基于PLC和组态王的流量PID控制毕业论文.docx
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基于PLC和组态王的流量PID控制毕业论文
基于PLC和组态王的流量PID控制系统
基于PLC和组态王的流量PID控制系统
[摘要]随着我国社会经济的发展,人们生活水平的不断提高,供水系统的扶植是其中的一个重要方面,供水的经济性、可靠性、稳定性直接影响到目前人们的正常生活和工作。
传统的供水方式遍及存在效率低、可靠性差、自动化程度不高档缺点,难以满足当前经济生活的需要。
本文针对这些问题主要设计了一套由PLC、变频器、等主要设备构成的变频恒流供水及其监控系统。
可以有效地解决传统供水方式中存在的问题,增强了系统的可靠性。
关键词：
流量控制PLC组态王PID控制
Abstract:
Withthedevelopmentofoursocialeconomy,thecontinuousimprovementofpeople'slivingstandard,theconstructionofthewatersupplysystemisoneoftheimportantaspectsofwatersupplyoftheeconomy,reliabilityandstabilitydirectlyaffectthecurrentpeople'snormallifeandwork.Traditionalwayofwatersupplyiswidespread,lowefficiency,poorreliabilityandhighdegreeofautomationisnotweakness,itisdifficulttomeettheneedsofthecurrenteconomiclife.AimingattheseproblemsmainlydevisedacomposedofPLC,inverter,themainequipmentsuchasvariablefrequencyconstantcurrentsupplyanditsmonitoringandcontrolsystem.Caneffectivelysolvetheproblemsexistinginthetraditionalwayofwatersupply,enhancedthereliabilityofthesystem.
Keywords:
FlowcontrolPLCKingviewPIDcontrol
1.课题要求
（1）.总体控制要求：
可以设计一流量PID控制系统，通过西门子PLC的DA输出，控制变频器频率，可使流量处于一个稳定状态。
（2）.按照段子图可以完成PLC接线与检查
（3）.能实现使用组态王控制变频器启动，停止等
2.实训电路装置及原理图
2.1．实训装置
序号
器件
数量
型号
1
变频器
1个
E700
2
水泵
1个
3
阀门
2个
4
流量传感器
1个
5
PLC
1个
FX-3U
6
AD模块
1个
FX-3U-4AD
7
DA模块
1个
FX-3U-2DA
8
端子排
2个
9
开关电源
1个
10
通讯编程电缆
1个
11
导线
若干
12
实训架
2.2．控制面板及模块接线图
图1端子排接线图
2.3．电路接线图及端子接线表
图2水箱流量控制原理图
序号
PLC地址
实际用途
功能说明
1
D0
4AD采集
采集当前流量
2
D10
2DA输出
输出电压控制变频器频率
3
Y0
开始信号
控制变频器启动与停止
3.实训设计思路
3.1.控制系统组成
图3控制系统组成
本次实训实现控制要求的系统组成如上图所示，该系统是由变频器、水泵、流量传感器、A/D转换器、PID调节器和D/A转换器等部分构成一个单回路温度控制系统。
PID调节器、D/A和A/D转换器用三菱公司的FX-3U型PLC来实现，上位机PC安装了GXDeveloper和组态王6.55软件。
3.2.硬件配置
（1）.三菱FX-3U的简单介绍：
三菱FX-3U的规格如下表所示：
电源输入输出
电源规格
AC电源型：
AC100V-240V50/60HzDC电源型：
DC24V
耗电量
AC电源型：
30W（16M），35W（32M）,40W（48M）,45W（64M）,50W（80M）,65W（128M）
DC电源型：
25W（16M），30W（32M）,35W（48M）,40W（64M）,45W（80M）,
冲击电流
AC电源型：
最大30A5ms以下/AC100V，最大45A5ms以下/AC200V
24V供电电源
DC电源型：
400mA以下（16M,32M）600mA以下（48M,64M,80M,128M）
输入规格
DC24V，5～7mA（无电压触点、或者漏型输入时:
NPN开集电极晶体管输入,源型输入时:
