喷涂烘干控制系统的设计与安装
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喷涂烘干控制系统的设计与安装. 4. 3. 2. 1. 3. 5. 1. 2. 掌握三菱 PLC 模拟量输入输出及 PID 控制模块的工作原理. 能合理选择三菱 PLC 模拟量输入输出及 PID 控制模块. 了解 PLC 与其他模拟量控制装置的区别. 了解 PLC 模拟量闭环控制系统的基本原理. 能正确使用三菱 PLC 模拟量输入输出及 PID 控制模块. 熟悉 PID 指令的参数设定. 掌握用 PLC 实现 PID 控制的方法. 能力目标. 掌握模拟量模块的编程方法. 知识目标. 能力与知识目标. 观察实际运行. 运行过程如下:

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喷涂烘干控制系统的设计与安装

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喷涂烘干控制系统的设计与安装


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掌握三菱PLC模拟量输入输出及PID控制模块的工作原理

能合理选择三菱PLC模拟量输入输出及PID控制模块

了解PLC与其他模拟量控制装置的区别

了解PLC模拟量闭环控制系统的基本原理

能正确使用三菱PLC模拟量输入输出及PID控制模块

熟悉PID指令的参数设定

掌握用PLC实现PID控制的方法

能力目标

掌握模拟量模块的编程方法

知识目标

能力与知识目标


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观察实际运行

运行过程如下:

喷涂烘干单元是柔性生产线的第二个工作单元它的作用是对工件进行喷漆并加温烘干,烘干后对其吹风降温直至常温。


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观察部件 (控制)

控制部分:

启动按钮、停止按钮、复位按钮、急停按钮

控制部分:

交流电源开关、直流电源开关、

状态选择开关(联网/单机)


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观察部件 (显示)

运行显示(绿色指示灯)

报警显示(红色指示灯)

交流电源显示(红色指示灯)

直流电源显示(绿色指示灯)


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观察部件 (传感器)

托盘到位感知(电感传感器)

有无工件感知

有无盖子感知 (光电传感器)

限位汽缸阻挡位

(微动开关)

温度传感器

(电阻传感器)


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观察部件 (执行)

传送带电机(直流单向)

降温风扇

限位电磁铁

温度控制


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控制要求分析

(2)运行状态。

(1)初始状态。

(3)停止控制。

(4)报警状态。

控制要求

(5)急停状态。

(6)复位控制。


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控制要求分析

  • 通过对工艺要求及各部件工作状态的分析,得出如下控制要求:

  • 起始条件:喷涂烘干单元只有满足起始条件时,按下〈启动〉按钮后,设备才可能处于运行工作状态,启动条件为:

  • 1、传送带上托盘检测位置处没有放置托盘。

  • 2、传送带上工件检测位置处没有放置工件。

  • 3、限位气缸处于阻挡位。

  • 运行:满足以上起始条件并按下启动按钮后,该单元传送带开始转动,运行指示灯点亮。当托盘及工件运动到该单元时,限位气缸阻止其通行,该单元开始一个新的工作周期。此时,托盘、工件传感器检测到有托盘和工件到位,经过2秒延时,喷射电磁阀通电0.5秒,为工件喷漆。2秒后,电炉丝通电加热,使喷涂室温度上升。室内温度由热敏电阻PT100进行检测,并由仪表加以显示。当温度上升至50℃后,室内温度通过PID控制,10秒后电炉丝断电停止加热。然后,风扇(F1、F2)起动,为喷涂室降温。温度降至30℃时,停止吹风,限位气缸电磁阀通电允许托盘和工件通行,2秒后限位气缸电磁阀断电恢复原状。

  • 停止:在设备正常运行时,按下停止按钮,则喷涂烘干单元在完成当前工作周期后,停止运行。

  • 报警:当加热的过程中温度超过100℃时,则报警灯点亮,报告故障。

  • 复位:在设备运行出现故障或报警时,按照下列顺序操作面板按钮可停止和复位喷涂烘干单元设备:

  • 按下急停按钮,喷涂烘干单元立即停止运行;

  • 按下复位按钮,弹出急停按钮;

  • 按下启动按钮,喷涂烘干单元将自动进行PLC内部复位操作和外部设备复位动作,复位后喷涂烘干单元处于停止运行状态。

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PLC模拟量闭环控制系统的基本原理

在工业生产过程当中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量,必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块,使可编程控制器用于模拟量控制。

