礎(chǔ)的。它通常由一次儀表和二次儀表組成。為了有效地進(jìn)行生產(chǎn)操作、監(jiān)視和自動(dòng)控制，需要對(duì)生產(chǎn)過程中各種介質(zhì)的流量進(jìn)行檢測和變送，以便為生產(chǎn)操作和控制提供依據(jù)。優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)非接觸測量超聲波傳感器安裝于料倉、液罐上方，不直接接觸物料，克服了其它型號(hào)液（物）位計(jì)直接接觸物料和由此而帶來的弊端；可用于腐蝕性液體、高粘性液體、有毒性液體等液位的測量；響應(yīng)時(shí)間短，可以方便地實(shí)現(xiàn)無滯后的實(shí)時(shí)測量；安裝、維護(hù)較方便。缺點(diǎn)：有很多機(jī)械傳動(dòng)部件，故障率會(huì)增加，安裝也復(fù)雜；由于其接觸的測量方式、發(fā)展未成熟和較高的安裝、維護(hù)要求導(dǎo)致市場普及不廣。但是由于此次測試液體高度分為單一液體檢測和混合液體檢測，故在混合前后容器中液體密度會(huì)發(fā)生較大的變化，而且不易實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。（2）投入式液位傳感器投入式液位傳感器是一種測量液位的壓力傳感器．投入式液位傳感器是基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用國外先進(jìn)的隔離型擴(kuò)散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過溫度補(bǔ)償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)（一般為4～20mA／１～５ＶＤＣ）。（1）傳統(tǒng)壓力傳感器采用壓力傳感器檢測液體液位高度十分方便且比較常用，其原理是根據(jù)靜壓力計(jì)算公式：P=dH。所以本系統(tǒng)采用了三線的鉑電阻PT100做溫度檢測部件，具體參數(shù)性能詳見硬件電路設(shè)計(jì)。它的主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定。它直接測量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào), 在通過電氣儀表轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度，或由A/D轉(zhuǎn)換電路變?yōu)閿?shù)字信號(hào)交由數(shù)字控制器做后續(xù)處理?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。綜上考慮，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用FX2N系列功能增強(qiáng)型PLC，配合用于模擬量輸入和輸出處理模塊，完成系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。由PLC為主構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強(qiáng)大、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，是目前工業(yè)自動(dòng)化的首選控制裝置。（4） 可編程序控制器控制可編程序控制器配備各種硬件裝置供用戶選擇，用戶不用自己設(shè)計(jì)和制作硬件裝置，只須確定可編程序控制器硬件配置和設(shè)計(jì)外部接線圖，同時(shí)采用梯形圖語言編程，用軟件取代繼電器電器系統(tǒng)中的觸電和接線，通過修改程序適應(yīng)工藝條件的變化。要將它用于工業(yè)控制還要附加一些配套的集成電路和I/O接口電路，硬件設(shè)計(jì)、制作和程序設(shè)計(jì)的工作量相當(dāng)大。系統(tǒng)復(fù)雜，在控制過程中，如果某個(gè)繼電器損壞，都會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，查找和排除故障往往非常困難，雖然繼電器本省價(jià)格不太貴，但是控制柜的安裝接線工作量大，因此整個(gè)控制柜價(jià)格非常高，靈活性差，響應(yīng)速度慢。在整個(gè)混合過程中，系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示容器內(nèi)液位高度（單位cm），混合液體溫度（單位℃）以及管道內(nèi)A、B液體的流量（單位m/s）。DA和DB分別為控制A液和B液流速的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，M為攪拌電機(jī)，T為PT100溫度傳感器探頭，H為加熱器，另外還有控制電動(dòng)機(jī)的一個(gè)交流接觸器,用作顯示溫度和液位高度的數(shù)碼管顯示器。 對(duì)于本課題來說，如果液體混合系統(tǒng)部分是一個(gè)較大規(guī)模工業(yè)控制系統(tǒng)的改造升級(jí)，新控制裝置需要根據(jù)企業(yè)設(shè)備和工藝現(xiàn)況來構(gòu)成并需盡可能的利用舊系統(tǒng)中的元器件。設(shè)計(jì)原則主要包括：工作條件；工程隊(duì)電氣控制線路提供的具體資料。 本設(shè)計(jì)的主要研究范圍及要求達(dá)到的技術(shù)參數(shù)有（1）是液體灌裝機(jī)能夠時(shí)限安全、高效的灌裝；（2）滿足灌裝的各項(xiàng)技術(shù)要求；（3）具體內(nèi)容包括多種控制方案的設(shè)計(jì)、軟硬件電路的設(shè)計(jì)、常見故障的分析等等。 