【正文】 設(shè)計 12 三菱PLC控制系統(tǒng) 12 CPU模塊 13 I/O模塊 13 14 電磁流量計 16 17 軟件設(shè)計思想 20 PID調(diào)節(jié)的各個環(huán)節(jié)及其調(diào)節(jié)過程設(shè)計以液體混合控制系統(tǒng)為中心，從控制系統(tǒng)的硬件組成、軟件選用到系統(tǒng)的設(shè)計過程(包括設(shè)計方案、設(shè)計要求、梯形圖設(shè)計、外部鏈接通訊等)，PLC的產(chǎn)生和定義、過程控制的發(fā)展， FX2N系列可編程控制器的硬件掌握，PID參數(shù)的整定及各個參數(shù)的控制性能的比較，整個系統(tǒng)各個部分介紹和講解PLC的過程控制指令PID指令來精確控制各項參數(shù)，旨在對其中的設(shè)計和制作過程做簡單的介紹和說明。近年來在工業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域，如冶金、機械、電力、石油、煤炭、化工、輕紡、交通、食品、環(huán)保、輕工、建材等工業(yè)部門得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為工業(yè)自動化的三大支柱之一。度提高企業(yè)生產(chǎn)和管理自動水平有很大的幫助，同時又提高了生產(chǎn)線的效率、使用壽命和質(zhì)量，減少了企業(yè)場頻質(zhì)量的波動，因此具有廣闊的市場前景。系統(tǒng)在保證安全、可靠、穩(wěn)定、快速的前提下，盡量做到經(jīng)濟合理合用，減小設(shè)備成本。A液B液電動調(diào)節(jié)閥DA、DB溫度傳感器T攪拌器M加熱器HM混合液體排除電磁閥Y1液體混合自動控制裝置系統(tǒng)圖 (1) 初始狀態(tài)初始狀態(tài)容器是空的，各個閥門均關(guān)閉狀態(tài)，具體是電磁閥Y1為關(guān)閉狀態(tài)，電動調(diào)節(jié)閥DA、DB開度為零，加熱器H為停止加熱狀態(tài)，溫度傳感器T和液位傳感器L隨啟動按鈕開始檢測當(dāng)前溫度值，攪拌器電機M為停止工作狀態(tài)。（2） 單片機控制單片機作為一個超大規(guī)模的集成電路，結(jié)構(gòu)上包括CPU、存儲器、定時器和多種輸入輸出接口電路?？删幊炭刂破鳎≒LC）從上個世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)，起初它主要是針對開關(guān)量進(jìn)行邏輯控制的一種裝置，可以取代中間繼電器、時間繼電器等構(gòu)成開關(guān)量控制系統(tǒng)。具體參數(shù)性能詳見硬件電路設(shè)計。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。其中鉑熱電阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。式中P為靜壓力（單位可用水柱高度m、Pa、 kgf/cm2 等表示）；d為液體密度（單位：kg/m3）；H為液柱高度（單位：m）。（3）光纖液位傳感器光纖液位檢測是近年來出現(xiàn)的一種新技術(shù)，目前國內(nèi)外已有不少產(chǎn)品問世。SHHO超聲波液位測量原理綜上考慮，本系統(tǒng)采用使用廣泛且簡單的超聲波液位儀來完成該設(shè)計中液體檢測工作，具體原理和參數(shù)詳見元件簡介部分。一次儀表亦稱為傳感器，二次儀表稱為現(xiàn)實裝置或變送器。缺點是測量精度普遍偏低；范圍度窄,一般僅3:1~4:1；現(xiàn)場安裝條件要求高；壓損大（指孔板、噴嘴等）。壓力損失較低。轉(zhuǎn)換器的作用是把電磁流量變送器輸出的和流量成比例的毫伏級電壓信號放大并轉(zhuǎn)換成為可被工業(yè)儀表或控制器接收的標(biāo)準(zhǔn)直流電流、電壓或脈沖信號輸出，以便與儀表及調(diào)節(jié)器配合，實現(xiàn)流量的指示、記錄和運算。第三章 元件介紹及硬件電路設(shè)計 三菱PLC控制系統(tǒng)FX2系列PLC是三菱電機公司1991年繼F、FF2系列之后推出的產(chǎn)品，是目前運行速度最快的小型PLC之一。