【正文】 制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID 控制技術(shù)最為方便。表 41　輸入點代碼及地址編號輸入信號名稱 地址編號啟動按鈕 X0停止按鈕 X1急停按鈕 X2過載按鈕 X3故障復(fù)位按鈕 X5石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計21表 42　輸出點代碼及地址編號輸出信號名稱 地址編號變頻器啟動 Y0調(diào)節(jié)閥啟動 Y1運行指示燈 Y3故障指示燈 Y4閥門 2 Y5流量 1 高報警燈 Y6流量計 2 高報警燈 Y7　系統(tǒng) I/O 接線圖結(jié)合系統(tǒng)控制原理和 PLC 的 I/O 端口分配表 442，畫出 PLC 及擴展模塊外圍接線圖，如圖 41 所示：圖 41　PLC 外圍接線圖　系統(tǒng)控制過程　程序初始化與故障分析程序初始化一個程序基本的編程方式。語句表(STL)語言類似于計算機的匯編語言，它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機器硬件的語言。系統(tǒng)實現(xiàn)水流量恒定的主體控制設(shè)備是 PLC，控制電路的合理性，程序的可靠性直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的運行性能。雙座閥不平衡力小、允許壓差大、流通能力大等特點，適用于泄漏要求不嚴(yán)、壓差較大的干凈介質(zhì)場合。調(diào)節(jié)閥分電動調(diào)節(jié)閥、氣動調(diào)節(jié)閥和液動調(diào)節(jié)閥等。調(diào)節(jié)閥又名控制閥，在工業(yè)自動化過程控制領(lǐng)域中，通過接受調(diào)節(jié)控制單元輸出的控制信號，借助動力操作去改變介質(zhì)流量、壓力、溫度、液位等工藝參數(shù)的最終控制元件。 (2)介質(zhì)在安裝位置應(yīng)該滿管流動，避免比滿管及氣 體附著在電極上。電動勢 E 即流量信號由電極檢出并通過電纜送至轉(zhuǎn)換器。電流量計測量原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律。DN25 電磁流量計特別設(shè)計了帶背光寬溫的中文液晶顯示器，功能齊全實用、顯示直觀、操作使用方便，可以減少其他電磁流量計英文菜單所帶來的不便。要使電機常處于高效區(qū)運行，則所選用的電機必須與系統(tǒng)用水量的變化幅度相匹配。由于本設(shè)計中 PLC 選擇的三菱 FX2N16MR 型號，為了方便 PLC 和變頻器之間的通信，我們選擇 MicroMaster440 變頻器。因此，不要超過最高轉(zhuǎn)速容許值。 (2)變頻器若要長電纜運行時，此時應(yīng)該采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不夠。由于高速時所需功率隨轉(zhuǎn)速增長過快，與速度的三次方成正比，所以通常不應(yīng)使風(fēng)機、泵類負(fù)載超工頻運行。供水系統(tǒng)屬泵類負(fù)載，低速運行時的轉(zhuǎn)矩小，可選用價格相對便宜的 U/f 控制變頻器。應(yīng)注意以下幾點：石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計13(l)外部輸入為電壓信號時，則將信號的+ 、—極分別與模塊 V+和 V—相連。從結(jié)構(gòu)上分，PLC 分為固定式和模塊式兩種?！≡O(shè)備的選型根據(jù)基于 PLC 的流量比值控制系統(tǒng)的原理，即利用 PLC 內(nèi)部程序?qū)φ麄€路進行控制，PLC 對各個器件輸入的數(shù)據(jù)進行分析從而達到設(shè)計的要求。PLC 的梯形圖使用的是內(nèi)部軟件繼電器、定時器、計數(shù)器等，靠軟件實現(xiàn)。每個系列又有 1134680、128 點等不同輸入輸出點數(shù)的機型，每個系列還有繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出三種輸出形式。 FX2N 是 FX 系列中功能最強、速度最高的微型 PLC。PLC 的指令系統(tǒng) 有:基本指令、定時器 /計數(shù)器指令、移位指令、傳送指令、比較指令、轉(zhuǎn)換指令、BCD 運算指令、二進制運算指令、增量/ 減量指令、邏輯運算指令、特殊運算指令等。(2)當(dāng)管道液體流量減小時，流量變送器反饋的水流量信號減小，偏差變大，PLC 的輸出信號變大，變頻器的輸出頻率變大，所以水泵電機的轉(zhuǎn)速增大，主流量增大，最終水泵電機的轉(zhuǎn)速達到另一個新的穩(wěn)定值。