《PID和變頻器控制》PPT課件.ppt

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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(xiàn)圖 VS-616G5變頻器多級(jí)調(diào)速的PLC控制 VS-616G5變頻器無(wú)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(xiàn),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(wú)法獲得的，對(duì)于這一類(lèi)系統(tǒng)，使用PID控制可以得到比較滿(mǎn)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(guò)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(hù)在使用時(shí)只需要設(shè)置一些參數(shù)，使用起來(lái)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(lèi)似于使用PID過(guò)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(méi)有有PID過(guò)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(hù)希望采用變型PID控制算法。在這些情況下，都需要由用戶(hù)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(lái)調(diào)用PID運(yùn)算程序，在PID運(yùn)算開(kāi)始之前，應(yīng)使用MOV指令將參數(shù)設(shè)定值預(yù)先寫(xiě)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(xiě)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(kāi)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)K p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)，K p過(guò)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(lái)不良影響。積分時(shí)間常數(shù)T I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)T D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T S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，T S越小越好。但是T S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(méi)有什么變化，所以也不宜將T S取得過(guò)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(guò)直流調(diào)速系統(tǒng)。在不久的將來(lái)，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(guò)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（Variable Voltage Variable Frequency）調(diào)速控制，這類(lèi)能實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速功能的變頻調(diào)速裝置稱(chēng)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(xiàn)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(wú)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(wú)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(kāi)變頻器電源側(cè)主電路接觸器的線(xiàn)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(lái)進(jìn)行變頻器的運(yùn)行、停止操作，必須通過(guò)控制電路端子1或端子2來(lái)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(shuō)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(kāi)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(kāi)關(guān)量檢測(cè)信號(hào)和模擬量檢測(cè)信號(hào)兩種，用來(lái)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(kāi)關(guān)量檢測(cè)信號(hào)，它們是通過(guò)繼電器接點(diǎn)或晶體管集電極開(kāi)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(kāi)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(shuō)明,三、VS-616G5變頻器多級(jí)調(diào)速的PLC控制,可以利用PLC的開(kāi)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(wú)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(guò)功能設(shè)定后再通過(guò)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(guò)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(xiàn)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(lèi)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(wú)級(jí)調(diào)速的PLC控制,無(wú)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(lái)進(jìn)行頻率指令的設(shè)定，如VS-616G5變頻器外部接線(xiàn)圖所示。在生產(chǎn)實(shí)際中，頻率指令信號(hào)一般來(lái)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(xiàn)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)無(wú)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(lái)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(xiàn),配置專(zhuān)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(lái)定，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)的方向由M8△△△的狀態(tài)來(lái)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(xiàn)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(lái)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(kāi)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(guò)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!,