【正文】 功能模塊圖 FBD 三種圖形化語言和語句表 IL、結(jié)構(gòu)文本ST 兩種文本語言，最常用的是梯形圖。I/O 總點數(shù)：14~256。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。 FX 系列 PLC 具有龐大的家族。有功能很強的數(shù)學(xué)指令集，如浮點數(shù)運算、開平方和三角函數(shù)等。s 每條指令，內(nèi)置的用戶存儲器為 8K 步，可擴展到16K 步，最大可擴展到 256 個 I/O 點，有多種特殊功能模塊或功能擴展板，可實現(xiàn)多軸定位控制。 FX2N 是 FX 系列中功能最強、速度最高的微型 PLC。三菱公司的 PLC 是最早進(jìn)入中國市場的產(chǎn)品。本設(shè)計選用的是 FX2N 系列，該系列是 FX 中功能最強、速度最快的微型可編程序控制器。PLC 可以與人機界面，觸摸頻，伺服運動系統(tǒng)，變頻器，軟啟動，DCS ，數(shù)控設(shè)備等，起到主控作用。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(jìn)制運算指令、增量/ 減量指令、邏輯運算指令、特殊運算指令等。以 CPU 為中心，綜合計算機技術(shù)，自動控制技術(shù)，通訊技術(shù)發(fā)展起來的新型工業(yè)自動裝置，省去大量開關(guān)量，繼電器，I/O 點數(shù)進(jìn)出，模塊式，整體式。PLC 電路通過內(nèi)部輸入的程序，對調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，從而控制副流量流過調(diào)節(jié)閥的液體體積。 (3)系統(tǒng)開始正常啟動后，流量計 1 檢測主流量的液體體積，通過變送器 1，也就是 FX2N4AD 的 Channel one,將信號傳送給 PLC，即 FX2N16MR。(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(dá)到另一個新的穩(wěn)定值。由于電信號為模擬量，故必須通過 PLC 的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊才能讀入并與設(shè)定值進(jìn)行比較，將比較后的偏差值進(jìn)行 PID 運算，再將運算后的數(shù)字信號通過 D/A 轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號作為變頻器的輸入信號，控制變頻器的輸出頻率，從而控制水泵電機的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制管道中的液體流量，實現(xiàn)液體流量恒定。設(shè)定的主流量可以是一個常數(shù)，也可以是一個時間分段函數(shù)，在每一個時段內(nèi)是一個常數(shù)?？刂破髦苯訉ο到y(tǒng)中的流量信號進(jìn)行采集，對來自人機接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對執(zhí)行機構(gòu)(即水泵電機)進(jìn)行控制；變頻器是對水泵電機進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元，其跟蹤控制器送來的控制信號改變水泵電機的轉(zhuǎn)速控制。(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。(2)信號檢測機構(gòu)：在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括管道水流量信號，其中水流量信號是本控制系統(tǒng)的主要反饋信號。這種控制方案既有擴展功能靈活方便、便于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點，又能達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定性及控制精度的要求。該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機組的容量大小無關(guān)。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。這種控制方式靈活方便。該系統(tǒng)適用于某一特定領(lǐng)域的小容量的變頻恒壓供水中。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)要求，有以下兩種方案可供選擇：(1)通用變頻器+單片機(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)+流量傳感器?！】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。當(dāng)需要實現(xiàn)動態(tài)壁紙關(guān)系時，比值器就不能省。雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中的兩個控制回路是通過比值器發(fā)生聯(lián)系的，若除去比值器，則為兩個獨立的單回路系統(tǒng)。圖 23　雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖　雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的特點與分析主流量副流量++主控制器 變頻器 泵檢測/變送器 1比值器副控制器 調(diào)節(jié)閥檢測/變送器 2石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計6雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)能實現(xiàn)主動量的抗擾動、定值控制，使從動量均比較穩(wěn)定，從而使總物料也比較平穩(wěn)，這樣，系統(tǒng)總負(fù)荷也將是穩(wěn)定。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。