PLC應用技術(shù)（三菱機型）模擬量控制

PLC應用技術(shù)（三菱機型）

模擬量控制7.2模擬量變換27.1模擬量采集

317.3模擬量輸出37.4恒壓供水41.變送器選擇變送器用于將傳感器提供的電量或非電量轉(zhuǎn)換為標準量程的直流電流或直流電壓信號，例如DC0~10V和DC4~20mA。變送器分為電流輸出型和電壓輸出型。電壓輸出型變送器具有恒壓源的性質(zhì)，PLC模擬量輸入模塊的電壓輸入端的輸入阻抗很高，例如100K~10MΩ。如果變送器距離PLC較遠，通過線路間的分布電容和分布電感產(chǎn)生的干擾信號電流，在模塊的輸入阻抗上將產(chǎn)生較高的干擾電壓。例如1μA干擾電流在10MΩ輸入阻抗上將產(chǎn)生10V的干擾電壓信號，所以遠程傳送模擬量電壓信號時抗干擾能力很差。電流輸出型變送器具有恒流源的性質(zhì)，PLC模擬量輸入模塊輸入電流時，輸入阻抗較?。ɡ?50Ω）。線路上的干擾信號在模塊的輸入阻抗上產(chǎn)生的干擾電壓很低，所以模擬量電流信號適于遠程傳送。電流傳送比電壓傳送的傳送距離遠得多，模擬量輸入模塊使用屏蔽電纜信號時允許的最大傳送距離為200m。

1.變送器選擇變送器分為二線制和四線制兩種，四線制變送器有兩根信號線和兩根電源線。二線制變送器只有兩根外部接線，它們既是電源線又是信號線，輸出4-20mA的信號電流，直流24V電源串接在回路中，有的二線制變送器通過隔離式安全柵供電。通過調(diào)試，在被檢測信號量程的下限時輸出電流為20mA。二線制變送器的接線少，信號可以遠傳，在工業(yè)中得到了廣泛的應用。1.變送器選擇2.FX3U-4AD模塊1.基本功能FX3U-4AD模塊用來接收模擬信號，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，可接收電流和電壓兩種輸入信號。有4個輸入通道，12位分辨率。信號范圍：-10～+10V、4～20mA或-20～20mA。共有8063個16位的緩沖存儲器（BFM），用來與主單元交換數(shù)據(jù)。占用擴展總線8個點。2.外部接口與配線

2.FX3U-4AD模塊3、緩沖存儲器分配緩沖存儲區(qū)用來設(shè)置輸入模式、增益偏置參數(shù)，存儲轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)、錯誤狀態(tài)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等，熟悉其分配地址，便于方便使用該模塊，常用存儲區(qū)如表7-1所示。FX3U-4AD模塊的常用緩沖存儲區(qū)如表。詳細了解其存儲區(qū)，需查閱三菱公司發(fā)布的技術(shù)手冊《模擬量控制篇》。2.FX3U-4AD模塊2.FX3U-4AD模塊模塊工作模式由緩沖存儲器BFM#0中的4位16進制數(shù)控制，其定義如表7-2所示。2.FX3U-4AD模塊1.確認模擬量地址從左側(cè)的特殊功能單元/模塊開始，依次分配單元號0～7，分配1～7的單元編號。3.模擬量采集（FROM指令）2.作為指令參數(shù)直接應用可以作為參數(shù)在指令中使用，如U1\G0，U1表示單元號，范圍0-7；\為分隔符；G0為緩沖存儲區(qū)，范圍0-32766。下面的程序是將單元號1的緩沖存儲區(qū)（BFM#10）的內(nèi)容乘以數(shù)據(jù)（K10），并將結(jié)果讀出到數(shù)據(jù)寄存器（D10、D11）中。3.模擬量采集（FROM指令）3.在外部設(shè)備讀寫指令中應用外部設(shè)備讀寫指令主要準備了使用可編程控制器的輸入輸出與外部設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)交換的指令。使用這些指令，可以通過最小的順控程序和外部接線簡便地實現(xiàn)復雜的控制。在FX3U可編程控制器中，也可以使用MOV指令進行傳送。如圖7-3所示。FROM指令（BFM→可編程控制器）可以讀出緩沖存儲區(qū)的內(nèi)容。在下面程序中，將單元號1的緩沖存儲區(qū)（BFM#10）的內(nèi)容（1點）讀出到數(shù)據(jù)寄存器D10中。3.模擬量采集（FROM指令）3.模擬量采集（FROM指令）由于工業(yè)環(huán)境干擾，采集到的模擬量如果不很穩(wěn)定，甚至明顯錯誤，就需進行濾波。如果設(shè)置模塊參數(shù)進行濾波效果仍不理想，可考慮進行平均值濾波。平均值濾波的基本思路是先把采集到的值，存儲在某一存儲區(qū)域，然后進行排序，去掉不可信的一部分數(shù)值，其余值求和取平均。由于采集存儲，求和取平均已在循環(huán)指令中說明，在次只說明比較法排序，也就是兩重循環(huán)在PLC中的應用。如果采集到的模擬量存放在D50-D59中，共10個數(shù)據(jù)。3.模擬量采集（FROM指令）3.模擬量采集（FROM指令）程序中使用了主控指令，確保二重循環(huán)的順利運行，Z7為內(nèi)循環(huán)變量，Z6為外循環(huán)變量，如果內(nèi)循環(huán)數(shù)據(jù)大于外循環(huán)數(shù)據(jù)，則交換，使大數(shù)據(jù)在后，達到10個數(shù)升序排列的目的，這與C語言的編程方法是一致的。在后面程序中，可只對中間數(shù)據(jù)求平均，丟掉兩端（偏大或偏?。?shù)據(jù)，達到濾波的目的。3.模擬量采集（FROM指令）第7章

