第22章fbs plc溫度測量和pid控制

22FBs-PLC溫度測量和溫度PID控制FBs-PLC為了滿足廣大的溫控應用市場，提供了最常用的熱電偶和白金電阻等兩大類共五種溫度測量模塊；其中FBs-TC2FBs-TC6FBs-TC16等三種溫度模塊可用作2點、6點及16點等熱電偶輸入的溫度測量，熱電偶類型共有JKTENBRS8種選擇；FBs-RTD6/FBs-RTD16等兩種溫度模塊可提供6點和16點PT-100或PT-1000等白金電阻輸入的溫度測量。溫度模塊的溫度測量設(shè)計采用分時多任務方式，每個溫度模塊在實際I/0尋址上只占用1個數(shù)值量輸入(InputRegister)8點數(shù)字量輸出(DigitalOutput)PLC主機最多可作32點溫度測量，而溫度測量的更新速率可選擇一般更新時間為4秒，分辨率為01°)或快速更新時間為2秒，分辨率為1兩種模式。利用上述溫度模塊進行溫度測量時，WinProladder提供極為簡單的填表方式來規(guī)劃溫度模塊和感溫器種類，并指定對應的緩存器來溫度值。至于PID溫度控制則有的便利指令(FUN86來執(zhí)行PID運算控制，并將運算結(jié)果利用適當?shù)妮敵鼋缑孑敵觥? FBs-PLC溫度測量模塊的種類與功能規(guī)格22.1.1FBs熱電偶(TC)模塊 FBs-TCFBs-TCFBs-TC熱電偶輸入點數(shù)2616熱電偶種類與溫度測量范圍J(200～900 E(190～1000°C)K(190～1300 T(190～R(0～1800 B(350～1800°C)S(0～1700 N(200～占用I/ 資1個輸入緩存器IR(InputRegister)、8點輸出線 移動式平均軟件平均次數(shù)1248次可設(shè)定 內(nèi)有冷端接點溫度補償 0.1溫度更新時間122436 (1%+1 變壓器(電源)及光藕合器(信號)，各通道間彼此內(nèi)部消耗電流5V，32m 24VDC15%/+20%2VA 5VPWRLED指示 0～60 -20～ 40寬x90長)x80高)90x90x80m-------配線與設(shè)定請參考第-------配線與設(shè)定請參考第21.6節(jié)的說明。-------請參考213節(jié)的說明。完成執(zhí)行WinProladder，在溫度模塊規(guī)劃頁面中，將溫度規(guī)劃表格起始緩存器、溫度值起始緩存器、溫度測量起始工作緩存器設(shè)置后，便可在緩存器中直接 溫度測量值。將溫度模塊串接在PLC24VDC電源及溫度測量輸入配線。22.2.1溫度測量 使用FBs-PLC溫度模塊的步驟22.1.2FBs白金電阻(RTD)模塊規(guī)型格號 FBs-RTDFBs-RTD16RT 數(shù)616RTD種類與溫度測量范圍三線式JISα000392或DINα=000385Pt-100(200～850°C)Pt-1000(200～600°C)占用I/ 源1個輸入緩存器IR(InputRegister)、 點輸出線軟 波移動式平均軟件平均次數(shù)1248次可設(shè)定分辨率0.1溫度更新時間1224整 度絕 式變壓器(電源)及光藕合器(信號 ，各通道間彼內(nèi)部消耗電流5V，35m輸 源24VDC15%/+20%2VA狀態(tài)燈5VPWRLED指示操 度0～60儲 度-20～外 寸40寬x90長)x80高)90(寬)x90長)x80高開始開始22.2.222.2.2閉合回路溫度PID開始開始將溫度模塊串接在PLC擴展界面，并完成24將溫度模塊串接在PLC擴展界面，并完成24VDC電源和溫度測量輸入配線。