《電氣控制綜合實(shí)訓(xùn)》-基于PLC的恒壓供水控制 課件

職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫

任務(wù)一：恒壓供水系統(tǒng)認(rèn)知

任務(wù)二：基于PLC的恒壓供水控制

任務(wù)三：監(jiān)控界面組態(tài)任務(wù)四：恒壓供水系統(tǒng)運(yùn)行項(xiàng)目四

恒壓供水系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制掌握模擬量采集、變換及濾波，熟悉PID控制

熟練應(yīng)用USS協(xié)議控制西門子MM420變頻器

1.實(shí)訓(xùn)的目的與要求（1）目的職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫（2）要求熟練掌握模擬量模塊EM235的接線、校準(zhǔn)；掌握模擬量地址設(shè)置、采集、變換及濾波；理解PID控制各部分的作用，熟悉PID指令；掌握變頻器通信控制的接線與參數(shù)設(shè)置；熟練應(yīng)用USS協(xié)議控制西門子MM420變頻器。任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫2.基本原理任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制模擬量模塊EM235

EM235，具有四路模擬量輸入及一路模擬量輸出，圖4-10中給出EM235的接線端子情況。輸出端子在圖的下方。輸出是電流量還是電壓量在接法上有區(qū)別。圖4-9EM235模塊圖4-10EM235輸入/輸出端子接線職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫變送器的選擇

變送器用于將傳感器提供的電量或非電量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)量程的直流電流或直流電壓信號(hào)，例如DC0~10V和DC4~20mA。電流傳送比電壓傳送的傳送距離遠(yuǎn)得多。任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫

模擬量模塊在接入電路工作前需完成配置及校準(zhǔn)，配置指根據(jù)實(shí)際需接入的信號(hào)類型對(duì)模塊進(jìn)行的一些設(shè)定，校準(zhǔn)是與實(shí)際相符。

任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制EM235的配置職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫EM235的配置

增益及偏置調(diào)節(jié)使用的電位器及配置調(diào)節(jié)使用的6只開關(guān)。開關(guān)SWl~SW6的分類功用見表4-1任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫EM235的配置開關(guān)狀態(tài)組合所對(duì)應(yīng)的輸入范圍及分辨率見表4-1，表中分成單極性輸入及雙極性輸入兩種情況。

任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫PID參數(shù)的作用

PID控制器的Kc、Ti、Td參數(shù)作用如下：比例部分與誤差信號(hào)在時(shí)間上是一致的，只要誤差一出現(xiàn)，比例部分就能及時(shí)地產(chǎn)生與誤差成正比例的調(diào)節(jié)作用，具有調(diào)節(jié)及時(shí)的特點(diǎn)。任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫PID參數(shù)的作用

積分部分與誤差的大小和歷史有關(guān)，只要誤差不為零，積分就一直起作用，直到誤差消失，無靜差，積分部分可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。微分部分反映了被控量變化的趨勢，較比例調(diào)節(jié)更為及時(shí)，Td增大，超調(diào)量減小，動(dòng)態(tài)性能得到改善，但系統(tǒng)抑制高頻干擾的能力下降。任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫PID參數(shù)的作用

采樣周期Ts應(yīng)能及時(shí)反映模擬量的變化，遠(yuǎn)小于系統(tǒng)階躍響應(yīng)的純滯后時(shí)間或上升時(shí)間。表4-3給出了過程控制中采樣周期的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫連接CPU和變頻器之間的通信電纜

設(shè)置變頻器的通信參數(shù)

編寫用戶程序?yàn)閁SS指令庫分配V存儲(chǔ)區(qū)

USS協(xié)議指令任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制USS協(xié)議指令職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫USS協(xié)議指令任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制編寫用戶程序。

USS_INIT指令用于初始化或改變USS的通信參數(shù)，只需在第一個(gè)掃描周期調(diào)用一次。

在用戶程序中，每一個(gè)被激活的變頻器只能有一條USS_DRV_CTRL（變頻器控制）指令。職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫USS協(xié)議指令任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制為USS指令庫分配V存儲(chǔ)區(qū)。

設(shè)置變頻器的通信參數(shù)