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机,PLC能编制各种各样的控制算法程序,完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块,目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用

e(t)=r(t)-y(t)称为偏差值,可作为温度调节器的输入信号,其中r(t)为给定值,y(t)为被测变量值,kp为比例系数,Ti为积分时间常数,Td微分时间常数,P(t)为调节器的输出控电压信号。

虚线部分由PLC的基本单元加上模拟量输入/输出扩展单元来承担。即由PLC自动采集来自检测元件或变送器的模拟输入信号,同时将采集的信号转换为数字量,存在指定的数据寄存器中,经过PLC运算处理后输出给执行机构。

PLC在模拟量控制中的应用


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PLC在模拟量控制中的应用

PLC与其它模拟量控制装置的比较

传统的模拟量控制系统主要采用电动组合仪表,常用的有DDZ-Ⅱ型和DDZ-Ⅲ型仪表。其特点是结构简单、价格便宜,但体积大、功耗大、安装复杂、通用性和灵活性较差、控制精度和稳定性较差。另外,其控制运算功能简单,不能实现复杂的过程控制。随着电子技术的发展,新型的过程控制计算机不断涌现,较为流行的有工业控制计算机(IPC)、可编程调节器(PSC)、集散控制系统(DCS)。

一、PLC与PSC的比较

可编程调节器(PSC)是在DDZ-Ⅲ型仪表的基础上,采用微处理器技术发展起来的第四代仪表。它的强大功能、灵活性、可靠性、控制精度、数字通讯能力是传统的电动组合仪表无法比拟的。PSC与PLC都是智能化的工业装置,各有特色。PLC以开关量控制为主,模拟量控制为辅;而PSC则以闭环模拟量控制为主,开关量控制为辅,并能进行显示、报警和手动操作。在模拟量控制系统中采用PSC更适合于各种过程控制的要求。而PLC的可靠性、灵活性、强大的开关量控制能力和通讯联网能力,在模拟量控制上也富有特色。特别在开关量、模拟量混合控制系统中更显示出其独特的优越性。

二、PLC与DCS的比较

集散控制系统(DCS)是1975年问世的,它是3C(computer、communications、control)技术的产物,它将顺序控制装置、数据采集装置、过程控制的模拟量仪表、过程监控装置有机地结合在一起,产生了满足各种不同要求的DCS。而今天的PLC加强了模拟量控制功能,多数配备了各种智能模块,具有了PID调节功能和构成网络、组成分级控制的功能,也实现了DCS所能完成的功能。到目前为止,PLC与DCS的发展越来越近。就发展趋势来看,控制系统将综合PLC和DCS各自的优势,并把两者有机地结合起来,形成一种新型的全分布式计算机控制系统。

三、PLC与IPC的比较

工业控制计算机(IPC)是由通用微机的推广应用而发展起来的,其硬件结构和总线的标准化程度高,品种兼容性强,软件资源丰富,特别是有实时操作系统的支持,在要求实时性强、系统模型复杂的领域占有优势。而PLC的标准化程度较差,产品不能兼容,故开发较为困难。但PLC的梯形图编程很受不熟悉计算机的电气技术人员欢迎,同时PLC专为工业现场环境设计的,可靠性非常高,被认为是不会损坏的设备,而IPC在可靠性上还不夠理想。


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3、与可编程控制器的连接

1)对于每个带有源扩展单元的主单元来说,FX0N系列PLC可连接的FX2N-2AD数目为4或更少,FX2N系列PLC可连接的FX2N-2AD数目为8或更少,FX2Nc系列PLC可连接的FX2N-2AD数目为4或更少。但是,当连接下述特殊功能模块时,存在以下限制:

FX2N:主单元和具有32个或更少I/O点的有源扩展单元。

24V DC, 下述特殊功能模块消耗电流总值<190mA。

FX2N:主单元和具有48个或更少I/O点的有源扩展单元。

24V DC, 下述特殊功能模块消耗电流总值<300mA。

FX2Nc:不考虑主单元的I/O数,可连接的下列特殊功能模块可达4个。

FX0N:不考虑主单元和有源扩展单元的I/O数,可连接的下列特殊功能模块可达2个。

可用于运行电源扩展模块和I/O的DC 24V电源容量达到的值,等于从可编程控制器初始的运行电压源容量中减去上面提及的特殊功能模块的消耗电流总值。例如,FX2N-32MT的运行电源为250mA,当连接两个FX2N-2AD模块时,运行电源更少到150mA。

1)这些模块占用8个点(8个点可分配为输入或输出)