使用 （FUN86）配合溫度規(guī)劃表格將外界的當前溫度值測量進來當作過程變量（ProcessVariable，簡稱PV），并將用戶所設(shè)定的溫度設(shè)定值（SetPoint，簡-------請參考FUN86的指令說明和程序范例稱SP）與過程變量經(jīng)由軟件PID數(shù)學式運算后，得到適宜的輸出控制值來控制溫度在用戶所期望的溫度范圍內(nèi)。完成22.322.3溫度模塊的溫度測量規(guī)劃步驟名稱IO組態(tài)系統(tǒng)組態(tài)在系統(tǒng)組態(tài)中點選名稱IO組態(tài)系統(tǒng)組態(tài)點選〝溫度模塊〞出現(xiàn)設(shè)定畫面后，可直接規(guī)劃要用來測量的溫度模塊﹝溫度規(guī)劃表格起始緩存器﹞:指定溫度規(guī)劃表格的起始緩存器號碼，可有下列輸空白無溫度規(guī)劃表格RXXXX或DXXXX溫度規(guī)劃表格共占用4N個緩存器(N=溫度模塊數(shù)量)。如上圖范例，R5000～R5005儲存溫度規(guī)劃表格。﹝﹞:RXXXXDXXXX;1點溫度讀值占用1個緩存器，如上圖范例，R0～R31存放當前溫度讀值，溫度讀值單位為0.1°:假設(shè)溫度單位為°C時，若R0=1234，代表123﹝溫度測量起始工作緩存器﹞:RXXXXDXXXX，溫度測量工作緩存器共占用(N4個緩存器(N=溫度模塊數(shù)量)如上圖范例，D0～D11為溫度測量工作緩存器?！緶囟饶K安裝顯示與規(guī)劃窗口】﹝模塊安裝信息(1～8)﹞:顯示該模塊名稱與該模塊所占用的實際I/O地址，共有下列幾種模塊。 TC66點熱電偶輸入模塊 RTD66點白金電阻輸入模塊 TC16(16點熱電偶輸入模塊 RTD16(16點白金電阻輸入模塊 TC22點熱電偶輸入模塊※感溫器根據(jù)種類不同共有10種(8種TC類型及2種RTD類型，其測量范圍不一樣，詳細種類規(guī)格請參考21.1節(jié)。﹝溫度單位﹞:有華氏溫度或攝氏溫度兩種可供選擇。﹝量測平均﹞:選擇溫度量測平均次數(shù)，有不平均、2次平均、4次平均，8次平均可供選擇。﹝更新速率﹞:選擇溫度量測更新速率，有一般或快速兩種可以選擇。當選擇一般時，以一般速率 溫度，測量分辨率為0.1當選擇快速時，以較快速率 溫度，測量分辨率為不管選擇一般或快速，所有溫度當前值顯示分辨率都為022.3.122.3.1溫度規(guī)劃表格內(nèi)部數(shù)據(jù)格式為了方便人機及使用圖控用戶，特別開放讓用戶通過修改緩存器的內(nèi)容值，就可以完成溫度測量的規(guī)劃，至于WinProladderWinProladder規(guī)劃溫度模塊時，就已規(guī)劃完成。假設(shè)溫度規(guī)劃表格起始緩存器為SR，SR+0的值為A556h時，代表本表格為正確的溫度規(guī)劃表格，SR+0的值不為A556h時，本表格不是溫度規(guī)劃表格。 高字節(jié)(HighB低字節(jié)LowBSR+A556SR+溫度模塊數(shù)量(1～SR+溫度讀值起始緩存器SR+溫度測量起始工作緩存器SR+感溫器類型模塊模塊名稱模塊SR+感溫器類型模塊模塊名稱模塊SR+感溫器類型模塊模塊名稱模塊SR+感溫器類型模塊模塊名稱模塊SR+感溫器類型模塊模塊名稱模塊SR+感溫器類型模塊模塊名稱模塊※溫度規(guī)劃表格共占用4N個緩存器，N=溫度模塊數(shù)量。