PLC应用技术-第7章-模拟量控制

PLC应用技术（三菱机型）淄博职业学院电子电气工程学院PLC应用技术（三菱机型）第1章可编程控制器认知第2章FX系统资源第3章基本指令第4章定时器计数器指令第7章模拟量控制第8章变频器控制第9章工业网络控制第6章状态法编程第5章应用指令第10章上位机监控组态第11章三菱大中型PLC第7章模拟量控制7.2模拟量变换27.1模拟量采集317.3模拟量输出37.4恒压供水41.变送器选择变送器用于将传感器提供的电量或非电量转换为标准量程的直流电流或直流电压信号，例如DC0~10V和DC4~20mA。变送器分为电流输出型和电压输出型。电压输出型变送器具有恒压源的性质，PLC模拟量输入模块的电压输入端的输入阻抗很高，例如100K~10MΩ。如果变送器距离PLC较远，通过线路间的分布电容和分布电感产生的干扰信号电流，在模块的输入阻抗上将产生较高的干扰电压。例如1μA干扰电流在10MΩ输入阻抗上将产生10V的干扰电压信号，所以远程传送模拟量电压信号时抗干扰能力很差。电流输出型变送器具有恒流源的性质，PLC模拟量输入模块输入电流时，输入阻抗较小（例如250Ω）。线路上的干扰信号在模块的输入阻抗上产生的干扰电压很低，所以模拟量电流信号适于远程传送。电流传送比电压传送的传送距离远得多，模拟量输入模块使用屏蔽电缆信号时允许的最大传送距离为200m。1.变送器选择变送器分为二线制和四线制两种，四线制变送器有两根信号线和两根电源线。二线制变送器只有两根外部接线，它们既是电源线又是信号线，输出4-20mA的信号电流，直流24V电源串接在回路中，有的二线制变送器通过隔离式安全栅供电。通过调试，在被检测信号量程的下限时输出电流为20mA。二线制变送器的接线少，信号可以远传，在工业中得到了广泛的应用。1.变送器选择2.FX3U-4AD模块1.基本功能FX3U-4AD模块用来接收模拟信号，并转换成数字量，可接收电流和电压两种输入信号。有4个输入通道，12位分辨率。信号范围：-10～+10V、4～20mA或-20～20mA。共有8063个16位的缓冲存储器（BFM），用来与主单元交换数据。占用扩展总线8个点。2.外部接口与配线2.FX3U-4AD模块3、缓冲存储器分配缓冲存储区用来设置输入模式、增益偏置参数，存储转换数据、错误状态、系统数据、历史数据等，熟悉其分配地址，便于方便使用该模块，常用存储区如表7-1所示。FX3U-4AD模块的常用缓冲存储区如表。详细了解其存储区，需查阅三菱公司发布的技术手册《模拟量控制篇》。2.FX3U-4AD模块2.FX3U-4AD模块模块工作模式由缓冲存储器BFM#0中的4位16进制数控制，其定义如表7-2所示。2.FX3U-4AD模块1.确认模拟量地址从左侧的特殊功能单元/模块开始，依次分配单元号0～7，分配1～7的单元编号。3.模拟量采集（FROM指令）2.作为指令参数直接应用可以作为参数在指令中使用，如U1\G0，U1表示单元号，范围0-7；\为分隔符；G0为缓冲存储区，范围0-32766。下面的程序是将单元号1的缓冲存储区（BFM#10）的内容乘以数据（K10），并将结果读出到数据寄存器（D10、D11）中。3.模拟量采集（FROM指令）3.在外部设备读写指令中应用外部设备读写指令主要准备了使用可编程控制器的输入输出与外部设备之间进行数据交换的指令。使用这些指令，可以通过最小的顺控程序和外部接线简便地实现复杂的控制。在FX3U可编程控制器中，也可以使用MOV指令进行传送。如图7-3所示。FROM指令（BFM→可编程控制器）可以读出缓冲存储区的内容。在下面程序中，将单元号1的缓冲存储区（BFM#10）的内容（1点）读出到数据寄存器D10中。3.模拟量采集（FROM指令）3.模拟量采集（FROM指令）由于工业环境干扰，采集到的模拟量如果不很稳定，甚至明显错误，就需进行滤波。如果设置模块参数进行滤波效果仍不理想，可考虑进行平均值滤波。