2)FX2N-2AD消耗5V DC电源20mA 的电流。

连接到PLC主单元的特殊功能模块的5V电源的总消耗电源不能超过主单元和有源扩展单元的5V电压源容量。

3)FX2N-2AD和主单元用电缆在主单元的右边进行连接。

可用于运行电源扩展模块和I/O的DC 24V 电源容量达到的值,等于从可编程控制器初始的运行电压源容量中减去上面提及的特殊功能的消耗电流总值。例如:FX2N-32MT的运行电源为250mA。当连接两个FX2N—2DA模块时,运行电源减少到150mA。

2)这些模块占用8个点(8个点可分配为输入或输出)

3)FX2N—2DA消耗5V DC电源20mA的电流。

连接到PLC主单元的特殊功能模块的5V电源的总消耗电流不能超过主单元和有源扩展单元的5V电压源容量。

4)FX2N—2DA和主单元用电缆在主单元的右边进行连接。

1)当电压输出存在波动或有大量噪声时,在位置1处连接0.1到0.47uF 25V DC的电容。

2)对于电压输出,请对IOU和COM进行短路,如上图所示。

3、与可编程控制器的连接

1)对于每个带有有源扩展单元的主单元来说,FXON系列PLC可连接的FX2N—2DA数目为4或更少,FX2N系列PLC可连接的FX2N—2DA数目为8或更少,FX2NC系列PLC可连接的FX2—2DA数目为4或更少。但是,当连接下述特殊功能模块时,存在以下限制。

FX2N: 主单元和具有32个或更少I/O点的有源扩展单元。

24V DC,下列特殊功能模块消耗电流总值<190mA。

FX2N: 主单元和具有48个或更少I/O点的有源扩展单元。

24V DC,下列特殊功能模块消耗电流总值<300mA。

FX2NC: 不考虑主单元的I/O数,可连接的下列特殊功能模块可达4个。

FXON: 不考虑主单元和有源扩展单元的I/O数,可连接的下列特殊功能模块可达2个。

BFM#0:由BFM#17(低8位数据)指定的通道的输入数据当前值被储存。当前值数据以二进制形式存储。

BFM#1:输入数据当前值(高端4位数据)被储存。当前值数据以二进制形式储存。

BFM#17:b0.....进行模拟到数字转换的通道(CH1、CH2)被指定。

B0=0......CH1

B0=1......CH2

b1.....0→1 A/D转换过程开始。

根据以下编程实例中的程序实例进行写/读上述缓冲存储器数据的操作。

BFM#16:由BFM#17(数字值)指定的通道的D/A转换数据被写。D/A数据以二进制形式,并以下端8位和高端4位两部分的顺序进行写。

BFM#17:b0……通过将1改变成0,通道2的D/A转换开始。

b1……通过将1改变成0,通道1的D/A转换开始。

b2……通过将1改变成0,D/A转换的下端8位数据保持。

通过以下模拟量编程实例了解在上面提及的缓冲存储器中写数据。

通道1的输入执行模拟到数字的转换:X000。

通道2的输入执行模拟到数字的转换:X001。

A/D输入数据CH1:D100(用辅助继电器M100到M115替换。只分配一次这些号码)

A/D输入数据CH2:D101(用辅助继电器M100到M115替换。只分配一次这些号码)

处理时间:从X000和X001打开至模拟到数字转换值存储到主单元的数据寄存器之间的时间为2.5ms/1通道。

1)FX2N-2AD不能将一个通道作为模拟电压输入而将另一个作为电流输入,这是因为两个通道使用相同的偏值量和增益值。对于电流输入,请短路VIN和IIN,如图中所示。

2)当电压输入存在波动或有大量噪声时,在位置*2处连接一个0.1到0.47uF的电容。

通道1的输入执行数字到模拟的转换:X000;

通道2的输入执行数字到模拟的转换:X001;

D/A输出数据CH1:D100(以辅助继电器M100到M131进行替换。对这些编号只进行一次分配);

D/A输出数据CH2:D101(以辅助继电器M100到M131进行替换。对这些编号只进行一次分配)。

PLC在模拟量控制中的应用

三菱PLC的A/D和D/A模块介绍

FX2N系列中有关模拟量的特殊功能模块有:FX2N-2AD(2路模拟量输入)、FX2N-4AD(4路模拟量输入)、FX2N-2DA(2路模拟量输出)、FX2N-4DA(4路模拟量输出)、FX2N-4AD-PT(4路热电阻直接输入)、FX2N-4AD-TC(4路热电偶直接输入)、FX2N-2DA(2路模拟量输出)、FX2N-4DA(4路模拟量输出)、FX2N-2LC(2路温度PID控制模块)等。

