三菱FX5U PID自動調(diào)節(jié)控制案例

一、案例任務(wù)控制要求描述

三相異步馬達帶不同負載時，轉(zhuǎn)速會產(chǎn)生不同的壓降。比如說：兩級電機的額定轉(zhuǎn)速是3000rpm，但是實際上它并不能達到額定轉(zhuǎn)速，這是因為在運行過程中會收到摩擦力、離心力等影響，就會產(chǎn)生轉(zhuǎn)速壓降。由于帶了不同的負載，就會產(chǎn)生不同的速度。

現(xiàn)在電機想要恒速保持在1000rpm，如果不加任何負載，1000rpm是沒有問題的，但是加上不同負載之后該怎么讓電機恒速呢？此時就需要進行閉環(huán)控制，閉環(huán)控制就需要用到PID技術(shù)。利用編碼器通過FX5U本身自帶的高速脈沖接口，將電機的頻率傳動給PLC，PLC通過自身內(nèi)部的PID指令控制驅(qū)動變頻器提高或降低頻率的輸出。如圖1-1所示。

圖 1-1 變頻器閉環(huán)控制

二、相關(guān)基礎(chǔ)知識

任務(wù)中的案例基于三菱FX5U系列PLC的應(yīng)用案例，在學(xué)習本案例前請先自評下是否具備以下基礎(chǔ)，若對相關(guān)的基礎(chǔ)知識不熟悉，請根據(jù)下方提供的連接進行預(yù)先學(xué)習課程。

1.三菱FX5U本體模擬量模塊的使用

課程觀看鏈接：https://course.jcpeixun.com/7055/461668.html

2.三菱FX5U PID恒溫控制

課程觀看鏈接：https://course.jcpeixun.com/7055/461959.html

3.三菱FX5U PID恒速控制

課程觀看鏈接：https://course.jcpeixun.com/7055/461960.html

4.變頻器模擬量參數(shù)設(shè)置

課程觀看鏈接：https://course.jcpeixun.com/7206/464124.html

5.三菱FX5U高速計數(shù)器使用

課程觀看鏈接：https://course.jcpeixun.com/7055/462063.html

知識準備：

1.模擬量基本設(shè)置（見圖2-1）

圖 2-1 模擬量輸出基本設(shè)置

（1）D/A轉(zhuǎn)換允許/禁止設(shè)置:設(shè)置了D/A轉(zhuǎn)換允許才會有模擬量的輸出。

（2）D/A輸出允許/禁止設(shè)置：設(shè)置允許輸出數(shù)字輸出值，設(shè)置禁止輸出偏置值（HOLD設(shè)定值）。

2.模擬量應(yīng)用設(shè)置（見圖2-2）

圖 2-2 模擬量輸出應(yīng)用設(shè)置

（1）報警輸出功能：當數(shù)字輸出值不在報警輸出值的范圍內(nèi)，報警輸出標志為ON；

（2）比例縮放設(shè)置：對要輸出的數(shù)字值進行換算如圖2-3所示。

圖 2-3 比例縮放設(shè)置

比例縮放值的計算方法：輸出范圍中使用出廠設(shè)置。

（3）移位功能：對數(shù)字輸入值整體移位。

（4）模擬輸出HOLD/CLEAR設(shè)置：CLEAR：清除數(shù)據(jù)為0；上次值（保持）；設(shè)置值。（將D/A轉(zhuǎn)換允許/禁止設(shè)置設(shè)置為禁止時有效）。

3.高速輸入基本設(shè)置（見圖2-4）

圖 2-4 高速輸入基本設(shè)置

（1）運行模式：普通模式：作為一般的高速計數(shù)器使用；脈沖密度測定模式：測定從輸入脈沖數(shù)開始到指定時間內(nèi)的脈沖數(shù)；轉(zhuǎn)速測定模式：測定從輸入脈沖數(shù)開始到指定時間內(nèi)的轉(zhuǎn)速。測定單位時間跟每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)根據(jù)模式進行單獨設(shè)置。

（2）脈沖輸入模式：1相1輸入計數(shù)器（S/W）--受掃描周期影響如圖2-5所示。

圖 2-5 1相1輸入計數(shù)器（S/W）

1相1輸入計數(shù)器（H/W）--受硬件輸入影響如圖2-6所示。

圖 2-6 1相1輸入計數(shù)器（H/W）

1相2輸入計數(shù)器如圖2-7所示。

圖 2-7 1相2輸入計數(shù)器

2相2輸入計數(shù)器[1倍頻]如圖2-8所示。

圖 2-8 2相2輸入計數(shù)器[1倍頻]

