基于PLC控制的溫度巡回檢測及報警畢設(shè)論文

1、摘要目前國內(nèi)的萬能材料試驗機只能在常溫下進行材料的力學性能實驗，不能滿足在不同溫度條件下研究材料的力學性能，國外有類似產(chǎn)品，但其價格十分昂貴。因此本文的目的就是設(shè)計一個能夠加熱和保溫的裝置。通過對有關(guān)萬能材料試驗機現(xiàn)存問題的分析，確立以plc為控制核心，與fx2n -2lc溫控模塊相結(jié)合，在常規(guī)pid控制基礎(chǔ)上，進行硬件和軟件設(shè)計，實現(xiàn)對萬能材料試驗機溫度的控制。關(guān)鍵詞：加熱保溫、pid控制、plc、fx2n -2lc溫控模塊abstract currently the universal material testing machine can only testing the mechan

2、ical properties of materials under the room temperature . it can not meet the conditions of different temperature which to research mechanical properties of materials . there are similar products in abroad ,but the price is very expensive . so this article is aimed at designing a device to heating a

3、nd insulating . through the analysis of the existing problems of the universal material testing machine , establishing the plc as the control center and combining with the fx2n-2lc which is a temperature control module . in the basis of conventional pid control ,making hardware and software design ,

4、and achieving the temperature control of the universal material testing machine .key words：heating and insulating ;pid control ; plc ; fx2n-2lc which is a temperature control module目錄引言第一章 pid控制簡介1、 概述 2、開環(huán)控制系統(tǒng) 3、閉環(huán)控制系統(tǒng)4、階躍響應(yīng) 5、pid控制的原理和特點 第二章 控制系統(tǒng)的比較1、 plc與繼電器控制系統(tǒng)的比較2.、plc與微型計算機控制系統(tǒng)的比較3、 plc與單片機控制系

5、統(tǒng)的比較第三章 三菱fx2n-64mr型plc1、概述2、 plc的特點3. plc的應(yīng)用領(lǐng)域4、plc的構(gòu)成5、選型6、外部電路圖第四章 fx2n-2lc溫度控制模塊1、概述2、與pc基本單元連接3、 規(guī)格參數(shù)4、接線原理圖5、 功能介紹6、緩沖存儲器7、 本系統(tǒng)控制要求及功能實現(xiàn)第五章 組態(tài)軟件介紹1、 簡述2、特點3、實踐4、本加熱保溫系統(tǒng)的主界面5、 數(shù)據(jù)記錄6、報警記錄第六章 保溫腔的設(shè)計1、 保溫腔結(jié)構(gòu)圖2、 試驗箱結(jié)構(gòu)圖3、 腔門結(jié)構(gòu)4、 材料選用5、 保護層引言溫度是生活及生產(chǎn)中最基本的物理量，它表征的是物體的冷熱程度。自然界中任何物理、化學過程都緊密的與溫度相聯(lián)系。溫度是科學

6、研究過程中的常見控制參數(shù)之一，溫度控制在很多研究場合直接影響著研究成果的成敗及精度，對溫度的測量與控制具有廣泛的實際應(yīng)用價值和應(yīng)用前景?，F(xiàn)在，用單片機、工控機或plc來實現(xiàn)溫度控制的應(yīng)用己經(jīng)比較普遍，無論在系統(tǒng)的整體設(shè)計上還是在系統(tǒng)的開發(fā)過程中，都己經(jīng)有比較固定的模式，而且各個環(huán)節(jié)的設(shè)計技術(shù)也比較成熟，對于工程設(shè)計者而言，只要通過一段時間的鉆研，就能夠?qū)崿F(xiàn)一個系統(tǒng)的控制。目前國內(nèi)的萬能材料試驗機只能在常溫下進行材料的力學性能實驗，但是在做科研時，很多時候需要在不同溫度條件下研究材料的力學性能，或者研究在不同溫度條件下，材料的組織結(jié)構(gòu)特點及性能等。這就需要對實驗的溫度環(huán)境進行可控性操作，使其達到

7、所需要的溫度。目前國內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)類似裝置，國外有類似產(chǎn)品，但其價格十分昂貴，實用時不能根據(jù)所需萬能材料試驗機的機型來搭配使用。因此本文的目的就是設(shè)計一個能夠加熱和保溫的裝置。本設(shè)計通過對有關(guān)萬能材料試驗機現(xiàn)存問題的分析，確立以plc為控制核心，與fx2n -2lc溫控模塊相結(jié)合，應(yīng)用pid調(diào)節(jié)原理，進行硬件和軟件設(shè)計實現(xiàn)對萬能材料試驗機溫度的控制。通過溫度傳感器pt100對溫度進行巡回檢測，檢測的信號經(jīng)a/d轉(zhuǎn)化得到相應(yīng)的數(shù)字量，溫控模塊fx2n -2lc再進行判斷和運算，得到應(yīng)有的控制量，去控制加熱接觸器的通斷，從而達到對溫度的控制。另外利用組態(tài)軟件設(shè)計上位機控制界面，以監(jiān)控和輔助控制試驗機保