平均值滤波的基本思路是先把采集到的值，存储在某一存储区域，然后进行排序，去掉不可信的一部分数值，其余值求和取平均。由于采集存储，求和取平均已在循环指令中说明，在次只说明比较法排序，也就是两重循环在PLC中的应用。如果采集到的模拟量存放在D50-D59中，共10个数据。3.模拟量采集（FROM指令）3.模拟量采集（FROM指令）程序中使用了主控指令，确保二重循环的顺利运行，Z7为内循环变量，Z6为外循环变量，如果内循环数据大于外循环数据，则交换，使大数据在后，达到10个数升序排列的目的，这与C语言的编程方法是一致的。在后面程序中，可只对中间数据求平均，丢掉两端（偏大或偏小）数据，达到滤波的目的。3.模拟量采集（FROM指令）第7章模拟量控制7.2模拟量变换27.1模拟量采集317.3模拟量输出37.4恒压供水41.变换的意义从模块读取的模拟量值，仅仅是一个数值，不具有工程意义，应进行工程变换，使之具有物理单位。同样，具有工程应用的数值，经过变换后，参与内部运算或控制。模拟量变换2.变换公式数据变换是将PLC中的变量，进行线性处理，即设计其一次函数。通用公式：式中，Hi：输出量最大值，Lo：输出量最小值，K2：输入量最大值，K1：输入量最小值，IN：输入量实际值，OUT：输出量实际值，其图示关系如图7-4所示，模拟量变换LoKINKKLoHiOUT)1()12()(例如压力传感器将0-0.4MPa的压力信号转换为0-4V的信号，模拟量输入模块再将其变换为0~32000的数字量。在PLC内我们需将其再变换为0-0.4的数值，单位为MPa，则压力的计算公式应为：因为该公式可用多个模拟量的反复转换。模拟量变换)C(0)0()032000()04.0(NT3.变换公示使用中的主要事项（1）该公式用子程序设计，可反复调用，用局部变量，方便移植。（2）使用子程序时，针对不同的传感器，设置不同才参数；同一个传感器的不同时期、不同应用场合，也用不同参数，只需注重其工程含义的变化。（3）对于非线性变量，如果难以建模，可以分段变换，即具有分段函数的意义。（4）为了符合工程实际，可设置最大最小值，以进行限幅，避免出现无意义数值。（5）该公式说明的是两个变量的相互转换关系，无输入输出之分。也用于输出变换，使计算机内部变量也具有工程意义。模拟量变换1.PID计算关系式比例、积分、微分调节（即PID调节）是闭环模拟量控制中的传统调节规律。它在改善控制系统品质，保证系统偏差e[给定值（SP）和过程变量（PV）的差]达到预定指标，使系统在实现稳定状态方面具有良好的效果，该系统的结构简单，容易实现自动控制，在各个领域得到了广泛的应用。PID调节控制的原理基于下面的方程式，它描述了输出M（t）作为比例项、积分项和微分项的函数关系PID计算即输出=比例项+积分项+初始值+微分项式中M（t）→—PID回路的输出，是时间的函数；Kc→—-PID回路的增益，也叫比例常数；e→→回路的误差（给定值与过程变量之差）；Minitial-PID回路输出的初始值；Ti→—积分时间常数；Td→—微分时间常数。只有系统为负反馈，误差e才等于给定值减去反馈值，因此应保证系统为负反馈。近年来许多PLC厂商在自己的产品中增加了PID指令，以完成一些工业控制中的PID调节。PID指令dtdeTKMedtTKeKtMDcinitialtIcc0)(第7章模拟量控制7.2模拟量变换27.1模拟量采集317.3模拟量输出37.4恒压供水4模块用来接收来自PLC的数字信号，并转换成等价的模拟信号，可输出电流和电压两种输出信号。有4个输出通道，12位分辨率。信号范围：-10～+10V、4～20mA、或0～20mA。共有3098个16位的缓冲存储器（BFM），用来与主单元交换数据，占用扩展总线8个点。FX3U-4DA模块1.配线配线图如图7-5所示，接线与输出信号的类型要一致。FX3U-4DA模块2.