PLC提供了各種操作電平與驅(qū)動能力的I/O模塊和各種用途I/O元件供用戶選用。在選擇電源模塊時一般應(yīng)考慮以下幾點：?？梢奝t100在常溫0℃～100℃之間變化時線性度非常好，其阻值表達(dá)式可近似簡化為：RPt=100（1+At），當(dāng)溫度變化1℃。溫度在0℃～100℃變化，當(dāng)溫度上升時，Pt100阻值變大，輸入放大電路的差分信號變大，放大電路的輸出電壓對應(yīng)升高。SONIC系列超聲波物（液）位計技術(shù)參數(shù)如下表所示：顯 示主機2*16LCD背光顯示液（物）位高度量 程3 m、5m、10 m、 15 m、 30 m、 40 m盲區(qū)及開角 m(與量程有關(guān))，開角小于12度測量精度分辨率1mm測量周期（根據(jù)不同要求調(diào)整）信號輸出420mA（光隔離），負(fù)載小于750Ω，RS485繼電器觸點容量AC250V，7A。測量管道通過不導(dǎo)電的內(nèi)襯（橡膠，特氟隆等）實現(xiàn)與流體和測量電極的電磁隔離。電磁流量變送器對被測液體的導(dǎo)電率有一定的要求，一般要求導(dǎo)電率r104s/cm。就本系統(tǒng)而言，需要檢測的模擬量為液位，所以選用FX2N2AD模塊，其技術(shù)指標(biāo)詳見所示。C（DIN43760,JISC1604~1989）傳感器電流1mA傳感器：100歐姆 PT100補償范圍100~+600176。FX2N4DA和FX2N主單元之間通過緩沖存儲器交換數(shù)據(jù)，F(xiàn)X2N4DA共有32個緩沖寄存器（每個是16位）。電動機運行海拔不超過1000m。 。其中SP為給定信號，由用戶通過計算機設(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，經(jīng)過PLC的PID程序運算后輸出，調(diào)節(jié)器的輸出信號經(jīng)過PLC的D/A轉(zhuǎn)換成420mA的模擬電信號后輸出到電動調(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。水箱的液位經(jīng)過壓力變送器檢測轉(zhuǎn)換成相關(guān)的電信號當(dāng)上水箱的液位小于設(shè)定值時，壓力變送器檢測到的信號小于設(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。PID控制的原理和特點工程實際中，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)。當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steadystate error）。 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)。如果用一個數(shù)學(xué)式來表示比例調(diào)節(jié)作用，可寫成： （31）式中 ——調(diào)節(jié)器的輸出變化值； ——調(diào)節(jié)器的輸入，即偏差； ——比例調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)。但是，積分時間太小，積分作用就太強，過程振蕩劇烈，穩(wěn)定程度低；積分時間太大，積分作用不明顯，余差消除就很慢。由于實際微分器的比例度不能改變，固定為100%，微分作用也只在參數(shù)變化時才出現(xiàn)，所以實際微分器也不能單獨使用。[S2]：存放當(dāng)前值（PV）的地址。[S3]+4：積分時間常數(shù)（），032767（*100ms），為0和時無積分。[S3]+24：報警輸出 BIT0輸入變化量（增方）超出。偏差(e)是設(shè)定值(SP)和過程變量(PV)的差。由于計算機從第一次采樣開始，每有一個偏差采樣值必須計算一次輸出值，只需要保存偏差前值和積分項前值?？缍仁亲畲罂赡苤禍p去最小可能值：對于單極性數(shù)值(典型值)為32,000。當(dāng)輸出由手動轉(zhuǎn)變?yōu)镻ID(自動)控制時，回路表中的輸出值可以用來初始化輸出值。