8、溫腔的溫度控制。本設(shè)計參考了以往溫度控制的設(shè)計經(jīng)驗，并結(jié)合試驗機的性能，簡化設(shè)計機構(gòu)，并且運用gx developer編程軟件、組態(tài)王6.51 等軟件進行編程和操作界面的設(shè)計。本設(shè)計方案結(jié)構(gòu)緊湊，溫控系統(tǒng)性能穩(wěn)定，動態(tài)性能良好，可靠性高，控制效果良好。第一章pid控制1、 概述 目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標志。同時，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個階段。智能控制的典型實例是模糊全自動洗衣機等。自動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機構(gòu)、輸入輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行

9、機構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器、執(zhí)行機構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前，pid控制及其控制器或智能pid控制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的pid控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有pid參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器(intelligent regulator)，其中pid控制器參數(shù)的自動調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實現(xiàn)。有利用pid控制實現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實現(xiàn)pid控制功能的可編程控制器(p

10、lc)，還有可實現(xiàn)pid控制的pc系統(tǒng)等等。 可編程控制器(plc) 是利用其閉環(huán)控制模塊來實現(xiàn)pid控制，而可編程控制器(plc)可以直接與controlnet相連，如rockwell的plc-5等。還有可以實現(xiàn)pid控制功能的控制器，如rockwell 的logix產(chǎn)品系列，它可以直接與controlnet相連，利用網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)其遠程控制功能。 2、開環(huán)控制系統(tǒng) 開環(huán)控制系統(tǒng)(open-loop control system)是指被控對象的輸出(被控制量)對控制器(controller)的輸出沒有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。 3、閉環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系

11、統(tǒng)(closed-loop control system)的特點是系統(tǒng)被控對象的輸出(被控制量)會反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負反饋，若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負反饋( negative feedback)，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負反饋，又稱負反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個具有負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個開環(huán)控制系統(tǒng)。另例，當一臺真正的全自動洗衣機具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之

12、后能自動切斷電源，它就是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。 4、階躍響應(yīng) 階躍響應(yīng)是指將一個階躍輸入（step function）加到系統(tǒng)上時，系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應(yīng)進入穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)的期望輸出與實際輸出之差?？刂葡到y(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準、快三個字來描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性(stability)，一個系統(tǒng)要能正常工作，首先必須是穩(wěn)定的，從階躍響應(yīng)上看應(yīng)該是收斂的；準是指控制系統(tǒng)的準確性、控制精度，通常用穩(wěn)態(tài)誤差來(steady-state error)描述，它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差；快是指控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性，通常用上升時間來定量描述。 5、pid控制的原理和特點 在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的

13、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)。pid控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當被控對象的結(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。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用pid控制技術(shù)。pid控制，實際中也有pi和pd控制。pid控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。 5.1 比例（p）控制

14、 比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（steady-state error）。采用p控制規(guī)律能較快的克服擾動的影響，它的作用于輸出值較快，但不能很好穩(wěn)定在一個理想的數(shù)值，不良的結(jié)果是雖較有效的克服擾動的影響，但有余差的出現(xiàn)。它適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、控制要求不高、被控參數(shù)允許在一定范圍內(nèi)有余差的場合。 5.2 積分（i）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(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 ste

15、ady-state error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。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。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(pi)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 5.3 微分（d）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 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)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦

16、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。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。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。5.4 比例積分微分（pid）控制規(guī)律pid控制規(guī)律是一種較理想的控制規(guī)律，它在比例基礎(chǔ)上引入積分，可以消除余差，在加入微分的作用，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它適用于控制通道時間常數(shù)或容量

17、滯后較大、控制要求較高的場合。如溫度控制、成分控制等。第二章 控制系統(tǒng)的比較1、 plc與繼電器控制系統(tǒng)的比較（1） 從控制邏輯上比較繼電器控制系統(tǒng)控制邏輯采用硬件接線，利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)等組合成控制邏輯，其連線多且復雜、體積大、功耗大，系統(tǒng)構(gòu)成后，想在改變或增加功能較為困難。另外，繼電器的觸點數(shù)量有限，所以繼電器控制系統(tǒng)的靈活性和可擴展性受到很大的限制。而plc采用了計算機技術(shù)，其控制邏輯是以程序的方式放在存儲器中，要改變控制邏輯只需改編程序，因而很容易改變或增加功能。plc控制系統(tǒng)連線少、體積小、功耗小，而且，plc中每只繼電器的觸點數(shù)理論是無限的，因此其靈活性和可擴展性很好。