一、FX2N-2AD二路模拟量输入模块

1、模块简介

FX2N-2AD型模拟输入模块(以后称之为FX2N-2AD)用于将2点模拟输入(电压输入和电流输入)转换成12位的数字值,并将这个值输入到可编程控制器中。

FX2N-2AD可连接到FX0N、FX2N和FX2NC系列的可编程控制器。

1)根据接线方法,模拟输入可在电压输入或电流输入中进行选择。

此时,假定设置为两通道公用模拟输入(电压输入和电流输入)。

2)两个模拟输入通道可接受的输入为0到10V DC、0到5V DC或4到20MA。使输入特性与两通道相容。

3)模拟到数字的转换特性可以调节。

4)此模块占用8个I/O点,它们可被分配为输入或输出。

5)使用FROM/TO指令与PLC进行数据传输。

二、FX2N-2DA二路模拟量输出模块

1、模块简介

FX2N-2DA型的模拟输出模块(以后称之为FX2N-2DA)用于将12位的数字值转换成2点模拟输出(电压输出和电流输出),并将它们输入到可编程控制器中。

FX2N-2DA可连接到FX0N,FX2N和FX2NC系列的可编程控制器。

1)根据接线方法,模拟输出可在电压输出或电流输出中进行选择。

此时,假定设置为两通道公用模拟输出。

2)两个模拟输出通道可接受的输出为0到10V DC,0到5V DC,或4到20mA。(电压输出/电流输出的混合使用也是可以的。)

3)分辨率为2.5Mv(0到10V DC)和4uA(4到20mA).

4)数字到模拟的转换特性可进行调整。

5)此模块占用8个I/O点,它可被分配为输入或输出。

6) 使用FROM/TO指令与PLC进行数据传输。

2、布线


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FX2N-8AV-BD是内置式8位8路模拟量功能扩展板,板上有8个小型电位器,用VRRD指令读出的数据(0~255)与电位器的角度成正比。图4.10.9中的X0为ON时,读出0号模拟量的值([S.]=0),送到D0后作为定时器T0的设定值。也可以用乘法指令将读出的数乘以某一系数后作为设定值。

四、PID回路运算指令

该指令的助记符、指令代码、操作数、程序步如下表所示。

三菱PLC的模拟量指令介绍

一、读特殊功能模块指令

该指令的助记符、指令代码、操作数范围、程序步见下表

特殊功能模块所占的I/O点数:需要用FROM、TO指令的特殊功能模块,每个模块占8个I/O点,可计入输入点或输出点。尽管每个特殊模块占8个I/O点,但不影响普通I/O点的编号顺序。

三、模拟量输入指令

该指令的助记符、指令代码、操作数、程序步如下表所示。

五、模拟量读取指令

该指令的助记符、指令代码、操作数、程序步如下表所示。

[S3]~[S3]+6分别用来存放采样周期Ts、动作方向、输入滤波常数L(0~99%)、比例增益KP、积分时间T1、微分增益аD(0~100%)和微分时间TD。[S3]+7~[S3]+19被PID指令占用,[S3]+20~[S3]+23用于输入、输出变化量增加、减少的报警设定值。[S3]+24的0~3位用于报警输出。

PID指令可以在定时中断、子程序、步进梯形指令区和转移指令中使用,但是在执行PID指令之前应使用脉冲执行的MOV指令将[S3]+ 7清零。

控制参数的设定和PID运算中的数据出现错误时,“运算错误”标志M8067为ON,错误代码存放在D8067中。

PID指令可以同时多次使用,但是用于运算的数据寄存器的元件号不能重复。PID指令使用的是位置式输出的增量式PID算法,控制算法中使用了反馈量的一阶惯性数字滤波、不完全微分和反馈量微分等措施,使该指令比普通的PID算法具有更好的控制效果。

六、模拟量写入指令

该指令的助记符、指令代码、操作数、程序步如下表所示。

PID(比例-微分-积分)回路运算指令的功能指令编号为FNC88,源操作数[S1],[S2],[S3]和目标操作数均为D,只有16位运算,占9个程序步。[S1]和[S2]分别用来存放设定值SV和当前测量到的反馈值PV,[S3]~[S3]+6用来存放控制参数的设定值,运算结果存放在[D]中。源操作数占用从[S3]开始的25个数据寄存器。

PID指令用于闭环模拟量控制,在PID控制开始之前,应使用MOV指令将参数设定值预先写入数据寄存器中。如果使用有断电保持功能的数据寄存器,不需要重复写入。如果目标操作数[D]有断电保持功能,应使用初始化脉冲M8002的常开触点将它复位。

模拟量输入指令VRRD(Variable Resistor Read)的功能指令编号为FNC85,源操作数可取K,H,[S.]用来指定模拟量的编号,取值范围为0~7,目标操作数可取KnY,KnM,KnS,T,C,D,V和Z,只有16位运算,占5个程序步。

ANRD指令用于从F2-6A模拟量输入/输出单元中将模拟输入读人到FX2系列PC的指令。

“n”代表模拟量输入通道号(n=10,11,12,13)。

[S]和[Dl]根据FX2-24EI的联接位置而确定.

