基于PLC的压力过程控制系统设计.doc

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基于PLC的压力过程控制系统设计 - 50 - 资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。目录第一章绪论 - 1 - 1.1 PLC控制在国内外的发展近况 - 1 - 1.2 基于PLC的压力过程控制系统的发展前景 - 2 - 1.3 MCGS6.2软件 - 2 - 1.4 设计目的和要求 - 2 - 第二章基于PLC的压力过程控制系统方案 - 4 - 2.1 设计方案 - 4 - 2.1.1 设计方案 - 4 - 2.1.2 控制阀的选择 - 5 - 2.1.3 控制方式的选择 - 6 - 2.2 控制算法 - 7 - 2.2.1 控制算法的选择 - 7 - 2.2.2 PID控制的原理和特点 - 8 - 2.2.3 PID控制器的参数整定 - 9 - 第三章软件部分的实现 - 11 - 3.1 MCGS组态软件 - 11 - 3.1.1　组态软件的介绍 - 11 - 3.1.2 国内组态软件的比较与选择 - 11 - 3.2 组态软件的应用 - 13 - 3.2.1 MCGS软件编程 - 13 - 3.3.2 MCGS软件连接设置 - 15 - 3.3 FX2N编程软件的应用 - 21 - 3.3.1 PLC编程指令 - 21 - 3.3.2 控制程序的编写 - 22 - 第四章硬件部分实现 - 26 - 4.1 PLC特点 - 26 - 4.2 FX2N特殊功能模块的应用 - 27 - 4.2.1 FX2N-4AD模拟量转换模块 - 27 - 4.2.2 FX2N-4DA 模拟特殊模块 - 32 - 4.2.3 PLC与计算机连接通讯 - 35 - 第五章调试 - 36 - 5.1 调试步骤 - 36 - 5.2 调试结果与常见故障分析 - 36 - 5.2.1 调试 - 36 - 5.2.2 常见故障分析 - 36 - 第六章结论 - 38 - 参考文献 - 39 - 谢辞 - 40 - 第一章绪论自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器( Programmable Logic Controller, PLC) 取代传统继电器控制装置以来, PLC得到了快速发展, 在世界各地得到了广泛应用。同时, PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高, PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制, 在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。当前, PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。同时, 计算机监控系统是采用集中监测、集中控制、集中显示、集中管理、集中保存的系统, 融合了较先进的自动化技术、计算机技术、通讯技术、故障诊断技术和软件技术, 广泛应用在化工、供暖、机械、供水、水处理等多个领域, 在工业生产中发挥越来越显著的作用。 1.1 PLC控制在国内外的发展近况 20世纪末期, 可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说, 这个时期发展了大型机和超小型机; 从控制能力上来说, 诞生了各种各样的特殊功能单元, 用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合; 从产品的配套能力来说, 生产了各种人机界面单元、通信单元, 使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。当前, 可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。中国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。当前, 中国自己已能够生产中小型可编程控制器。能够预期, 随着中国现代化进程的深入, PLC在中国将有更广阔的应用天地。 