18、（2） 從控制速度上比較 繼電器控制系統(tǒng)依靠機械觸點的動作實現(xiàn)控制，工作頻率低，觸點的開關(guān)動作一般在幾十毫秒數(shù)量級，且機械觸點還會出現(xiàn)抖動問題。而plc通過程序指令控制半導體電路來實現(xiàn)控制，一般一條用戶指令的執(zhí)行時間在微妙數(shù)量級，因此速度快，plc內(nèi)部還有嚴格的同步控制，不會出現(xiàn)觸點抖動問題。（3） 從定時和計數(shù)上的比較 繼電器控制系統(tǒng)采用時間繼電器的延時動作進行時間控制，時間繼電器的延時時間易受環(huán)境溫度和濕度的影響，定時精度不過且調(diào)整時間困難。而plc采用半導體集成電路作定時器，時鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，定時范圍一般從0.1s到幾十分鐘甚至更長，用戶可根據(jù)需要在程序中自由設(shè)定定時值，

19、修改方便，不受環(huán)境的影響。plc具有計數(shù)功能，而繼電器控制系統(tǒng)一般沒有。 （4）由于繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的機械觸點，連線多，觸點開閉時存在機械磨損、電弧燒傷等現(xiàn)象，觸點壽命低，所以可靠性和可維護性差。而plc采用的是半導體技術(shù)，大量的開關(guān)動作有無觸點的半導體電路來完成，其壽命長、可靠性高，plc還具有自診斷功能，能查出自身的故障，隨時顯示給操作人員，并動態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場的調(diào)試和維護提供了方便。 2、plc與微型計算機控制系統(tǒng)的比較（1）從工作環(huán)境下比較 微型計算機對工作環(huán)境要求高，一般要求干擾小，具有一定溫度濕度的室內(nèi)使用，而plc是專為適應(yīng)工業(yè)控制的惡劣環(huán)境設(shè)計的，適用

20、于工程現(xiàn)場的環(huán)境。（2）從程序設(shè)計上比較 微型計算機具有豐富的程序設(shè)計語言，其語法復雜，要求使用者必須具有一定水平的計算機軟件硬件知識，而plc采用控制工程的邏輯語言，以繼電器梯形圖為表達方式，形象直觀，編程操作簡單。（3）從價格上比較微型計算機是通用機，功能完備，價格較高，plc是專用機，功能較少，價格較低。3、plc與單片機控制系統(tǒng)的比較 單片機一般用于弱電控制，plc專門為工業(yè)現(xiàn)場的自動化控制而設(shè)定，（1） 從使用者學習掌握的角度比較單片機的編程語言一般為匯編語言或單片機c語言，這就要求設(shè)計人員具備一定的計算機硬件和軟件的知識，需要相當長的時間來學習才能掌握。而plc采用控制工程的邏輯語

21、言，以繼電器梯形圖為表達方式，形象直觀，編程操作簡單。（2） 從簡易程序上比較 在用單片機實現(xiàn)自動控制時，一般要在輸入/輸出接口上做大量工作。例如要考慮現(xiàn)場與單片機的連接、接口的擴展、輸入/輸出信號的處理、接口工作方式等問題，除了要設(shè)計控制程序外，還有在單片機的外圍做很多軟硬件的工作，系統(tǒng)的調(diào)試也較復雜。plc的i/o口已經(jīng)做好，輸入接口可以與輸入信號直接連線，非常方便，輸出接口也具有一定的驅(qū)動能力。（3） 從可靠性進行比較 在用單片機進行工業(yè)控制是，易受環(huán)境干擾。plc專門為工業(yè)現(xiàn)場的自動化控制而設(shè)定，在系統(tǒng)硬件和軟件上都采取了抗干擾措施，其可靠性高。從以上幾個比較分析可知，plc控制系統(tǒng)用

22、于工業(yè)上控制溫度比較具有優(yōu)越性，也方便大眾化操作，所以本加熱保溫系統(tǒng)采用plc控制。第三章 三菱fx2n-64mr型plc本加熱保溫系統(tǒng)的控制的硬件部分采用三菱fx2n-64mr型可編程控制器和與其配套使用的溫控模塊fx2n-2lc來達到溫度控制的目的。plc介紹如下：1、概述plc即可編程控制器（programmable logic controller，是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。“plc是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入

23、和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。”2、 plc的特點2.1可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。plc由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的f系列plc平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余cpu的plc的平均無故障工作時間則更長。從plc的機外電路來說，使用plc構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，plc帶有硬