[D2·]存放8bit模拟量数据。

例:下面程序用于计算3次取样的平均值,取样间隔为l00ms.

TO指令,是将基本单元从[S]元件开始的n个字的数据写到特殊功能模块m1中编号为m2开始的缓冲寄存器中。

m1:特殊功能模块号(范围0-7)

m2:缓冲寄存器首元件号(范围0-32767)

n:待传送数据的字数(范围0-32767)

PLC在模拟量控制中的应用


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用TO指令向BFM#28写入KO或者关闭电源,可清除错错误。

(2)缓冲存储器BFM#29:错误信息

(3)识别码缓冲存储器BFM#30

可以使用FROM指令从缓冲存储器BFM#30中读出特殊功能模块的识别码或ID号。

FX2N-4AD-PT单元的识别码是K2040。

在可编程控制中的用户程序中可以使用这个号码,以在传输/接收数据之前确认此特殊功能模块。

(1)被平均的采样值被分配给BFM时到#4。只有1到4096的范围是有效的。溢出的值将被忽略。使用缺省值8.

(2)最近转换的一些可读值被平均后,给出一个平滑后的可读值。平均数据保存在BFM的#5到#8和#13到#16中。

(3)BFM#9到#12和#17到#20保存输入数据的当前值,这个数值以0.1℃或0.1°F为单位,不过可用的分辨率只有0.2℃到0.3℃或者0.36°F到0.54°F。

5、信息状态

(1)缓冲存储器BFM#28:数字范围错误锁存BFM#29的b10(数字范围错误)用以判断测量温度是否在单元允许范围内。BFM#28锁存每个通道的错误状态,并且可用于检查热电偶是否断开。

FX2N-4AD-PT热电阻输入模块应用训练

一、FX2N-4AD-PT热电阻输入模块介绍

1、模块简介

FX2N-4AD-PT模拟特殊模块将来自箔温度传感器(PT100,3线,100Ω)的输入信号放大,并将数据转换成12位的可读数据,存储在主处理单元(MPU)中。摄氏度和华氏度数据都可读取,读分辨率是0.2℃到0.3℃/0.6°F到0.54°F。所有的数据传输和参数设置都可以通过FX2N-4AD-PT的软件控制来调整,由FX2NPLC的TO/FROM应用指令来完成。FX2N-4AD-PT占用FX2N扩展总线的8个点,这8点可以分配成输入或输出。FX2N-4AD-PT消耗FX2N主单元或有源扩展单元5V电源槽的30mA电流。

2、布线

1)应使用PT100传感器的电缆或双绞屏蔽电缆作为模拟输入电缆,并且和电源线或其它可能产生电气干扰的电缆隔开。三种配线方法以压降补偿的方式来提高传感器的精度。

2)如果存在电气干扰,将外壳地线端子(FG)连接FX2N-4AD-PT的接地端与主单元的接地端。可行的话,在主单元使用3级接地。

3)可编程控制器的外部或内部的24V电源都可使用。

低:当温度测量值下降,并低于最低可测量温度极限时,锁存ON。

高:当测量温度升高,并高过最高温度极限,或者热电偶断开时,打开ON。

如果出现错误,则在错误出现之前的温度数据被锁存。如果测量值返回到有效范围内,则温度数据返回正常运行。(注:错误仍然被锁存在(BFM#28)中)。

基本技能训练


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基本技能训练

训练程序


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基本技能训练

故障排查

1、初步检查

1)检查输入/输出配线和/或扩展电缆是否正确连接到FX2N-4AD-PT的模拟特殊功能模块。

2)检查没有违背FX2N系统的配置规则,例如:特殊功能模块的数目不能超过8个,并且总的系统I/O点数不能超过256点。

3)确保应用中选择正确的操作范围。

4)检查在5V或24V电源中没有电源过载,记住:FX2N主单元或者有源扩展模块或特殊功能模块的数目而变化。

5)设置FX2N主单元MPU为RUN状态。

2、错误检查

如果特殊功能模块FX2N-4AD-PT不能正常运行,请检查下列项目。

1)检查电源LED指示灯的状态

点亮:扩展电缆正确连接

否则:检查扩展电缆的连接情况。

2)检查外部配线

3)检查“24V”LED指示灯的状态(FX2N-4AD-PT的右上角)