1.2 基于PLC的压力过程控制系统的发展前景近来, 随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大, 越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制, PLC在中国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高, 今后一段时期内PLC在中国仍将保持高速增长势头。特别在那些对实时性要求高, 对成本敏感, 对尺寸敏感的场合, 嵌入式PLC大有可为。 1.4 设计目的和要求基于PLC的压力过程控制系统要求首先辨识压力的数学模型,然后用PLC进行智能控制设计。在众多生产领域中, 经常需要对压力罐等容器中的液位进行监控, 以往常采用传统的继电器接触控制, 使用硬连接电器多, 可靠性差, 自动化程度不高。而本课题采用可编程控制器( PLC) 对压力进行监控, 其电路结构简单, 投资少, 监控系统不但自动化程度高, 还具有在线修改功能, 灵活性强, 可直接运用于锅炉压力控制中,也可用于恒压供水系统中。第二章基于PLC的压力过程控制系统方案基于PLC的压力过程控制系统要求首先辨识压力的数学模型,然后用PLC进行智能控制设计。在众多生产领域中, 经常需要对压力罐等容器中的液位进行监控, 以往常采用传统的继电器接触控制, 使用硬连接电器多, 可靠性差, 自动化程度不高。而本课题采用可编程控制器( PLC) 对压力进行监控, 其电路结构简单, 投资少, 监控系统不但自动化程度高, 还具有在线修改功能, 灵活性强, 可直接运用于锅炉压力控制中,也可用于恒压供水系统中。能够根据需要构成不同阶( 1或2阶) 的被控对象。压缩空气经过两路进入压力容器中, 经过两个流量调节阀, 在单回路控制过程中, 能够把一路作为主回路, 另一路作为干扰回路。被控对象调节采用线性的理想特征, 构成的控制系统为线性控制系统。 2.1 设计方案 2.1.1 设计方案 ”基于PLC的压力过程控制系统”利用工业控制计算机 (IPC) 作为上位机, 利用MCGS软件作为程序开发平台, 下位机采用可编程序控制器 (三菱FX2N—16M PLC), 组成一个压力过程控制监控系统( 如图2.1) 。 FameView PC机 PLC 上位机下位机图2.1 压力过程监控系统被控对象由上、下两个压力罐组成, 其控制要求为: 将压力罐 1 的压力值P1和压力罐 2 的压力值 P2 分别控制在某个范围内。两个个压力罐的压力信号分别由检测装置进行实时检测, 然后将被测的标准信号经 A/ D 转换后输入计算机, 根据采集到的信号情况, 计算机将控制信号经 D/ A 转换后输出给执行机构, 对气泵和控制阀进行通断控制, 从而形成计算机控制的闭环控制方案。系统采用气泵恒压供气, 经过安装在出压力罐上的压力变送器, 把压力信号变成4～20mA的标准信号送入PLC( 可编程控制器) , PLC经过PID程序运算后, 输出转速信号送给电气转换器, 由电气转换器控制阀的开度, 调节气压, 使压力罐内的压力保持在给定的压力值上。当气压大于或小于压力罐的气压范围时, 经过PLC控制阀以达到减压或者加压的目的, 实现压力罐内气压保持在恒定范围内。 2.1.2 控制阀的选择 1．主、副调节器: 三菱FX2N PLC 2．压力变送器: 2台DBYG-300A压力变送器 3．调节阀: 2台ZMAP-100B小流量调节阀 4．电气转换器: 2台QZD-1000电气转换器 5．减压器: 3台QFH-221型空气过滤减压器 6．24VDC电源所有仪表所需的接线端子都全部拉到接线板上, 也就是面板上的接线端子都是跟仪表的对应接线端子相并联的, 因此能够直接在接线板上经过合理的连线组成所需要的控制系统。气动调节阀动作分气开型和气关型两种。气开型是当膜头上空气压力增加时, 阀门向增加开度方向动作, 当达到输入气压上限时, 阀门处于全开状态。反过来, 当空气压力减小时, 阀门向关闭方向动作, 在没有输入空气时, 阀门全闭。气关型动作方向正好与气开型相反。当空气压力增加时, 阀门向关闭方向动作; 空气压力减小或没有时, 阀门向开启方向或全开为止。气动调节阀的气开或气关, 一般是经过执行机构的正反作用和阀态结构的不同组装方式实现。气开气关的选择是根据工艺生产的安全角度出发来考虑。即当气源切断时, 调节阀是处于关闭位置安全还是开启位置安全。比如: 一个加热炉的燃烧控制, 调节阀安装在燃料气管道上, 根据炉膛的温度或被加热物料在加热炉出口的温度来控制燃料的供应。这时, 宜选用气开阀更安全些, 因为一旦气源停止供给, 阀门处于关闭比阀门处于全开更合适。