(3)控制機構(gòu)：本系統(tǒng)的控制機構(gòu)包括控制器(PLC)和變頻器兩個部分。在硬件設(shè)計上，只需確定 PLC 的硬件配置和 I/O 的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時，可以方便地通過 PC 機來改變存儲器中的控制程序，所以現(xiàn)場調(diào)試方便?！】刂品桨傅谋容^和確定流量控制系統(tǒng)主要有流量變送器、變頻器、恒流控制單元、調(diào)節(jié)閥、電動機組成。要求從動量 Q2 能跟隨主動量 Q1 的變化而變化，而且兩者間保持一個定值的比例關(guān)系，即 Q2/Q1＝K ，同時要求保證主動量與從動量保持總量恒定?！》桨高x擇通過方案的論證可知，單閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)適用于負(fù)荷變化不大，主流量不可控制，兩種物料間的比值要求較精確的生產(chǎn)過程。方案二：在單閉環(huán)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加一個主流量閉環(huán)控制系統(tǒng)，單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)就成為雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，其方框圖如圖 22 所示。要求副流量根據(jù)主流量的變化而變化。人工控制由于人員過多效益過低，生產(chǎn)的產(chǎn)品不夠精確，安全隱患大增加了系統(tǒng)故障的可能性，還有就是工廠的試驗設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備存在一定的相差度，以致影響了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效益。由于它能滿足設(shè)備使用環(huán)境的要求和控制的復(fù)雜、可靠性,在現(xiàn)代的工業(yè)控制系統(tǒng)中大量應(yīng)用，前景非常廣闊。本次課程設(shè)計的目的是采用三菱系列 PLC 來實現(xiàn)過程控制系統(tǒng)的設(shè)計。本設(shè)計采用 PLC 為核心對液體流量進行控制，通過合理的設(shè)計，提高流量控制水平，進而改善流量運行的穩(wěn)定性，使其更加精確。首先要畫出系統(tǒng)控制圖的簡略圖，再根據(jù)課題要實現(xiàn)的功能進行改進。經(jīng)過40 多年的發(fā)展，在美、德、日等工業(yè)發(fā)達國家已成為重要的產(chǎn)業(yè)之一。所以在科技發(fā)達的社會，合理分配資源，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，研究實現(xiàn)兩個或兩個以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)是非常有必要的，這項研究對工業(yè)的的發(fā)展有很大幫助。應(yīng)收集的資料及參考文獻 [1] 徐國林. PLC 應(yīng)用技術(shù). 北京械工業(yè)出版社. 2022.[2] 胡壽松. 動控制原理. 北京國科學(xué)出版社. 2022.[3] 曹立學(xué). 基于組態(tài)軟件的計算機液位串機控制系統(tǒng)設(shè)計 [J]. 控制計算機. 2022.[4] 郁漢琪. 電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù). 南京東南大學(xué)出版社 . 2022. [5] 劉愛華. 傳感器原理與應(yīng)用技術(shù). 北京民郵電出版社. 2022.進度計劃第 13 周： 調(diào)研、收集材料、完成開題報告。基本要求1. 了解 PID 的基本原理。第 8 周： 中期檢查。PLC 技術(shù)的快速發(fā)展為工業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的便利， PLC技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢，在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中有廣闊的應(yīng)用前景。國內(nèi)的 PLC 市場主要是被國外產(chǎn)品占領(lǐng)，但是國內(nèi)也有自己的品牌如和利時、德維森、安控等等。