【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 將CPU的輸出信號(hào)變換成需要的控制信號(hào)去驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象，以確保整個(gè)系統(tǒng)正常的工作。其中輸入信號(hào)要通過(guò)光電隔離，通過(guò)濾波進(jìn)入CPU控制板，CPU發(fā)出輸出信號(hào)至輸出端。輸出方式有三種：繼電器方式、晶體管方式和晶閘管方式。 根據(jù)PLC的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，它對(duì)電源并無(wú)特殊需求，它可使用一般工業(yè)電源。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。在選擇電源模塊時(shí)一般應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：。PLC電源模塊可以包括各種各樣的輸入電壓，有220V交流、110V交流和24V直流。在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)具體情況選擇，此時(shí)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。在選擇電源模塊時(shí)，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。在有的系統(tǒng)中，由于擴(kuò)展單元中安裝有智能模塊及一些特殊模塊，就要求在擴(kuò)展單元中安裝相應(yīng)的電源模塊。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。選定了電源模塊后，還要確定電源模塊的接線端子和連接方式，以便正確進(jìn)行系統(tǒng)供電的設(shè)計(jì)。一般的電源模塊輸入電壓是通過(guò)接線端子與供電電源相連的，而輸出信號(hào)則通過(guò)總線插座與PLC的CPU的總線相連。 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(cè)量范圍200℃～+850℃允許偏差值△℃A級(jí)177。（＋│t│）B級(jí)177。（＋│t│）熱響應(yīng)時(shí)間30s最小置入深度熱電阻的最小置入深度≥200mm允通電流≤5mA另外，Pt100溫度傳感器還具有抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。鉑熱電阻的線性較好，在0℃～100℃之間變化時(shí)。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。可見(jiàn)Pt100在常溫0℃～100℃之間變化時(shí)線性度非常好，其阻值表達(dá)式可近似簡(jiǎn)化為：RPt=100（1+At），當(dāng)溫度變化1℃。Pt100寬范圍、高精度的特點(diǎn),使其測(cè)量領(lǐng)域很廣，如：軸瓦，缸體，油管，水管，汽管，紡機(jī)，空調(diào)，熱水器等狹小空間工業(yè)設(shè)備測(cè)溫和控制；汽車(chē)空調(diào)、冰箱、冷柜、飲水機(jī)、咖啡機(jī)，烘干機(jī)以及中低溫干燥箱、恒溫箱等。供熱/制冷管道熱量計(jì)量，中央空調(diào)分戶熱能計(jì)量和工業(yè)領(lǐng)域測(cè)溫和控制。 。圖10 Pt100內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖RRR4和Pt100組成傳感器測(cè)量電橋，為了保證電橋輸出電壓信號(hào)的穩(wěn)定性。從電橋獲取的差分信號(hào)通過(guò)兩級(jí)運(yùn)放放大后輸入單片機(jī)。電橋的一個(gè)橋臂采用可調(diào)電阻R3，通過(guò)調(diào)節(jié)R3可以調(diào)整輸入到運(yùn)放的差分電壓信號(hào)大小，通常用于調(diào)整零點(diǎn)。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(guò)高帶來(lái)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。溫度在0℃～100℃變化，當(dāng)溫度上升時(shí)，Pt100阻值變大，輸入放大電路的差分信號(hào)變大，放大電路的輸出電壓對(duì)應(yīng)升高。發(fā)射用超聲波傳感器的驅(qū)動(dòng)電路。其驅(qū)動(dòng)方式有自激型和他激型，圖2 給出的是自激型運(yùn)放振蕩電路。超聲波傳感器接收電路。超聲波在傳輸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生能量的衰減，因此接收電路必須對(duì)接收到的微弱信號(hào)進(jìn)行放大。若增益不足時(shí)，可再增加一級(jí)放大。設(shè)計(jì)中選用SONIC系列超聲液位（物位）計(jì)，采用超聲波收發(fā)、測(cè)量時(shí)間差原理測(cè)得液位（物位）高度。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(cè)技術(shù)和計(jì)算技術(shù)，提高了儀表的測(cè)量精度，豐富的SIEMENS類(lèi)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(cè)量液體物料也可測(cè)量固體物料。