如果气源中断, 燃料阀全开, 会使加热过量发生危险。又如一个用冷却水冷却的换热设备, 热物料在换热器内与冷却水进行热交换被冷却, 调节阀安装在冷却水管上, 用换热后的物料温度来控制冷却水量, 在气源中断时, 调节阀应处于开启位置更安全些, 宜选用气关式调节阀。压力罐控制阀采用气关型。考虑原因是, 当压力信号中断时应保证设备和工作人员的安全。在事故状态下保持阀门全开。当压力罐内正常工作时, 可保持气体不外泄。总体而言, 用气关型比较安全。 2.1.3 控制方式的选择在控制系统中, 串级控制系统对改进控制过程的品质极为有效, 它改进了单回路系统时间常数大、容易受到干扰等缺点, 因此在生产过程中得到了广泛的应用。鉴于其能够提高系统的放大系数、抗干扰能力以及有一定的自适应能力等优点。”基于PLC的压力过程控制系统”采用串级控制系统。 1．串级系统的组成压力变送器2 压力变送器1 V 控制器 2 P1 P2 控制器1 SP1 SP2 dF1 dF2 + + + + _ _ PV PV 图2.2 串级过程控制系统 2．采用串级控制系统串级系统由主、副两个控制回路组成, 主、副调节其相串联工作。以一阶回路为外环, 二阶回路为内环设计串级控制系统 3．串级系统的优点 ①改进被控对象的特性由负反馈原理可知, 副回路不但能改变副对象的结构, 而且还能使副对象的放大系数减小, 频带变宽, 从而使系统的响应速度变快, 动态性能得到改进。 ②能及时克服进入副回路的各种二次扰动, 提高了系统的抗扰动能力串级控制系统由于比单回路控制系统多了一个副回路, 当二次扰动进入副回路, 由于主对象的时间常数大于副对象的时间常数, 因而当扰动还没有影响到主控参数时, 副调节器就开始动作, 及时减小或消除扰动对主参数的影响。基于这个特点, 在设计串级控制系统时尽可能把可能产生的扰动都纳入到副回路中, 以确保主参数的控制质量。至于作用在主对象上的一次扰动对主参数的影响, 一般经过主回路的控制来消除。 ③提高了系统的鲁棒性 ”鲁棒性”又称”强壮性”, 系统地控制品质对对象特性变化不灵敏, 则系统的”鲁棒性”越好。由于副回路的存在, 它对副对象( 包括执行机构) 特性变化的灵敏度降低, 即系统地鲁棒性得到提高。 ④具有一定的自适应能力串级控制系统的主回路时一个定值控制系统, 副回路则是一个随动系统。朱调节器能按照负荷和操作条件的变化, 不断地自动改变副调节器的给定值, 使副调节器的给定值能适应负荷的操作条件的变化。 2.2 控制算法 2.2.1 控制算法的选择 PID( 比例-积分-微分) 控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史, 现在依然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂, 使用中不需精确的系统模型等先决条件, 因而成为应用最为广泛的控制器。 PID控制器由比例单元( P) 、积分单元( I) 和微分单元( D) 组成。其输入e (t)与输出u (t)的关系为因此它的传递函数为: 其中,kp为比例系数; TI为积分时间常数; TD为微分时间常数它由于用途广泛、使用灵活, 已有系列化产品, 使用中只需设定三个参数( Kp, Ki和Kd) 即可。在很多情况下, 并不一定需要全部三个单元, 能够取其中的一到两个单元, 但比例控制单元是必不可少的。 PID应用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的, 但经过对其简化能够变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统, 这样PID就可控制了。 PID参数较易整定。也就是, PID参数Kp, Ki和Kd能够根据过程的动态特性及时整定。如果过程的动态特性变化, 例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化, PID参数就能够重新整定。 2.2.2 PID控制的原理和特点在工程实际中, 应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制, 简称PID控制, 又称PID调节。它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握, 或得不到精确的数学模型时, 控制理论的其它技术难以采用时, 系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定, 这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象, 或不能经过有效的测量手段来获得系统参数时, 最适合用PID控制技术。