东北石油大学本科生毕业设计（论文） I+I－U+U－电负载源
图4-11 接线图
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东北石油大学本科生毕业设计（论文） 第5章 系统开发
本系统的程序开发主要是PLC的程序开发，采用的是根据系统的控制流程和控制目标，在计算机上先编辑好PLC软件，然后传给PLC的方法，所用软件是三菱GX Developer7版本。这是整个供水系统软件开发的重点，系统的重要功能实现和顺序控制都依靠它，它的开发好坏直接影响对了整个控制系统的质量好坏和功能实现，下面就详细叙述。
5.1 PLC应用的开发步骤
PLC的应用设计，一般应按下述几个步骤进行。 ①熟悉被控制对象
首先要全面详细地了解被控对象的机械结构和生产工艺过程，了解机械设备的运动内容、运动方式和步骤，归纳出工作循环图或状态（功能）流程图。
②明确控制任务与设计要求
要了解工艺过程和机械运动与电气执行元件之间的关系和对电控系统的控制要求。例如机械部件的传动与驱动，液压、气动的控制，仪表、传感器的连接与驱动等。归纳出电气执行元件的动作节拍图。电控系统的根本任务就是实现这个节拍图。
以上两个步骤得到的图、表，综合而完整地反映了被控对象的全部功能和对被控系统的全部要求，是整个系统设计的依据，也是系统设计的目的和任务所在，必须仔细分析和掌握。
③制定电气控制方案
根据生产工艺和机械运动的控制要求，确定电控系统的工作方式，例如全自动、半自动、手动、单机运行和多机联线运行等。还要确定电控系统应有的其他功能，例如故障诊断与显示报警、紧急情况的处理、管理功能、联网通信功能等。
④确定电控系统的输入输出信号
通过研究工艺过程和机械运动的各个步骤、各种状态、各种功能的发生、维持、结束、转换和联系信号来确定哪些信号需要输入PLC，哪些信号需要PLC输出或者哪些负载要由PLC驱动，分类统计出各种输入输出量的性质与参数，做好PLC的I/O点数统计。
5．2 PID控制原理
将压力传感器传来的电流信号（0～10mA）通过一个1KΩ的电阻转化为0～10V的电压信号。这个电压信号经RTD模块放大后送给三菱PLC的模拟输入量模块FX2N-4AD转化为12位的数字信号，该模块有四个模拟量输入通道，12位的
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东北石油大学本科生毕业设计（论文） 分辨率，总体精度在+1%，转换速度15ms/通道。转换后的数据存入PLC内部特殊数据寄存器D0。PLC根据采集的信号计算出偏差e(t)和偏差变化率ec(t)，按照PID的控制规则计算控制量u(t) ，并输出控制量u(t)。经三菱PLC的模拟输出量模块FX2N-4DA的D/A转换，变换成0~5V的电压信号，送至变频器，并通过变频器调节4#水泵电机的工作电流，实现系统的变频恒压控制FX2N-4DA模块有四通道D/A输出，总体精度+1%，转换速度2.1ms。
设定值e(t)PID算法A/DD/A被控对象压力检测变频电机
图5-2 PID控制原理图
在压力采集时，运用FROM(FNC78)指令采样5次求平均值e(t)，在软件上设计数字滤波程序，实现每个通道数据的均值滤波，力求在扰动多、滞后大的系统中提高数据的准确性和真实性。然后对照下图5.4来4#水泵电机变频运行实现变频恒压控制。
z1e1z2e2z3e3z4e4
图5-3 工作模式区域划分