24、件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除plc以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。2.2配套齊全，功能完善，適用性強plc發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代plc大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來plc的功能單元大量涌現(xiàn)，使plc滲透到了位置控制、溫度控制、cnc等各種工業(yè)控制中。加上plc通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用plc組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。2.3易

25、學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎plc作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用plc的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。2.4系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造plc用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。2.5體

26、積小，重量輕，能耗低以超小型plc為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備3. plc的應(yīng)用領(lǐng)域3.1開關(guān)量的邏輯控制這是plc最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。3.2模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（analog）和數(shù)字量（digi

27、tal）之間的a/d轉(zhuǎn)換及d/a轉(zhuǎn)換。plc廠家都生產(chǎn)配套的a/d和d/a轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。3.3運動控制plc可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量i/o模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要plc廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。3.4過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，plc能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。pid調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方

28、法。大中型plc都有pid模塊，目前許多小型plc也具有此功能模塊。pid處理一般是運行專用的pid子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。3.5數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代plc具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。3.6通信及聯(lián)網(wǎng)plc通信含plc間的通

29、信及plc與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各plc廠商都十分重視plc的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的plc都具有通信接口，通信非常方便。4、plc的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，plc分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式plc包括cpu板、i/o板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式plc包括cpu模塊、i/o模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。4.1 cpu的構(gòu)成cpu是plc的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套plc至少有一個cpu，它按plc的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)

30、，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和plc內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。cpu主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，cpu單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是plc不可缺少的組成單元。4.2 i/o模塊plc與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（i/o）完成的。i/o模塊集成了plc的i/o電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)

31、。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入plc系統(tǒng)，輸出模塊相反。i/o分為開關(guān)量輸入（di），開關(guān)量輸出（do），模擬量輸入（ai），模擬量輸出（ao）等模塊。除了上述通用io外，還有特殊io模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按i/o點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，i/o模塊可多可少，但其最大數(shù)受cpu所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。4.3 電源模塊plc電源用于為plc各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24v的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220vac或110vac），直流電源（常用的為24vdc）。5、選型本文采用fx2n-64mr型可編程控制器

32、fx2n-64mr具體含義：1）：fx2n是三凌plc中的一個系列。2）：64：表示輸入32點，輸出32點，總點數(shù)為64。另外還有16點，32點，48點，128點等。3）：m：表示基本單元，另外還有e：表示擴展單元。4）：r：表示繼電器輸出型，另外還有t：表示晶體管輸出型，s：表示可控硅輸出型。 6、外部電路圖第四章 fx2n-2lc溫度控制模塊1、概述溫度控制模塊fx2n-2lc 以后稱為 溫度控制模塊 或fx2n-2lc 配有兩個溫度輸入端口和兩個晶體管輸出端口（ 集電極開路型）， 它是一個從熱電偶和鉑電阻溫度計中讀取溫度信號并進行pid輸出控制的特殊模塊。將fx2n-2lc連接到fx2n

33、/2nc系列可編程控制器上。1）作為輸入傳感器 兩個熱電偶 兩個鉑電阻溫度計或一個熱電偶和一個鉑電阻溫度計均可。2）當fx2n-2lc與fx2n/2nc系列可編程控制器連接時 ，可用from/to指令讀寫數(shù)據(jù) ，fx2n-2lc通過執(zhí)行算術(shù)操作進行pid控制和輸出控制 你不需要為pid操作編寫順序程序。3）通過電流探測（ct）功能可檢測加熱器是否未連接。4）通過自動調(diào)諧功能可方便地的設(shè)置比例系數(shù)、積分時間和微分時間。5）各通道間互相隔離。2、與pc基本單元連接fx2n-2lc可通過擴展電纜與可編程控制器 （pc） 基本單元連接。fx2n-2lc作為plc的一個特殊模塊 ， 由距plc基本單元最

34、近的單元開始 ，自動分配特殊模塊編號0到7。（ 這些單元編號將在from/to指令中使用）一個fx2n-2lc模塊占有可編程控制器 （pc） 基本單元的八個i/o點。3、 規(guī)格參數(shù)3.1 電源規(guī)格項目規(guī)格驅(qū)動電源24vdc（-15%到+10%）從驅(qū)動電源端輸入通信電源5vdc（有pc基本單元內(nèi)部提供）電流消耗24vdc，55ma和5vdc，70ma絕緣方法模擬輸入?yún)^(qū)和可編程控制器用光耦隔離。電源和模擬輸入?yún)^(qū)之間由dcac轉(zhuǎn)換器進行隔離（通道之間互相不隔離）占有的i/o點數(shù)供8點（包裹輸入點和輸出點）3.2 性能規(guī)格項目描述控制方法兩位置控制，pid控制，pi控制控制運行周期500ms設(shè)置溫度范