点亮:FX2N-4AD-PT正常,24V DC电源正常。

否则:可能24V DC电源故障,如果电源正常则是FX2N-4AD-PT故障。

4)检查“A/D”LED指示灯的状态(FX2N-4AD-PT的右上角)

点亮:A/D转换正常运行。

否则:检查缓冲储存器#29(错误状态)。如果任何一个比较(b2和b3)是ON状态,那就是A/D指示灯熄灭的原因。


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9、报警功能

FX2N-2LC具有14种报警。其中最多有4种方式可以根据应用情况程序被使用。

报警方式可以通过缓冲存储器来选择。各种报警结果将被写入BFM#1和BFM#2中,并可以在PLC基本单元中读出。

当测量值(PV)接近所使用报警方式的报警设定值时,报警状态和非报警状态可能在输入中交替出现。为了处理这种情况的出现,可以设置报警死区以防止报警状态和非报警状态的交替出现(报警1到4的死区可用BFM#76来设置)。

2)防过调功能:

在PID控制中,当偏差长时间持续时,PID算术运算的结果会超出运算值的有效范围(从0到100%)。这时,即使偏差变小,由于积分运算的原因,仍会需要一段时间使输出值回到有效范围内。所以实际校正操作将被延迟,从而发生过调/欠调情况。

为了防止过调的发生,FX2N-2LC具配备了一种RFB(恢复反馈)限制功能。RFB限制功能把超出部分的数值反馈给积分值,使得当PID算术运算结果超出(输出限制的上/下限)时,算术运算结果被保持在限定范围内,所以PID算术运算结果总是在有效范围内。

所以,当偏差变小时,校正操作可以被立即执行。

FX2N-2LC温度PID控制模块介绍

基本技能训练

8、自动和手动控制模式

操作模式可在“自动”和“手动”之间切换。自动模式时,控制输出值(MV)是根据温度设定值(SV)自动算出来的。手动模式时,控制输出值(MV)可以任意地手动设定。手动模式时,事件(CH1:BFM#1 CH2:BFM#2)的b13(手动模式转换完成)变为“1”,提示为手动模式。

操作模式改变时需要0.5秒时间。在此期间,balance-less,bump-less功能被激活。

1)自动模式:

自动模式时,测量值(PV)与温度设定值(SV)进行比较,而控制输出值(MV)是由PID的算术运算得出来的。

这种模式在FX2N-2LC出厂时被选用。

自动模式时,手动输出值总是被设定为输出值(MV)。

2)手动模式:

手动模式时,输出值(MV)被固定为一个常数。

通过改变手动输出设定(BFM#19, BFM#28) 输出值可被固定为一个任意数值。

当事件(CH1:BFM#1 CH2:BFM#2)的 b13为“1”时,(也就是选择自动模式时),手动输出值可以改变。

即使在手动模式时,温度报警功能还是有效的。

R:只读

R/W:读写

:根据BFM#83的设定值可将设定数据由EEPROM进行备份。

*1 :当手动模式转移完成标志为ON时,写操作有效。

---由于数值有点小数点,并且之后还有数据,这时可以将其乘以10后再进行设定。

例:100.0(实际值)→1000(设定值)

---如果数值错误地写入只读的缓冲存储器中,那么,写入的数据将被忽略。在500Ms以后,缓冲存储器将由正确数据重新写入。

---如果写入可读可写的缓冲存储器的数据超过允许范围,标志(BFM#0)的设定值范围出错(b1)将变成ON。出现设定值范围错误的缓冲存储器由有效设定范围的上限和下限控制。


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2、元件分配

输入

X000:当电源接通时,完成初始化操作。

X001:当电源接通时,复位错误。

X002:控制开始(ON)/停止(OFF)

X003:当电源接通时,进行自动调谐(CH1)。

X004 :当电源接通时,进行自动调谐(CH2)。

X005:当电源接通时,进行EEPROM的写入操作。

辅助继电器

M0到M15:标志位

M20到M35:事件(CH1)

M40到M55:事件(CH2)

数据寄存器

D0,D1:设定值

D2:不用

D3:CH1的温度测量值(PV)

