基于PLC和組態(tài)王的流量PID控制

1、基于PLC和組態(tài)王的流量PID控制系統(tǒng)基于PLC和組態(tài)王的流量PID控制系統(tǒng)摘要 隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展,人們生活水平的不斷提高,供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個重要方面,供水的經(jīng)濟性、可靠性、穩(wěn)定性直接影響到目前人們的正常生活和工作。傳統(tǒng)的供水方式普遍存在效率低、可靠性差、自動化程度不高等缺點,難以滿足當(dāng)前經(jīng)濟生活的需要。本文針對這些問題主要設(shè)計了一套由PLC、變頻器、等主要設(shè)備構(gòu)成的變頻恒流供水及其監(jiān)控系統(tǒng)?？梢杂行У亟鉀Q傳統(tǒng)供水方式中存在的問題,增強了系統(tǒng)的可靠性。關(guān)鍵詞：流量控制 PLC 組態(tài)王 PID控制Abstract: With the development of our socia

2、l economy, the continuous improvement of people's living standard, the construction of the water supply system is one of the important aspects of water supply of the economy, reliability and stability directly affect the current people's normal life and work. Traditional way of water supply

3、is widespread, low efficiency, poor reliability and high degree of automation is not weakness, it is difficult to meet the needs of the current economic life. Aiming at these problems mainly devised a composed of PLC, inverter, the main equipment such as variable frequency constant current supply an

4、d its monitoring and control system. Can effectively solve the problems existing in the traditional way of water supply, enhanced the reliability of the system.Key words: Flow control PLC King view PID control1. 課題要求(1). 總體控制要求：可以設(shè)計一流量PID控制系統(tǒng)，通過西門子PLC的DA輸出，控制變頻器頻率，可使流量處于一個穩(wěn)定狀態(tài)。(2). 按照段子圖可以完成PLC接線與檢查

5、(3). 能實現(xiàn)使用組態(tài)王控制變頻器啟動，停止等2. 實訓(xùn)電路裝置及原理圖2.1實訓(xùn)裝置序號器件數(shù)量型號1變頻器1個E7002水泵1個3閥門2個4流量傳感器1個5PLC1個FX-3U6AD模塊1個FX-3U-4AD7DA模塊1個FX-3U-2DA8端子排2個9開關(guān)電源1個10通訊編程電纜1個11導(dǎo)線若干12實訓(xùn)架2.2控制面板及模塊接線圖圖1端子排接線圖2.3電路接線圖及端子接線表圖2 水箱流量控制原理圖序號PLC地址實際用途功能說明1D04AD采集采集當(dāng)前流量2D102DA輸出輸出電壓控制變頻器頻率3Y0開始信號控制變頻器啟動與停止3. 實訓(xùn)設(shè)計思路3.1.控制系統(tǒng)組成圖3 控制系統(tǒng)組成本次

6、實訓(xùn)實現(xiàn)控制要求的系統(tǒng)組成如上圖所示，該系統(tǒng)是由變頻器、水泵、流量傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、PID調(diào)節(jié)器和D/A轉(zhuǎn)換器等部分構(gòu)成一個單回路溫度控制系統(tǒng)。PID調(diào)節(jié)器、D/A和A/D轉(zhuǎn)換器用三菱公司的FX-3U型PLC來實現(xiàn)，上位機PC安裝了GX Developer和組態(tài)王6.55軟件。3.2.硬件配置(1). 三菱FX-3U 的簡單介紹：三菱FX-3U的規(guī)格如下表所示：電源輸入輸出電源規(guī)格AC電源型：AC100V-240V 50/60Hz DC電源型：DC24V耗電量AC電源型：30W(16M)，35W(32M),40W(48M),45W(64M),50W(80M) ,65W(128M)DC電源型

7、：25W(16M)，30W(32M),35W(48M),40W(64M),45W(80M),沖擊電流AC電源型：最大30A 5ms以下/AC100V，最大45A 5ms以下/AC200V24V供電電源DC電源型：400mA以下(16M,32M) 600mA以下(48M,64M,80M,128M)輸入規(guī)格DC24V，57mA (無電壓觸點、或者漏型輸入時:NPN開集電極晶體管輸入,源型輸入時:PNP開集電極輸入)輸出規(guī)格繼電器輸出型：2A/1點、8A/4點COM 8A/8點COM AC250V(對應(yīng)CE、UL/cUL規(guī)格時為240V)DC30V以下晶體管輸出型:0.5A/1點、0.8A/4點 1

8、.6A/8點 COM DC5VDC30V輸入輸出擴展可連接FX2N系列用的擴展設(shè)備。性能程序存儲器內(nèi)置64000步RAM(電池支持)選件：64000步閃存存儲盒<帶程序傳送功能/沒有程序傳送功能>，16000步閃存存儲盒時鐘功能內(nèi)置實時時鐘（有閏年修正功能）月差±45秒/25指令基本指令27個、步進梯形圈指令2個、應(yīng)用指令209種運算處理速度基本指令：0.065s/指令，應(yīng)用指令：0.642數(shù)100s/指令高速處理有輸入輸出刷新指令、輸入濾波調(diào)整指令、輸入中斷功能、定時中斷功能、高速計數(shù)中斷功能、脈沖捕捉功能最大輸入輸出點數(shù)384點(基本單元、擴展設(shè)備的I/O點數(shù)以及遠程