35、圍和輸入范圍相同加熱器斷線檢測根據(jù)緩沖存儲器設(shè)置進行報警檢測，變化范圍從0100a操作方法0：測量值監(jiān)控1：測量值監(jiān)控+溫度報警2：測量值監(jiān)控+溫度報警+控制（有緩沖存儲器進行選著）自診斷功能調(diào)整值和輸入值由監(jiān)視定時器進行檢查。當檢測到異常時，晶體管輸出斷開。存儲器內(nèi)置eeprom（可重寫次數(shù)：100000次）狀態(tài)顯示power亮pc基本單元提供5v電源滅pc基本單元沒有提供5v電源24v亮外界提供24v電源滅外界沒有提供24v電源out1亮out1輸出處于on狀態(tài)滅out1輸出處于off狀態(tài)out2亮out2輸出處于on狀態(tài)滅out2輸出處于off狀態(tài)3.3 輸入規(guī)格項目說明溫度輸入輸入點數(shù)

36、2點輸入類型熱電偶k，鉑電阻溫度計，測量精度0.7%輸入范圍 正負1 位 （當周圍溫度為 23 ±5 時，±0.3%輸入范圍±1 位 ） 然而 ，b 型輸入在 0 到 399 （0 到 799） 及plii和 wre5-26 型輸入在0 到32測量時 將超出精密保證范圍 冷接點補償溫度差±1.0 內(nèi) 當輸入值為-100 到-150 時 誤差為± 2.0當輸入值為-150 到-200 時 誤差為±3.0分辨率0.1 (0.1)或 1 (1) （取決于使用的傳感器的輸入范圍而變化 ） 采樣周期外部電阻效應(yīng)約/歐輸入阻抗1m歐 或更大傳感器

37、電流大約0.3ma允許的輸入線電阻10歐或更低輸入斷線后的操作高刻度輸入短路后的操作低刻度ct輸入輸入點數(shù)2點電流檢測計ctl-s36-8 或 ctl-6-p-h 由 u r d 公司生產(chǎn) 加熱器電流測量值使ctl-12時0.0到 100.0a使用ctl-6時0.0到 30.0a測量精度輸入值的± 5%與 2a 之間的大值（ 不包括電流檢測計精度 ） 采樣周期1秒3.4、 輸出規(guī)格項目說明輸出點數(shù)2點輸出方式npn集電極開路型晶體管輸出額定負載電壓5到 24vdc最大負載電壓30vdc或更小最大負載電流100maoff狀態(tài)時的漏電流0.1ma或更少on狀態(tài)時的最大電壓降當電流為100

38、ma時，2.5v（最大）或1.0v（標準）控制輸出周期30秒(可在1到100秒范圍內(nèi)變化)4、接線原理圖當溫度傳感器為一個熱電偶時（tc）當溫度傳感器為鉑電阻溫度計時（rtd）*將fx2n -2lc的接地端與plc的接地端進行第3類接地。注意：1、 當使用熱電偶時 要采用特殊的補償導線。2、 當使用電阻型溫度計時 要采用三相式接線 應(yīng)使用電阻值小且三相間電阻值相同的電阻3、 接線端扭矩為 0.5到0.8 n·m5、 功能介紹本節(jié)介紹fx2n -2lc的功能關(guān)于每項功能的設(shè)定 請閱讀后面緩沖存儲器 bfm 的說明5.1 pid控制5.1.1 二階簡易pid控制pid控制是一種可獲得穩(wěn)定

39、控制效果的控制方法 ，它是通過設(shè)置各常數(shù)p(比例系數(shù)) 、i(積分時間) 、d(微分時間)來完成的。然而 ，在pid控制中， 如果設(shè)置各個 pid常數(shù)， 使設(shè)置響應(yīng)變好， 但對干擾的響應(yīng)變差。反之， 如果設(shè)置各個pid常數(shù) ，使對干擾響應(yīng)變好， 但設(shè)置響應(yīng)就變差。fx2n-2lc可完成二階簡易的pid控制， 采用的pid常數(shù)對于干擾具有良好響應(yīng)， 而且設(shè)置響應(yīng)的形狀可選擇為快、 中 、慢。通過緩沖存儲器可完成pid常數(shù)的設(shè)置和設(shè)置響應(yīng)的選擇。5.1.2 防過調(diào)功能在pid控制中 ，當偏差長時間持續(xù)時， pid算術(shù)運算的結(jié)果會超出運算值的有效范圍(從0到100%) 。這時， 即使偏差變小， 由于

