【正文】 3線，4通道（CH1,CH2,CH3,CH4）,3850PPM/176。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)模擬信號的監(jiān)視與控制。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；。管道內(nèi)部的兩個電極測量產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。產(chǎn)品具有自動功率調(diào)整，增益控制，溫度補償，先進(jìn)的檢測技術(shù)和計算技術(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。放大電路采用LM358集成運算放大器，為了防止單級放大倍數(shù)過高帶來的非線性誤差，放大電路采用兩級放大，前一級約為10倍，后一級約為3倍。鉑熱電阻阻值與溫度關(guān)系為：（1）200℃t0℃時，RPt=100*[1+At+B*t2+C*t3*(t100)] ()（2） 0℃≤t≤850℃時，RPt=100*[1+At+B*t2] ()式中，A=10 3,B=10 8，C=10 13。這時相應(yīng)得電源模塊輸出功率可按各自得供電范圍計算。這些電源都由PLC本身的電源模塊供給，所以在實際應(yīng)用中要注意電源模塊的選擇。 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。PLC根據(jù)生產(chǎn)實際要求，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)電壓信號或電流信號去驅(qū)動執(zhí)行元件。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。流量檢測元件的輸出接近于線性。其結(jié)構(gòu)及拿單可靠，應(yīng)用最多的孔板式流量計結(jié)構(gòu)牢固,性能穩(wěn)定可靠,使用壽命長。它通常由一次儀表和二次儀表組成。優(yōu)點：可實現(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，克服了其它型號液（物）位計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)時間短，可以方便地實現(xiàn)無滯后的實時測量；安裝、維護(hù)較方便。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發(fā)生較大的變化，而且不易實現(xiàn)補償。（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)靜壓力計算公式：P=dH。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。綜上考慮，本系統(tǒng)設(shè)計采用FX2N系列功能增強型PLC，配合用于模擬量輸入和輸出處理模塊，完成系統(tǒng)的各項要求。（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)計外部接線圖，同時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。系統(tǒng)復(fù)雜，在控制過程中，如果某個繼電器損壞，都會影響整個系統(tǒng)的正常運行，查找和排除故障往往非常困難，雖然繼電器本省價格不太貴，但是控制柜的安裝接線工作量大，因此整個控制柜價格非常高，靈活性差，響應(yīng)速度慢。DA和DB分別為控制A液和B液流速的電動調(diào)節(jié)閥，M為攪拌電機，T為PT100溫度傳感器探頭，H為加熱器，另外還有控制電動機的一個交流接觸器,用作顯示溫度和液位高度的數(shù)碼管顯示器。設(shè)計原則主要包括：工作條件；工程隊電氣控制線路提供的具體資料。 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、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。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，產(chǎn)品得到飛速發(fā)展。液體混合系統(tǒng)的控制設(shè)計考慮到其動作的連續(xù)性以及各個被控設(shè)別動作之間的相互關(guān)聯(lián)性，針對不同的工作狀態(tài)，進(jìn)行相應(yīng)的動作控制輸出，從而實現(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周期控制工作的程序?qū)崿F(xiàn)。 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算機技術(shù)與繼電器便于使用的特點相結(jié)合，把計算機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，使人們不必花費大量的經(jīng)歷進(jìn)行計算機編程，也能像繼電器那樣方便的使用。