連接CPU和變頻器之間的通信電纜職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫3.實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容(1)模擬量采集與變換

(2)PID向?qū)?yīng)用

(3)

USS控制任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫4.操作步驟(1)使用的器材和工具1）恒壓供水控制柜1套。2）導(dǎo)軌10米。3）空氣斷路器，10A，數(shù)量：8個(gè)。4）熔斷器，10A，數(shù)量：4個(gè)。5）交流接觸器，10A，數(shù)量：5個(gè)。6）PLC，數(shù)量：1個(gè)。7）模擬量模塊EM235，數(shù)量：1個(gè)。任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫4.操作步驟(1)使用的器材和工具8）萬用表，數(shù)量：1塊。9）線槽15米，線槽蓋板15米。10）電流互感器，3個(gè)。

11）轉(zhuǎn)換開關(guān)1個(gè)。

12）按鈕6個(gè)13）電壓表1塊。14）壓力傳感器1個(gè)。15）電流表3塊任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫(2)操作步驟任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制校準(zhǔn)EM235

模擬量線性變換

整定PID參數(shù)

變頻器參數(shù)設(shè)置

USS_INIT通信初始化

設(shè)置PID向?qū)?/p>

變頻器通信控制

安裝EM235

職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制

1)根據(jù)輸入信號(hào)的類型及變化范圍設(shè)置DIP開關(guān)，完成模塊的配置工作。必要時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)工作。

2)完成硬件的接線工作。注意輸入、輸出信號(hào)的類型不同，采用不同的接入方式。安裝EM235職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制

3)確定模塊安裝入系統(tǒng)時(shí)的位置，并由安裝位置確定模塊的編號(hào)。

4)為了在主機(jī)中進(jìn)行輸入模擬量轉(zhuǎn)換后數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的處理及為了輸出需要在模擬量單元中轉(zhuǎn)換為模擬量的數(shù)字量，要在主機(jī)中安排一定的存儲(chǔ)單元。安裝EM235職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制

校準(zhǔn)輸入的步驟如下：1）切斷模塊電源。使用配置開關(guān)選擇需要的輸入范圍。2）接通CPU各模塊電源，并穩(wěn)定15min。3）用一個(gè)傳感器，將零值信號(hào)加到一個(gè)輸入端。4）讀出CPU中測量值。5）調(diào)節(jié)偏置電位器，使讀數(shù)為零。6）將一個(gè)滿刻度信號(hào)接入某個(gè)輸入端，讀取CPU的值。7）調(diào)節(jié)增益電位器，直到CPU的讀數(shù)為32000。校準(zhǔn)EM235職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制

模擬量輸入模塊EM235將模擬量變換為54~10700的數(shù)字量，轉(zhuǎn)換后存儲(chǔ)在AIW0，將其變換為壓力，則壓力的計(jì)算公式應(yīng)為：模擬量線性變換

因?yàn)樵摴娇捎枚鄠€(gè)模擬量的反復(fù)轉(zhuǎn)換，可設(shè)計(jì)為通用公式：職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制

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(shí)際值，OUT：輸出量實(shí)際值，模擬量線性變換

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1）設(shè)置PID指令回路的編號(hào)點(diǎn)擊編程軟件指令樹中的“\向?qū)PID”圖標(biāo)，或執(zhí)行菜單命令“工具”→“指令向?qū)А?，在出現(xiàn)的對(duì)話框中，設(shè)置PID回路的編號(hào)為0。如圖4-13所示。設(shè)置PID向?qū)?/p>

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2）設(shè)定值的范圍、回路參數(shù)職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制

3）標(biāo)定極性、過程變量范圍職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制

4）分配存儲(chǔ)區(qū)

PID指令（功能塊）使用了一個(gè)120個(gè)字節(jié)的V區(qū)參數(shù)表來進(jìn)行控制回路的運(yùn)算工作；除此之外，PID向?qū)傻妮斎?輸出量的標(biāo)準(zhǔn)化程序也需要運(yùn)算數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制

5）命名PID子程序、生成中斷子程序職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制

6）完成配置可以看到一些配置信息。如圖4-18所示。在主程序調(diào)用PID子程序，便可獲得輸出。這個(gè)輸出值有時(shí)需進(jìn)行限制（例如半功率、檢修），以滿足各種需要。職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制整定PID參數(shù)