PNP开集电极输入）
输出规格
继电器输出型：
2A/1点、8A/4点COM8A/8点COMAC250V（对应CE、UL/cUL规格时为240V）DC30V以下
晶体管输出型:
0.5A/1点、0.8A/4点1.6A/8点COMDC5V~DC30V
输入输出扩展
可连接FX2N系列用的扩展设备。
性能
程序存储器
内置64000步RAM（电池支持）
选件：
64000步闪存存储盒<带程序传送功能/没有程序传送功能>，16000步闪存存储盒
时钟功能
内置实时时钟（有闰年修正功能）月差±45秒/25℃
指令
基本指令27个、步进梯形圈指令2个、应用指令209种
运算处理速度
基本指令：
0.065s/指令，应用指令：
0.642~数100s/指令
高速处理
有输入输出刷新指令、输入滤波调整指令、输入中断功能、定时中断功能、高速计数中断功能、脉冲捕捉功能
最大输入输出点数
384点（基本单元、扩展设备的I/O点数以及远程I/O点数的总和）
辅助续电器、定时器
辅助续电器：
7680点、定时器：
512点
计数器
16位增计数器：
200点，32位计数器：
35点高速用32位计数器：
[1相]100kHz/6点、10kHz/2点[2相]50kHz/2点（可设定4倍）使用高速输入适配器时为1相200kHz、2相100kHz
数据寄存器
一般用8，000点、扩展寄存器32768点、扩展文件寄存器（要安装存储盒）32768点、变址用16点
其他
功能扩展版
可以安装FX3U-□□□-BD型功能扩展版
特殊适配器
·模拟量用（最多4台）、通讯用（包括通信用板最多2台）[都需要功能扩展板]·
高速输入输出用（输入用：
最多2台、输出用：
最多2台）[同时使用模拟量或者通信特殊适配器时，需要功能扩展板]
特殊扩展
可连接FX0N、FX2N、FX3U系列的特殊单元以及特殊模块
显示模块
可内置FX3U-7DM：
STN单色液晶、带背光灯、全角8个字符/半角16个字符×4行、JIS第1/第2级字符
支持数据通讯
支持数据链路
RS-232CRS-485,RS-422,N:
N网络、并联链接、计算机连接
CC-Link,CC-Link/LT,MELSEC-I/O链接
外围设备的机型选择
选择[FX3U（C）]，[FX2N（C）]，[FX2（C）]但是，选择[FX2N（C）]，[FX2（C）]时有使用限制
（2）.4AD与2DA的简介与配置
FX3U-4AD型模拟量输入模块其分辩率为15位二进制+符号1位（电压）、14位二进制+符号1位S电流）的高精度模拟量输入模块。
它可以进行4通道的电压输入（DC-10~10V）、或者电流输入（DC-20~20mA.DC4~20mA），可P对各通道分别指定电压或者电流输入，BFM的数据传输速度比P前最多快4~5*倍，可以实现500us/通道的高速A/D转换，具有数字滤波功能P及峰值保持功能等多种功能。
三菱FX2N-2DA是三菱FX2N系列PLC中的一款模拟量的特殊功能模块，广泛用于基本三菱工控搭建的自动化平台中。
FX2N-2DA型模拟输出模块主要用于将2点的数字量转换成电压或电流模拟量输出（0-10VDC或4-20mA），使用模拟量控制外围设备。
（3）.FR-E700变频器的简介
FR-E700变频调速器为经济型高性能变频器其具有先进磁通矢量控制，0.5Hz时200%转矩输出，能够进行扩充PID，柔性PWM，内置Modbus-RTU协议，拥有停止精度提高。
其变频器如下图所示：
图4FR-E700变频器
在本次实训中，按照实训要求，需要使用PLC对变频器的启动、停止，以及频率进行控制，查阅了变频器手册后可知，变频器请设定Pr.79运行模式选择＝“2”（外部运行模式）其硬件接线电路如下图所示：
图5E700接线图
3.3.软件设计思路
（1）.系统设计思路
按照本次设计的设计要求，本次实训应分为两部分组成，第一部分为PLC轨范，主要完成AD/DA，第二部分为组态王轨范，主要完成PID控制，参数转换，以及人机界面设计。
整体轨范流程图如下：
图6整体轨范流程图
（2）.AD/DA轨范设计思路
AD/DA轨范是本次实训的基础部分，其设计思路如下图所示：
图7D/A转换流程图
（3）.PID轨范设计思路
PID控制即比例，积分，微分控制，考虑到本次实训为流量控制，另外又有组态系统的加入，可以选择使用组态王控件中的PID模块进行PID设计，PID设计的整体思路如下图所示
图8PID轨范流程图
4.软件具体实现
（1）.AD/DA轨范编写
通过查阅4AD和2DA数据手册可以写出AD/DA轨范如下图所示：
其中初始化指令为将16进制0FF3F（H0FF3F）传送到智能模块的缓冲区0（g0），智能模块的起始地址是00（u0），初始化完成后，AD指令为将第11个特殊模块缓冲存储器0开始的4个地址内的值，传送到D0开始的4个寄存器里.
