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PID控制PLC實(shí)現(xiàn)PID控制的方法FX2N的PID指令PID參數(shù)的整定 第七章PLC的PID及變頻器控制 第一節(jié) PLC的PID控制 第二節(jié) PLC控制變頻器的方法 變頻器概述三菱VS 616G5變頻器外部接線圖VS 616G5變頻器多級(jí)調(diào)速的PLC控制VS 616G5變頻器無級(jí)調(diào)速的PLC控制VS 616G5變頻器 PLC在速度檢測(cè)和位置控制時(shí)的接線 1 PID控制 在工業(yè)控制中 PID控制 比例 積分 微分控制 得到了廣泛的應(yīng)用 這是因?yàn)镻ID控制具有以下優(yōu)點(diǎn) 1 不需要知道被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型 實(shí)際上大多數(shù)工業(yè)對(duì)象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型是無法獲得的 對(duì)于這一類系統(tǒng) 使用PID控制可以得到比較滿意的效果 2 PID控制器具有典型的結(jié)構(gòu) 程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 參數(shù)調(diào)整方便 3 有較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性 根據(jù)被控對(duì)象的具體情況 可以采用各種PID控制的變種和改進(jìn)的控制方式 如PI PD 帶死區(qū)的PID 積分分離式PID 變速積分PID等 隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展 PID控制與模糊控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等現(xiàn)代控制方法相結(jié)合 可以實(shí)現(xiàn)PID控制器的參數(shù)自整定 使PID控制器具有經(jīng)久不衰的生命力 第一節(jié) PLC的PID控制 2 PLC實(shí)現(xiàn)PID控制的方法 PLC實(shí)現(xiàn)PID控制的方法1 使用PID過程控制模塊 這種模塊的PID控制程序是PLC生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)的 并存放在模塊中 用戶在使用時(shí)只需要設(shè)置一些參數(shù) 使用起來非常方便 一塊模塊可以控制幾路甚至幾十路閉環(huán)回路 但是這種模塊的價(jià)格昂貴 一般在大型控制系統(tǒng)中使用 如三菱的A系列 Q系列PLC的PID控制模塊 2 使用PID功能指令 現(xiàn)在很多中小型PLC都提供PID控制用的功能指令 如FX2N系列PLC的PID指令 它們實(shí)際上是用于PID控制的子程序 與A D D A模塊一起使用 可以得到類似于使用PID過程控制模塊的效果 價(jià)格卻便宜得多 3 使用自編程序?qū)崿F(xiàn)PID閉環(huán)控制 有的PLC沒有有PID過程控制模塊和PID控制指令 有時(shí)雖然有PID控制指令 但用戶希望采用變型PID控制算法 在這些情況下 都需要由用戶自己編制PID控制程序 S1 指定目標(biāo)值 SV S2 指定測(cè)量值 PV S3 指定PID運(yùn)算參數(shù)的首址 參數(shù)表占用25個(gè)數(shù)據(jù)寄存器 PID運(yùn)算后的結(jié)果存入 D 中 PID指令是用來調(diào)用PID運(yùn)算程序 在PID運(yùn)算開始之前 應(yīng)使用MOV指令將參數(shù)設(shè)定值預(yù)先寫入對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器中 如果使用有斷電保持功能的數(shù)據(jù)寄存器 不需要重復(fù)寫入 如果目標(biāo)操作數(shù) D 有斷電保持功能 應(yīng)使用初始化脈沖M8002的常開觸點(diǎn)將其復(fù)位 3 FX2N的PID指令 PID控制參數(shù)及設(shè)定 4 PID參數(shù)的整定比例系數(shù)Kp越大 比例調(diào)節(jié)作用越強(qiáng) 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度越高 但是對(duì)于大多數(shù)系統(tǒng) Kp過大會(huì)使系統(tǒng)的輸出量振蕩加劇 