四、預(yù)期達到的結(jié)果在流量比值控制系統(tǒng)，運用 PLC 技術(shù)對其進行控制檢測，可以輕松的實現(xiàn)副流量隨主流量的變化而變化，而且可以克服副流量本身的干擾對比值的影響，使得主副流量的比值較為精確。根據(jù) PI 調(diào)節(jié)的輸出與輸入的偏差成正比，還與偏差對時間的積分成正比，消除了控制過程中產(chǎn)生的靜差。應(yīng)用于所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(shè)備等等。目前，國外的可編程自動控制設(shè)備技術(shù)順應(yīng)時代潮流，與計算機技術(shù)同步發(fā)展，向著通用化、模塊化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化方向迅猛發(fā)展。目前，雖然我國在 PLC 生產(chǎn)方面非常弱，但在 PLC 應(yīng)用方面，我國是很活躍的，近年來每應(yīng)用的行業(yè)也很廣。同時本設(shè)計需要用到變頻器、A/D 與 D/A 轉(zhuǎn)換器及其相關(guān)的連接，I/O的連接。 經(jīng)過分析，當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時，比值關(guān)系是比較精確的；在動態(tài)過程中，比值關(guān)系相對而言不夠精確。經(jīng)過分析，選擇方案二的雙閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)來設(shè)計該生產(chǎn)控制系統(tǒng)更為合適。雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)另一優(yōu)點是升降負(fù)荷比較方便，只需緩慢改變主動量控制的給定值，這樣從動量自動跟蹤升降，并保持原來比值不變。這種方式控制精度高、控制算法靈活、參數(shù)調(diào)整方便，具有較高的性價比，但開發(fā)周期長，程序一旦固化，修改較為麻煩，因此現(xiàn)場調(diào)試的靈活性差，同時變頻器在運行時，將產(chǎn)生干擾，變頻器的功率越大，產(chǎn)生的干擾越大，所以必須采取相應(yīng)的抗干擾措施來保證系統(tǒng)的可靠性。通過對以上兩種方案的比較和分析，可以看出第二種控制方案更適合于本系統(tǒng)。流量比值控制系統(tǒng)以管道主流量為控制目標(biāo)，在控制上實現(xiàn)出口管道的實際流量跟隨設(shè)定的流量給定值。PLC 電路通過內(nèi)部輸入的程序，對變頻器進行控制，從而改變水泵的轉(zhuǎn)速；流量計 2 是對副流量進行檢測的，流量計測得副流量的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送給變送器 2，也就是 FX2N4AD 的 Channel two，將信號傳送給 PLC，即 FX2N16MR?！LC 硬件介紹本設(shè)計運用的是 FX 系列的 PLC，F(xiàn)X 系列的 PLC 系統(tǒng)配置靈活，可以根據(jù)自己的需要選擇不同的型號，還可以選用各種擴展單元和擴展模塊，組成不同 I/O 點和不同功能的控制系統(tǒng)。機內(nèi)有實時鐘，PID 指令可實現(xiàn)模擬量閉環(huán)控制。 單元類型：M基本元； E 輸入輸出混合擴展模塊； EX輸入專用擴展模塊； EY輸出專用擴展模塊； 輸出形式：R繼電器輸出； T晶體管輸出； S晶閘管輸出；　編程語言PLC 的控制功能是由程序?qū)崿F(xiàn)的。PLC 的輸出器件用圓圈表示，圓圈可以表示內(nèi)部繼電器線圈，輸出繼電器線圈或者是計數(shù)/定時的邏輯運算結(jié)果。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計11可編程控制器(PLC) A/D 模塊流量變送器變頻器水泵電機圖 31　系統(tǒng)的電氣控制總框圖　PLC 及其轉(zhuǎn)換模塊的選型PLC 是整個流量控制系統(tǒng)的核心，它要完成對系統(tǒng)中所有輸入信號的采集、所有輸出單元的控制、流量的控制以及對外的數(shù)據(jù)交換。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字進入 PLC 系統(tǒng)，而輸出模塊正好相反；電源模塊用于為 PLC 各單元模塊的集成電路提供工作電源。FX2N2DA 是將數(shù)字量轉(zhuǎn)化成模擬量，兩個個通道的外部連接是根據(jù)外部輸入電壓或電流的不同而不同。人們在實踐中常將生產(chǎn)機械分為三種類型: 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載和風(fēng)機、水泵負(fù)載。