第5章 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試通常包括實驗室硬件聯(lián)調(diào)、實驗室軟件聯(lián)調(diào)、實驗室系統(tǒng)仿真、仿真考機運行和現(xiàn)場安裝調(diào)試等幾個環(huán)節(jié)。 為了延長PLC控制系統(tǒng)的壽命，在系統(tǒng)設(shè)計和生產(chǎn)使用中要對系統(tǒng)的設(shè)計消耗，元器件設(shè)備故障發(fā)生點有較明白的估計，也就是說，要只知道整個系統(tǒng)哪些部件最容易出故障，以便采取措施，希望能對PLC過程控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計和維護有所幫助。目前PLC的主存儲器大多采用可擦寫ROM，其使用壽命除了主要與制作工藝相關(guān)外，還和底板的供電。PLC控制系統(tǒng)的日常維護中，電氣備件消耗量最大的為各類各繼電器或空氣開關(guān)。由于PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計的裝置，因此一般不需要再采取特殊措施就能直接用于工業(yè)環(huán)境中。該控制系統(tǒng)可用較少的資金投入，達(dá)到很高的控制精度。感謝謝楊老師及我在校期間的所有授課老師對我的教育培養(yǎng)。最后，感謝我的學(xué)校、我的老師們和班級里所有的同學(xué)，他們給了我一個溫馨、向上的學(xué)習(xí)環(huán)境和一切無私的幫助。為期將近半個學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計，我不但上網(wǎng)查閱了一些自動化技術(shù)的應(yīng)用知識，并對畢業(yè)論文所需的資料進(jìn)行了仔細(xì)地了解和收集，為現(xiàn)在的畢業(yè)設(shè)計做了充分的準(zhǔn)備,也培養(yǎng)了我獨立思考和動手的能力，同時也讓我了解到了自己的不足，我會繼續(xù)努力，完善自我，為社會主義現(xiàn)代化建設(shè)做貢獻(xiàn)。經(jīng)過設(shè)計我們應(yīng)該學(xué)會認(rèn)真、專心、更有毅力的做一件事情，這樣我們在以后的工作和生活才能經(jīng)得起實踐和時間的考驗，我們才能走的更遠(yuǎn)!致謝本課題在選題及研究過程中得到楊老師的悉心指導(dǎo)。 ②感應(yīng)電壓的干擾 PLC周圍鄰近的大容量設(shè)備啟動和停止時，因電磁感應(yīng)引起的干擾；其它設(shè)備或空中強電場通過分布電容串入PLC引起的干擾。長期使用缺乏維護，機械，電氣失靈時故障產(chǎn)生的主要原因，因此在系統(tǒng)運行時要加強對此類設(shè)備的巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。PLC的技術(shù)優(yōu)勢在于其I/O端口，在主機系統(tǒng)的技術(shù)水平相差無幾的情況下，I/O模塊是體現(xiàn)PLC性能的關(guān)鍵部件，因此它也是PLC損壞中的突出環(huán)節(jié)。 （2）主機系統(tǒng) PLC主機系統(tǒng)最容易發(fā)生故障的地方一般在電源系統(tǒng)，電源連續(xù)工作 散熱中，電壓和電流的波動沖擊是不可避免的。元器件失效 有兩方面的原因：一是器件本身已損壞或性能不符合要求；二是組裝錯誤造成元件失效，如電解電容、二極管的極性錯誤、集成電路安裝方向錯誤等。把積分項前值寫入回路表，以備在下次PID運算中使用。這一過程，是將PV和SP轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)值的逆過程。下面的算式可以用于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)定值或過程變量值：其中： 是現(xiàn)實世界數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)化的實數(shù)值表達(dá)式。 + 積分項PID指令用的算術(shù)表達(dá)式為： 輸出值上式中表示誤差。[S3]+20：輸入變化量（增方）報警設(shè)定值，032767。BIT1：0為無輸入變化量報警，1為輸入變化量報警有效。