穩(wěn)定性降低積分部分可以消除穩(wěn)態(tài)誤差 提高控制精度 但是積分作用的動(dòng)作緩慢 可能給系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性帶來不良影響 積分時(shí)間常數(shù)TI增大時(shí) 積分作用減弱 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能 穩(wěn)定性 可能有所改善 但是消除穩(wěn)態(tài)誤差的速度減慢 微分部分是根據(jù)誤差變化的速度 提前給出較大的調(diào)節(jié)作用 微分部分反映了系統(tǒng)變化的趨勢(shì) 它較比例調(diào)節(jié)更為及時(shí) 所以微分部分具有超前和預(yù)測(cè)的特點(diǎn) 微分時(shí)間常數(shù)TD增大時(shí) 超調(diào)量減小 動(dòng)態(tài)性能得到改善 但是抑制高頻干擾的能力下降 選取采樣周期TS時(shí) 應(yīng)使它遠(yuǎn)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 為使采樣值能及時(shí)反映模擬量的變化 TS越小越好 但是TS太小會(huì)增加CPU的運(yùn)算工作量 相鄰兩次采樣的差值幾乎沒有什么變化 所以也不宜將TS取得過小 第二節(jié)PLC控制變頻器的方法 由電機(jī)拖動(dòng)中交流調(diào)速的相關(guān)知識(shí)可知 變頻調(diào)速的性能最好 變頻調(diào)速電氣傳動(dòng)調(diào)速范圍大 靜態(tài)穩(wěn)定性好 運(yùn)行效率高 是一種理想的調(diào)速系統(tǒng) 目前 交流調(diào)速系統(tǒng)的性能已經(jīng)可以達(dá)到或超過直流調(diào)速系統(tǒng) 在不久的將來 交流變頻調(diào)速電氣傳動(dòng)將替代包括直流調(diào)速傳動(dòng)在內(nèi)的其他調(diào)速電氣傳動(dòng) 異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速必須按照一定的規(guī)律同時(shí)改變電機(jī)的定子電壓和頻率 必須通過變頻裝置獲得電壓和頻率都可調(diào)的電源 實(shí)現(xiàn)所謂的VVVF VariableVoltageVariableFrequency 調(diào)速控制 這類能實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速功能的變頻調(diào)速裝置稱之為變頻器 隨著現(xiàn)代功率電子技術(shù)的發(fā)展 變頻器的性能日新月異 有調(diào)速范圍寬 調(diào)速精度高 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快 運(yùn)行效率高 功率因數(shù)高 操作方便并且便于同其他設(shè)備接口等一系列優(yōu)點(diǎn) 一 變頻器概述 二 三菱VS 616G5變頻器外部接線圖 VS 616G5變頻器屬于電壓型變頻器 它包括了4種控制方式 標(biāo)準(zhǔn)V F控制 帶PG反饋的V F控制 無傳感器的磁通矢量控制和帶PG反饋的磁通矢量控制 主電路電源端子R S T經(jīng)交流接觸器和自動(dòng)空氣斷路器與電源連接 無需考慮相序 變頻器輸出電源接到端子U V W上 變頻器的保護(hù)功能動(dòng)作時(shí) 相應(yīng)的繼電器吸合 其常閉觸點(diǎn)斷開變頻器電源側(cè)主電路接觸器的線圈電路 從而切斷變頻器主電路的電源 請(qǐng)勿以主電路的通斷來進(jìn)行變頻器的運(yùn)行 停止操作 必須通過控制電路端子1或端子2來操作 DC電抗器連接端子 1和 2是連接改善功率因數(shù)用電抗器的端子 這兩端子在出廠時(shí)接有短路片 對(duì)于30KW以上變頻器需配置DC電抗器時(shí) 卸掉短路片后再連接 對(duì)小容量變頻器 內(nèi)設(shè)制動(dòng)電阻接在B1和B2端子上 對(duì)較大容量變頻器 需連接外部制動(dòng)電阻時(shí) 接在端子B1 B2上 變頻器必須可靠接地 1 主電路的連接 2 控制電路端子的功能說明 1 輸入信號(hào) 包括對(duì)運(yùn)行 停止 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 點(diǎn)動(dòng)等運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行操作的數(shù)字操作信號(hào) 