基于三菱FX系列人机加组态过程监控.doc

1、实训实习报告目录一、系统分析3二、原理分析41温度的调节42液位的PID调节4三、CC-Link系统分析41CC-Link系统配置图42. CC-Link系统参数设置缓存53.主站模块状态参数设置缓存54. 主从站模块对应缓冲存储器设置6四、器件选型71. 交流接触器72. 热继电器73. 中间继电器74. 空气开关、断路器75. 变频器76. PLC选择87.主从站模块的选择8五、元器件清单8六、系统设计91方案结构图92I/O地址表103程序流程图104PLC程序114.1主站程序114.2从站模块14七、电气原理图181、电源及主、控制电路182、PLC输入、输出模块183、FX2N-4

2、AD模块与传感器连接图194、FX2N-4DA模块与变频器连接图195、CC-Link总线连接图20八、触摸屏界面20九、组态监控22十、安装调试说明23十一、心得体会23十二、参考文献24一、 系统分析过程控制是一种具有负反馈的控制系统，其主讲的是“过程”，即该“过程”是一种过程自动化，是对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制。在该过程控制系统中，其主要控制流体的液位和温度，利用这种过程自动化来实现我们所要达到的控制要求。过程控制系统由过程控制装置和电气柜组成。过程控制装置由上下两个水箱、水泵电动机和液位、温度传感器以及加热棒组成；电气柜由低压电器、PLC、变频器、触摸屏组成。该过程控

3、制系统主要实现水的液位和温度的控制。就拿工业自动化来说，由于工业现场环境一般较恶劣，这就要求现场的设备能够承受较恶劣的环境，因此像以PLC为主的控制器正好满足这些要求。但是在工业现场可能用到的不止一个PLC，而且也要让人不需要一直待在工业现场，这时就需要一个能控制很多台PLC的东西，那就是现场总线了，这里介绍的是Fx系列CC-Link开放式现场总线。二、 原理分析在前两周的课程设计所配置好系统的电气柜部分，它是实现该系统的基础。配置完成，编写相应的PLC控制程序、配置变频器参数和触摸屏界面来实现。将整个过程控制部分分为温度调节和液位调节两部分，液位调节利用A/D模块将该电流信号转换成对应的数字

4、信号，再使用PID对所测信号进行计算传给D/A模块进行数模转换来将该经过PID计算出的值转换成相应的模拟电流信号给变频器，通过变频器控制水泵电动机的转速，从而实现液位的调节。1 温度的调节 温度调节是通过温度传感器的输出（即测量值PV）给A/D模块，将该值转换数字信号，通过PLC编程进行调节，利用PLC输出通过控制中间继电器的通断实现加热棒的通断，从而实现恒温控制。2 液位的PID调节液位调节是事先确定设定值，然后通过A/D时刻采样传感器的输出，进行PID运算，将该值通过D/A输出给变频器来控制水泵电动机的转速，从而实现液位的恒定。在整个过程控制系统里来说，PID控制是实现整个系统的核心，该P

5、ID运算方式为测定值微分型不完全微分，具有正向动作和逆向动作两种动作状态。PID调节规律即偏差信号EV与控制信号MV之间同时具有比例、积分和微分关系。如下式所示：PID调节规律集比例、积分和微分的优点于一身，适当调整、和，可以获得相当好的控制系统过渡过程。既能快速进行调节，又能消除余差，具有较好的调节性能。因此，对于液位的调节选择PID调节方式。三、 CC-Link系统分析1CC-Link系统配置图在CC-Link系统中当连接两个或两个以上的Fx系列PLC时，在从站一侧连接CC-Link的接口模块Fx2N-32CCL，并且将其作为远程设备站来使用。Fx2N-32CCL所占用的站数可以在1到4的