PID控制, 实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差, 利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。比例( P) 控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差( Steady-state error) 。积分( I) 控制在积分控制中, 控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统, 如果在进入稳态后存在稳态误差, 则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统( System with Steady-state Error) 。为了消除稳态误差, 在控制器中必须引入”积分项”。积分项对误差取决于时间的积分, 随着时间的增加, 积分项会增大。这样, 即便误差很小, 积分项也会随着时间的增加而加大, 它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小, 直到等于零。因此, 比例+积分(PI)控制器, 能够使系统在进入稳态后无稳态误差。微分( D) 控制在微分控制中, 控制器的输出与输入误差信号的微分( 即误差的变化率) 成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件( 环节) 或有滞后(delay)组件, 具有抑制误差的作用, 其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化”超前”, 即在误差接近零时, 抑制误差的作用就应该是零。这就是说, 在控制器中仅引入 ”比例”项往往是不够的, 比例项的作用仅是放大误差的幅值, 而当前需要增加的是”微分项”, 它能预测误差变化的趋势, 这样, 具有比例+微分的控制器, 就能够提前使抑制误差的控制作用等于零, 甚至为负值, 从而避免了被控量的严重超调。因此对有较大惯性或滞后的被控对象, 比例+微分(PD)控制器能改进系统在调节过程中的动态特性。 2.2.3 PID控制器的参数整定 PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多, 概括起来有两大类: 一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型, 经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必能够直接用, 还必须经过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法, 它主要依赖工程经验, 直接在控制系统的试验中进行, 且方法简单、易于掌握, 在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法, 主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点, 其共同点都是经过试验, 然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数, 都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是衰减曲线法。衰减比例法是指: 在闭环系统中, 在纯比例的情况下, 按比例度从大到小的变化规则, 对于某一值做小幅度的设定值阶跃干扰, 直至出现4: 1的衰减为止。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下: (1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作; (2)仅加入比例控制环节, 直到系统对输入的阶跃响应出现4: 1的衰减曲线。记下这时的比例放大系数和衰减周期; (3)在一定的控制度下经过公式计算得到PID控制器的参数。在实际调试中, 能够先大致设定一个经验值, 然后根据调节效果修改。