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。本次設(shè)計是將PLC用于多種液體混合灌裝設(shè)置的控制，對學(xué)校與使用是很好的接結(jié)合?？刂朴扇斯た刂频阶钥乜刂?，由模擬控制到微機控制，使功能的實現(xiàn)由一到多而且更加趨于完善。（3） 停止操作按下停止鍵S2，無論處于什么狀態(tài)系統(tǒng)均停止所有動作。但是，單片機是一片集成電路，不能直接將它與外部I/O信號相連?，F(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、運動控制功能和數(shù)據(jù)處理功能、連網(wǎng)通訊功能等多種性能，是名副其實的多功能控制器。（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。（2） 熱電偶熱電偶也是一種感溫元件，屬于一次儀表。鉑熱電阻的線性較好，在0℃～100℃之間變化時，所以綜合考慮各方方面后Pt100是最合適的。缺點一是有零漂，穩(wěn)定性上稍微差些且難以補償；二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發(fā)生較大的變化，而且不易實現(xiàn)補償。該種測試方法安全防爆、準(zhǔn)確度高、可遠(yuǎn)距離傳輸、抗電磁干擾；體積小、重量輕、無動作部件；大多可適用于任何液體液位高度的檢測與控制，特別適用于易燃、易爆、腐蝕性液體的檢測；檢測精度高，在靜態(tài)下檢測精度可達(dá)1 mm。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程自動化中，流量是重要參數(shù)之一。流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。在美國、日本常稱作變面積流量計（Variable Area Flowmeter）或面積流量計。液體用浮子流量計通常以水標(biāo)定，氣體用空氣標(biāo)定，如實際使用流體密度、粘度與之不同，流量要偏離原分度值，要作換算修正。 綜上考慮，本次設(shè)計采用電磁式流量計來檢測呼喝液體的流量，進(jìn)而通過程序計算出液體的精確體積，達(dá)到精確控制混合過程的目的，關(guān)于電磁式流量計的具體工作原理和液體體積的計算方法在元件具體選擇處詳述。外存接口其他接口中央處理器CPUROMRAM編輯器CPROMEPROMRAM其他設(shè)備計算機A/D D/A輸入接口光電耦合輸出接口繼電器或晶體管 PLC的原理圖 CPU模塊 CPU是PLC的核心組成部分，與通用微機的CPU一樣，它在PLC系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，故稱為“電腦”。I/O模塊將外部輸入信號變換成CPU能接受的信號，或?qū)PU的輸出信號變換成需要的控制信號去驅(qū)動控制對象，以確保整個系統(tǒng)正常的工作。在實際應(yīng)用中要根據(jù)具體情況選擇，此時要注意，確定了輸入電壓后，也就確定了系統(tǒng)供電電源的輸入電壓。一般的電源模塊輸入電壓是通過接線端子與供電電源相連的，而輸出信號則通過總線插座與PLC的CPU的總線相連。供熱/制冷管道熱量計量，中央空調(diào)分戶熱能計量和工業(yè)領(lǐng)域測溫和控制。其驅(qū)動方式有自激型和他激型，圖2 給出的是自激型運放振蕩電路。 (傳感器)25℃~80℃ 環(huán)境濕度相對濕度小于85%功 耗小于5W防護(hù)等級IP65(一體式)。當(dāng)充滿管道連續(xù)流動的導(dǎo)電液體在磁場中垂直于磁力線方向通過時，由于導(dǎo)電液體切割磁力線，則在管道兩側(cè)的電極上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E，E的大小與液體流動速度v有關(guān)：E=BDv108，式中，B為磁感應(yīng)強度；D為管道直徑，單位為cm。電磁流量變送器一般為水平安裝，液體應(yīng)充滿管道連續(xù)流動，也可以垂直安裝，要求液體自下而上流過變送器。當(dāng)使用FX2N2AD 并通過電流輸入或通過DC0~5V輸入時，就有必要通過偏移值和增益量進(jìn)行在調(diào)節(jié)DC0~10V，DC0~5V（輸入阻抗為200K歐姆）警告：當(dāng)輸入電壓超過DC+15V時，此單元有可能造成損壞4~20mA（輸入阻抗為250歐姆）警告：當(dāng)輸入電流超過2mA，+60mA時，此單元有可能造成損壞數(shù)字輸出12位分辨率（10V/4000）,(5V/4000)4uA{（204）/4000}集成精度正負(fù)1%全范圍（0~10V）正負(fù)1%（全范圍4~20mA）處理時間（順序程序和同步） 該模塊是4通道溫度輸入12位A/D轉(zhuǎn)換模塊。