D4:CH2的温度测量值(PV)

D5:CH1的控制输出值(MV)

D6:CH2的控制输出值(MV)

D7:CH1的加热器电流测量值

D8:CH2的加热器电流测量值

D82:设定值范围错误地址

基本技能训练

训练程序

1、要求:

输入范围: 型号K-100.0到400.0℃

PID值: 通过自动调谐设定

报警: 带再等待的上限偏差值报警和带再等待的下限偏差值报警

报警死区: 1%(初始值)

控制响应: 中速

操作模式: 监控+温度报警+控制(初始值)

控制输出周期: 30秒(初始值)

正常/反向操作: 反向操作(初始值)

回路中断报警判定时间: 480秒(初始值)

温度上升完成范围: 3℃

CT监控模式: ON电流/OFF电流(初始值)

控制输出周期,输出限制,输出变化率限制,回路中断报警判定时间,报警死区,加热器断线报警。传感器校正值,调整灵敏度(死区),一阶延迟数字滤波,设置变化率限制,自动调谐偏差,设置限制和温度上升完成加热范围都不设置(使用初始值)。

1)FX2N-2LC无法使用TO指令写入设定值。

---检查FX2N-2LC是否与PLC正确连接(检查连接器的位置和连接的状态)。

---检查是否已经在FROM/TO指令中正确地指定了单元号和BFM地址。

2)电源灯不亮。

---检查FX2N-2LC是否与PLC正确连接(检查连接器的位置和连接的状态)。

---检查PLC基本单元所用的电源容量是否超过了允许范围。


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特殊控制模块的选择

一、工艺及控制要求的回顾

二、控制模块的选择

根据以上控制要求,可选择二种不同的解决方案:

1、基本单元(FX2N-32MR)+PID控制模块(FX2N-2LC),FX2N-2LC为专用温度PID控制模块,可接受PT100传导的温度信号,进行常规PID控制或二级简易PID控制等方式对加热元件进行控制,使喷涂室内温度处于要求范围之内。

2、基本单元(FX2N-32MR)+热电阻输入模块(FX2N-4AD-PT),该模块将来自箔温度传感器(PT100)的输入信号放大,并将数据转换成12位的可读数据。PID控制则采用PID(比例-微分-积分)回路运算指令,PID指令用于闭环模拟量控制,在PID控制开始之前,应使用MOV指令将参数设定值预先写入数据寄存器中。

为了能多了解模拟量指令,我们采用第二种方案实现本单元的控制要求。

喷涂烘干控制系统的设计与安装


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扩展模块的连接

FX2N-4AD-PT与FX2N主单元之间通过缓冲寄存器交换数据,共有32个缓冲寄存器(每个16位)。与主单元之间采用扩展电缆和连接器进行连接见下图:

喷涂烘干控制系统的设计与安装


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控制程序的设计

根据所接元件,分配表如下:

喷涂烘干控制系统的设计与安装


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喷涂烘干控制系统的设计与安装

程序设计

根据以上控制要求并输入输出分配安排,梯形图设计如下所示:


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外部接线图

喷涂烘干控制系统的设计与安装


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【技能提高】

智能烤箱控制系统的设计、安装与调试

三、训练内容说明

1、任务

设计一个电烤箱温度控制系统,要求在一定范围内电烤箱温度保持在设定温度上。

2、要求

(1)温度范围为0-200摄氏度。

(2)系统的启动和停止等操作通过按钮控制。

(3)温度控制精度要求在正负5摄氏度。

四、训练步骤

1、根据控制要求正确选择控制模块;

2、特殊控制模块与基本单元连接正确;

3、依据控制要求进行I/O分配表并画出PLC外部电路图;

4、编制控制程序;

5、正确连接并调试程序。

一、训练目的

1、熟练掌握控制要求分析;

2、掌握特殊模块的选择和使用;

3、掌握温度量控制程序的编制与调试。

二、训练器材

1、个人电脑PC;

2、三菱FX系列PLC及温度控制模块;

3、RS—232数据通信线;

4、实验控制单元一块;

5、导线若干。


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二、FX2N的PID指令

1、使用PID过程控制模块。这种模块的PID控制程序是PLC生产厂家设计的,并存放在模块中,用户在使用时只需要设置一些参数,使用起来非常方便,一块模块可以控制几路甚至几十路闭环回路。但是这种模块的价格昂贵,一般在大型控制系统中使用。如三菱的A系列、Q系列PLC的PID控制模块。