模擬量控制7.2模擬量變換27.1模擬量采集

317.3模擬量輸出37.4恒壓供水41.變換的意義從模塊讀取的模擬量值，僅僅是一個數(shù)值，不具有工程意義，應進行工程變換，使之具有物理單位。同樣，具有工程應用的數(shù)值，經(jīng)過變換后，參與內(nèi)部運算或控制。模擬量變換2.變換公式數(shù)據(jù)變換是將PLC中的變量，進行線性處理，即設(shè)計其一次函數(shù)。通用公式：式中，Hi：輸出量最大值，Lo：輸出量最小值，K2：輸入量最大值，K1：輸入量最小值，IN：輸入量實際值，OUT：輸出量實際值，其圖示關(guān)系如圖7-4所示，模擬量變換例如壓力傳感器將0-0.4MPa的壓力信號轉(zhuǎn)換為0-4V的信號，模擬量輸入模塊再將其變換為0~32000的數(shù)字量。在PLC內(nèi)我們需將其再變換為0-0.4的數(shù)值，單位為MPa，則壓力的計算公式應為：因為該公式可用多個模擬量的反復轉(zhuǎn)換。模擬量變換3.變換公示使用中的主要事項（1）該公式用子程序設(shè)計，可反復調(diào)用，用局部變量，方便移植。（2）使用子程序時，針對不同的傳感器，設(shè)置不同才參數(shù)；同一個傳感器的不同時期、不同應用場合，也用不同參數(shù)，只需注重其工程含義的變化。（3）對于非線性變量，如果難以建模，可以分段變換，即具有分段函數(shù)的意義。（4）為了符合工程實際，可設(shè)置最大最小值，以進行限幅，避免出現(xiàn)無意義數(shù)值。（5）該公式說明的是兩個變量的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，無輸入輸出之分。也用于輸出變換，使計算機內(nèi)部變量也具有工程意義。模擬量變換1.PID計算關(guān)系式比例、積分、微分調(diào)節(jié)（即PID調(diào)節(jié)）是閉環(huán)模擬量控制中的傳統(tǒng)調(diào)節(jié)規(guī)律。它在改善控制系統(tǒng)品質(zhì)，保證系統(tǒng)偏差e[給定值（SP）和過程變量（PV）的差]達到預定指標，使系統(tǒng)在實現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)方面具有良好的效果，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)自動控制，在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應用。PID調(diào)節(jié)控制的原理基于下面的方程式，它描述了輸出M（t）作為比例項、積分項和微分項的函數(shù)關(guān)系PID計算即輸出=比例項+積分項+初始值+微分項式中M（t）→—PID回路的輸出，是時間的函數(shù)；Kc→—-PID回路的增益，也叫比例常數(shù)；e→→回路的誤差（給定值與過程變量之差）；Minitial-PID回路輸出的初始值；Ti→—積分時間常數(shù)；Td→—微分時間常數(shù)。只有系統(tǒng)為負反饋，誤差e才等于給定值減去反饋值，因此應保證系統(tǒng)為負反饋。近年來許多PLC廠商在自己的產(chǎn)品中增加了PID指令，以完成一些工業(yè)控制中的PID調(diào)節(jié)。PID指令第7章