9、I/O點數(shù)的總和)輔助續(xù)電器、定時器輔助續(xù)電器：7680點、定時器：512點計數(shù)器16位增計數(shù)器：200點，32位計數(shù)器：35點 高速用32位計數(shù)器：1相100kHz/6點、10kHz/2點2相50kHz/2點(可設(shè)定4倍)使用高速輸入適配器時為1相200kHz、2相100kHz數(shù)據(jù)寄存器一般用8，000點、擴展寄存器32768點、擴展文件寄存器(要安裝存儲盒)32768點、變址用16點其他功能擴展版可以安裝FX3U-BD型功能擴展版特殊適配器·模擬量用(最多4臺)、通訊用(包括通信用板最多2臺)都需要功能擴展板·高速輸入輸出用(輸入用：最多2臺、輸出用：最多2臺)同時使用

10、模擬量或者通信特殊適配器時，需要功能擴展板特殊擴展可連接FX0N、FX2N、FX3U系列的特殊單元以及特殊模塊顯示模塊可內(nèi)置FX3U-7DM：STN單色液晶、帶背光燈、全角8個字符/半角16個字符×4行、JIS第1/第2級字符支持?jǐn)?shù)據(jù)通訊支持?jǐn)?shù)據(jù)鏈路RS-232CRS-485,RS-422,N:N網(wǎng)絡(luò)、并聯(lián)鏈接、計算機連接CC-Link,CC-Link/LT,MELSEC-I/O鏈接外圍設(shè)備的機型選擇選擇FX3U（C），F(xiàn)X2N（C），F(xiàn)X2（C）但是，選擇FX2N（C），F(xiàn)X2（C）時有使用限制(2). 4AD與2DA的簡介與配置FX3U-4AD型模擬量輸入模塊其分辨率為15位二進

11、制+符號1位(電壓)、14位二進制+符號 1位S電流)的高精度模擬量輸入模塊。它可以進行4通道的電壓輸入(DC-1010V)、或者電流輸入 (DC-20 20mA. DC420mA)，可P對各通道分別指定電壓或者電流輸入，BFM的數(shù)據(jù)傳輸速度比P前最多快4 5*倍，可以實現(xiàn)500 us/通道的高速A/D轉(zhuǎn)換，具有數(shù)字濾波功能P及峰值保持功能等多種功能。三菱FX2N-2DA是三菱FX2N系列PLC中的一款模擬量的特殊功能模塊，廣泛用于基本三菱工控搭建的自動化平臺中。 FX2N-2DA型模擬輸出模塊主要用于將2點的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成電壓或電流模擬量輸出（0-10VDC 或 4-20mA），使用模擬量控制

12、外圍設(shè)備。(3). FR-E700變頻器的簡介FR-E700變頻調(diào)速器為經(jīng)濟型高性能變頻器其具有先進磁通矢量控制，0.5Hz時200%轉(zhuǎn)矩輸出，能夠進行擴充PID，柔性PWM，內(nèi)置Modbus-RTU協(xié)議，擁有停止精度提高。其變頻器如下圖所示：圖4 FR-E700變頻器在本次實訓(xùn)中，按照實訓(xùn)要求，需要使用PLC對變頻器的啟動、停止，以及頻率進行控制，查閱了變頻器手冊后可知，變頻器請設(shè)定 Pr.79 運行模式選擇 “2”（外部運行模式）其硬件接線電路如下圖所示：圖5 E700接線圖3.3. 軟件設(shè)計思路(1). 系統(tǒng)設(shè)計思路根據(jù)本次設(shè)計的設(shè)計要求，本次實訓(xùn)應(yīng)分為兩部分組成，第一部分為PLC程序，

13、主要完成AD/DA，第二部分為組態(tài)王程序，主要完成PID控制，參數(shù)轉(zhuǎn)換，以及人機界面設(shè)計。整體程序流程圖如下：圖6 整體程序流程圖(2). AD/DA 程序設(shè)計思路AD/DA程序是本次實訓(xùn)的基礎(chǔ)部分，其設(shè)計思路如下圖所示：圖7 D/A轉(zhuǎn)換流程圖(3). PID程序設(shè)計思路PID控制即比例，積分，微分控制，考慮到本次實訓(xùn)為流量控制，另外又有組態(tài)系統(tǒng)的加入，可以選擇使用組態(tài)王控件中的PID模塊進行PID設(shè)計，PID設(shè)計的整體思路如下圖所示圖8 PID程序流程圖4. 軟件具體實現(xiàn)(1). AD/DA程序編寫通過查閱4AD和2DA數(shù)據(jù)手冊可以寫出AD/DA程序如下圖所示：其中初始化指令為將16進制0F