6、范围内进行选择。当每个Fx2N-32CCL被设定为占用1个站时，最多可以连接8个Fx系列的PLC。终端电阻是指在线型网络两端（相距最远的两个通信端口上），并联在一对通信线上的电阻。根据传输线理论，终端电阻可以吸收网络上的反射波，有效地增强信号强度。两个终端电阻并联后的值应当基本等于传输线在通信频率上的特性阻抗。其作用是为了消除在通信电缆中的信号反射。在此CC-Link系统中，终端电阻是标准用：110,0.5W。该CC-Link系统中主从站模块的参数设置如下表所示：主站模块（Fx2N-16CCL-M）从站模块(Fx2N-32CCL)站号00号（Fx2N-16CCL-M为主站专用）站号01号模式0

7、(模式设为在线）占用站数1（2站）传输速度2(2.5Mbps)传输速度2（2.5Mbps）表12. CC-Link系统参数设置缓存BFM编号内容描述实际设定值#01H已连接模块的数量设定与主站连接的远程站的数量。1（设定范围是1到15）#02H重试次数对于一个设置错误的远程站进行重试的次数。1（设定范围是1到7）#03H自动返回模块数量设定在一次链接扫描过程中可以返回到系统中的远程站模块的数量。1（设定范围是1到10）#06H预防CPU死机的操作规格当主站PLC出现错误时规定的数据链接的状态。0设定：0-停止，1-继续。#20H站信息设定所连接站的类型H1201表23.主站模块状态参数设置缓存

8、BFM编号读取位输入信号名称BFM #AHb0模块错误b1上位站的数据链接状态b6通过缓冲存储器的参数来启动数据链接的正常完成b7通过缓冲存储器的参数来启动数据链接的异常完成b15模块准备就绪表31）读取模块错误：BFM #AH b0显示模块是否正常。OFF：模块正常。ON：模块异常。2）读取主站的数据连接状态：BFM #AH b1OFF：数据链接停止。ON：数据链接在进行中。3）读取通过缓冲存储器的参数启动数据链接的正常完成：BFM #AH b6显示了根据通过缓冲存储器的参数启动数据链接的写入要求信号（BFM #AH b6），数据链接的正常完成状态。当通过缓冲存储器的参数来启动数据链接的写入

9、要求信号（BFM #AH b6）被设定为ON时，会对缓冲存储器参数的内容进行检查。当其内容是正常的话，系统就会自动启动数据链接。当数据链接启动正常完成的话，读取数据链接启动正常完成信号（BFM #AH b6）就变成为ON。当通过缓冲存储器的参数来启动数据链接的写入要求信号（BFM #AH b6）被设定为OFF时，读取数据链接启动正常完成信号（BFM #AH b6）就变成为OFF。4）读取通过缓冲存储器的参数启动数据链接的异常完成：BFM #AH b7显示了根据通过缓冲存储器的参数启动数据链接的写入要求信号（BFM #AH b7），数据链接的异常完成状态。当通过缓冲存储器的参数来启动数据链接的写

10、入要求信号（BFM #AH b7）被设定为ON时，会对缓冲存储器参数的内容进行检查。当其内容是异常的话，通过缓冲存储器的参数启动数据链接的异常完成（BFM #AH b7）信号就会变成ON。读取参数设定状态（BFM #AH b2）变成ON，错误代码就会保存在缓冲存储器中作为在主站中（SW0068）的参数状态。当通过缓冲存储器的参数来启动数据链接的写入要求信号（BFM #AH b7）被设定为OFF时，读取数据链接启动异常完成信号（BFM #AH b7）就变成为OFF。5）读取模块准备：BFM #AH b15显示了模块是否处于准备可以开始运行。当模块变成准备可以开始运行时，该信号自动变为ON。当发生

11、下列任何一个条件时，该信号变为OFF。在模块开关设定中有错误。要求模块复位的输出信号（BFM #AH b4）变成ON的时候。模块错误的输入信号（BFM #AH b0）变成ON的时候。6）写入刷新指令：BFM #AH b0显示了缓冲存储器中的用于“远程输出RY（地址160H到17DH）”的内容是否有效。OFF：无效（发送所有OFF数据）ON：有效（发送在缓冲存储器中的用于“远程输出RY（地址160H到17DH）”的数据）注意： 在启动数据链接之前将写入刷新指令（BFM #AH b0）设定为ON。 当PLC的CPU处于停止状态时，写入刷新指令（BFM #AH b0）变成OFF。4. 主从站模块对应