SONIC系列超聲波物（液）位計(jì)技術(shù)參數(shù)如下表所示：顯 示主機(jī)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(kāi)角 m(與量程有關(guān))，開(kāi)角小于12度測(cè)量精度分辨率1mm測(cè)量周期（根據(jù)不同要求調(diào)整）信號(hào)輸出420mA（光隔離），負(fù)載小于750Ω，RS485繼電器觸點(diǎn)容量AC250V，7A。上下限報(bào)警輸出環(huán)境溫度(儀表)25℃~50℃。 (傳感器)25℃~80℃ 環(huán)境濕度相對(duì)濕度小于85%功 耗小于5W防護(hù)等級(jí)IP65(一體式)。IP67(分體式傳感器 ) 電 源AC220V177。15% 50Hz或DC24v（18v—30v） 電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)的工作原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律。在電磁流量計(jì)中，測(cè)量管內(nèi)的導(dǎo)電介質(zhì)相當(dāng)于法拉第試驗(yàn)中的導(dǎo)電金屬桿，上下兩端的兩個(gè)電磁線圈產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。當(dāng)有導(dǎo)電介質(zhì)流過(guò)時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。管道內(nèi)部的兩個(gè)電極測(cè)量產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。測(cè)量管道通過(guò)不導(dǎo)電的內(nèi)襯（橡膠，特氟隆等）實(shí)現(xiàn)與流體和測(cè)量電極的電磁隔離。電磁流量計(jì)的測(cè)量原理，見(jiàn)圖所示。當(dāng)充滿管道連續(xù)流動(dòng)的導(dǎo)電液體在磁場(chǎng)中垂直于磁力線方向通過(guò)時(shí)，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(dòng)勢(shì)E，E的大小與液體流動(dòng)速度v有關(guān)：E=BDv108，式中，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；D為管道直徑，單位為cm。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)。由Q的計(jì)算公式知，電磁流量計(jì)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與流量具有良好的線性特性。電磁流量變送器是由勵(lì)磁電路、信號(hào)濾波放大電路、A/D采樣電路、微處理器電路、D/A電路、變送電路等組成。轉(zhuǎn)換部分將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行電壓放大、相敏檢波、功率放大和V/I轉(zhuǎn)換，最后轉(zhuǎn)換成DC 4~20mA統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)Io輸出，可見(jiàn)Io與被測(cè)流量具有線性關(guān)系。電磁流量變送器的測(cè)量管道中無(wú)阻力元件，氣壓力損失小，流速范圍大，~10m/s；量程比達(dá)10：1；。電磁流量變送器對(duì)被測(cè)液體的導(dǎo)電率有一定的要求，一般要求導(dǎo)電率r104s/cm。同時(shí)，流量計(jì)前后要有一定的直管道長(zhǎng)度，同茶館大于（5~10）D，其中D為管道直徑。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(dòng)，也可以垂直安裝，要求液體自下而上流過(guò)變送器。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(cè)量誤差；測(cè)量介質(zhì)：電導(dǎo)率大于5μS/cm的各種液體和液固兩相流體。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(hào)：GYB01349外磁干擾：≤400A/m外殼防護(hù)：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(hào)：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。10%最大功耗：≤10VA FX2N2AD是2通道12位A/D轉(zhuǎn)換模塊，F(xiàn)X2N4AD是4通道12位A/D轉(zhuǎn)換模塊，F(xiàn)X2N8AD是8通道12~16位A/D轉(zhuǎn)換模塊，根據(jù)外部接線需要和PLC功能指令對(duì)這些模塊進(jìn)行初始化設(shè)置?？蛇x擇電壓輸入或電流輸入，借助伏安表通過(guò)模塊簡(jiǎn)單的切換調(diào)整，或者借助指令，可以方便地改變模擬量輸入范圍，瞬時(shí)值和設(shè)定值等數(shù)據(jù)可以用FROM/TO指令讀出或?qū)懭?。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。就本系統(tǒng)而言，需要檢測(cè)的模擬量為液位，所以選用FX2N2AD模塊，其技術(shù)指標(biāo)詳見(jiàn)所示。項(xiàng)目電壓輸入電流輸入模擬輸入范圍在裝運(yùn)時(shí)，對(duì)于DC0~10V的模擬電壓信號(hào)輸入，此單元調(diào)整的數(shù)字范圍是0~4000。