用三菱PLC-FX2N與F940變頻器設(shè)計(jì)一個(gè)帶PID控制的

用三菱PLC-FX2N與F940變頻器設(shè)計(jì)一個(gè)帶PID控制的恒壓供水系統(tǒng)控制要求：（1）有兩臺水泵，按設(shè)計(jì)要求一臺運(yùn)行，一臺備用，自動(dòng)運(yùn)行時(shí)泵運(yùn)行累計(jì)100小時(shí)輪換一次，手動(dòng)時(shí)不切換。（2）兩臺水泵分別由M1、M2電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/min，由KM1、KM2控制。（3）切換后起動(dòng)和停電后起動(dòng)須5S報(bào)警，運(yùn)行異常可自動(dòng)切換到備用泵，并報(bào)警。（4）采用PLC的PID調(diào)節(jié)指令。（5）變頻器（使用三菱FR-A540）采用PLC的特殊功能單元FX0N-3A的模擬輸出，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。（6）水壓在0～10kg可調(diào)，通過觸摸屏（使用三菱F940）輸入調(diào)節(jié)。（7）觸摸屏可以顯示設(shè)定水壓、實(shí)際水壓、水泵的運(yùn)行時(shí)間、轉(zhuǎn)速、報(bào)警信號等。（8）變頻器的其余參數(shù)自行設(shè)定。軟件設(shè)計(jì)：1．FX2N-48MRPLC的I/O分配：根據(jù)控制要求及I/O分配，其系統(tǒng)接線圖如圖所示。PLC輸入，X1：1號泵水流開關(guān)；X2：2號泵水流開關(guān)；X3：過壓保護(hù)。PLC輸出，Y1：KM1；Y2：KM2；Y4：報(bào)警器；10：變頻器STF。2．觸摸屏畫面設(shè)：根據(jù)控制要求及I/O分配，制作觸摸屏畫面。觸摸屏輸入：M500：自動(dòng)起動(dòng)。M100：手動(dòng)1號泵。M101：手動(dòng)2號泵。M102：停止。M103：運(yùn)行時(shí)間復(fù)位。M104：清除報(bào)警。D300：水壓設(shè)定。觸摸屏輸出：Y0：1號泵運(yùn)行指示。Y1：2號泵運(yùn)行指示。T20：1號泵故障。T21：2號泵故障。D101：當(dāng)前水壓。D502：泵累計(jì)運(yùn)行的時(shí)間。D102：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。PLC的程序：根據(jù)控制要求，畫出FX2N-48MR的程序梯形圖、PLC程序如下圖所示。plc的程序簡述：plc得電后，通過程序把模塊中的摸擬量壓力信號轉(zhuǎn)化成壓力數(shù)字量(d160)，將壓力的數(shù)據(jù)寄存器d160的值除以25以校正壓力的實(shí)際值(由特殊功能模擬模塊fx0n-3a的資料可知：因0-10kg對應(yīng)的是數(shù)值是0-250，所以壓力與數(shù)值的關(guān)系是1：25)。在該系統(tǒng)中我們規(guī)定了電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/min，所以同步轉(zhuǎn)速的設(shè)定低于3000轉(zhuǎn)/min對電機(jī)的保護(hù)是有好處的。這里我們把轉(zhuǎn)速設(shè)定為不能超過1250轉(zhuǎn)/min，則數(shù)值與通過pid程序運(yùn)算的mv（輸出）值d150（即電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速量）的關(guān)系為1：5(由特殊功能模擬模塊fx0n-3a的資料可知：因數(shù)值是0-250對應(yīng)的是0-1250轉(zhuǎn)/min，則數(shù)值與轉(zhuǎn)速的關(guān)系是1：5)。所以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)際值校正數(shù)d102=d150×5÷10（其中除以10是因?yàn)樗袑?shí)數(shù)參與pid的sv設(shè)定值>d500，pv當(dāng)前值>d160，運(yùn)算都是以1000%加入的。所以要得到mv輸出值>d150的實(shí)際數(shù)值需要除以10）。因該系統(tǒng)中電機(jī)的轉(zhuǎn)速是與壓力成正比的,轉(zhuǎn)速加大;壓力也加大!（這里要注意：動(dòng)作方向【s3】+1,當(dāng)前值pv，d500設(shè)定值sv，d160；即bit=1，選擇逆動(dòng)作）所以將壓力數(shù)字量寄存器d160用于pid程序的pv（當(dāng)前）數(shù)字量做為時(shí)刻檢查管內(nèi)的當(dāng)前壓力狀況。