40、積分運算的原因， 仍會需要一段時間使輸出值回到有效范圍內(nèi)。 所以實際校正操作將被延遲， 從而發(fā)生過調(diào)/ 欠調(diào)情況。為了防止過調(diào)的發(fā)生 ，fx2n-2lc具配備了一種rfb(恢復反饋)限制功能 。rfb限制功能把超出部分的數(shù)值反饋給積分值 ，使得當pid算數(shù)運算結(jié)果超出限定值(輸出限制的上 、下限)時， 算數(shù)運算結(jié)果被保持在限定范圍內(nèi)， 所以pid算術(shù)運算結(jié)果總是在有效范圍內(nèi)。所以，當偏差變小時， 校正操作可以被立即執(zhí)行。5.2 兩位置控制當比例系數(shù)p 的值設(shè)定為 0.0 時， fx2n-2lc將執(zhí)行兩位置控制。在兩位置控制中 ，當測量值 pv 大于溫度設(shè)定值 sv 時， 控制輸出 mv 設(shè)定為

41、on ，或者當測量值 pv 小于溫度設(shè)定值 sv 時 ，控制輸出 mv 設(shè)定為off。當設(shè)定調(diào)節(jié)靈敏度 （死區(qū)） 時 ，可防止輸出反復在溫度設(shè)定值 sv 的周圍on/off變換。然而 ，如果調(diào)節(jié)靈敏度（ 死區(qū)） 設(shè)得太大 ，上下波動會相應(yīng)變大， 如果調(diào)節(jié)靈敏度（死區(qū)）設(shè)得太小， 則會出現(xiàn)因測量值小幅振蕩而導致輸出值on/off變換的情況。5.3 自動調(diào)諧功能5.3.1 at （自動調(diào)諧）at （自動調(diào)諧 ）功能可根據(jù)設(shè)定溫度自動測量 ，計算，設(shè)定最佳的pid常數(shù)。當at執(zhí)行命令 （ch1: bfm#20, ch2: bfm #29 ）設(shè)定為1時 ，就將進行自動調(diào)諧。（當溫度上升或控制穩(wěn)定時，

42、自動調(diào)諧可在打開電源后任何狀態(tài)下開始執(zhí)行。）自動調(diào)諧開始啟動時， 根據(jù)設(shè)定值 sv 完成兩位置控制 。通過兩位置控制 ，輸出可強制振蕩， 振幅和振動周期均可測量 。pid常數(shù)是根據(jù)測量值計算得出的 ，它們被保存在各參數(shù)中， 當自動調(diào)諧正常終止時， 控制將依據(jù)新計算得的到的pid常數(shù)繼續(xù)實施。當執(zhí)行自動調(diào)諧時 ，事件（ch1:bfm#1,ch2:bfm #2 ）的b14被設(shè)定為1。 因為是對于自動調(diào)諧， 還可設(shè)定偏差值。為了通過自動調(diào)諧計算出適合的pid常數(shù)， 應(yīng)將輸出限制的上限設(shè)為100%， 輸出限制的下限設(shè)定為0% ，并使輸出變化比限制功能為0ff。1 當以下條件滿足時 ，可實施自動調(diào)諧 控

43、制開始/停止狀態(tài)設(shè)定為 ：控制開始 操作模式設(shè)定為控制 ：模式2 自動/手動方式設(shè)定為 ：自動 輸入值 pv 應(yīng)為正常 輸出限制上限和下限不應(yīng)設(shè)定為同樣的值 比例系數(shù)不應(yīng)設(shè)定為 0 （兩位置操作）2 當出現(xiàn)以下情況時，自動調(diào)諧將取消 當斷線等原因?qū)е螺斎胫?pv 異常 當設(shè)定值 sv 發(fā)生變化 當控制停止 ，當操作模式改變和當自動/手動模式設(shè)定為 ：手動 當at偏差設(shè)定值發(fā)生變化 當pv偏差設(shè)定值發(fā)生變化 當數(shù)字濾波設(shè)定值發(fā)生變化 當輸出限制設(shè)定值發(fā)生變化 當電源切斷 當at執(zhí)行指令 （ch1:bfm#20,ch2:bfm #29） 設(shè)定為 ：0 （at停止）5.3.2 at偏差值設(shè)定at偏差