14、F3F（H0FF3F）傳送到智能模塊的緩沖區(qū)0（g0），智能模塊的起始地址是00（u0），初始化完成后，AD指令為將第11個特殊模塊緩沖存儲器0開始的4個地址內(nèi)的值，傳送到D0開始的4個寄存器里.繼而執(zhí)行DA程序?qū)10的值送給寄存器M115-M100，T0指令是將數(shù)據(jù)寫入特殊功能模塊的緩沖存儲器，K1為模塊地址常數(shù)，用來選擇與指定特殊功能模塊;K16為模塊緩沖存儲器的數(shù)據(jù)地址常數(shù)，即TO指令中的目標(biāo)位置；K2M100:表示源數(shù)據(jù)在PLC中的存儲位置。繼而重復(fù)完成兩路的DA的采樣。圖9 PLC程序在完成PLC程序編寫后，使用監(jiān)測狀態(tài)，驗證PLC程序D0 可采集流量，D10可以控制輸出模擬電壓，

15、PLC程序設(shè)計成功(2). 組態(tài)王程序編寫在完成PLC程序設(shè)計后，進行組態(tài)程序設(shè)計，首先進行設(shè)備的新建與配置連接，新建IO設(shè)備時，選擇PLC為三菱PLC的FX2-編程口，然后選擇COM口，在實驗室PC機的COM口對應(yīng)為COM4，地址為00，尤其需注意的是設(shè)備波特率為9600，數(shù)據(jù)位為7位，在完成設(shè)備連接后，設(shè)置數(shù)據(jù)詞典，數(shù)據(jù)詞典中變量如下如所示：圖10 組態(tài)程序中的數(shù)據(jù)變量由于流量計顯示流量為0-10格，另外須將內(nèi)存變量與IO變量相關(guān)聯(lián)，經(jīng)過PLC測定后，得出應(yīng)用程序命令語言如下：本站點實時流量=(本站點D0-1618.9)/1491.6;本站點sp=本站點目標(biāo)流量/10;本站點pv=本站點實

16、時流量/10;本站點D10=本站點m*2000;完成以上設(shè)計后，進而完成PID設(shè)定，選用PID控件如下圖，雙擊控件可完成參數(shù)關(guān)聯(lián)，結(jié)果如下： 圖11 PID控件及參數(shù)關(guān)聯(lián)其中SP指目標(biāo)值，PV為實際反饋值，YOUT為輸出值。完成以上設(shè)計后，利用畫面完成人機界面設(shè)計，如圖所示：圖12 組態(tài)王人機界面設(shè)計完成人機界面后運行系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)設(shè)定目標(biāo)流量后，按下按鈕，程序正常運行，當(dāng)達到目標(biāo)流量后，可穩(wěn)定在該流量持續(xù)輸出，設(shè)計成功。5. 結(jié)論本文主要設(shè)計了一套由PLC、變頻器、等主要設(shè)備構(gòu)成的全自動變頻恒流供水系統(tǒng)及其監(jiān)控系統(tǒng),克服了傳統(tǒng)供水方式普遍存在的效率低、可靠性差、自動化程度不高等缺點,可實現(xiàn)高效節(jié)

17、能、自動可靠、維護簡單、管理方便的恒壓供水。本系統(tǒng)具有以下的特點:采用了可靠性高、使用簡單、編程靈活的工控設(shè)備PLC和組態(tài)軟件進行PID設(shè)計作為主要控制設(shè)備,在全流量范圍內(nèi)利用變頻器調(diào)節(jié)流量。系統(tǒng)可通過自動運行和使用變頻器面板手動控制等方式確保供水(3)用了PID調(diào)節(jié)方式,水壓波動小,響應(yīng)快。隨著經(jīng)濟與社會的高速發(fā)展，能源越來越緊張，而人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求也不端提高，變頻器恒流供水系統(tǒng)的應(yīng)用為社會帶來巨大利益，也為人們生活帶來極大方便。因此采用先進的自動化技術(shù)來設(shè)計高節(jié)能、高可靠性的恒流供水系統(tǒng)成為必然趨勢。通過本次課程設(shè)計，我們可以為以后工作打下一定的基礎(chǔ)，最好感謝本次課程設(shè)計，感謝我的指導(dǎo)老師！參考文獻1朱晶波. 變頻技術(shù)在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用D.長春：吉林大學(xué)， 2010.2丁莉. 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)研究D.天津:天津大學(xué), 2007.3姜湘山，李亞峰. 建筑小區(qū)給水排水工藝M, 北京：化學(xué)工業(yè)出版社2003.4方桂筍. 基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計D.蘭州：蘭州理工大學(xué)，2008.5熊建國. 基于PLC的變頻恒壓調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計與發(fā)現(xiàn)D.重慶：電子科技大學(xué), 2013.6祁增慧. 基于 PLC 控制的城市恒壓供水系統(tǒng)D.天津：天津大學(xué), 2008.7許德浩. 基于 PLC 控制的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計D.天津：