PID和變頻器控制.ppt

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PID控制PLC實現(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變頻器多級調(diào)速的PLC控制VS 616G5變頻器無級調(diào)速的PLC控制VS 616G5變頻器 PLC在速度檢測和位置控制時的接線 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 這是因為PID控制具有以下優(yōu)點 1 不需要知道被控對象的數(shù)學(xué)模型 實際上大多數(shù)工業(yè)對象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型是無法獲得的 對于這一類系統(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)計簡單 參數(shù)調(diào)整方便 3 有較強的靈活性和適應(yīng)性 根據(jù)被控對象的具體情況 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實現(xiàn)PID控制的方法 PLC實現(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)計的 并存放在模塊中 用戶在使用時只需要設(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 指定測量值 PV S3 指定PID運算參數(shù)的首址 參數(shù)表占用25個數(shù)據(jù)寄存器 PID運算后的結(jié)果存入 D 中 PID指令是用來調(diào)用PID運算程序 在PID運算開始之前 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 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度越高 但是對于大多數(shù)系統(tǒng) Kp過大會使系統(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 但是積分作用的動作緩慢 可能給系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性帶來不良影響 積分時間常數(shù)TI增大時 積分作用減弱 系統(tǒng)的動態(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 它較比例調(diào)節(jié)更為及時 所以微分部分具有超前和預(yù)測的特點 微分時間常數(shù)TD增大時 超調(diào)量減小 動態(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 應(yīng)使它遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)階躍響應(yīng)的純滯后時間或上升時間 為使采樣值能及時反映模擬量的變化 TS越小越好 但是TS太小會增加CPU的運算工作量 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 由電機拖動中交流調(diào)速的相關(guān)知識可知 變頻調(diào)速的性能最好 變頻調(diào)速電氣傳動調(diào)速范圍大 靜態(tài)穩(wěn)定性好 運行效率高 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)速電氣傳動將替代包括直流調(diào)速傳動在內(nèi)的其他調(diào)速電氣傳動 異步電動機的變頻調(diào)速必須按照一定的規(guī)律同時改變電機的定子電壓和頻率 必須通過變頻裝置獲得電壓和頻率都可調(diào)的電源 實現(xiàn)所謂的VVVF VariableVoltageVariableFrequency 調(diào)速控制 這類能實現(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 動態(tài)響應(yīng)快 運行效率高 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 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)功能動作時 相應(yīng)的繼電器吸合 其常閉觸點斷開變頻器電源側(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 請勿以主電路的通斷來進(jìn)行變頻器的運行 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 這兩端子在出廠時接有短路片 對于30KW以上變頻器需配置DC電抗器時 卸掉短路片后再連接 對小容量變頻器 內(nèi)設(shè)制動電阻接在B1和B2端子上 對較大容量變頻器 需連接外部制動電阻時 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 包括對運行 停止 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 點動等運行狀態(tài)進(jìn)行操作的數(shù)字操作信號 變頻器通常利用繼電器接點或者晶體管集電極開路形式得到這些運行信號 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端子直接相連接 2 監(jiān)測輸出信號 包括故障檢測信號 速度檢測信號 頻率信號和電流信號等 分為開關(guān)量檢測信號和模擬量檢測信號兩種 用來和其他設(shè)備配合以組成控制系統(tǒng) 模擬量檢測輸出信號既可根據(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)量檢測信號 它們是通過繼電器接點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對輸入信號的要求 所以可以將變頻器的開關(guān)量檢測信號和FX系列PLC的輸入端直接相連接 從而實現(xiàn)信號的反饋控制 控制電路端子的功能說明 三 VS 616G5變頻器多級調(diào)速的PLC控制 可以利用PLC的開關(guān)量輸入輸出模塊對變頻器的多功能輸入端進(jìn)行控制 實現(xiàn)三相異步電動機的正反轉(zhuǎn) 多速控制 可以利用變頻器的數(shù)字操作器對多功能輸入 輸出端子的功能重新進(jìn)行設(shè)定 表7 1中為出廠時所設(shè)定 用數(shù)字操作器對參數(shù)H1 01 H1 06進(jìn)行設(shè)定 可實現(xiàn)多達(dá)9段速運行 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 點動運轉(zhuǎn)是一種與所設(shè)置的加減速時間無關(guān)的 單步的 以點動頻率運轉(zhuǎn)的驅(qū)動功能 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對應(yīng)的點動頻率 共可實現(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變頻器實現(xiàn)9段速的硬件接線圖 Y6 Y7 Y10和Y11全為OFF時 電機以頻率指令1對應(yīng)的頻率運行 d1 01設(shè)定的值 Y6為ON 而Y7 Y10和Y11全為OFF時 電機以頻率指令2對應(yīng)的頻率運行 d1 02設(shè)定的值 依次類推 變頻器的數(shù)字量檢測信號直接和PLC的輸入端相連 實際控制中9段速和所有檢測信號未必一定全部采用 需根據(jù)具體情況而定 應(yīng)用舉例 四 VS 616G5變頻器無級調(diào)速的PLC控制 無級調(diào)速是指頻率指令信號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)實際中 頻率指令信號一般來自于調(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)點是硬件上接線簡單 可實現(xiàn)無級調(diào)速 缺點是PLC的模擬量輸出模塊價格較高 系統(tǒng)設(shè)計時 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范圍和變頻器的輸入信號范圍一致 五 VS 616G5變頻器 PLC在速度檢測和位置控制時的接線 配置專用的高速計數(shù)模塊和運動控制模塊 選用特殊功能擴展模塊 增加系統(tǒng)的硬件投資 將PLC基本單元內(nèi)部的內(nèi)置高速計數(shù)器和變頻器的速度卡配合使用 節(jié)省硬件費用 工業(yè)控制中 實現(xiàn)速度和位置的閉環(huán)控制方法 與電機同軸相連的脈沖輸出式旋轉(zhuǎn)編碼器PG會隨著電機的轉(zhuǎn)動而發(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)換為與實際轉(zhuǎn)速相應(yīng)的數(shù)字信號送給變頻器 變頻器將實際速度與內(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 編碼器起著檢測運行速度 運行位置和運行方向的作用 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計數(shù)計數(shù)器C235 C245中的一個計數(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號端子和PLC的輸入端COM連接 而TA2的1號端子則需要根據(jù)所使用的計數(shù)器查相關(guān)PLC手冊來定 計數(shù)器的計數(shù)的方向由M8 的狀態(tài)來決定 如使用C237 1號端子就需和X2連接 如使用C243 1號端子就需和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數(shù)器有關(guān) 如果程序中使用的是1相2計數(shù)計數(shù)器C246 C250中的一個計數(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號端子和PLC的輸入端COM連接 而TA2的1號端子則需要根據(jù)所使用的計數(shù)器的計數(shù)方向查手冊來定 如C246的加計數(shù)時TA2的1號端子和X0連接 而C246的減計數(shù)時TA2的1號端子和X1連接 如C248的加計數(shù)時TA2的1號端子和X3連接 而C248的減計數(shù)時TA2的1號端子和X4連接 如果程序中使用的是2相2計數(shù)輸入計數(shù)器C251 C255中的一個 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A B兩相脈沖那一相超前 設(shè)定值 0 的場合 意味著正轉(zhuǎn)時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)系使計數(shù)器加計數(shù) 通過上述設(shè)置 在電機正轉(zhuǎn)時計數(shù)器自動加計數(shù) 反轉(zhuǎn)時計數(shù)器自動減計數(shù) 由M8 的狀態(tài)可以監(jiān)視計數(shù)器的加減狀態(tài) 謝謝