基于PLC与组态王的流量PID控制

1、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,供水系统的建设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。传统的供水方式普遍存在效率低、可靠性差、自动化程度不高等缺点,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: 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. 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

5、(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E7002水泵1个3阀门2个4流量传感器1个5PLC1个FX-3U6AD模块1个FX-3U-4AD7DA模块1个FX-3U-2DA8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1D04AD采集采集当前流量2D102DA输出输出电压控制变频器频率3Y0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

6、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GX Developer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-240V 50/60Hz DC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

7、：25W(16M)，30W(32M),35W(48M),40W(64M),45W(80M),冲击电流AC电源型：最大30A 5ms以下/AC100V，最大45A 5ms以下/AC200V24V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，57mA (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COM 8A/8点COM AC250V(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

8、.6A/8点 COM DC5VDC30V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

9、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

10、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辨率为15位二进

11、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-1010V)、或者电流输入 (DC-20 20mA. DC420mA)，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500 us/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

12、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4 FR-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5 E700接线图3.3. 软件设计思路(1). 系统设计思路根据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程序，

13、主要完成AD/DA，第二部分为组态王程序，主要完成PID控制，参数转换，以及人机界面设计。整体程序流程图如下：图6 整体程序流程图(2). AD/DA 程序设计思路AD/DA程序是本次实训的基础部分，其设计思路如下图所示：图7 D/A转换流程图(3). PID程序设计思路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8 PID程序流程图4. 软件具体实现(1). AD/DA程序编写通过查阅4AD和2DA数据手册可以写出AD/DA程序如下图所示：其中初始化指令为将16进制0F

14、F3F（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程序将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指令中的目标位置；K2M100:表示源数据在PLC中的存储位置。继而重复完成两路的DA的采样。图9 PLC程序在完成PLC程序编写后，使用监测状态，验证PLC程序D0 可采集流量，D10可以控制输出模拟电压，

15、PLC程序设计成功(2). 组态王程序编写在完成PLC程序设计后，进行组态程序设计，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 组态程序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，得出应用程序命令语言如下：本站点实时流量=(本站点D0-1618.9)/1491.6;本站点sp=本站点目标流量/10;本站点pv=本站点实

16、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11 PID控件及参数关联其中SP指目标值，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，发现设定目标流量后，按下按钮，程序正常运行，当达到目标流量后，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普遍存在的效率低、可靠性差、自动化程度不高等缺点,可实现高效节

17、能、自动可靠、维护简单、管理方便的恒压供水。本系统具有以下的特点: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。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方便。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，我们可以为以后工作打下一定的基础，最好感谢本次课程设计，感谢我的指导老师！参考文献1朱晶波. 变频技术在恒压供水系统中的应用D.长春：吉林大学， 2010.2丁莉. 变频恒压供水控制系统研究D.天津:天津大学, 2007.3姜湘山，李亚峰. 建筑小区给水排水工艺M, 北京：化学工业出版社2003.4方桂笋. 基于PLC的变频恒压供水系统的设计D.兰州：兰州理工大学，2008.5熊建国. 基于PLC的变频恒压调速恒压供水系统设计与发现D.重庆：电子科技大学, 2013.6祁增慧. 基于 PLC 控制的城市恒压供水系统D.天津：天津大学, 2008.7许德浩. 基于 PLC 控制的恒压供水系统设计D.天津：天津大学