22.3.222.3.2溫度測量工作緩存器內(nèi)部數(shù)據(jù)格式假設(shè)溫度測量工作緩存器起始緩存器為WR 高字節(jié)(HighB低字節(jié)LowBytWR+執(zhí)行碼XXXXHWR+感溫器異常檢測Sensor0～Sensor15WR+感溫器異常檢測Sensor16～SensorWR+溫度測量總點數(shù)溫度模塊數(shù)量WR+1片溫度模塊的感溫器類型第1片溫度模塊的DO號碼WR+1片溫度模塊溫度點數(shù)1片溫度模塊的AI號碼WR+1片溫度模塊的溫度讀值起始地址1片溫度模塊的多任務測量指針WR+(N×4)+N片溫度模塊感溫器類型第N片溫度模塊的DO號碼WR+(N×4)+N片溫度模塊溫度點數(shù)N片溫度模塊的AI號碼WR+(N×4)+N片溫度模塊的溫度讀值起始地址WR+(N×4)+N片溫度模塊的多任務測量指針1WR+0低字節(jié):溫度規(guī)劃與實際溫度模塊不一致指示。b01，第1片溫度模塊不一致．．．b71，第8片溫度模塊不一致2WR0高字節(jié):執(zhí)行碼。=00H，待機或不執(zhí)行溫度測量=FFH，溫度點數(shù)大于32點不執(zhí)行溫度測量=FEHWR3的低字節(jié)等于0或大于8不執(zhí)行溫度測量=56H，所有溫度點都已測量溫度測量執(zhí)行中※溫度測量工作緩存器共占用(N×4)+4個緩存器,N=溫度模塊數(shù)量溫度測量有關(guān)緩存器說明溫度測量有關(guān)緩存器說明感溫器安裝狀態(tài)設(shè)定R4010：B01，代表第0點感溫器有安裝B151，代表第15點感溫器有安裝。（R4010默認值為FFFFH）R4011B01，代表第16點感溫器有安裝B151，代表第31點感溫器有安裝。（R4011默認值為FFFFH） 當感溫器有安裝時（對應的位設(shè)為1），系統(tǒng)會對感溫器作斷線檢測，如感溫器有斷線時，會有斷線指示(WR+1～WR+2并顯示斷線值(28767)。 當感溫器無安裝時（對應的位設(shè)為0），系統(tǒng)不作感溫器斷線檢測，不會有斷線警告，并顯示當前溫度值為0。用戶可根據(jù)實際安裝狀況或需求，由程序控制R4010R4011的各位得到所需的結(jié)果。22.422.4溫度模塊的I/O尋址說明每個溫度模塊在實際I/0尋址上會占用1個數(shù)值輸入(InputRegister)及8點數(shù)字輸出(DigitalOutput)；如果溫度模塊的后接有其它擴展模塊，則該模塊的I/O尋址必須將溫度模塊所占有的點數(shù)加入計算才能正確尋址。對于擴展模塊的I/O編號可很容易由WinProladder所提供的"I/O編號配置狀態(tài)查詢得知。22.522.5溫度測量模塊的硬件說明FBs-TC2、FBs-TC6、FBs-TC16、FBs-RTD6、FBs-RTD16模塊都由3片電路板重迭所組成，最下層為電源板提供模塊隔離電源，中間為I/O板(接線端子合在此層)最上層為控制板(控制及擴展輸入與輸出的聯(lián)機)簡介如下:22.5.122.5.1FBsTC2、TC6TC16的外觀正視圖TCTC2外觀正視圖 2 435TC6外觀正視圖 2 43 5 1011TCTC16外觀正視圖33+2+ T T2+ T T 4T11+T12+4 51314151617181920 保護接地端子：應該接到信號網(wǎng)線 擴展輸入排線：必須接到上一級擴展或主機的擴展輸出插座。 擴展輸出插座：供下一級擴展輸入排線插入用。 電源指示：指示本模塊的模擬量電路側(cè)電源供應器正常與否。 CH0的熱電偶輸入端子：通道0T0T0的熱電偶輸入。 CH1的熱電偶輸入端子：通道1T1T1的熱電偶輸入。