模擬量控制7.2模擬量變換27.1模擬量采集

317.3模擬量輸出37.4恒壓供水4模塊用來接收來自PLC的數(shù)字信號，并轉(zhuǎn)換成等價的模擬信號，可輸出電流和電壓兩種輸出信號。有4個輸出通道，12位分辨率。信號范圍：-10～+10V、4～20mA、或0～20mA。共有3098個16位的緩沖存儲器（BFM），用來與主單元交換數(shù)據(jù)，占用擴展總線8個點。FX3U-4DA模塊1.配線配線圖如圖7-5所示，接線與輸出信號的類型要一致。FX3U-4DA模塊2.緩沖存儲器分配緩沖存儲區(qū)用來設(shè)置輸出模式、增益偏置參數(shù)，錯誤狀態(tài)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)、表格等，熟悉其分配地址，便于方便使用該模塊。FX3U-4DA模塊的常用緩沖存儲區(qū)如表7-5所示。詳細了解其存儲區(qū)，需查閱三菱公司發(fā)布的技術(shù)手冊《模擬量控制篇》。FX3U-4DA模塊FX3U-4DA模塊3.通道選擇：由緩沖存儲器BFM#0中的4位16進制數(shù)H0000控制，其定義如表7-6所示。FX3U-4DA模塊1.確認模擬量地址從左側(cè)的特殊功能單元/模塊開始，依次分配單元號0～7，分配1～7的單元編號。在下圖中，數(shù)據(jù)寄存器（D20）加上數(shù)據(jù)（K10），并將結(jié)果寫入單元號1的緩沖存儲區(qū)（BFM#6）中。FX3U-4DA模塊TO指令（可編程控制器→BFM，寫入）向緩沖存儲區(qū)寫入數(shù)據(jù)。在上面程序中，向單元號1的緩沖存儲區(qū)（BFM#0）寫入1個數(shù)據(jù)（H3300）。該指令與MOVH3300U1\G0功能一致。FX3U-4DA模塊第7章

模擬量控制7.2模擬量變換27.1模擬量采集

317.3模擬量輸出37.4恒壓供水4恒壓供水泵站的組成恒壓供水泵站一般需設(shè)多臺水泵及電機，這比設(shè)單臺水泵及電機節(jié)能而可靠。配單臺電機及水泵時，它們的功率必須足夠的大，在用水量少時開一臺大電機肯定是浪費的，電機選小了用水量大時供水會不足。而且水泵與電機都有維修的時侯，備用泵是必要的。恒壓供水的主要目標是保持管網(wǎng)水壓的恒定，水泵電機的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化，這就要用變頻器為水泵電機供電。數(shù)臺電機配一臺變頻器，變頻器與電機間可以切換，供水運行時，一臺水泵變頻運行，其余水泵工頻運行，以滿足不同用水量的需求。一、工藝分析圖中壓力傳感器PS用于檢測管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)在泵站的出水口。當用水量大時，水壓降低；用水量小時，水壓升高。水壓傳感器將水壓的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷旱淖兓徒o調(diào)節(jié)器。一、工藝分析一個三泵生活/消防雙恒壓無塔供水如圖7-7所示，市網(wǎng)自來水用高低水位控制器EQ來控制注水閥YV1，自動把水注滿儲水水池，只要水位低于高水位，自動往水池注水。水池的高/低水位信號也直接送給PLC，作為高/低水位報警。為了保證供水的連續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離較小。生活用水和消防用水共用三臺泵，平時電磁閥YV2處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運行，維持生活用水低恒壓。當有火災發(fā)生時，電磁閥YV2得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺泵供消防用水使用，維持消防用水的高恒壓值?；馂慕Y(jié)束后，三臺泵再改為生活供水使用。一、工藝分析對三泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是：（1）生活供水時，系統(tǒng)低恒壓運行，消防供水時高恒壓運行。（2）三臺泵采取“先開先?！钡脑瓌t接入和退出。（3）如果一臺泵連續(xù)運行時間超過3h，則要切換下一臺泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺泵工作時間過長。一、工藝分析根據(jù)圖7-7及以上控制要求統(tǒng)計控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號如表7-7所示。水位上下限信號分別為X1、X2，它們在水淹沒時為0，露出時為1。二、I/O分配從上面分析可以知道，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點6個、開關(guān)量輸出點12個、模擬量輸入點1個、模擬量輸出點1個。選用1臺FX3U-32MR，一個FX3U-4AD模擬量輸入輸出混合模塊。整個PLC系統(tǒng)的配置如圖7-8所示。三、PLC系統(tǒng)選型如圖7-9為電控系統(tǒng)主電路。三臺電機分別為M1、M1、M3。接觸器KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3的工頻運行；接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3的變頻運行；

圖7-9電控系統(tǒng)主電路FR1、FR2、FR3分別為三臺電機過載用的熱繼電器；QS1、QS2、QS3、QS4分別為三臺泵電機主電路的隔離開關(guān)；FU1為主電路的熔斷器；VVVF為通用變頻器。四、電氣控制主電路四、電氣控制主電路1.由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量管理2.多泵組泵站泵組管理規(guī)范3.程序結(jié)構(gòu)程序主要功能包括初始化、模擬量采集變換、模式調(diào)用、PID運算、動畫控制、驅(qū)動控制。如圖7-10所示。以自動為例，說明控制流程。模式開關(guān)轉(zhuǎn)到自動模式，觸摸屏切到自動畫面，進入自動狀態(tài)。首先，將設(shè)置的參數(shù)送入相應存儲器，計算參數(shù)對應的百分比，送入主程序，進行PID運算，再將PID運算結(jié)果取回，進行保護處理，最后通信送到變頻器。倒泵時先讓1號電機為主泵，變頻工作，