对于压力串级控制, 能够设Kp=30 Ki=10 Kd=0 第三章软件部分的实现 3.1 FameView组态软件 3.1.1　组态软件的介绍组态软件, 又称监控组态软件, 译自英文SCADA,即 Supervision,Control and Data Aquisition(数据采集与监视控制),组态软件的应用领域很广, 它能够应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统(RTU System,Remote Terminal Unit)。组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件, 它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境, 使用灵活的组态方式, 为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议, 而且一般应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的HMI( 人机接口软件, Human Machine Interface) 的概念, 组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具, 或开发环境。在组态软件出现之前, 工控领域的用户经过手工或委托第三方编写HMI应用, 开发时间长, 效率低, 可靠性差; 或者购买专用的工控系统, 一般是封闭的系统, 选择余地小, 往往不能满足需求, 很难与外界进行数据交互, 升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现, 把用户从这些困境中解脱出来, 能够利用组态软件的功能, 构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展, 实时数据库、实时控制、 SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容。 3.1.2 国内组态软件的比较与选择 1.力控ForceControl V6.0 力控6.0的设计避免了当前市场上各类软件不是操作过于复杂或者就是功能过于简单的弊病, 在提高产品功能的前提下, 即保证了产品的灵活性, 又保证了使用的简单性, 使您快速构建工业项目。三维力控的软件构架是国际上最先进的数据库, 界面, 数据采集三者分离的结构, 真正实现多进程处理。优势在大点数多种设备的采集工程。 2.MCGS(Monitor and Control Generated System)6.2: MCGS6.2通用版是北京昆仑通态数十位软件开发精英, 历时整整一年时间, 辛勤耕耘的结晶, MCGS6.2通用版无论在界面的友好性、内部功能的强大性、系统的可扩充性、用户的使用性以及设计理念上都有一个质的飞跃, 是国内组态软件行业划时代的产品, 必将带领国内的组态软件上一个新的台阶。主要指标: · 全中文可视化组态软件, 简洁、大方, 使用方便灵活 ·完善的中文在线帮助系统和多媒体教程 ·真正的32位程序, 支持多任务、多线程, 运行于Win95/98/NT/ 平台 ·提供近百种绘图工具和基本图符, 快速构造图形界面 ·支持数据采集板卡、智能模块、智能仪表、 PLC、变频器、网络设备等700多种国内外众多常见设备 ·支持温控曲线、计划曲线、实时曲线、历史曲线、 XY曲线等多种工控曲线 ·支持ODBC接口, 可与SQL Server、 Oracle、 Access等关系型数据库互联 ·支持OPC接口、 DDE接口和OLE技术, 可方便的与其它各种程序和设备互联 ·提供渐进色、旋转动画、透明位图、流动块等多种动画方式, 能够达到良好的动画效果 ·上千个精美的图库元件, 保证快速的构建精美的动画效果 ·功能强大的网络数据同步、网络数据库同步构建, 保证多个系统完美结合 ·完善的网络体系结构, 能够支持最新流行的各种通讯方式, 包括电话通讯网, 宽带通讯网, ISDN通讯网, GPRS通讯网和无线通讯网 MCGS6.2(Monitor and Control Generated System, 通用监控系统)是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件, 能够在Windows平台上运行。经过对现场数据的采集处理。以动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式。