2、使用PID功能指令。现在很多中小型 PLC都提供PID控制用的功能指令,如FX2N系列PLC的PID指令。它们实际上是用于PID控制的子程序,与A/D、D/A模块一起使用,可以得到类似于使用PID过程控制模块的效果,价格却便宜得多。

3、使用自编程序实现PID闭环控制。有的PLC没有有PID过程控制模块和 PID控制指令,有时虽然有PID控制指令,但用户希望采用变型PID控制算法。在这些情况下,都需要由用户自己编制PID控制程序。

PID指令是用来调用PID运算程序,在PID运算开始之前,应使用MOV指令将参数(见下表)设定值预先写入对应的数据寄存器中。如果使用有断电保持功能的数据寄存器,不需要重复写入。如果目标操作数[D]有断电保持功能,应使用初始化脉冲M8002的常开触点将其复位。

课外阅读

PLC的PID功能介绍

在工业控制中,PID控制(比例-积分-微分控制)得到了广泛的应用,这是因为PID控制具有以下优点:

1、不需要知道被控对象的数学模型。实际上大多数工业对象准确的数学模型是无法获得的,对于这一类系统,使用PID控制可以得到比较满意的效果。

2、PID控制器具有典型的结构,程序设计简单,参数调整方便。

3、有较强的灵活性和适应性,根据被控对象的具体情况,可以采用各种PID控制的变种和改进的控制方式,如 PI、PD、带死区的PID、积分分离式PID、变速积分PID等。

随着智能控制技术的发展,PID控制与模糊控制、神经网络控制等现代控制方法相结合,可以实现PID控制器的参数自整定,使PID控制器具有经久不衰的生命力。

一、PLC实现PID控制的方法

三、PID参数的整定

1、比例系数K p越大,比例调节作用越强,系统的稳态精度越高;但是对于大多数系统,K p过大会使系统的输出量振荡加剧,稳定性降低

2、积分部分可以消除稳态误差,提高控制精度,但是积分作用的动作缓慢,可能给系统的动态稳定性带来不良影响。积分时间常数T I增大时,积分作用减弱,系统的动态性能(稳定性)可能有所改善,但是消除稳态误差的速度减慢。

3、微分部分是根据误差变化的速度,提前给出较大的调节作用。微分部分反映了系统变化的趋势,它较比例调节更为及时,所以微分部分具有超前和预测的特点。微分时间常数T D增大时,超调量减小,动态性能得到改善,但是抑制高频干扰的能力下降。

4、选取采样周期T S时,应使它远远小于系统阶跃响应的纯滞后时间或上升时间。为使采样值能及时反映模拟量的变化,T S越小越好。但是T S太小会增加CPU的运算工作量,相邻两次采样的差值几乎没有什么变化,所以也不宜将T S取得过小。


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【本章小结】

本章以喷涂烘干控制系统为切入点介绍了可编程控制器特殊模块以及模拟量PID控制的编程方法,用多个案例逐步介绍了特殊模块以及模拟量指令的应用要点。

1、FX2N系列中有关模拟量的特殊功能模块有:FX2N-2AD(2路模拟量输入)、FX2N-4AD(4路模拟量输入)、FX2N-2DA(2路模拟量输出)、FX2N-4DA(4路模拟量输出)、FX2N-4AD-PT(4路热电阻直接输入)、FX2N-4AD-TC(4路热电偶直接输入)、FX2N-2DA(2路模拟量输出)、FX2N-4DA(4路模拟量输出)、FX2N-2LC(2路温度PID控制模块)等。

2、FX2N-2DA型的模拟输出模块(以后称之为FX2N-2DA)用于将12位的数字值转换成2点模拟输出(电压输出和电流输出),并将它们输入到可编程控制器中。

FX2N-2DA可连接到FX0N,FX2N和FX2NC系列的可编程控制器。

3、FROM指令,是将编号为m1的特殊功能模块内从缓冲寄存器(BFM)号为m2开始的n个数据读入基本单元,并存于从[D]开始的n个数据寄存器中。

4、TO指令,是将基本单元从[S]元件开始的n个字的数据写到特殊功能模块m1中编号为m2开始的缓冲寄存器中。

5、PID(比例-微分-积分)回路运算指令的功能指令编号为FNC88,源操作数[S1],[S2],[S3]和目标操作数均为D,只有16位运算,占9个程序步。[S1]和[S2]分别用来存放设定值SV和当前测量到的反馈值PV,[S3]~[S3]+6用来存放控制参数的设定值,运算结果存放在[D]中。源操作数占用从[S3]开始的25个数据寄存器。


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