使用控制面板時(shí)，首先應(yīng)將至少有一個(gè)PID回路的用戶程序下載到CPU，軟件必須與S7-200通信，為了顯示PID回路的操作，該P(yáng)LC必須處于運(yùn)行模式。執(zhí)行“工具→PID調(diào)節(jié)控制面板”，將會(huì)打開PID整定控制面板，觀察到設(shè)定值SP、輸出MV和過程變量PV的變化曲線和當(dāng)前的數(shù)值。職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制

“當(dāng)前值”區(qū)域顯示了設(shè)定值、采樣時(shí)間、增益、微分時(shí)間的數(shù)值。控制器的輸出值用帶數(shù)字值的水平條形圖來表示，如圖4-19所示。職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制

“當(dāng)前值”區(qū)域右邊的圖形顯示區(qū)用不同的顏色顯示了設(shè)定值、過程變量、和輸出量相對(duì)于時(shí)間的曲線。

點(diǎn)擊“更新PLC”按鈕，將顯示的增益、積分時(shí)間和微分時(shí)間傳送入PLC被監(jiān)視的PID回路中。職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制

圖形顯示下方的“當(dāng)前PID”選擇框用下拉式菜單可以選擇希望在控制面板中監(jiān)視的PID回路。用“設(shè)置時(shí)間”按鈕來使修改后的抽樣率生效

圖形區(qū)的右下側(cè)是圖例，標(biāo)出了設(shè)定值、過程變量、和輸出量曲線的顏色。職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制

點(diǎn)擊“調(diào)諧參數(shù)（分鐘）”區(qū)內(nèi)的“高級(jí)...”按鈕，在彈出的對(duì)話框中可以選擇是否自動(dòng)計(jì)算滯后值和偏移量，為了盡量減少自整定過程對(duì)控制系統(tǒng)的干擾，用戶也可以。

設(shè)置好參數(shù)后，單擊“確認(rèn)”按鈕，返回PID整定控制面板的主屏幕。

職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制

1）恢復(fù)變頻器工廠缺省值。2）設(shè)置電動(dòng)機(jī)參數(shù)。設(shè)置完成后，使P0010=0，變頻器處于準(zhǔn)備狀態(tài)，可正常運(yùn)行。3）設(shè)置通信控制參數(shù)，如表4-4所示。變頻器通信控制參數(shù)設(shè)置職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制變頻器通信控制參數(shù)設(shè)置職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制

初始化指令（見圖4-20）用于允許、初始化或禁止MM變頻器的通信。USS_INIT通信初始化職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制

“EN”輸入端接SM0.1。字節(jié)“Mode”為1將端口0分配給USS協(xié)議；為0將端口0分配給PPI協(xié)議，并禁止USS協(xié)議。雙字“Baud”用于設(shè)定波特率。雙字“Active”用于指定激活哪幾臺(tái)變頻器。USS_INIT通信初始化職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制變頻器通信控制

USS_CTRL指令（見圖4-20）用于控制處于激活狀態(tài)的MM變頻器，該指令將用戶命令放在一個(gè)通信緩沖區(qū)內(nèi)如果由“Drive”指定的變頻器被指令中的“Active”參數(shù)選中，緩沖區(qū)內(nèi)的命令將被發(fā)送到該變頻器。職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制變頻器通信控制

“EN”輸入位一般為SM0.0?！癛UN”控制變頻器為1或是0。方向輸入位“DIR”用于設(shè)置變頻器的運(yùn)動(dòng)方向，0和1分別表示逆時(shí)針和順時(shí)針方向。職業(yè)教育機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)資源庫任務(wù)二基于PLC的恒壓供水控制變頻器通信控制

字節(jié)“Drive”是DRV_CTRL命令發(fā)送給MM變頻器的站地址（0~31）。實(shí)數(shù)“Speed_SP”是用滿速的百分比表示的速度設(shè)定值（-200.0%~200.0%）。該值為負(fù)時(shí)使變頻器反方向旋轉(zhuǎn)?！癛esp_R”位用于確認(rèn)從變頻器來的響應(yīng)。職