基于PLC的压力控制系统设计概要

原创 2020-05-14 19:29  阅读

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  基于 PLC 的压力控制系统设计 赵华军 (广州铁路职业技术学院,510430 摘要:本文介绍了利用压力传感器检测管道压力信号,并将压力信号经 FX 0N 3A 模拟量模块进行 A /D 转换采集到 PLC ,PLC 运算后产生相应动作,并通过 D /A 转换输出,控制变频器的工作。 关键词:模拟量;PLC ;变频器;A /D;D /A 中图分类号:TM 571.6+1 文献标识码:B 文章编号:1004-0420(201006-0028-03 0 前言 某企业需要将两种溶液 A 、B 按照一定比例进行混合搅拌反应。由于 A 溶液 的流速是变化的,为了保证两种溶液按一定的比例搅拌反应,要求 B 溶液流速也要跟 随 A 溶液的变化而产生变化。系统结构图如图 1 所示。 图 1 控制系统图 1 系统控制设计 为实现这一要求,采取如下方法控制:利用 A 溶液管道所装压力传感器 C 1 将 A 溶液的流速转换成压力信号输送给模拟量采集模块通道 1,A /D 转换后将数字量传 入 PLC 。同理将 B 溶液管道的压力数据经压力传感器 C 2 和 PLC 模拟量采集模块 通道 2 传送到 PLC 。 在我国,水泵为满足运行中的最高功率要求,输出功率经常有很大的设计冗余。 在没有变频器调速的情况下,一般通过阀门、风门等设备调节输出功率满足负载变 化要求,输出的能量被大量浪费在阀门和风门挡板上。而在使用变频器的情况下,这 些设备可以根据实际负载需要,通过调整电机转速来调整输出功率,使电动机的输出 能量得到高效利用。工业企业在使用变频器后,有助于调整电机运行速度,优化生产 工艺,可以达到显著的节能效果。控制系统接线 PLC 控制系统接线 硬件选择 由于需要采集两路模拟量信号,且要通过一路数字量信号转模拟量进行输出控 制,考虑采用三菱的 FX 0N -3A 模拟量处理模块。该模块具有两路模拟量信号输入,一路模拟量信 号输出功能。通道数字分辨率为 8 位,A /D 的转换时间为 100 s ,在模拟与数字信号 之间采用光电隔离,适用于 FX 1N 、F X 2N 、FX 2NC 及以后的各子系列 PLC 。由 于控制所需 I /O 点数不多,可以考虑选择三菱 FX 2N -32MR 。变频器选用三菱公司 FR -A540 变频器。 1 2 模拟量数据采集 1 2 1 模拟量输入信号的选择 FX 0N -3A 模拟量特殊模块输入信号可以是电压量也可以是电流量。电压信号 取值范围为 0V~10V,或者 0V~5V;信号-0.5V 或者+15V 会损坏模块。电流信号取 值范围为 4mA ~20mA,信号-2mA 或者+60mA 会损坏模块。为了方便控制,这里 我们选择采集 0V~10V 的电压信号输入。 1 2 2 模拟量模块输入的增益及偏置调节 增益决定了校正线的角度或者斜率,在 FX 0N -3A 模块中用 250 来标识,偏移是 校正线的 位置 ,由数字值 0 标识。FX 0N -3A 模块在出厂时已经按照 0V ~10 ! 28!机床电器 2010 6 PLC ? 变频器? 计算机!!!基于 PLC 的压力控制系统设计 V 进行了调整。在 FX 0N -3A 模块的面板上分别有 A /D OFFSE T 、A /D GAI N 、D /A OFFSET 、D /A GA I N 四个旋钮,用于进行偏移和增益的调整。 电压发生器产生 10V 的模拟信号输入到 FX 0N -3A 中。按照如图 3 所示,进行 模拟量模块输入的增益及偏置调整接线。旋转 A /D GA I N 旋钮(顺时针增大,逆时 针减小,使 D0 的值调整到 250。增益值就调整 好了。 图 3 模拟量模块输入的增益及偏置接线V 的模拟信号输入到 FX 0N -3A 中。旋转 A /D OFFSET 旋钮(顺时针增大,逆时针减小,使 D0 的值调整到 1。偏移值就调整好了。 本例接线是接入模拟量输入通道 1,当调整通道 1 的偏移和增益时,另一个通道 (通道 2 的偏移和增益也会自动调整好。 运行并监控模拟量输入输出处理程序如图 4 。 图 4 模拟量输入输出处理程序 1 2 3 注意事项 a .电压信号的输入接线 短接; b .如果存在干扰,可以在 V I N 1 和 C OM 1 之间接一个耐压 25V,容量 0.1 F ~0.47 F 的电容器; c .输入通道 1 和通道 2 不能一个接入电流信号另一个接入电压信号,而是应该 接入同一种信号,如两个通道都接入电流信号,或者两个通道都接入电压信号。 1 3 模拟量输出 在图 2 中,系统需要利用 PLC 产生的模拟量控制变频调速,为完成这个任务,需 要将控制数字量转换成模拟量,通过变频器的模拟量输入控制电动机的转速。 1 3 1 模拟量模块输出信号的选择 FX 0N -3A 模拟量处理模块有一路模拟量信号输出,通过对模拟量模块连接端 子的不同种接线mA~20mA 电流信号。这里我们选择 4mA ~20mA 的电流信号进行控制。 