4．變頻器設(shè)置：（1）上限頻率pr1=50hz；（2）下限頻率pr2=30hz；（3）基底頻率pr3=50hz；（4）加速時(shí)間pr7=3s；（5）減速時(shí)間pr8=3s；（6）電子過電流保護(hù)pr9=電動(dòng)機(jī)的額定電流；（7）起動(dòng)頻率pr13=10hz；（8）du面板的第三監(jiān)視功能為變頻繁器的輸出功率pr5=14；（9）智能模式選擇為節(jié)能模式pr60=4；（10）設(shè)定端子2～5間的頻率設(shè)定為電壓信號0～10v，pr73=0；（11）允許所有參數(shù)的讀/寫pr160=0；（12）操作模式選擇（外部運(yùn)行）pr79=2；（13）其他設(shè)置為默認(rèn)值。5.系統(tǒng)調(diào)試：（1）將觸摸屏rs232接口與計(jì)算機(jī)連接，將觸摸屏rs422接口與plc編程接口連接，編寫好fx0n-3a偏移/增益調(diào)整程序，連接好fx0n-3ai/o電路，通過gain和offset調(diào)整偏移/增益。（2）按圖設(shè)計(jì)好觸摸屏畫面，并設(shè)置好各控件的屬性，按圖所示編寫好plc程序，并傳送到觸摸屏和plc。（3）將plc運(yùn)行開關(guān)保持off，程序設(shè)定為監(jiān)視狀態(tài)，按觸摸屏上的按鈕，觀察程序觸點(diǎn)動(dòng)作情況，如動(dòng)作不正確，檢查觸摸屏屬性設(shè)置和程序是否對應(yīng)。（4）系統(tǒng)時(shí)間應(yīng)正確顯示。（5）改變觸摸屏輸入寄存器值，觀察程序?qū)?yīng)寄存器的值變化。（6）按圖連接好plc的i/o線路和變頻器的控制電路及主電路。（7）將plc運(yùn)行開關(guān)保持on，設(shè)定水壓調(diào)整為3kg。（8）按手動(dòng)起動(dòng)，設(shè)備應(yīng)正常起動(dòng)，觀察各設(shè)備運(yùn)行是否正常，變頻器輸出頻率是否相對平穩(wěn)，實(shí)際水壓與設(shè)定的偏差。（9）如果水壓在設(shè)定值上下有劇烈的抖動(dòng)，則應(yīng)該調(diào)節(jié)pid指令的微分參數(shù)，將值設(shè)定小一些，同時(shí)適當(dāng)增加積分參數(shù)值。如果調(diào)整過于緩慢，水壓的上下偏差很大，則系統(tǒng)比例常數(shù)太大，應(yīng)適當(dāng)減小。（10）測試其他功能，是否跟控制要求相符。三菱FX2N系列PLC的TO指令、FROM指令及實(shí)例FX2N-4AD應(yīng)用程序TO指令是從PLC對增設(shè)的特殊單元(如FX2N-4DA)緩沖存儲器(BFM)寫入數(shù)據(jù)的指令TO，TOP：十六位連續(xù)執(zhí)行和脈沖執(zhí)行型指令DTO，DTOP：三十二位連續(xù)執(zhí)行和脈沖執(zhí)行型指令TO指令的編程格式：TOK1K12D0K2*K1：特殊模塊的地址編號，只能用數(shù)值，范圍：0---7*K12：特殊模塊的緩沖存儲器起始地址編號，只能用數(shù)值，范圍：0---32767*D0：源寄存器起始地址編號，可以用T，C，D數(shù)值和位元件組合如K4X0*K2：傳送的點(diǎn)數(shù)，只能用數(shù)值。范圍：1---32767TOK1K12D0K2指令的作用是：將PLC的16位寄存器D0，D1的數(shù)值分別寫入特殊單元（或模塊）N0.1的緩沖寄存器（BFM）#12，#13中。1、在特殊輔助繼電器M8164閉合時(shí)，D8164內(nèi)的數(shù)據(jù)做為傳送點(diǎn)數(shù)。2、特殊輔助繼電器M8028斷開狀態(tài)，在TO指令執(zhí)行時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入中斷禁止?fàn)顟B(tài)，輸入中斷和定時(shí)器中斷不能執(zhí)行。在這期間發(fā)生的中斷只能等FROM指令執(zhí)行完后開始執(zhí)行。TO指令可以在中斷程序中使用3、特殊輔助繼電器M8028閉合狀態(tài),在TO指令執(zhí)行時(shí),如發(fā)生中斷則執(zhí)行中斷程序，TO指令不能在中斷程序中使用。FROM指令是將PLC增設(shè)的特殊單元(如FX2N-4AD)緩沖存儲器(BFM)的內(nèi)容讀到可編程控制器的指令FROM、FROMP：十六位連續(xù)執(zhí)行和脈沖執(zhí)行型指令DFROM、DFROMP：三十二位連續(xù)執(zhí)行和脈沖執(zhí)行型指令讀出指令FROM的編程格式：FROMK1K29D0K2*K1:特殊模塊的地址編號，只能用數(shù)值，范圍：0---7*K29：特殊模塊的緩沖存儲器起始地址編號，只能用數(shù)值，范圍：0---32767*D0：目標(biāo)寄存器起始地址編號，可以用T，C，D和除X外的位元件組合如K4Y0*K2：傳送的點(diǎn)數(shù)，只能用數(shù)值。