F數(shù)字輸出1000~60001480~+1112012位轉(zhuǎn)換11數(shù)據(jù)位+1符號位最小可測溫度~176。FX2N4DA中瞬時值和設(shè)定值等數(shù)據(jù)的讀出和寫入可用FROM/TO指令。C/濕度≤90%.。水箱的液位經(jīng)過壓力變送器檢測轉(zhuǎn)換成相關(guān)的電信號輸入到PLC的輸入接口，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成控制量PV，給定值SP與控制量PV經(jīng)過PLC的CPU的減法運算成了偏差信號e ,又輸入到PID調(diào)節(jié)器中，又開始了新的調(diào)節(jié)。所以系統(tǒng)能實時地調(diào)節(jié)水箱的液位。當(dāng)液位升高到設(shè)定高度時，設(shè)定值與控制變量平衡，PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號為零，電動調(diào)節(jié)閥就維持在那個開度，流量也不變，同時水箱的液位也維持不變。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(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。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steadystate Error）。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。比例調(diào)節(jié)作用雖然及時、作用強，但是有余差存在，被調(diào)參數(shù)不能完全回復(fù)到給定值，調(diào)節(jié)精度不高，所以有時稱比例調(diào)節(jié)為“粗調(diào)”。 微分調(diào)節(jié)的作用主要是用來克服被調(diào)參數(shù)的容量滯后。比例積分微分調(diào)節(jié)又稱PID調(diào)節(jié)，它可由下式表示： （34）PID調(diào)節(jié)中，有三個調(diào)節(jié)參數(shù)，就是比例度P、積分時間、微分時間。[S3]：指定存放控制回路參數(shù)值的首地址，共占用25個數(shù)據(jù)寄存器，其選用范圍為D0D75，各元件存放的參數(shù)如下：[S3]：采樣時間（），取值范圍為132767（ms）。[S3]+6：微分時間常數(shù)（），032767（*100ms），為0時無微分。 BIT2輸出變化量（增方）超出。輸出=比例項+積分項+微分項其中： 是作為時間函數(shù)的回路輸出是回路增益是回路誤差(設(shè)定值和過程變量之間的差)是回路輸出的初始值為了能讓數(shù)字計算機處理這個控制算式，連續(xù)算式必須離散化為周期采樣偏差算式，才能用來計算輸出值。簡化算式是：輸出=比例項+積分項+微分項。二、回路輸出值轉(zhuǎn)換成刻度整數(shù)值回路輸出值一般是控制變量，比如，在汽車速度控制中，可以是油閥開度的設(shè)置。這個更新了的值用作下一次PID運算的輸入，當(dāng)計算輸出值超過范圍()，那么積分項前值必須根據(jù)下列公式進(jìn)行調(diào)整：當(dāng)計算輸出或當(dāng)計算輸出其中：是調(diào)整過的偏差的數(shù)值；是在采樣時間n時回路輸出的比例項的數(shù)值；是在采樣時間n時回路輸出的微分項的數(shù)值；是在采樣時間n時回路輸出的數(shù)值；這樣調(diào)整積分前值，一旦輸出回到范圍后，可以提高系統(tǒng)的響應(yīng)性能。 硬件調(diào)試方法 常見的硬件故障邏輯錯誤 它是由設(shè)計錯誤或加工過程中的工藝性錯誤所造成的。PLC系統(tǒng)包括中央處理器，主機箱 擴展機箱 I/O模塊及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)和外部設(shè)備。而PLC的中央處理器目前都采用高性能的處理芯片，故障率已經(jīng)大大下降，對于PLC主機系統(tǒng)的故障的預(yù)防及處理主要是提高集中控制的管理水平，加裝降溫措施，定期除塵，使PLC的外部環(huán)境符合其安裝運行要求；同時在系統(tǒng)維修時，嚴(yán)格進(jìn)行操作規(guī)程進(jìn)行操作，謹(jǐn)防人為的對主機系統(tǒng)造成損害。所以減少此類故障應(yīng)盡量選用高性能繼電器，改善元件使用環(huán)境，減少更換的頻率，以減少其對系統(tǒng)運行的影響。因此為提高控制系統(tǒng)的可靠性，在設(shè)計時采取相應(yīng)有效地抗干擾措施是非常必要的。 任何設(shè)計的控制系統(tǒng)都是要經(jīng)過實踐和時間的考驗方能不斷的完善，就如同我們做畢業(yè)設(shè)計，這畢業(yè)設(shè)計是對我們所學(xué)知識的考驗，也是對我們知識綜合運用能力的考驗。老師們?yōu)槲姨峁┝肆己玫难芯織l件，謹(jǐn)向各位老師表示誠摯的敬意和謝忱