用戶可以根據(jù)自己的實際工藝要求和運用場合選擇不同類型的變頻器。 (4)使用變頻器控制高速電機時，由于高速電動機的電抗小，會產(chǎn)生較多的高次諧波。因此，容易發(fā)生由于紋波電流而引起的過電流跳閘現(xiàn)象，所以應(yīng)選擇比通常容量稍大的變頻器。它的電源電壓規(guī)格很多，因而可在世界范圍內(nèi)應(yīng)用。SFL石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計16型低噪音生活給水泵在外殼、軸上采用不銹鋼材質(zhì)，葉輪、導(dǎo)葉采用鑄造件，經(jīng)過靜電噴塑處理，效率可提高 5%以上；采用低噪音電機，機械密封，前端配有泄壓保護裝置，噪聲更低(室外噪音 60 分貝)、磨損小、壽命更長；下軸承采用柔性耐磨軸承，噪音低，壽命長；采用低進低出的結(jié)構(gòu)設(shè)計，水力模型先進，性能更可靠。流量傳感器是把流過管道內(nèi)的導(dǎo)電液體的體積流量轉(zhuǎn)換為線性電信號。其電極頭與襯里內(nèi)表面基本齊平。因此，只要測量出 E 就可確定流量 Q ，這是電磁流量計的基本工作原理。 (5)修改管道的安裝方法： 當(dāng)介質(zhì)流速達不到要求時，應(yīng)當(dāng)選用較小口徑的流量計，這時應(yīng)使用異徑錐管或修改部分管道，使其與傳感器同口徑，但前后直管段至少須滿足：前直。調(diào)節(jié)閥適用于空氣、水、蒸汽、各種腐蝕性介質(zhì)、泥漿、油品等介質(zhì)。在此設(shè)計中要通過 PLC 給予模擬量輸出給調(diào)節(jié)閥來控制副流量的流速。表 32　本系統(tǒng)主要硬件設(shè)備清單主要設(shè)備 型號可編程控制器(PLC) FX2N16MR模擬量轉(zhuǎn)換模塊 FX2N4AD//FX2N2DA變頻器 MM440(西門子)水泵電機 SFL28(3KW)電磁流量計 LDGDN25電磁閥 ZDLN 電動雙座調(diào)節(jié)閥　系統(tǒng)主電路分析及其設(shè)計基于 PLC 的水流量控制系統(tǒng)電路圖見附錄 B 所示：水泵電機為 M1；QS1 為變頻器主電路的隔離開關(guān)；FU 為主電路的熔斷器?？刂埔螅焊鶕?jù)系統(tǒng)控制原理，由變頻器、水泵電機、流量轉(zhuǎn)換器和 PLC 模擬量模塊組成閉環(huán)系統(tǒng)。PLC 控制程序由一個主程序、若干子程序構(gòu)成，程序的編制在計算機上完成，編譯后通過 PC/PPI 電纜把程序下載到 PLC，控制任務(wù)的完成，是通過在 RUN 模式下主機循環(huán)掃描并連續(xù)執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)的。M8000 起運行監(jiān)視的作用。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、 積分、微分計算出控制量進行控制的。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。 以下為 PID 初始化程序，M33 是將程序指定到 PID 初始化部分。采用組態(tài)王軟件開發(fā)工業(yè)監(jiān)控工程，可極大地增強生產(chǎn)控制能力、提高工廠的生產(chǎn)力和效率、提高產(chǎn)品的質(zhì)量、減少成本及原料損耗。 開機畫面如圖 51，當(dāng)我們啟動系統(tǒng)后，我們進入開機畫面，其中上面有系統(tǒng)的名字是流量比值控制系統(tǒng)，另外還有兩個按鈕，它們的功能分別是：進入主界面和退出系統(tǒng)。 (2) 制作動態(tài)監(jiān)控畫面 利用工具箱中各畫圖工具繪制監(jiān)控系統(tǒng)界面，然后進行動畫連接。因為有誤差，積分調(diào)節(jié)就進行，直至無差。其原因是由于存在有較大慣性組件或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。 積分(I)控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它 以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。根據(jù)以上控制要求統(tǒng)計控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號如表442 所示。該軟件的編程語言包含三種語言，即語句表(STL)語言、梯形圖(LAD) 語言、功能塊圖 (FBD)語言。PLC