向用户提供解决实际工程问题的方案。充分利用windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点。比以往使用专用机开发的工业控制系统更具通用性, 在自动化领域有着更广泛的应用。 3.2 组态软件的应用利用FameView组态软件设计。在设备组态窗口中选择适当的串口通讯设备．添加三菱FX2N, 正确设置其属性。正确设置组态软件中数据变量设备通道的连接, 即可实现PLC与组态软件的通讯。将PLC中的串口驱动程序与组态软件的需求响应相结合, 使电脑对PLC发出的信号有响应。在MCGS组态软件的用户窗口中, 制作一个动画界面。在界面上设置各个控件的属性, 使设置的控件按照真实的情况动作, 检验和测试电梯PLC 控制系统对电梯的运行状态的控制效果。MCGS用主控窗口、设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形界面．组态配置各种不同类型和功能的对象或结构。能够对实时数据进行可视化处理。 3.2.1 MCGS软件编程 ”基于PLC的压力过程控制系统”界面分成三个部分, 分别是”压力过程控制系统”( 图3.1) 、 ”实时曲线”( 图3.2) 和”PID”( 图3.3) 。图3.1 压力过程控制系统 ”压力过程控制系统界面”的出现使得原本复杂系统变得一目了然, 它直观地展现了串级系统的工作方法和连接方法。流动块的动作形象地展示了气体在管道中和压力罐中的流动方式。两个压力表则能更加清楚地显示压力的变化。图3.2 实时曲线 ”实时曲线”界面能清楚地显示压力变化的曲线, 使压力过程的变化更加直观。控制曲线的显示使得我们对控制方式和有更深入的了解, 从而能够经过所学习的知识更好地改进系统。图3.3 PID控制 ”PID控制”界面显示了系统在进行比例积分微分控制时当前的PID值 3.3.2 MCGS软件连接设置 MCGS经过通讯模块与三菱FX系列的PLC设备进行通讯, MCGS经过上位机中的串行口设备和PLC上的通讯单元( 通讯模块) 建立串行通讯连接, 从而达到操作PLC设备的目的。 1．硬件连接类型: RS485通信用扩展模块 FX0N-485ADP FX0N用, 若连上FX2N-CNV-BD则能够和FX2N使用。 FX2N-485-BD FX2N用。双绞线连接在RS485/422 UNIT 中SDA 与 SDB 和RDA与RDB间接电阻( 300欧姆) , 双绞线在485BD侧的屏蔽线要接地( 100欧姆或更低) 。单绞线连接在单绞线连接时 RS485/422 UNIT中SDA与RDA短接, SDB与RDB短接, RDA与RDB之间要接100欧姆左右的电阻。485BD的SDA与RDA短接, SDB与RDB短接, FX系列PLC支持无协议的RS232和RS485通信协议两种通信方式。PLC的默认设置是只支持RS232通信, 因此要使用RS485通信协议, 必须事先用RS232( 即PLC的编程口) 通信, 设置寄存器PLC D8120寄存器, 因此必须具有编程电缆一条。 2．系统默认设置 D8120=H0086表示9600, 7, 偶校验, 1位停止位, 无命令头和命令尾, 整个命令不加校验和, 无协议的通信方式, FX系列PLC在掉电后D8120恢复成H0086, 因此此时不能用RS485通信, 必须用编程软件或RS232设备驱动更改D8120, 使其设置成RS485通信方式。 3．RS485通信设置 RS485通信时最好设置成9600波特率, 7, 偶校验, 2位停止位若是采用协议1, 不加校验和则向寄存器D8120中写H408E 若是采用协议1, 加校验和则向寄存器D8120中写H608E 若是采用协议4, 不加校验和则向寄存器D8120中写HC08E 若是采用协议4, 加校验和则向寄存器D8120中写HE08E 需要注意的是, FX系列的PLC掉电后不能保存D8120中的数据, 解决的办法是, 使用D000-D255中的一个寄存器, 把通信参数放在这里面, 当上电后将寄存器中的数据移到D8120中, 在FX2N系列的PLC中能够保存D8120中的数据, 因此不需要这一步, 相反在设置完D8120后需要把PLC的电源切断, 在上电则设置的参数才能有效。 4．地址设置若485总线上挂有多个PLC, 则必须设置D8121, 系统默认的地址为0。地址的设置能够用编程软件, 或使用本设备构件来设置。若用本构件来设置时, 请添加D8121寄存器, 然后往寄存器中写数就能够了。