13 2 模拟量模块的增益及偏置调节(图 5 模块的增益可设定为任意值。然而,如果要得到最大 8 位的分辨率可使用 0~250。我们采用 0~250 的数字量对应 4mA ~20mA 的电压输出。调节方法与模拟 量输入的调节方法相同,可以采用图 3 所示程序进行调节,需要变更的是要在程序中 分别置 D4 为 1 或者 250,产生对应 4mA ~20mA 的电流值。当设置 D4=250 时,旋动 D /A GA I N 旋钮(顺时针增大,逆时针减小使得安培表的值为 20mA;当设置 D4=1 时, 旋动 D /A OFFSET 旋钮(顺时针增大,逆时针减小使得安培表的值为 4.064mA 的模 拟信号。这样增益和 偏置就调整好了。 图 5 模拟量模块输出的增益及偏置接线 变频器主要参数的设置 通常情况下,变频器的速度调节可采用键盘调节或电位器调节方式。但是,在速 度要求根据工艺而变化时,仅利用上述两种方式则不能满足生产控制要求,因此,须利 用 PLC 灵活编程及控制的功能,实现速度因工艺而变化,从而保证产品的合格率。本 例中 PLC 根据控制要求产生相应的其他控制动作,并将两个传感器输送到 PLC 的数 据进行 P I D 运算,产生一个控制数字量,并经模拟量输出模块的 D /A 转换后,转换成 一个模拟量信号,经模拟量输出通道输送到变频器。变频器在模拟量的控制下产生 相应的输出频率,从而改变泵的转速,实现溶液的比例动态平衡。 根据控制要求,设置变频器的运行模式为外部运 ! 29!PLC ? 变频器? 计算机!!!基于 PLC 的压力控制系统设计机床电器 2010 6 行模式,运行频率为外部运行频率设定方式,Pr.79= 2;模拟频率输入电压信号为 0V~5V,所以,P r.73= 0;其余参数根据电机功率、额定电压、负载等情况进行设定,如 下表所示: 表 1 参数值设定表 序号参数数值作用 1Pr.180 上限频率 2Pr.220 下限频率 3Pr.360 基准频率 4Pr.730 模拟频率输入电压信号 5Pr.792 外部运行频率设定方式 6Pr.1844Au 信号 2 结束语 上述控制在实际使用过程中运行良好,能对两种溶液进行充分融合反应。本控 制将 PLC 易于编程的特点与变频器频率调节灵活的特点很好的结合起来了。凯发下载。当然 不同的 PLC 的编程和硬件配置方法会不同,尽管是相同的变频器配用不同的模拟量 转换模块编程也会不同。比如罗克韦尔 PLC 在增加 D/A 模块时,只要在编程环境下 的硬件配置中添加该模块即可,比如选用三菱的其他模拟量转换成数字量的模块,编 程就不能使用 RD3A 和 WR3A 指令。总之,充分利用 PLC 模拟量输出功能可以控制 变频器从而控制设备的速度,满足生产的需要。 参考文献: [1] 求是科技编著.PLC 应用开发技术与工程实践[M].北 京:人民邮电出版社,2005. [2] 张万忠.可编程控制器应用技术[M].北京:化学工业 出版社,2002. [3] 三菱公司.FX 2N 系列 PLC 编程手册[Z].三 菱公司. 2002 . [4] 三菱公司.FX 0N -3A SPECIAL FUN CT I ON BLOCK. M ITS U BIS H I ELECTR I C CORPORAT ION[Z].2002. 收稿日期:2010-08-25 作者简介:赵华军(1974-,男,讲师,主要研究方向自动化 控制技术。 (上接第 19 页 图 9 对给定速度值进行数据转换 图 10 使用 FC93 写位移块中的给定速度值 P82:5 图 10 是使用 FC93 来对速度设定值进行写入, FC93 中的形参说明如下:PA W_Start 为输出 PKW 的首 地址;PE W_Start 为输入 PK W 的首地址;P ara m eter_nr 为要写入参数的参数号;I ndex 为要写入参数的子参数 号;W ert 为要写入的值;ERROR 为 FC93 运行状态代 码;Quit 为 FC93 写入参数完成。由此可见,使用 FC93 来写入参数是比较方便的。 4 小结 参数区数据 PK W 的读写是使用 Sm i odri v e611u 中的一个难点,不大容易理解。本文重点讲解了 PK W 的构成和原理,并通过实例讲解了如何使用两种不同 的编程方法对 PK W 数据进行读写,希望能对广大使用 611u 的同仁起到抛砖引玉的作用,不足之处还请不吝 赐教。 参考文献: [1] Si m odrive611universa l contro l components for closedl oop speed control and pos iti oni ng functi on m anua l[Z].SI E M E N S AG,2008. [2] STEP7 编程手册[Z].SIE M EN S AG,2006. 收稿日期:2010-07-15 ! 30 ! 机床电器 2010 6PLC? 变频器? 计算机!!!基于 PLC 的压力控制系统设计

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