44、值來執(zhí)行自動調(diào)諧時， 測量值 pv 就不應(yīng)超過溫度的設(shè)定值 sv 自動調(diào)諧功能通過溫度的設(shè)定值執(zhí)行兩位置控制， 測量值振蕩 ，隨后計算并設(shè)置各pid常數(shù)。 然而， 對某些控制對象， 我們不希望由于振蕩測量值而出現(xiàn)過調(diào)現(xiàn)象。這時， 可設(shè)定at偏差值 ，當設(shè)置定了at偏差值時 ，可改變執(zhí)行自動調(diào)諧時的設(shè)定值 sv（at點）。5.4 自動/手動5.4.1 自動模式和手動模式操作模式可在“ 自動 ”和 “手動 ”之間切換 。自動模式時 ，控制輸出值 mv 是根據(jù)溫度設(shè)定值 sv 自動計算出來的 。手動模式時， 控制輸出值 mv 可以任意地手動設(shè)定。手動模式時， 事件 （ch1:bfm#1 ch2:bf

45、m #2 ）的b13 手動模式轉(zhuǎn)換完成 ，變?yōu)?1 ，提示為手動模式。操作模式改變時需要0.5秒時間， 在此期間 ，balance-less， bump-less功能被激活。（1）自動模式自動模式時 ，測量值 pv 與溫度設(shè)定值 sv 進行比較 ，而控制輸出值 mv 是由pid的算術(shù)運算得出的。這種模式在fx2n-2lc出廠時被選用。自動模式時， 手動輸出值總是被設(shè)定為輸出值 mv。（2）手動模式手動模式時 ，輸出值 mv 被固定為一個常數(shù)。通過改變手動輸出設(shè)定（ bfm#19, bfm #28 ）輸出值可被固定為一個任意數(shù)值。當事件（ ch1:bfm#1, ch2:bfm #2 ）的b13為

46、 1 時 ，（也就是選擇手動模式時） ，手動輸出值可以改變。即使在手動模式時 ，溫度報警功能還是有效的。5.5 加熱器斷線檢測功能加熱器斷線檢測功能使用電流檢測器(ct)檢測負載中的電流強度， 它把檢測到的值 （加熱器電流測量值） 與加熱器斷線報警電流設(shè)定值進行比較， 當測量值比加熱器斷線報警電流設(shè)定值大或小時， 就開始報警 。加熱器電流可用緩沖存儲器 （bfm#7,bfm #8 ）來測定。報警操作在以下情況下 ，加熱器斷線報警功能將發(fā)出報警。1 加熱器中無電流時 由于加熱器斷線或操作機器有錯誤等引起。 當參考加熱器電流值等于或小于加熱器斷線報警時的設(shè)定電流值時， 且控制輸出為on時 ，就會發(fā)

47、生報警。 但是， 如果控制輸出on時間為0.5秒或更少時， 加熱器斷線報警不會發(fā)生。2 加熱器電流沒有切斷時由于一個熔斷繼電器而產(chǎn)生。當參考加熱器電流值大于加熱器斷線報警時的電流設(shè)定值， 且控制輸出為off時， 就會發(fā)生報警。 但如果控制輸出off時間為0.5秒或更少時， 則不會發(fā)生報警。5.6 回路中斷報警功能（lba）當輸出超過100% （或輸出限制上限） 或不到0% （或輸出限制下限） 時， 回路中斷報警功能就開始檢測測量值 pv 的變化情況， 當判斷到回路中出現(xiàn)異常情況時 ，就把回路中斷報警(ch1:bfm#1b8, ch2:bfm#2 b8)設(shè)為on。6、緩沖存儲器6.1 緩沖存儲器

48、一覽表bfm no.名稱說明或設(shè)定范圍初始值注ch1ch2#0標志出錯標志 、準備好標志 等0r#1#2事件報警狀態(tài)、 溫度上升完成狀態(tài) 等0#3#4測量值輸入?yún)^(qū)域的 ±5%（ / ）0.0#5 #6控制輸出值-5.0到 105.0%-5.0#7#8加熱器電流測量值0.0到105.0 a 0.0#9初始化指令0 ：不執(zhí)行 1： 初始化所有數(shù)據(jù) 2：初始化bfm#10到bfm#690rw#10錯誤復位指令0 ：不執(zhí)行 1 ：復位錯誤0#11控制開始/停止切換0 ：停止控制 1 ：開始控制0#12#21設(shè)定值在設(shè)定范圍限制之內(nèi)0.0#13#22報警1設(shè)定值單位： / 允許設(shè)定范圍隨報警模

49、式的設(shè)定而變化0.0#14#23報警2設(shè)定值0.0#15#24報警3設(shè)定值0.0#16#25報警4設(shè)定值 0.0#17#26加熱器斷線報警設(shè)定值0.0到100.0a(當設(shè)定為 0.0 時 報警功能無效)0.0#18#27自動/手動切換 0： 自動 1： 手動0#19#28手動輸出設(shè)定值 -5.0到105.0 % *10.0#20#29自動調(diào)諧執(zhí)行命令0 ：停止自動調(diào)諧 1 ：執(zhí)行自動調(diào)諧0#30單元型號代碼 2060r#31禁止 -#32#51操作模式 0 ：監(jiān)控 1：監(jiān)控+溫度報警 2 ：監(jiān)控+溫度報警+控制2rw#33#52比例系數(shù)0.0到1000.0%/范圍（當設(shè)定為 0.0 時 ，將執(zhí)