继而执行DA轨范将D10的值送给寄存器M115-M100，T0指令是将数据写入特殊功能模块的缓冲存储器，K1为模块地址常数，用来选择与指定特殊功能模块;K16为模块缓冲存储器的数据地址常数，即TO指令中的方针位置；K2M100:
暗示源数据在PLC中的存储位置。
继而反复完成两路的DA的采样。
图9PLC轨范
在完成PLC轨范编写后，使用监测状态，验证PLC轨范D0可采集流量，D10可以控制输出模拟电压，PLC轨范设计成功
（2）.组态王轨范编写
在完成PLC轨范设计后，进行组态轨范设计，首先进行设备的新建与配置连接，新建IO设备时，选择PLC为三菱PLC的FX2-编程口，然后选择COM口，在实验室PC机的COM口对应为COM4，地址为00，尤其需注意的是设备波特率为9600，数据位为7位，在完成设备连接后，设置数据词典，数据词典中变量如下如所示：
图10组态轨范中的数据变量
由于流量计显示流量为0-10格，另外须将内存变量与IO变量相关联，经过PLC测定后，得出应用轨范命令语言如下：
\\本站点\实时流量=（\\本站点\D0-1618.9）/1491.6;
\\本站点\sp=\\本站点\方针流量/10;
\\本站点\pv=\\本站点\实时流量/10;
\\本站点\D10=\\本站点\m*2000;
完成以上设计后，进而完成PID设定，选用PID控件如下图，双击控件可完成参数关联，结果如下：
图11PID控件及参数关联
其中SP指方针值，PV为实际反馈值，YOUT为输出值。
完成以上设计后，利用画面完成人机界面设计，如图所示：
图12组态王人机界面设计
完成人机界面后运行系统，发现设定方针流量后，按下按钮，轨范正常运行，当达到方针流量后，可稳定在该流量持续输出，设计成功。
5.结论
本文主要设计了一套由PLC、变频器、等主要设备构成的全自动变频恒流供水系统及其监控系统,克服了传统供水方式遍及存在的效率低、可靠性差、自动化程度不高档缺点,可实现高效节能、自动可靠、维护简单、办理便当的恒压供水。
本系统具有以下的特点:
⑴采用了可靠性高、使用简单、编程灵活的工控设备PLC和组态软件进行PID设计作为主要控制设备,在全流量范围内利用变频器调节流量。
⑵系统可通过自动运行和使用变频器面板手动控制等方式确保供水
（3）用了PID调节方式,水压波动小,响应快。
随着经济与社会的高速发展，能源越来越紧张，而人们对供水质量和供水系统可靠性的要求也不端提高，变频器恒流供水系统的应用为社会带来巨大利益，也为人们生活带来极大便当。
因此采用先进的自动化技术来设计高节能、高可靠性的恒流供水系统成为必然趋势。
通过本次课程设计，我们可感觉以后工作打下必然的基础，最好感谢感动本次课程设计，感谢感动我的指导老师！
参考文献
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