比值控制系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，它能使系統(tǒng)穩(wěn)定，精確地輸出，更能實現(xiàn)自動化控制，是過程控制系統(tǒng)的一個典型，在石化、制藥等生產(chǎn)過程中，經(jīng)常要兩種或兩種以上的物料保持一定的比例關(guān)系這種用來實現(xiàn)兩個或兩個以上參數(shù)之間保持一定比值關(guān)系的過程控制系統(tǒng)，均稱為比值控制系統(tǒng)。主流量副流量++主控制器 變頻器 泵檢測/變送器 1比值器副控制器 調(diào)節(jié)閥檢測/變送器 2石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計5　雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常遇到生產(chǎn)工藝要求兩種或多種物料流量成一定比例關(guān)系的問題，一旦比例失調(diào)，就會影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，影響產(chǎn)品質(zhì)量，浪費原料，消耗動力，造成環(huán)境污染，甚至產(chǎn)生生產(chǎn)事故。該設(shè)計針對控制對象，主流量和副流量都是液體，實際生產(chǎn)中，兩種液體可能會發(fā)生一些變化，因而可能造成擾動頻繁，并且屬于負(fù)荷變化較大?！》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。雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于總流量需要經(jīng)常調(diào)整的場合。另外，如果主流量處于不變的狀態(tài)，副流量控制系統(tǒng)又相檢測 /變送器 1控制器 變頻器 泵檢測 /變送器 2比值器副流量主流量石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計4當(dāng)于一個定值控制系統(tǒng)。雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)能實現(xiàn)主動量的抗擾動、定值控制，使主、從動量均比較穩(wěn)定，從而使總物料也比較平穩(wěn)，這樣，系統(tǒng)總負(fù)荷也將是穩(wěn)定。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。圖 2１　單閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)原理圖單閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)與串級控制系統(tǒng)相似，但功能不同。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計3第 2 章　系統(tǒng)控制方案設(shè)計　系統(tǒng)整體方案的設(shè)計　方案論證根據(jù)實際生產(chǎn)情況，比值控制系統(tǒng)可以選擇不同的控制方案，比值控制系統(tǒng)的控制方案主要有開環(huán)比值控制系統(tǒng)，單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)幾種。該系統(tǒng)要有兩個控制回路，這兩個回路通過比值器進(jìn)行連接，來達(dá)到主流量對副流量的控制。要求副流量根據(jù)主流量的變化而變化?！≌撐难芯績?nèi)容此次設(shè)計是基于 PLC 的流量比值控制系統(tǒng)設(shè)計。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。隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的發(fā)展以及計算機的出現(xiàn)，控制系統(tǒng)開始由傳統(tǒng)控制向自動控制方向發(fā)展。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。因此，改變原有的落后設(shè)備和技術(shù)，設(shè)計以可編程序器與計算機結(jié)合的自動控制系統(tǒng)，提高工業(yè)自動化的程度，對加速我國盡早成為現(xiàn)代化工業(yè)強國意義重大。國內(nèi)的發(fā)展從全盤引進(jìn)、仿制到自行研究，取得了舉世矚目的成績，但從整體上看，我們在技術(shù)性能、制造工藝等方面與國際先進(jìn)水平還存在很大差距。隨著 PLC 技術(shù)的進(jìn)步，它的應(yīng)用如今，PLC 不僅用于開關(guān)量控制，還用于模擬量及數(shù)字量的控制，可采集與存儲數(shù)據(jù)，還可對控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控；還可聯(lián)網(wǎng)、通訊，實現(xiàn)大范圍、跨地域的控制用 PLC 進(jìn)行開關(guān)量控制實例是很多的，冶金、機械、輕工、化工、紡織等等，幾乎所有工業(yè)行石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計2業(yè)都需要用到它。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。可編程控制器(PLC)控制系統(tǒng)以其運行可靠、易學(xué)易用、抗干擾性強等特點,在工業(yè)控制中得到廣泛的應(yīng)用?？芍F(xiàn)在的工業(yè)生產(chǎn)和各領(lǐng)域的機械控制都是與此密切相關(guān)的，流量比值設(shè)計對于工業(yè)智能化、機械化有很大的幫助。當(dāng)今，PLC 的使用范圍越來越廣，從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。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。隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路的問世和微處理機技術(shù)的應(yīng)用,使可編程序自動控制技術(shù)進(jìn)入了一個嶄新的階段，因此，了解和學(xué)習(xí)這些重要技術(shù)對高校工程類專業(yè)的學(xué)生來說,已是必不可少。本設(shè)計實現(xiàn)了流量雙閉環(huán)調(diào)節(jié)的精確控制，這種控制方法對流量的調(diào)節(jié)具有較好的穩(wěn)定性和動態(tài)特性。