50、行兩位置控制）3.0#34#53積分時間1到3600秒240#35#54微分時間1到3600秒60#36#55控制響應(yīng)參數(shù)0 慢 1 中 2 快 0#37#56輸出限制上限從輸出限制下限到105.0%100.0#38#57輸出限制下限-5.0%到輸出限制上限 0.0#39#58輸出變化率限制0.0到100.0%/秒(當設(shè)定為 0.0 時 功能無效 )0.0#40#59傳感器校正值設(shè)定±50.00（%范圍）0.00#41#60調(diào)節(jié)靈敏度設(shè)置0.0到10.0（%范圍）1.0#42#61控制輸出周期設(shè)置1到100秒 30#43#62一階延遲數(shù)字濾波設(shè)置0到100秒（當設(shè)定為 0 時, 功能

51、無效）0#44#63設(shè)置變化率限制0到100%（當設(shè)定為 0 時, 功能無效）0.0#45#64at(自動調(diào)諧)偏差±輸入范圍 / 0.0#46#65正常/反向操作選擇0 :正常操作 1 :反向操作1#47#66設(shè)置限制上限設(shè)置限制下限到輸入范圍上限1300#48#67設(shè)置限制下限輸入范圍下限到設(shè)置限制上限-100#49#68回路中斷報警判定時間0到7200秒 （設(shè)置為 0 時 報警功能無效）480#50#69回路中斷報警死區(qū)0.0或0到輸入范圍（ /）0.0#70#71輸入類型選擇0到432#72報警1模式設(shè)置0 到 140#73報警2模式設(shè)置0#74報警3模式設(shè)置0#75報警4模

52、式設(shè)置0#76報警1/2/3/4死區(qū)設(shè)置0.0到10.0 (% / 范圍)1.0#77報警1/2/3/4延遲次數(shù)0到255次0#78加熱器斷線報警延遲次數(shù)0到255次3#79溫度上升完成范圍設(shè)置1到10（ /）1.0#80溫度上升完成加熱時間0到3600秒0#81ct監(jiān)控模式切換0： 監(jiān)控on電流和off電流 1 ：只監(jiān)控on電流0rw#82設(shè)置值范圍錯誤地址0 ：正常 1：或其它數(shù)值 ：設(shè)置錯誤地址0r#83設(shè)置值備份命令0 ：正常 1 ：開始寫入eeprom0rw6.2 存儲緩沖器的詳細說明6.2.1 bfm # 0 標志bit no.說明操作b0有錯 當以下b1到 b10有錯誤時 該標志

53、位將變?yōu)閛n b1設(shè)定值范圍錯誤 當寫入數(shù)據(jù)超過設(shè)定值范圍時 該標志位將變?yōu)閛n b224vdc電源出現(xiàn)故障 當因干擾或fx2n-2lc內(nèi)部出現(xiàn)故障時 ，該標志位將變?yōu)?on， 如果電源切斷再接通后 錯誤仍不能被消除 ，請與三菱電機系統(tǒng)服務(wù)公司聯(lián)系 b3設(shè)定值備份錯誤 當沒有提供驅(qū)動電源(24vdc)時b4不用 -b5不用 -b6不用 -b7不用 -b8用于調(diào)整數(shù)據(jù)錯誤的和數(shù)校驗出錯當因干擾或fx2n-2lc內(nèi)部出現(xiàn)故障時 該標志位將變?yōu)?on 如果電源切斷再接通后 錯誤仍不能被消除 請與三菱電機系統(tǒng)服務(wù)公司聯(lián)系b9冷觸點溫度補償數(shù)據(jù)錯誤b10a/d轉(zhuǎn)換值錯誤 b11不用 b12控制標志 當fx2n-2lc實施控制時 ，該標志位將變?yōu)閛nb13設(shè)定值備份中 在設(shè)定數(shù)據(jù)處于備份時 ，保持on b14初始化完成標志 初始化完成后 ，該標志位將變?yōu)閛nb15溫度控制好標志當fx2n-2lc操作準備好時， 該標志位將變?yōu)?on6.2.2 bfm # 1 (ch1) 和 bfm # 2 (ch2) 事件bfm#1對應(yīng)ch1 bfm#2對應(yīng)ch2 bfm#1和bfm#2中的分配是相同的bit no.分配說明b0輸入錯誤（上限）當輸入值超過范圍時，該位變?yōu)閛