課題舉例簡介 采用基于PLC的控制系統(tǒng)來取代原來由單片機(jī)、繼電器等構(gòu)成的控制系統(tǒng)，采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有良好的可移植性和可維護(hù)性。但由于這些行業(yè)中多為易燃易爆、有毒有腐蝕性的介質(zhì)，一直現(xiàn)場工作環(huán)境十分惡劣，不適合人工現(xiàn)場操作。隨著大規(guī)模集成電路和微處理器在PLC中的應(yīng)用，使PLC的功能不斷得到增強(qiáng)，產(chǎn)品得到飛速發(fā)展。這個(gè)方案首先得到了美國數(shù)字設(shè)備(DEC)公司的積極相應(yīng)，并中標(biāo)。液體混合系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)考慮到其動(dòng)作的連續(xù)性以及各個(gè)被控設(shè)別動(dòng)作之間的相互關(guān)聯(lián)性，針對(duì)不同的工作狀態(tài)，進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作控制輸出，從而實(shí)現(xiàn)液體混合系統(tǒng)從第一種液體加入到混合完成輸出的這樣一個(gè)周期控制工作的程序?qū)崿F(xiàn)。并形成循環(huán)狀態(tài)。 22 23 23 23 三菱FX2系列PLC中PID指令的使用 24 在PLC中的PID控制的編程 25 25 27 硬件調(diào)試方法 28 常見的硬件故障 28 29 結(jié)論 31 參考文獻(xiàn) 32 第一章 緒論 課題的背景與意義1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車（GM）公司提出了公開招標(biāo)方案，設(shè)想將功能完備靈活通用的計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電器便于使用的特點(diǎn)相結(jié)合，把計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡化，用面向過程、面向問題的“自然語言”編程，生產(chǎn)一種新型的工業(yè)通用控制器，使人們不必花費(fèi)大量的經(jīng)歷進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程，也能像繼電器那樣方便的使用。 課題的應(yīng)用與展望PLC是一種以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)和傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)而發(fā)展起來的新型工業(yè)控制裝置，一經(jīng)出現(xiàn)，由于他的自動(dòng)化程度高、可靠性好、設(shè)計(jì)周期短、使用和維護(hù)簡便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，備受國內(nèi)外工程技術(shù)人員和工業(yè)界廠商的吉大關(guān)注，生產(chǎn)PLC的廠家云起。在煉油化工制藥等行業(yè)中多種液體混合是必不可少的工序，而且也是其生產(chǎn)過程中十分重要的組成部分。借助實(shí)驗(yàn)室設(shè)備熟悉工業(yè)生產(chǎn)中PLC的應(yīng)用、了解不同公司的可編程序控制器的型號(hào)和原理，熟悉其編程方式，而多種液體混合裝置的控制更常見于生產(chǎn)中，適合大中型飲料生產(chǎn)廠家，尤其見于化工業(yè)中，便于學(xué)以致用。本次設(shè)計(jì)是將PLC用于多種液體混合灌裝設(shè)置的控制，對(duì)學(xué)校與使用是很好的接結(jié)合。設(shè)計(jì)的編寫按照國家關(guān)于電氣自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)中的電氣設(shè)備常用基本圖形符號(hào)（GB4728）及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范編寫?？刂朴扇斯た刂频阶钥乜刂?，由模擬控制到微機(jī)控制，使功能的實(shí)現(xiàn)由一到多而且更加趨于完善。第2章 設(shè)計(jì)方案與論證 本設(shè)計(jì)的液體混合裝置主要完成兩種液體的自動(dòng)按比例定量混合攪拌并控制溫度對(duì)其加熱，此裝置所需要的控制的元件有：其中L是超聲波液面?zhèn)鞲衅鳎S液位高度而線性變化。（3） 停止操作按下停止鍵S2，無論處于什么狀態(tài)系統(tǒng)均停止所有動(dòng)作。繼電器串接在控制電路中的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、時(shí)間及溫度等參量變化而動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)電力拖動(dòng)裝置的自動(dòng)控制及保護(hù)。但是，單片機(jī)是一片集成電路，不能直接將它與外部I/O信號(hào)相連。且其外部I/O接線一般都用于多芯扁平電纜和插頭、插座、直接從印刷電路板上引出，不如接線端子可靠。現(xiàn)在PLC已經(jīng)發(fā)展成為不但具有邏輯控制功能，還具有過程控制功能、運(yùn)動(dòng)控制功能和數(shù)據(jù)處理功能、連網(wǎng)通訊功能等多種性能，是名副其實(shí)的多功能控制器。PLC制造廠商都有配套的A/D和D/A模塊，使PLC可以很方便地用于模擬量控制。（1） 集成溫度模塊（ds18b20） Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。C。（