當(dāng)使用FX2N2AD 并通過(guò)電流輸入或通過(guò)DC0~5V輸入時(shí)，就有必要通過(guò)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(guò)DC+15V時(shí)，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(guò)2mA，+60mA時(shí)，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(shí)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。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。帶有補(bǔ)償?shù)?路輸入可校正創(chuàng)干起的非線性。模塊的瞬時(shí)值與設(shè)定值等數(shù)據(jù)也可以用FROM/TO指令讀出或?qū)懭耄撃K的技術(shù)指標(biāo)如下表所示：項(xiàng)目攝氏度華氏度通過(guò)讀取適當(dāng)?shù)木彌_區(qū)，可以得到176。C和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。C（DIN43760,JISC1604~1989）傳感器電流1mA傳感器：100歐姆 PT100補(bǔ)償范圍100~+600176。C148~+1112176。F數(shù)字輸出1000~60001480~+1112012位轉(zhuǎn)換11數(shù)據(jù)位+1符號(hào)位最小可測(cè)溫度~176。C~176。F總精度全范圍正負(fù)1%（補(bǔ)償范圍）轉(zhuǎn)換速度4通道15ms 該模塊有4個(gè)輸出通道。輸出通道接收數(shù)字信號(hào)并轉(zhuǎn)換成等價(jià)的模擬信號(hào)，故也稱(chēng)D/A轉(zhuǎn)換。FX2N4DA最大分辨率是12位。輸入、輸出的電壓、電流選擇通過(guò)用戶配線完成。FX2N4DA和FX2N主單元之間通過(guò)緩沖存儲(chǔ)器交換數(shù)據(jù)，F(xiàn)X2N4DA共有32個(gè)緩沖寄存器（每個(gè)是16位）。FX2N4DA占用FX2N擴(kuò)展總線8個(gè)點(diǎn)，這8個(gè)點(diǎn)可以分配成輸入和輸出。FX2N4DA中瞬時(shí)值和設(shè)定值等數(shù)據(jù)的讀出和寫(xiě)入可用FROM/TO指令。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。1%（對(duì)于+10V的全范圍）177。1%（對(duì)于+20mA的全范圍）轉(zhuǎn)換速度（改變是用的通道數(shù)不會(huì)改變轉(zhuǎn)換速度）隔離模擬和數(shù)字之間用光耦合器隔離，DC/DC轉(zhuǎn)換器用來(lái)隔離電源和FX2N主單元，模擬通道之間沒(méi)有隔離外部電源DC24V177。10%200mA占用I/O點(diǎn)數(shù)目占用FX2N擴(kuò)展總線8點(diǎn)I/O（輸入輸出皆可）功率消耗5V，30mA（MPU的內(nèi)部電源或者有源擴(kuò)展單元） 攪拌電機(jī)EJ153本設(shè)計(jì)中，液體經(jīng)混合后需要加熱和攪拌，其中攪拌電機(jī)選用EJ153型電動(dòng)機(jī)，其中“E”表示電動(dòng)機(jī)，“J”表示交流的，15為設(shè)計(jì)序號(hào)，3為最大工作電流，相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：EJ15系列電動(dòng)機(jī)是一般用途的全封閉自扇冷式鼠籠三相異步電動(dòng)機(jī)。額定電壓為220V，額定頻率為50Hz，采用三角形接法。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行海拔不超過(guò)1000m。工作溫度15~40176。C/濕度≤90%.。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。其硬件電路圖如下： 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)思想要實(shí)現(xiàn)整個(gè)液體混合控制系統(tǒng)的精確控制，區(qū)別于之前的以開(kāi)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(shí)現(xiàn)各電動(dòng)閥的開(kāi)度控制以及混合液體加熱的控制這兩個(gè)角度去考慮，現(xiàn)在就這兩個(gè)問(wèn)題的如何實(shí)現(xiàn)以及選擇怎樣的方法來(lái)去確定系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案。既然在過(guò)去的控制領(lǐng)域中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)混合液提的精確控制和溫度的精確加熱，這次設(shè)計(jì)的主題問(wèn)題就是完成對(duì)混合液體的精確控制和對(duì)其混合液體的精確加熱，兩個(gè)同時(shí)使用PID控制執(zhí)行。軟件部分完成由流量而算出的液體體積作為設(shè)定值，來(lái)控制混合液體電動(dòng)閥的開(kāi)度；完成由既定工藝加熱溫度作為設(shè)定值的溫度恒值加熱控制，從定比例混合到攪拌加熱均實(shí)現(xiàn)對(duì)液體混合過(guò)程的精確控制。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）