( 如图3.4) 图3.4 通信设备属性设置由于系统中仅连接一个PLC, 因此将设备地址设置为”0”。 5．串口设置三菱FX系列串口设备必须挂接在通用串口父设备下, 通用串口父设备在通用设备构件中。通用串口父设备是用来设置上位机与具体设备连接的通信参数和通信端口的。必须要注意的是, 通信参数必须设置成与PLC的设置一样, 否则就无法进行通信。( 如图3.5) 只有将串口的各个属性设置正确, 才能使MCGS与PLC设备正确连接、达到监控的效果。图3.5 串口设备设置 FX2N系列串口的属性包括内部属性: 用来设置组态要具体操作的寄存器。设备名称: 可根据需要来对设备进行重新命名, 但不能和设备窗口中已有的其它设备构件同名。采集周期: 为运行时, MCGS对设备进行操作的时间周期, 单位为毫秒, 一般在静态测量时设为1000ms, 在快速测量时设为200ms。初始工作状态: 用于设置设备的起始工作状态, 设置为启动时, 在进入MCGS运行环境时, MCGS即自动开始对设备进行操作, 设置为停止时, MCGS不对设备进行操作, 但能够用MCGS的设备操作函数和策略在MCGS运行环境中启动或停止设备。设备地址: 485通信必须个每个PLC设置一个地址, 若有多个PLC, 能够同时在一个串口父设备下挂多个相同的设备, 而以PLC的地址来区别。是否求校验: 若在设置D8120中设置了有求校验和, 这选择求校验, 默认为不求校验。协议格式: 485通信有两种协议格式, 默认为0－协议1, 还有一种是1－协议4, 根据D8120而作出相应选择。 6.设备内部属性内部属性用于设置PLC的读写通道, 以便后面进行设备通道连接, 从而把设备中的数据送入实时数据库中的指定数据对象或把数据对象的值送入设备指定的通道输出。当第一次启动设备工作时, 先把PLC中的数据读回来, 之后本设备会将变化的值往下写, 这种操作的目的是防止用户PLC程序中有些通道的数据在计算机第一次启动, 或计算机中途死机时不能复位。设备中可操作PLC寄存器列表: X输入继电器(位操作只读) ; Y输出继电器(位操作, 可读可写); M中间继电器(位操作, 可读可写); D变量存储器(字, 双字, 浮点, 可读可写); 对其它的寄存器请使用D寄存器, 或M继电器导动。( 如图3.6) 图3.6 设备的内部属性增加通道: 单击设备基本属性中的”设置设备内部属性”在打开的属性页中按”增加通道”按钮, 弹出增加通道窗口。图3.7 串口基本属性设置在增加通道的属性页面上, 能够对继电器类型进行选择。选择要对PLC中的那个继电器区或寄存器区进行操作即选择通道类型,能够选择是只读, 只写, 还是读写, 软件默认状态是只读。选择操作继电器区或寄存器区的什么地方即输入通道地址, 比如, 要以字操作的方式读或写DW15, 则在输入通道地址中写15。选择通道地址中的哪一位(00-7)或一次操作1个字16位或2个字32位, 或浮点。同时也能够设置一次连续增加多少个PLC通道。 6.设备调试设备调试在构件属性窗口的”设备调试”属性页中进行, 以检查和测试本构件和PLC的通讯连接工作是否工作, 在进行调试前, 要先对通讯单元的各种跳线进行设置, 计算机和通讯单元之间的通讯线也要正确连接。 MCGS对PLC设备的调试分为读和写两个部分: 1．如果在”通道连接”属性页中显示的是读PLC通道, 则在”设备调试”属性页中显示的是PLC中这些指定单元的数据状态; 2．如果在”通道连接”属性页中显示的是写PLC通道, 则在”设备调试”属性页中把对应的数据写入到指定单元PLC中。对开关量输入输出通道, 在对应值一列显示的是开关量状态, 为0表示关, 为1表示开。对输出通道, 在对应值一列中, 当用鼠标左键按下时, 对应通道的输出状态为1, 松开鼠标左键时, 输出状态为0。图3.8 设备调试时各个对象的属性 7．寄存器类型寄存器名称: 这是一个字符型变量, 她表示当前要操作的寄存器, 在这个驱动中, 它的取值能够是: X,Y,M,D。寄存器地址: 这是一个数值型变量, 她表示当前要操作的寄存器地址, 它的取值根据不同型号的PLC而有所不同。数据类型: 这是一个字符型变量, 她表示当前要操作的寄存器数据的数据类型, 如果是位寄存器则该项不起作用能够设为””, 如果是数据类型它的取值能够是WB,WUB,WD,DB,DUB,DD,DF(这里第一个字母表示数据的长度, W表示是字数据, D表示是双字数据。后一个或两个字母表示数据类型, B表示二进制数, D表示BCD码, F表示浮点数, 二进制数中带U表示无符号数, 不带U的表示有符号数。 