由分析可知，PID三作用調(diào)節(jié)質(zhì)量最好，PI調(diào)節(jié)第二，PD調(diào)節(jié)有余差。比如當(dāng)看到偏差變化很大時，就估計到即將出現(xiàn)很大的偏差而過量地打開（關(guān)閉）調(diào)節(jié)閥，以克服這個預(yù)計的偏差，這種根據(jù)偏差變化速度提前采取的行動，意味著有“超前”作用，因而能比較有效地改善容量滯后比較大的調(diào)節(jié)對象的調(diào)節(jié)質(zhì)量。 對于工藝條件要求較高余差不允許存在的情況下，比例作用調(diào)節(jié)器不能滿足要求了，克服余差的辦法是引入積分調(diào)節(jié)。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。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。PID控制，實際中也有PI和PD控制。其中SP為給定信號，由用戶通過計算機設(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，經(jīng)過PLC的PID程序運算后輸出，調(diào)節(jié)器的輸出信號經(jīng)過PLC的D/A轉(zhuǎn)換成420mA的模擬電信號后輸出到電動調(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。經(jīng)過運算后即輸出控制信號給電動調(diào)節(jié)閥，使其開度增大，以使通道里的水流量變大，增加水箱里的儲水量，液位升高。當(dāng)上水箱的液位小于設(shè)定值時，壓力變送器檢測到的信號小于設(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。其硬件電路圖如下： 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件設(shè)計思想要實現(xiàn)整個液體混合控制系統(tǒng)的精確控制，區(qū)別于之前的以開關(guān)量為主的傳感器和執(zhí)行器的模糊控制，需要從怎樣實現(xiàn)各電動閥的開度控制以及混合液體加熱的控制這兩個角度去考慮，現(xiàn)在就這兩個問題的如何實現(xiàn)以及選擇怎樣的方法來去確定系統(tǒng)軟件設(shè)計方案。1%（對于+10V的全范圍）177。F總精度全范圍正負(fù)1%（補償范圍）轉(zhuǎn)換速度4通道15ms 該模塊有4個輸出通道。帶有補償?shù)?路輸入可校正創(chuàng)干起的非線性。流速范圍：～8m/s工作壓力：環(huán)境溫度：40℃～+50℃介質(zhì)溫度：聚四氟乙烯襯里≤180℃橡膠材質(zhì)襯里：≤65℃防爆標(biāo)志：ExmibdⅡBT4防爆證號：GYB01349外磁干擾：≤400A/m外殼防護：一體化型： IP65；分 離 型：傳感器IP68(水下5米，僅限于橡膠襯里)輸出信號：4～，負(fù)載電阻0～750Ω通訊輸出：RS485或CAN總線電氣連接：M20，φ10電纜孔電源電壓：90～、24177。由Q的計算公式知，電磁流量計的感應(yīng)電動勢與流量具有良好的線性特性。15% 50Hz或DC24v（18v—30v） 電磁流量計電磁流量計的工作原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律。超聲波在傳輸過程中會產(chǎn)生能量的衰減，因此接收電路必須對接收到的微弱信號進(jìn)行放大。圖10 Pt100內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖RRR4和Pt100組成傳感器測量電橋，為了保證電橋輸出電壓信號的穩(wěn)定性。（＋│t│）B級177。在選擇電源模塊時，其額定輸出功率必須大于CPU模塊、所有I/O模塊、各種智能模塊等總的消耗功率之和，并且要留有30%左右的余量。輸出方式有三種：繼電器方式、晶體管方式和晶閘管方式。用掃描方式接受現(xiàn)場輸入裝置的狀態(tài)，并存入映像寄存器。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊分為轉(zhuǎn)換模塊和轉(zhuǎn)換模塊。導(dǎo)電液體在磁場中流動切割磁