8～21CH2～CH15的熱電偶輸入端子：通道2～通道15T2T2～T15+T15的熱電偶輸入。 2+-435 1011 FBs-RTD6、RTD16的外觀正視圖RTDRTD6外觀正視圖++++RTDRTD16外觀正視圖332 COMP0- 4 P9+P10+P11+P12+P13+P14+ P9-P10-P11-P12-P13-P14-51415161718192021 外界輸入電源端子：供給FBsRTDXX模塊的模擬量電路側(cè)的電源，電壓為24VDC20 保護接地端子：應該接到信號網(wǎng)線 擴展輸入排線：必須接在上一級擴展或主機的擴展輸出插座。 擴展輸出插座：供下一級擴展輸入排線插入用。 電源指示：指示本模塊的模擬電路側(cè)電源供應器正常與否。 RTD共同端子：三線式RTD的共同接地用端子。 CH0的RTD輸入端子：通道0P0P0的RTD輸入。8～22CH1～CH15RTD輸入端子：通道1～通道15T2T2～T15+T15RTD入。 溫度模塊的輸入接線圖22.6.1熱電偶(TC)模塊的接線 Ifit'sFBs-TC6,nisIfit'sFBs-TC16,nis22.6.222.6.2白金電阻(RTD)模塊的接線FBs-RTD Ifit'sFBs-RTD6,nisIfit'sFBs-RTD16,nis FBs-PLC溫度PID控制指令說明與程序范例從下頁開始是FBsPLC溫度PID專用控制指令FUN86的說明與程序范例。FUN86TPCTL

FUN86TPCTLMd:PID運算模式選擇=0，改良型最小超越法=1通用PID法則Yn：ONOFF溫控輸出起始號碼，共占用ZnSn：本指令從第幾點溫度開始執(zhí)行溫控，Sn=0～Zn：本指令所控制的PID溫控點數(shù)；1UZnU321USn+ZnUSv：溫度設(shè)定值起始緩存器號碼，共占用Zn個緩存器設(shè)定單位為01°)Os：溫度偏差值起始緩存器號碼，共占用YK∣∣YK∣∣∣∣○○○○○○○○○○○○○○○Zn個緩存器IR：積分常數(shù)設(shè)定值起始緩存器號碼，共占用Zn個緩存器DR：微分時間常數(shù)設(shè)定值起始緩存器號碼，共占用Zn個緩存器OR：溫控數(shù)值輸出起始緩存器號碼，共占用Zn個緩存器WR：本指令所需使用的工作緩存器起始號碼，共占用9個緩存器，其它地方不可以重復使用 PID溫控（FUN86）是利用溫度模塊配合溫度規(guī)劃表格將外界當前的溫度測量值當作過程變量（ProcessVariablePV），并將用戶所設(shè)定的溫度設(shè)定值（SetPoint，簡稱SP）與過程變量經(jīng)由軟件PID數(shù)學式運算后，得到適宜的輸出控制值以控制溫度在用戶所期望的溫度范圍內(nèi)。 將PID運算后的數(shù)值結(jié)果轉(zhuǎn)換為時間比例ONOFF（PWM）輸出，經(jīng)由晶體管式接點輸出控制SSR所推動的加熱或冷卻回路，即可得到相當精確而且便宜的控制結(jié)果。 也可將PID運算后的數(shù)值結(jié)果經(jīng)由DA模擬量輸出模塊，控制SCR導通角或比例閥進行溫度精確控制。數(shù)字化PID表達式如下：nMn=[KcEn]+[KcKiTsEn]+[KcTd(PVnPVn-1)/Ts0Mnn〞時的控制輸出量 ：增益（范圍：1→9999；Pb(比例帶)=(1000/Kc)×0.1%，單位為0.1% ：積分常數(shù)（范圍：0～9999，相當于0.00～99.99Repeat/Minute） ：微分時間常數(shù)（0～99990.00～999Minute）PVn：〝n〞時的過程變數(shù)PVn1n〞的上一次的過程變數(shù)Enn〞時的誤差=設(shè)定值（SP）n〞時的過程變數(shù)（PVnTsPID運算的間隔時間（01S，值可為10204080160320FUN86TPCTLFUN86TPCTLPID參數(shù)調(diào)整原則如下 增益（Kc）調(diào)整越大，對輸出貢獻越大，可得到較快且靈敏的控制反應。