WUB 16位无符号二进制 WB 16位有符号二进制 WD 16位 4位BCD DUB 32位无符号二进制 DB 32位有符号二进制 DD 32位 8位BCD DF 32位浮点数数据: 这是一个数值型变量, 它是用来存储设备命令数据的MCGS变量, 当然, 如果是写设备命令, 它也能够是一个常量。由于程序中将PLC的D0—D3、 D190—D193设置为和特殊功能模块缓存器交换数据的寄存器, 因此, 在设置中添加D0—D3、 D190—D193而且设置为读写寄存器( 图4.6中显示) 。 3.3 FX2N编程软件的应用 3.3.1 PLC编程指令程序中使用到的指令 1.MOV 指令 MOV [S1.] [S2.] MOV指令是指将[S1.]中的内容存入[S2.]中 2.CMP 指令 CMP [S1.] [S2.] [D.] CMP是两数比较指令。该指令是将源数S1和S2进行比较, 结果由3个地址连续的目标位元件的状态来表示。S1和S2均为16位或32位二进制数, 最高位为符号位。比如,指令CMP K100 D10 M0就是指: 若100〉D10种的值, 则M0置1; 若100=D10中的值, 则M1置1; 若100<D10中的值, 则M2置1 3.FROM指令 FROM m1 m2 [D.] n FROM指令是从编号为m1的特殊功能模块中读取以m2为首址的连续n个数据缓冲寄存器的数据, 并将读取的数据一次存入PLC内以元件D为首址的连续n个字元件中。比如, 指令FROM K0 K5 D0 K4就是指, 当该指令执行时, 就将编号为0的特殊功能模块中地址号为5～8的4个数据寄存器读取数据, 并将数据依次存入PLC的4个数据寄存器D0～D3中。 4.TO指令 TO m1 m2 [S.] n TO指令是将PLC内由源数S指定的n个数据写入编号为m1的特殊功能模块中地址号为m2的n个连续缓冲数据寄存器中。比如, 指令TO K2 K5 D10 K4就是指, 当该指令执行时, 就将D10～D13中的数据写入编号为2的特殊功能模块中地址编号为5～8的数据缓冲寄存器中。 5.PID控制指令 PID S1 S2 S3 S4 PID控制在PLC中既可用PID硬件模块实现, 也可用软件实现。软件方法就是根据PID算法编制控制程序或直接调用PID指令, 后者较方便, 但不是所有PLC都支持。三菱FX2N系列PLC提供了PID控制指令, 且其参数设置灵活, 使用方便。其中S1表示设定值所在的数据寄存器; S2表示测量值所在的数据寄存器; S4表示输出值所在的数据寄存器; S3～S3+6表示PID指令中控制参数设置所需的数据寄存器, 其分配如下: S3 采样时间(ms) S3+1动作方向(ACT) S3+2 输人滤波常数(a) S3+3 比例增益(Kp) S3+4 积分时间(TI) ( x 100ms) S3+5 微分增益(KO) S3+6 微分时间(TD )( x 10ms) 为了得到最优PID控制, 系统运行开始时设定S3+1(ACT)的第4位为ON, 启动PID参数的自整定过程。自整定就是根据开始时容器压力变化的情况自适应地调整PID控制的主要参数(比例增益、微分时间、积分时间等)。当自整定开始时的测定值到目标值的变化量变化1/3时, 自整定过程结束, 系统进入PID控制。 3.3.2 控制程序的编写 1．程序流程图打开FX2N特殊功能模块模块是否打开数据输入 PID控制数据输出结束开始控制阀动作图3.9 程序编制流程图其中, 打开特殊功能模块、数据输入、 PID控制以及数据输出部分均由PLC控制 2．程序梯形图说明初始化程序: 打开FX2N-4AD特殊功能模块, 当PLC没有错误信息时将特殊功能模块中K5~K6的内容传送到PLC的D141~D142中。数据传输: 对两个输入端口进行设置, 分别将两个压力罐的当前压力值传入PLC的数据寄存器中, 而且对PID控制的数据进行设置。由PID指令格式可得 D140和D190中的内容为设定值 D141和D142中的内容为测量值 D143和D173中的内容为采样时间, 此处测量时间为100ms D144和D174中的内容为动作方向, 此处设定为ON即启动PID自整定 D145和D175中的内容为滤波常数, 此处设定为5 D146和D176中的内容为比例增益(Kp), 此处设定为3000 D147和D177中的内

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