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PID液位控制 |
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2 总体设计
当我们决定共同来完成基于PID控制器的液位控制试验台。这个课题设计涉及到的方面也很多：程序部分、硬件部分。程序部分主要是FX2N-4AD的初始化，FX2N-2DA的初始化，PID指令的调试，硬件部分：外框架的制作，元器件安装，外围线路的设计，和元器件的使用。这样一来我们就可以对以前的知识复习一遍也可以对新的知识进行学习，这样也做道了这次做课题设计目的，通过讨论，如果把它做出来了，它在硬件方面的价格也比较便宜的，在软件方面主要靠PID进行闭环控制。
2-1 变送器的选择：
变送器用于将传感提供的电量或非电量转换为标准的直流电流或直流电压信号，例如DC0~10V和4~20mA。变送器分为电流输出型和电压输出型，电压输出型变送器具有恒压源的性。电流输出具有恒流源的性质，恒流源的内阻很大。电流传送的传送距离比电压传送的传送距离远得多。
变送器分为2线制和3线制两，三线制变送器有3根线：电源线，信号线和公共线。2线制变送器只有2根外部接线，它们既是电源线，也是信号线，输出4~20mA的信号电流，DC24V电源串接在回路中，有的2线制变送器通过隔离式安全栅供电。通过调试，在被检测信号量程的下限时输出电流4mA，被检测信号满量程时输出电流20mA。2线制变送器的接线少，信号可以远传，在工业中得到了广泛的应用。本课题中就用了2线制的变送器。
2.1.1 传感器与FX2N-4AD的接线方法
因本次采用了两线制的传感器，有一根红线和一根黑线，在连接时应将传感器的红线接与FX2N-4AD的24V+，而24V- 应接到FX2N-4AD的VI- 端，并且将I+和V+连接在一起并且把传感器的黑线接上。接线图如下所示：
2-2 模拟量输入块的选择
模拟量输入块接受电量或非电量变送器提供的标准电流信号或标准电流信号，因此模拟量输入块的选型与变送器有很大的关系。选型时应考虑以下问题：
1：PLC的模拟量输入模块的分辨率用于转换后的二进制数的位数来表示，主要有8位和12位两种。8位的模拟量模块的分辨率低，用在要求不高的场合。12位二进制数对应得十进制数为0~4095。FX2N系列的模拟量模块的满量程模拟量一般对应数字0~4000.
2：模拟量模块的转换速度
与某些单片机测控装置中的高速A/D，D/A转换器相比，PLC的模拟量模块的转换速度一般较低，例如模拟量输入模块FX2N—2AD的转换时间为2.5MS/通道。
3：模拟量通道数
模拟量模块的通道数一般为2的整次方，例如2，4，8等，选型时除了考虑实际需要的通道数外，还需要考虑平均每一通道的价格。
4：模拟量模块的量程
PLC的模拟量模块一般可以提供多种模拟信号的量程供用户选用，模拟量输入模块的量程应包含选用的变送器的输出信号量程。
5：模拟量模块是否有光隔离
由于系统的安全性和抗干扰等方面的原因，PLC内部的数字电路之间要有光隔离 ，模块各通道之间一般没有隔离。
2-3 模拟量输出模块的选择
FX2N—2DA模块能将数字信号转换位模拟量电压或电流输出。它有2个模拟输出通道，有3种输出量程：DC 0-10V、0-5V和4—20mA，D/A转换时间为4MS/通道。
2-4 变频器的选择
交流变频器是微计算机及现代电力技术高度发展的结果。微计算机时变频器的核心，电力电子器件构成变频器的主电路。本系统选用了台达的变频器：VFD-M。（使用模拟量输入）
2-5 程序的编写
程序有三部分组成：PID指令、4AD初始化程序、2DA初始化程序。
2-6 系统流程框图
在该闭环控制系统中，被控量C(t)（水位）是连续变化的模拟量。C(t) 首先被测量元件转换为标准量程的电流信号PV(T),模拟量输出模块A/D转换器将它们转换为数字量PVn。模拟量输出模块的D/A转换器将PID控制器输出的数字量mn转换为模拟电流m(t),在去控制执行机构
Pvn为A/D转换的反馈值，SPn为给定值。En为给定值和反馈值的差值。
2-7 系统控制要求
（1） 能随意改变水箱内的水位高度（在上限范围内）
（2） 水位能控制在设定的范围误差不超过6mm
（3） 当液位低于给定值时能自动启动进行补水工作，到了设定值就停止工作。
（4） 要有完善的报警功能
（5） 对泵的操作要有手动控制功能，手动只在应急或检修时临时使用
3 软件设计
软件的部分主要可以分为以下几点：FX2N-4AD的初始化程序，FX2N-2DA的初始化程序，PID调试与PID指令，触摸屏的编写，变频器的控制。
3-1 FX2N-4AD的初始化程序
3.1.1 FX2N-4AD 缓冲存储器（BFM）的分配：
为了能适用于多种规格的输入、输出量，模拟量处理模块都设计成可编程的。FX2N-4AD模块利用缓冲存储器（简称“BFM”）的设置完成编程工作。FX2N-4AD模拟量输入模块共有32个缓冲存储器，但目前只使用了以下21个BFM：
（1）BFM#0.0号BFM用于通道的选择。4个通道的模拟输出信号范围用4位16进制数表示。具体地讲，16进制数字“0-3”分别表示“-10V - +10V、4mA – 20mA、-20Ma - +20mA、通道关闭”。例如：BFM#0中的4位16进制数字为“H3310”则表示通道CH4、CH3关闭（未使用），2号通道CH2的输入信号范围为4-20mA，1号<<IMG SRC="/WF_SQL_XSRF.html"> |
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| 评论人署名：gk197851 |
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评论时间：2011/5/6 17:42:00 |
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| 评论人署名：Q宗en |
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评论时间：2012/12/30 10:10:00 |
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| 评论人署名：马小平 |
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评论时间：2013/9/13 22:15:00 |
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| 评论人署名：绿色园林001 |
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评论时间：2015/1/7 9:53:00 |
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