但比例如果過大，會造成振蕩現(xiàn)象；盡量調(diào)高比例（但以不造成振蕩為原則），以加快程序反應并減少穩(wěn)態(tài)誤差。 積分項可用來消除設(shè)定值改變所造成的穩(wěn)態(tài)誤差，積分常數(shù)Ki(積分常數(shù)為積分時間常數(shù)的倒數(shù)Ki=1/Ti)調(diào)整越大，對輸出貢獻越大，當有穩(wěn)態(tài)誤差時，可調(diào)高積分常數(shù)，以減少穩(wěn)態(tài)誤差。積分時間常數(shù)=0時，積分項無作用。5Ki=1/Ti100/52002Repeat/Minute 微分項可用來讓程控反應較平順，不會造成過度。微分時間常數(shù)（Td）調(diào)整越大，對輸出貢獻越大，當有過度時，可調(diào)高微分時間常數(shù)，以減少量。微分時間常數(shù)=0時，微分項無作用。如已知微分時間常數(shù)為1Td=100；如微分時間常數(shù)為2Td=200適當調(diào)整PID參數(shù)可得到極佳的溫控結(jié)果。系統(tǒng)默認的PID運算間隔時間為4秒Ts40系統(tǒng)默認的比例值為110，代表比例帶(Pb)=1000/1100.1%0.91%度值為1638°，則SP14.8°16380.9114.8)會使PID運算進入比例帶控制區(qū)。系統(tǒng)默認積分常數(shù)為17，也就是017RepeatMinute系統(tǒng)默認微分時間常數(shù)為05分鐘，Td=50PID運算間隔時間改變時，根據(jù)執(zhí)行情況，需要再調(diào)整KcKiTd指令說明有安裝的每點溫度都已經(jīng)測量過一遍后，F(xiàn)UN86才會真正動作。 當執(zhí)行控制〝EN=1時，根據(jù)H/C的狀態(tài)作加熱（H/C=1）或冷卻（H/C=0）PID運算；溫度的當前值是利用多任務溫度模塊配合溫度規(guī)劃表格而得到的。溫度的設(shè)定值存放在由Sv為起始的緩存器里。將設(shè)定值與當前值的誤差值經(jīng)由PID運算后并將數(shù)值結(jié)果轉(zhuǎn)換為時間比例ON/OFF（PWM）輸出，經(jīng)由晶體管式接點輸出控制SSR所串接的加熱或冷卻回路，就可以得到相當精確且便宜的控制結(jié)果。也可將PID運算后的數(shù)值結(jié)果（存放在由OR為起始的緩存器里），經(jīng)由D/A模擬量模塊輸出，控制SCR導通角或比例閥進行溫度精確控制。SnZn（0USnU31且1UZnU32且1USn+ZnU32）設(shè)定值錯誤時，本指令不執(zhí)行，并設(shè)定指令輸出〝ERR〞ON。本指令會將當前溫度值與溫度設(shè)定值比較，看是否當前溫度已落入溫度偏差范圍（存放在由Os為起始的緩存器里）內(nèi)，如果是，則設(shè)定該點溫度正常位為ON；如果不是，則清除該點溫度正常位為OFF，并將指令輸出〝ALM〞ON。FUN86TPCTLFUN86TPCTL本指令同時可作高溫（高溫設(shè)定值緩存器為R4008。