變頻器通常利用繼電器接點(diǎn)或者晶體管集電極開路形式得到這些運(yùn)行信號(hào) 如PLC的繼電器輸出電路或PLC的晶體管輸出電路 PLC的輸出端口可以和變頻器的上述信號(hào)端子直接相連接 2 監(jiān)測(cè)輸出信號(hào) 包括故障檢測(cè)信號(hào) 速度檢測(cè)信號(hào) 頻率信號(hào)和電流信號(hào)等 分為開關(guān)量檢測(cè)信號(hào)和模擬量檢測(cè)信號(hào)兩種 用來和其他設(shè)備配合以組成控制系統(tǒng) 模擬量檢測(cè)輸出信號(hào)既可根據(jù)需要送給電流表或頻率表 也可以送給PLC的模擬量輸入模塊 開關(guān)量檢測(cè)信號(hào) 它們是通過繼電器接點(diǎn)或晶體管集電極開路的形式輸出 額定值均在24V 50mA之上 完全符合FX系列PLC對(duì)輸入信號(hào)的要求 所以可以將變頻器的開關(guān)量檢測(cè)信號(hào)和FX系列PLC的輸入端直接相連接 從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的反饋控制 控制電路端子的功能說明 三 VS 616G5變頻器多級(jí)調(diào)速的PLC控制 可以利用PLC的開關(guān)量輸入輸出模塊對(duì)變頻器的多功能輸入端進(jìn)行控制 實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn) 多速控制 可以利用變頻器的數(shù)字操作器對(duì)多功能輸入 輸出端子的功能重新進(jìn)行設(shè)定 表7 1中為出廠時(shí)所設(shè)定 用數(shù)字操作器對(duì)參數(shù)H1 01 H1 06進(jìn)行設(shè)定 可實(shí)現(xiàn)多達(dá)9段速運(yùn)行 設(shè)定情況如下表所示 多段速參數(shù)的設(shè)定 設(shè)定方法 點(diǎn)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)是一種與所設(shè)置的加減速時(shí)間無關(guān)的 單步的 以點(diǎn)動(dòng)頻率運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)功能 變頻器的5 6 7端子經(jīng)過功能設(shè)定后再通過通斷組合 可控制8擋頻率 連同端子8對(duì)應(yīng)的點(diǎn)動(dòng)頻率 共可實(shí)現(xiàn)9段速的控制 每擋相應(yīng)的頻率可以通過數(shù)字操作器對(duì)參數(shù)d1 01 d1 09的設(shè)置而定 范圍0 400Hz 多段頻率的選擇 圖是利用FX1N 24MR型PLC和VS 616G5變頻器實(shí)現(xiàn)9段速的硬件接線圖 Y6 Y7 Y10和Y11全為OFF時(shí) 電機(jī)以頻率指令1對(duì)應(yīng)的頻率運(yùn)行 d1 01設(shè)定的值 Y6為ON 而Y7 Y10和Y11全為OFF時(shí) 電機(jī)以頻率指令2對(duì)應(yīng)的頻率運(yùn)行 d1 02設(shè)定的值 依次類推 變頻器的數(shù)字量檢測(cè)信號(hào)直接和PLC的輸入端相連 實(shí)際控制中9段速和所有檢測(cè)信號(hào)未必一定全部采用 需根據(jù)具體情況而定 應(yīng)用舉例 四 VS 616G5變頻器無級(jí)調(diào)速的PLC控制 無級(jí)調(diào)速是指頻率指令信號(hào)從變頻器的模擬輸入端子輸入 變頻器可以利用自身的頻率設(shè)定電源來進(jìn)行頻率指令的設(shè)定 如VS 616G5變頻器外部接線圖所示 在生產(chǎn)實(shí)際中 頻率指令信號(hào)一般來自于調(diào)節(jié)器或者PLC PLC必須配置模擬量輸出模塊 將輸出的0 10V或4 20mA模擬量信號(hào)送給變頻器相應(yīng)的電壓或電流輸入端 這種PLC控制變頻器的調(diào)速方法 優(yōu)點(diǎn)是硬件上接線簡(jiǎn)單 可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速 缺點(diǎn)是PLC的模擬量輸出模塊價(jià)格較高 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí) 須根據(jù)變頻器的輸入阻抗來選擇PLC的模擬輸出模塊 選用的PLC模擬量輸出模塊的信號(hào)范圍和變頻器的輸入信號(hào)范圍一致 五 VS 616G5變頻器 PLC在速度檢測(cè)和位置控制時(shí)的接線 配置專用的高速計(jì)數(shù)模塊和運(yùn)動(dòng)控制模塊 