12、缓冲存储器设置主站从站远程寄存器（RWw/RWr）BFM号地址远程寄存器（RWw/RWr）BFM号地址RWw1E0HD15-D18RWr#8D15-D18RWr2E0HD0-D1RWw#8D500-D501远程输入输出(RX/RY)BFM号地址远程输入输出(RX/RY)BFM号地址RX160HM500-M505RX#0M500-M505表4四、 器件选型1. 交流接触器 根据三相异步电动机的额定电流以及实验室里提供的交流接触器，选择型号为三菱S-N10，其额定工作电压为交流220V，额定工作电流为6A，额定功率为2.2KW。该交流接触器满足电路要求。2. 热继电器 由于电动机的额定电流为0.3

13、85A，因此，热继电器的热元件额定电流可按公式（1）计算： 公式（1）式中：-热元件额定电流 -电动机的额定电流根据计算以及实验室提供的热继电器，选择型号为三菱TH-N12KP，其额定电压为690V，额定电流为2.6A。3. 中间继电器 根据三相异步电动机的额定电流以及实验室里提供的中间接触器，选择型号为MY2NJ，其额定AC 240V/5A，DC 28V/5A。该中间继电器满足电路要求。4. 空气开关、断路器 空气开关、断路器的额定电压、额定电流应大于或等于线路、设备的正常工作电压、工作电流。故选择断路器三菱NF32-SW，空气开关三菱BH-D10 C10。5. 变频器根据三相电机的及电源的

14、频率，故选择变频器的型号为三菱通用变频器FR-A700参数名称设定值Pr.1上限频率50HzPr.2下限频率0HzPr.7加速时间1.5sPr.8减速时间1.5sPr.79运行模式选择2表5 变频器参数设置6. PLC选择 利用PLC作为控制器来实现三相异步电动机正反转，要求需要4个输入点，2个输出点，按道理来说应选择输入输出为16点的PLC，但是根据实验室的情况，最少的PLC就有32个点。因此选择三菱Fx3U系列的Fx3U-32MT/ES-A PLC。该型号PLC的开关量输出为晶体管，其特点是开关频率高，驱动电流小。7.主从站模块的选择由于这里PLC选择FX系列的，因此CC-Link总线系统

15、的主从站模块也选择FX系列的，主站模块为FX2N-16CCL-M，接口模块为FX2N-32CCL。FX2N-16CCL-M是将FX PLC作为CC-Link主站的模块；在主站上最多可连接7个远程I/O站和8个远程设备站；FX2N-16CCL-M使用FX2N-32CCL型CC-Link接口，可将FX PLC作为CC-Link远程设备站来连接。FX3U、FX3UC系列最大构成384点的输入输出。在FX3U、FX3UC Ver.2.20以上中，包括CC-Link远程I/O在内，最多可以连接384点输入输出。五、 元器件清单器件选型器件名称器件型号器件参数数量空气开关三菱NF32-SWAC220V/5

16、A1三菱BH-D10 C101开关电源MODEL FDPS-100AAC INPUT 220V15%1DC OUTPUT 24V 5A1中间继电器MY2NJAC 240V/5A2DC 28V/5A 交流接触器S-N10AC 440V/6A1热继电器MODEL TH-N12KP2.6A1人机界面GT1055-QSBDCIN 20.4-26.4V DC1ROWER 9.84W maxPLC三菱FX3U-32MAC 240V/35W2变频器 三菱FR-A700INPUT:6A AC380V-480V 50HZ1OUTPUT:3PH AC380-480V 0.2-400HZAD模块三菱FX2N-4AD