1）当e0 3）当e2 4）当e3 5.3 PLC程序 可编程控制器是按照用户的要求编写程序来进行工作的。程序的表达方式基本有四种：梯形图、指令表、逻辑功能图和高级语言。绝大多数PLC是使用梯形图和指令表编程。梯形图是一种图形语言，它沿用了传统的继电接触器控制中的触点、线圈、串并联等术语和图形符号，而且加入了许多功能强而又使用灵活的指令，将微机的特点结合进去，使得编程容易。梯形图比较形象、直观，对于熟悉继电接触器控制系统的人来说，也容易接受，世界上的各生产厂家都把梯形图作为第一用户编程语言。本系统所使用的方法就是将控制任务用梯形图编程实现，离线灌入PLC，携带至现场实现其现场功能。 22 东北石油大学本科生毕业设计（论文） 5.3.1 基本步骤 编写程序可分为几个基本步骤： ①首先列出所有I/O设备和分配给他们的I/O点的目录，并且写好分配给每一个I/O设备I/O位的表格。 ②确定工作位用什么字，写出使用它们时能分配它们的表格。 ③准备一张TC编号和跳转编号的表格。一张TC号程序中仅能定义一次；跳转号01－99在每个程序也只能使用一次。 ④画梯形图。 ⑤将程序输入到CPU单元。 ⑥检查程序有无语法错误并更正错误。 ⑦运行改程序以检查是否存在运行错误并更正错误。 ⑧当整个控制系统安装好并准备使用时，运行该程序并按要求仔细调试。 5.3.2程序中使用的继电器 电控系统的逻辑功能实际上就是接收各种输入信号并经过处理后发出相应的输出信号。本系统经总体规划后，在程序中使用了如下一些继电器。 ①输入输出继电器 输入输出继电器区是PLC与外部设备进行数据传送的窗口，它通过按钮、转换开关、传感器等输入装置，将指令送给PLC，经内部处理后，把程序的控制结果输出到继电器、电磁线圈、显示器、接触器等。 表5-1 系统中的I/O设置 名称 1#泵反馈信号 2#泵反馈信号 3#泵反馈信号 4#泵反馈信号 水位信号 变频器故障信号 1#泵运行 2#泵运行 3#泵运行 编程地址 X0000 X0001 X0002 X0003 X0004 X0005 Y0002 Y0003 Y0004 说明 1#泵运行时的反馈信号 2#泵运行时的反馈信号 3#泵运行时的反馈信号 4#泵运行时的反馈信号 此时一台水泵电机工作 变频器故障信号 1#水泵电机运行输出信号 2#水泵电机运行输出信号 3#水泵电机运行输出信号 23 东北石油大学本科生毕业设计（论文） 4#泵运行 PLC 故障指示 1#泵故障指示 2#泵故障指示 3#泵故障指示 4#泵故障指示 Y0005 Y0006 Y0012 Y0013 Y0014 Y0015 4#水泵电机运行输出信号 PLC故障指示输出信号 1#水泵电机故障指示输出信号 2#水泵电机故障指示输出信号 3#水泵电机故障指示输出信号 4#水泵电机故障指示输出信号 ②内部继电器区 内部继电器区是PLC内部的存储区域，作为辅助编程用。具有以下几个特点； 1）不能直接向外部输出； 2）PLC的电源OFF或者停止RUN时，数据清除； 3）程序内接点的使用数不限； 4）能以位为单位以及以字为单位进行处理； 5）使用高速计数器的场合，有作为预置继电器使用的位； 6）以位为单位使用扩充内部继电器的指令（LD等），程序存储器必需两步。 表5-2 内部继电器分配表 名称 1#水泵（Z2） 2#水泵（Z2） 3#水泵（Z2） 1#水泵转换A 2#水泵转换A 3#水泵转换A 1#水泵(Z3) 2#水泵(Z3) 3#水泵(Z3) 1#水泵转换B 2#水泵转换B 3#水泵转换B 编程地址 M0002 M0003 M0004 M0012 M0013 M0014 M0022 M0023 M0024 M0032 M0033 M0034 说明 1#水泵在Z2状态的控制信号 2#水泵在Z2状态的控制信号 3#水泵在Z2状态的控制信号 Z3转到Z2状态水泵1的内部停机记录 Z3转到Z2状态水泵2的内部停机记录 Z3转到Z2状态水泵3的内部停机记录 1#水泵在Z3状态的控制信号 2#水泵在Z3状态的控制信号 3#水泵在Z3状态的控制信号 Z2转到Z3状态水泵1的内部停机记录 Z2转到Z3状态水泵2的内部停机记录 Z2转到Z3状态水泵3的内部停机记录 24