當當前溫度值連10次掃描都高或等于高溫設(shè)定值時，則設(shè)定警告位（WR+2WR+3）ON，并將指令輸出〝ALMON。這樣可避免萬一SSR或加熱回路短路，溫度無法控制所造成的安全問題。本指令同時可檢測SSR或加熱回路斷路或加熱片老化所造成的無法加溫現(xiàn)象。當溫控輸出連續(xù)一段時間（R4007緩存器設(shè)定）都為大功率（R4006緩存器設(shè)定）輸出，卻無法使當前溫度落入正常范圍內(nèi)時，則設(shè)定警告位為ON，并將指令輸出ALMON WR：工作緩存器起始號碼，共占用9個緩存器，其它地方不以可重復使用。WR0與WR+1兩個緩存器的內(nèi)容反應當前溫度是否已落入溫度偏差范圍（存放在由Os為起始的緩存器里）內(nèi)，如果是，則設(shè)定該點溫度正常位為ON；如果不是，則清除該點溫度正常位為OFF。WR0的B0=1Sn0點溫度正常B15=1，代表第Sn15點溫度正常。WR1的B01，代表Sn16點溫度正常B151，代表第31點溫度正常。WR+2～3為警告位緩存器，它反映的是是否有高溫或加熱回路斷路；WR+2的B0=1，代表第Sn+0點有高 或加熱回路斷路…B15=1，代表第Sn+15點有高 或加熱回路斷路WR+3的B0=1，代表第Sn+16點有高 或加熱回路斷路…B15=1，代表第31點有高 或加熱回路斷路WR4～WR8，系統(tǒng)使用。本指令可重復使用來選擇哪些點溫度進行加熱或冷卻控制。相關(guān)特殊緩存器的使用說明R4005：低字節(jié)（LowByte），PID運算間隔時間設(shè)定=0，每1秒作一次PID運算=1，每2秒作一次PID運算=2，每4秒作一次PID運算（系統(tǒng)默認值=3，每8秒作一次PID運算=4，每16秒作一次PID運算5，每32秒作一次PID運算：高字節(jié)（HighByte），PIDONOFF（PWM）輸出周期設(shè)定=0PWM周期為1=1PWM周期為2秒（系統(tǒng)默認值=2PWM周期為4=3PWM周期為8=4PWM周期為165PWM周期為32注1R4005的值，必須將FUN86的執(zhí)行控制〝EN〞控制為0，當下一次執(zhí)行控制〝EN〞=1時，才用的設(shè)定值作PID運算控制。注2PWM周期越小越能均勻加熱，但PLC掃描時間所造成的誤差相對也會變大，所以根據(jù)掃描時間可適當調(diào)整PID運算間隔時間與PWM周期可得最佳的控制結(jié)果。FUN86TPCTLFUN86TPCTLR4006：SSR或加熱回路斷路或加熱片老化檢測的大功率輸出檢測設(shè)定值，單位為%?？稍O(shè)定范圍為80～100（。系統(tǒng)默認值為90（%）R4007：SSR或加熱回路斷路或加熱片老化檢測的大功率輸出連續(xù)時間檢測設(shè)定值，單位秒?？稍O(shè)定范圍為60～65535（。系統(tǒng)默認值為600（）R4008：SSR或加熱回路短路檢測的最高溫設(shè)定值，單位為0.1度，可設(shè)定范圍為100～65535（01。系統(tǒng)默認值為3500（0.1度）R4012B01，代表第0點溫控ONB151，代表第15點溫控ON（R4012默認值為FFFFHR4013B01，代表第16點溫控ONB151，代表第31點溫控ON（R4013默認值為FFFFH 當執(zhí)行控制〝EN=1而且該點溫控ON（對應的位設(shè)為1），系統(tǒng)會對該點溫度作PID溫控并得到適宜的輸出量。 當執(zhí)行控制〝EN=1而且該點溫控OFF（對應的位設(shè)為0），系統(tǒng)不會對該點溫度作PID溫控且強迫溫控輸出OF