選用特殊功能擴(kuò)展模塊 增加系統(tǒng)的硬件投資 將PLC基本單元內(nèi)部的內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器和變頻器的速度卡配合使用 節(jié)省硬件費(fèi)用 工業(yè)控制中 實(shí)現(xiàn)速度和位置的閉環(huán)控制方法 與電機(jī)同軸相連的脈沖輸出式旋轉(zhuǎn)編碼器PG會(huì)隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)出相位互差90 的A B兩相脈沖 變頻器速度卡PG B2能夠接收這兩相脈沖 并將其轉(zhuǎn)換為與實(shí)際轉(zhuǎn)速相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)送給變頻器 變頻器將實(shí)際速度與內(nèi)部的給定速度相比較 從而調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率和電壓 編碼器起著檢測(cè)運(yùn)行速度 運(yùn)行位置和運(yùn)行方向的作用 它和VS 616G5變頻器速度卡PG B2之間用屏蔽電纜相連接 該電纜連接于PG B2卡上的TA1端子上 TA2端子為兩相脈沖的監(jiān)視輸出端子 屏蔽端接在卡上的TA3端子上 TA1端子的1 2分別為給編碼器供電的正負(fù)電源 12V 0V 如果程序中使用的是1相1計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器C235 C245中的一個(gè)計(jì)數(shù)器 則TA2端子中只使用一相輸出即可 例如使用A相 則把TA2的2號(hào)端子和PLC的輸入端COM連接 而TA2的1號(hào)端子則需要根據(jù)所使用的計(jì)數(shù)器查相關(guān)PLC手冊(cè)來定 計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)的方向由M8 的狀態(tài)來決定 如使用C237 1號(hào)端子就需和X2連接 如使用C243 1號(hào)端子就需和X4連接 圖為FX2N 64MR VS 616G5 PG B2卡和旋轉(zhuǎn)編碼器PG在某系統(tǒng)中的硬件接線圖 PG B2卡的TA2輸出端子的使用情況與PLC程序中所使用的高速計(jì)數(shù)器有關(guān) 如果程序中使用的是1相2計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器C246 C250中的一個(gè)計(jì)數(shù)器 則TA2端子中也只使用一相輸出 以使用A相為例 同樣把TA2的2號(hào)端子和PLC的輸入端COM連接 而TA2的1號(hào)端子則需要根據(jù)所使用的計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方向查手冊(cè)來定 如C246的加計(jì)數(shù)時(shí)TA2的1號(hào)端子和X0連接 而C246的減計(jì)數(shù)時(shí)TA2的1號(hào)端子和X1連接 如C248的加計(jì)數(shù)時(shí)TA2的1號(hào)端子和X3連接 而C248的減計(jì)數(shù)時(shí)TA2的1號(hào)端子和X4連接 如果程序中使用的是2相2計(jì)數(shù)輸入計(jì)數(shù)器C251 C255中的一個(gè) 則TA2端子的兩相輸出都需使用 TA2的2 4輸出端子連在一起后與PLC的輸入端COM相連接 1 3端子連接的PLC輸入端口隨計(jì)數(shù)器的不同而不同 如使用C251 則TA2的1 3端子連接PLC的X0 X1端口 如圖所示 如使用C255 則TA2的1 3端子連接PLC的X3 X4端口 運(yùn)行前 須由數(shù)字操作器設(shè)置變頻器參數(shù)F1 05 以決定正轉(zhuǎn)時(shí)A B兩相脈沖那一相超前 設(shè)定值 0 的場(chǎng)合 意味著正轉(zhuǎn)時(shí)A相輸入在接通期間B相輸入由斷開變?yōu)榻油?A B的這種相位關(guān)系使計(jì)數(shù)器加計(jì)數(shù) 通過上述設(shè)置 在電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)計(jì)數(shù)器自動(dòng)加計(jì)數(shù) 反轉(zhuǎn)時(shí)計(jì)數(shù)器自動(dòng)減計(jì)數(shù) 由M8 的狀態(tài)可以監(jiān)視計(jì)數(shù)器的加減狀態(tài) 謝謝