通過 A/D 采集模塊接收流量計傳感器的數(shù)據(jù)，對采集的相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析并發(fā)出指令，該設(shè)計采用 PID 控制方法，通過 PID 控制的參數(shù)設(shè)定及自整定。本設(shè)計采用 PLC 為核心對液體流量進(jìn)行控制，通過合理的設(shè)計，提高流量控制水平，進(jìn)而改善流量運行的穩(wěn)定性，使其更加精確。同時要注意溫度、壓力等條件的控制。同時要注意溫度、壓力等條件的控制。系統(tǒng)要用到兩個 PID 調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，兩個調(diào)節(jié)閥還有檢測環(huán)節(jié)。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(jìn)行改進(jìn)。主要是通過 PLC 技術(shù)對流量進(jìn)行比值的控制。由于我國工業(yè)自動化程度低，PLC 產(chǎn)品有很大的應(yīng)用空間，隨著著國內(nèi)技術(shù)的發(fā)展與更新，PLC 技術(shù)在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用如鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。 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。經(jīng)過40 多年的發(fā)展，在美、德、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已成為重要的產(chǎn)業(yè)之一。美國數(shù)字設(shè)備公司于 1969 年研制出世界上的第一臺可編程序控制器，并在 GM 公司汽車自動裝配線上試用，并取得了成功。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在可編程序問世之前，繼電器接觸器控制在工業(yè)控制領(lǐng)域占主導(dǎo)地位。此外，由于 PLC 自身體積較小，便于維護(hù)和組裝，同時在編程上比較簡單，有很高的可靠性高和極強的抗干擾能力，這些優(yōu)點使得 PLC 受到了工業(yè)的廣泛青睞，得到了普遍的應(yīng)用。所以在科技發(fā)達(dá)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。第 1516 周：答辯。第 912 周： 撰寫論文。第 67 周： 設(shè)計、計算、繪圖。應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn) [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(jìn)度計劃第 13 周： 調(diào)研、收集材料、完成開題報告。4. 系統(tǒng)綜合調(diào)試。2. 熟悉掌握組態(tài)王 軟件。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計基于 PLC 的流量比值控制系統(tǒng)設(shè)計The Design of Ratio Control System Based on PLC 2022 屆 電氣工程 　系?！　I(yè) 　 自動化　 　學(xué)　　號 20227493 　學(xué)生姓名 張 賽 　指導(dǎo)老師 安 樹 　 完成日期　2022 年 5 月 20 日畢業(yè)設(shè)計成績單學(xué)生姓名 張賽 學(xué)號 20227493 班級 方 10532 專業(yè) 自動化畢業(yè)設(shè)計題目 基于 PLC 的流量比值控制系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)教師姓名 安樹指導(dǎo)教師職稱 講師評 定 成 績指導(dǎo)教師 得分評閱人 得分答辯小組組長 得分成績：院長(主任) 簽字：年 月 日畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書題　目 基于 PLC 的流量比值控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名 張賽 學(xué)號 20227493 班級 方 10532 專業(yè) 自動化承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位 電氣工程系導(dǎo)師姓名 安樹導(dǎo)師職稱 講師主要內(nèi)容按照控制要求，設(shè)計一個具有較美觀的組態(tài)畫面和較完善組態(tài)控制程序的流量比值控制系統(tǒng)?；疽?. 了解 PID 的基本原理。3. 了解用 PLC 編程的思想，并能夠畫組態(tài)界面。主要技術(shù)指標(biāo)(或研究方法)通過 PID 參數(shù)的整定，使系統(tǒng)滿足較快較穩(wěn)的性能要求。第 45 周： 分析、確定方案。第 8 周： 中期檢查。第 1314 周：論文審核定稿。教研室主任簽字 時　間 年 月 日畢業(yè)設(shè)計開題報告題 目 基于 PLC 的流量比值控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名 張賽 學(xué)號 20227493 班級 方 10532 專業(yè) 自動化一、研究背景在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，工藝上常需要兩種或兩種以上的物料流量保持一定的比例關(guān)系，一旦比例失調(diào)，就會影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，影響產(chǎn)品質(zhì)量，浪費原料，造成污染，甚至產(chǎn)生生產(chǎn)事故。在當(dāng)前信息時代下，PLC 更多的具備了計算機功能，不但實現(xiàn)了邏輯控制，同時具備通信、數(shù)據(jù)處理以及網(wǎng)絡(luò)等多種功能。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。