2相2輸入計數(shù)器[2倍頻]如圖2-9所示。

圖 2-9 2相2輸入計數(shù)器[2倍頻]

2相2輸入計數(shù)器[4倍頻]如圖2-10所示。

圖 2-10 2相2輸入計數(shù)器[4倍頻]

內(nèi)部時鐘如圖2-11所示。

圖 2-11 內(nèi)部時鐘

內(nèi)部時鐘始終以1Mhz的時鐘進行計數(shù)遞增/遞減。不使用來自外部的輸入。

（3）預(yù)置功能：通過預(yù)設(shè)值可以提前設(shè)置好對應(yīng)的值。

（4）使能功能：通過使能按鈕才能進行處理高速功能。

（5）環(huán)形長度設(shè)置：根據(jù)環(huán)長設(shè)置，高速計數(shù)器的形式為環(huán)形計數(shù)器。未設(shè)置時如圖2-12所示，設(shè)置時如圖2-13所示。

圖 2-12 鏈接長度

圖 2-13 環(huán)形長度

三、任務(wù)的實施

本案例會從電氣元件選型—IO地址分配—硬件接線-軟件參數(shù)設(shè)置-程序設(shè)計-PID自動調(diào)試這六方面進行講解。

1、電氣元件選型

根據(jù)任務(wù)控制的描述，在本例中需要一個PLC，一臺變頻器、一個編碼器、一臺電動機和兩個按鈕設(shè)備。如下表3-1所示。

表3-1 BOM表

2、 I/O地址分配

根據(jù)任務(wù)控制的描述，在本例中需要使用到2個輸入點1個輸出點，I/O分配表如下表3-2所示。

表3-2 I/O地址分配表

3、硬件接線圖

FX5U本體PLC可兼容源性和漏型的輸入，當S/S跟24V短接時，輸入即為漏型輸入如圖3-1所示；當S/S跟0V短接時，輸入即為源性型輸入。在本案例中需要用到兩個按鈕，一個是啟動按鈕接在X10上面，一個是停止按鈕接在X11上面。由于變頻器的正反轉(zhuǎn)的控制是觸點控制，所以直接把PLC上的COM0接到變頻器輸入公共端SD，Y0接變頻器上的正轉(zhuǎn)端子STF。

圖3-1 PLC與變頻器之間的接線

由于變頻器模擬量給定頻率有兩個通道，在此我們使用“2”通道，所以PLC左上方的模擬量的輸出V+接到變頻器2號端子上，V-接到變頻器5號端子上。

給編碼器供電后，A相接入X0、B相接入X1；FX5U的S/S接入到24V，說明PLC輸入低電平有效，如圖3-2所示

圖3-2 PLC與編碼器之間的接線

4、軟件參數(shù)設(shè)置

（1）模擬量輸出基本設(shè)置：將D/A轉(zhuǎn)換允許/禁止設(shè)置改為允許，將D/A輸出允許/禁止設(shè)置改為允許。如圖3-3所示。

圖3-3 模擬量輸出基本設(shè)置

（2）高速計數(shù)器設(shè)置如圖3-4所示。

圖3-4 高速計數(shù)器設(shè)置

（3）由于使用了高速計數(shù)器功能，對應(yīng)的輸入響應(yīng)時間改快一些，設(shè)置如圖3-5所示。

圖3-5 輸入響應(yīng)設(shè)置

5、程序設(shè)計

當PLC上電的一瞬間，先把目標值賦值為1000，設(shè)置為逆動作，并且把輸出范圍設(shè)置為0~4000。當運行一瞬間并且不在運行模式和自整定模式下時把采樣時間改為200ms，并且復(fù)位所有的輸出。

自整定模式中，把采樣時間改為1S，輸出開始設(shè)置為3500，并開始運行PID。

按一下啟動按鈕，啟動PID指令并啟動高速計數(shù)器通道，按下停止按鈕或不在自整定狀態(tài)下則停止運行。把高速通道中的旋轉(zhuǎn)速度傳送給D501用來做PID的測定值。

圖3-6 程序設(shè)計

1、啟用/停止高速計數(shù)器計數(shù)功能，指令HIOEN

（1）高速計數(shù)器的普通模式，則S1為K0；

（2）啟用CH1，則S2為2#0000 0000 0000 0001，即H0001；

（3）未使用CH16～CH2，停止功能無需設(shè)置，則S3為2#0000 0000 0000 0000，即H0000。

2、讀取高速計數(shù)器的當前值，指令DHCMOV

（1）將CH1的當前值SD4501、SD4500傳送給D1001、D1000

（2） n的值設(shè)為為K0，則傳送完成后保留s的值。

3、PID指令如下所示：

審核編輯 ：李倩