范圍：1---32767FROMK1K29D0K2指令的作用是：從特殊單元（或模塊）N0.1的緩沖寄存器（BFM）#29，#30中讀出16位數(shù)據(jù)傳送至PLC的D0，D1寄存器里。1、在特殊輔助繼電器M8164閉合時(shí)，D8164內(nèi)的數(shù)據(jù)做為傳送點(diǎn)數(shù)。2、特殊輔助繼電器M8028斷開狀態(tài)，在FROM指令執(zhí)行時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入中斷禁止?fàn)顟B(tài)，輸入中斷和定時(shí)器中斷不能執(zhí)行。在這期間發(fā)生的中斷只能等FROM指令執(zhí)行完后開始執(zhí)行。FROM指令可以在中斷程序中使用。3、特殊輔助繼電器M8028閉合狀態(tài),在FROM指令執(zhí)行時(shí),如發(fā)生中斷則執(zhí)行中斷程序，F(xiàn)ROM指令不能在中斷程序中使用。FX2N-4AD是將輸入通道接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，此模塊有四個(gè)輸入通道，最大分辨率是12位。FX2N-4AD：1、可選用的模擬值范圍是-10V到10VDC（分辨率：5mV），或者是4到20mA，-20mA到20mA(分辨率20μA)。2、FX2N-4AD和FX2N主單元之間通過緩沖存儲器交換數(shù)據(jù)，F(xiàn)X2N-4AD共有32個(gè)緩沖存儲器（每個(gè)是16位數(shù)據(jù)）。3、FX2N-4AD占用FX2N擴(kuò)展總線的8個(gè)點(diǎn)。這8個(gè)點(diǎn)可以分配成輸入或輸出。FX2N-4AD消耗FX2N主單元或有源擴(kuò)展單元5V電源槽30mA的電流。緩沖存儲器（BFM）的分配如下：*#0：通道初始化，缺省值H0000。*#1---#4：通道1---通道4的平均采樣數(shù)（1---4096），用于得到平均結(jié)果。缺省值高設(shè)為8（正常速度），高速操作可選擇1。#5---#8：通道1---通道4采樣數(shù)的平均輸入值，即根據(jù)#1---#4規(guī)定的平均采樣次數(shù)，得出所有采樣的平均值。#9---#12：通道1---通道4讀入的當(dāng)前值。#13，#14：保留，用戶不可以更改。*#15：選擇A/D轉(zhuǎn)換速度，設(shè)為0（缺省值）則選擇正常速度（15ms/通道）；設(shè)為1則選擇高速（15ms/通道）。#16---#19：保留，用戶不可以更改。*#20：復(fù)位到缺省值和預(yù)設(shè)。缺省值為0。*#21：禁止調(diào)整偏移、增益值。缺省值為（0，1）允許狀態(tài)。*#22：偏移，增益調(diào)整G4O4G3O3G2O2G1O1。*#23：偏移值缺省值為0。*#24：增益值缺省值為5000。#25---#28：保留，用戶不可以更改。#29：錯(cuò)誤狀態(tài)。#30：識別碼K2010。#31：禁用。帶*標(biāo)志的緩沖區(qū)（如#0）可以用BFM寫入指令TO從PLC寫入。不帶*標(biāo)志的緩沖區(qū)(如#5)可以用BFM讀出指令FROM讀入到PLC。偏移的定義：當(dāng)數(shù)字輸出為0時(shí)的模擬量輸入值。增益的定義：當(dāng)數(shù)字量輸出為+1000時(shí)的模擬量輸入值。實(shí)例如圖：通道1與通道2用作電壓輸入，F(xiàn)X2N-4AD模塊連接在特殊功能模塊的0號位置，平均數(shù)設(shè)為4，PLC的D0，D1接收平均數(shù)字值。讀出識別碼與K2010比較，如果識別碼是K2010則表示PLC所連模塊是FX2N-4AD，CMP指令將M1閉合（K2010等于D4）。2、建立模擬輸入通道#1，#2。#0緩沖區(qū)的作用是通道初始化，從低位到高位分別指定通道1、通道4，位的定義為：0--預(yù)設(shè)范圍（-10V到10V）。1--預(yù)設(shè)范圍（4mA到20mA）2--預(yù)設(shè)范圍（-20mA到20mA）；3---通道關(guān)閉。本例的H3300是關(guān)閉3，4通道，1，2通道設(shè)為模擬值范圍是-10V到10VDC。3、將4寫入緩沖區(qū)#1，#2，即將通道1和通道2的平均采樣數(shù)設(shè)為4，含義大概意思就是每讀取4次將這4次的平均值寫入#5，#6。4、讀取FX2N-4AD當(dāng)前的狀態(tài)，判斷是否有錯(cuò)誤。如果有錯(cuò)誤M10---M22相應(yīng)的位閉合5、如果沒有錯(cuò)誤，則讀取#5，#6緩沖區(qū)（采樣數(shù)的平均值）的