缓冲存储器分配缓冲存储区用来设置输出模式、增益偏置参数，错误状态、系统数据、表格等，熟悉其分配地址，便于方便使用该模块。FX3U-4DA模块的常用缓冲存储区如表7-5所示。详细了解其存储区，需查阅三菱公司发布的技术手册《模拟量控制篇》。FX3U-4DA模块FX3U-4DA模块3.通道选择：由缓冲存储器BFM#0中的4位16进制数H0000控制，其定义如表7-6所示。FX3U-4DA模块1.确认模拟量地址从左侧的特殊功能单元/模块开始，依次分配单元号0～7，分配1～7的单元编号。在下图中，数据寄存器（D20）加上数据（K10），并将结果写入单元号1的缓冲存储区（BFM#6）中。FX3U-4DA模块TO指令（可编程控制器→BFM，写入）向缓冲存储区写入数据。在上面程序中，向单元号1的缓冲存储区（BFM#0）写入1个数据（H3300）。该指令与MOVH3300U1\G0功能一致。FX3U-4DA模块第7章模拟量控制7.2模拟量变换27.1模拟量采集317.3模拟量输出37.4恒压供水4恒压供水泵站的组成恒压供水泵站一般需设多台水泵及电机，这比设单台水泵及电机节能而可靠。配单台电机及水泵时，它们的功率必须足够的大，在用水量少时开一台大电机肯定是浪费的，电机选小了用水量大时供水会不足。而且水泵与电机都有维修的时侯，备用泵是必要的。恒压供水的主要目标是保持管网水压的恒定，水泵电机的转速要跟随用水量的变化而变化，这就要用变频器为水泵电机供电。数台电机配一台变频器，变频器与电机间可以切换，供水运行时，一台水泵变频运行，其余水泵工频运行，以满足不同用水量的需求。一、工艺分析图中压力传感器PS用于检测管网中的水压，常装设在泵站的出水口。当用水量大时，水压降低；用水量小时，水压升高。水压传感器将水压的变化转变为电流或电压的变化送给调节器。一、工艺分析一个三泵生活/消防双恒压无塔供水如图7-7所示，市网自来水用高低水位控制器EQ来控制注水阀YV1，自动把水注满储水水池，只要水位低于高水位，自动往水池注水。水池的高/低水位信号也直接送给PLC，作为高/低水位报警。为了保证供水的连续性，水位上下限传感器高低距离较小。生活用水和消防用水共用三台泵，平时电磁阀YV2处于失电状态，关闭消防管网，三台泵根据生活用水的多少，按一定的控制逻辑运行，维持生活用水低恒压。当有火灾发生时，电磁阀YV2得电，关闭生活用水管网，三台泵供消防用水使用，维持消防用水的高恒压值。火灾结束后，三台泵再改为生活供水使用。一、工艺分析对三泵生活/消防双恒压供水系统的基本要求是：（1）生活供水时，系统低恒压运行，消防供水时高恒压运行。（2）三台泵采取“先开先停”的原则接入和退出。（3）如果一台泵连续运行时间超过3h，则要切换下一台泵，即系统具有“倒泵功能”，避免某一台泵工作时间过长。一、工艺分析根据图7-7及以上控制要求统计控制系统的输入输出信号的名称、代码及地址编号如表7-7所示。水位上下限信号分别为X1、X2，它们在水淹没时为0，露出时为1。二、I/O分配从上面分析可以知道，系统共有开关量输入点6个、开关量输出点12个、模拟量输入点1个、模拟量输出点1个。选用1台FX3U-32MR，一个FX3U-4AD模拟量输入输出混合模块。整个PLC系统的配置如图7-8所示。三、PLC系统选型如图7-9为电控系统主电路。三台电机分别为M1、M1、M3。接触器KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3的工频运行；接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3的变频运行；图7-9电控系统主电路FR1、FR2、FR3分别为三台电机过载用的热继电器；QS1、QS2、QS3、QS4分别为三台泵电机主电路的隔离开关；FU1为主电路的熔断器；VVVF为通用变频器。四、电气控制主电路四、电气控制主电路1.由“恒压”要求出发的工作泵组数量管理2.多泵组泵站泵组管理规范3