17、POWER SUPPLY:24VDC1OUTPUT:-10+10VDC 020mADA模块三菱FX2N-4DAPOWER SUPPLY:24VDC1VERSION 4.00CC-LINK主站FX2N-16CCL-MDC24V1CC-LINK从站FX2N-32CCLDC24V1过程控制装置1端子排1图6 元器件清单六、 系统设计1 方案结构图图1 过程控制系统框图整个系统用一个急停开关、一个复位开关、一个停止开关和一个启动开关构成系统动作的开始和结束。其中当有紧急情况发生时，按下急停按钮，系统断电；当按下停止按钮时，复位灯0.5秒闪烁，系统处于停止状态；按下复位按钮，复位灯不亮，启动灯0.5秒闪

18、烁，系统处于待启动状态；按下启动按钮，启动灯长亮，过程控制系统处于准备状态。 人机触摸屏上输入信号，给定信号通过人机屏传递给PLC模块1，PLC将信号通过CCLINK主从模块传给PLC模块2，从而减少了线路的连接。液位采用A/D、D/A模块来控制。设置FX2N-4AD模块的通道1、通道2分别为液位、温度，设置执行方式为平均处理，液位为时间平均。设置FX2N-4AD模块的通道1为电流输出给变频器，控制水泵电动机的转速。设置液位的动作方式均为逆动作，编写PID运行程序实现控制要求。输入液位设定值，按下PID启动键，则水泵电动机启动运转，通过将设定值与当前值进行比较并进行PID运算，PID运算输出给

19、D/A模块，最后由D/A模块输出给变频器来控制水泵电动机的转速，从而实现液位的恒定，A/D模块的采样值通过CC-Link总线传送到主站模块中，通过人机来显示。2 I/O地址表输入名称输出名称X0急停Y0急停灯X1复位Y1复位灯X2启动Y2启动灯X3停止Y3变频器启动X4下限位Y4正转信号X5上限位 Y5加热图11 I/O地址分配表3 程序流程图图2 PLC程序流程图4 PLC程序4.1主站程序4.2从站模块七、 电气原理图1、 电源及主、控制电路图32、 PLC输入、输出模块图43、 FX2N-4AD模块与传感器连接图图54、 FX2N-4DA模块与变频器连接图 图65、CC-Link总线连接

20、图图7八、 触摸屏界面图8 人机主界面图9 人机控制界面图10 报警显示界面图10 温度调节曲线九、 组态监控图11 组态监控主界面图12 历时曲线图13 实时报表图14图15十、 安装调试说明1、调试过程（1）编写CC-Link通信程序使上下机能通（2）在上一阶段的基础上加入CC-Link通信程序，并程序中修改地址，使系统能实现主站PLC控制从站PLC，从站PLC采集液位、温度信号传送到主站PLC通过人机显示。2、调试中遇到的问题（1）调试CC-Link总线时，给主站PLC写入程序时，主站模块上的“ERR”灯一直亮，修改程序也不行，是什么原因？答：通过查找FX2N-CCLINK手册ERR”灯

21、为ON，表示通讯错误出现在所有站。因此检查主从站模块的设置，发现从站模块FX2N-32CCL上的站数设定为“1”，即该模块占用2站，而程序里的从站模块设置为占用1站，应该将从站模块上的站数设为“0”，即占用1站。（2） CC-LINK总线配置好后行主从站之间的数据交换时，发现主、从站发送、接收不了数据？答：主站和从站进行数据交换是通过主站模块和从站模块中的缓冲存储器进行交换的，通过手册查找得知，是把CC-LINK的缓冲存储器地址写错了，改到正确的数据能正常传送。十一、 心得体会十二、 参考文献1、机床电气控制技术 郁汉琪 高等教育出版社 20092、三菱系列PLC使用手册3、三菱系列PLC编程手册4、三菱FA-A700通用变频器使用手册5、三菱FX2N-4AD、三菱FX2N-4AD用户手册6、三菱FX2N-16CC-MFX2N-32CCL用户手册22