长春市西门子PLC代理商

1.引言

随着工业信息化时代的不断发展，PLC控制在信息自动化领域中起到很大的作用，PLC对流量的控制技术运用越来越广泛，生产中始终占有相当的比例。matlaB在图像处理，数据建模，信号分析仿真中也有着得天独厚的优势，由于资金条件有限和本着研究开发的态度大多采用仿真来进行模仿。而对于喷雾角的角度测量，大多采用摄像对比的方式，而不经过matlaB图像处理，本文直接把得到喷嘴喷雾图像经行摄影，经过图像采集卡，通过matlaB进行处理，与不经过图像处理的喷雾图像进行对比，获得的效果更好，精度更高，更能满足经济效益的要求，本文主要介绍PLC选择，控制电路的设计，matlaB系统仿真实现分析，先通过电机链接变频器，在主油路上安装流量计，流量变送器传输到PLC,给定一个流量，此流量设定是可以任意变化的，在主油路喷嘴处设置压力表，观察喷油过程压力变化，达到参数标准。

2.PLC的选型及流量控制

2.1 PLC选型

系统的选型：PLC控制器一台，变频器两台，触摸屏显示器，泵两台。

根据系统的选型和控制的要求，PLC主要负责整个系统的温度，压力，流量调节。

所需要的资源如下所示：

数字量输入点(DI)：PLC启动和停止，油泵1、2启动和停止，变频器1、2启停，共计：10点;数字量输出点(DO)：流量阀动作线圈，量杯处阀动作线圈，冷却转向阀，共计：6点;模拟量输入点(AI)：压力信号：主副油路各1点，主副油路单件各1点，流量信号：

主副油路各1点，单件各1点;温度信号：

温控器处1点;共计：9点;模拟量输出点(AO)：变频器1、2共计：2点;综合上述：

PLC需要控制的系统数字量输入输出点DI/DO为10/6.模拟量输入输出点AI/AO为9/2.

根据控制系统实际所需端子数目，考虑PLC端子数目要有一定的预留量，因此选用的S7-200型PLC的主模块为CPU224,由于还需要扩展模拟模块，选用三个外扩模块模拟模块EM235.

2.2 流量控制

本实验主要通过主副油路两个部分进行实验，试验使用的为航空煤油，实验条件为25°C左右，喷嘴为20个，主油路单独试验，单个喷嘴流量控制，20个喷嘴同时开启流量控制，然后对喷嘴喷出的油进行角度控制，喷洒角度控制在两度范围内。同理副油路也是如此控制进行单独试验，本实验由于主副油路同时进行试验，可能会存在流量的不稳定情况，而PLC的PID控制恰恰可以弥补这一点。

采用PID,具有以下优点：(1)增量算法控制误动作影响小。(2)增量算法控制易于实现手动/自动无扰动切换。(3)不产生积分失控，易获得较好的调节品质。

流量控制系统通过安装在管道的流量变送器实施测量油的流量，并将其转化为4-20mA的电信号，然后通过PLC的A/D转化模块读取测量值并与设定值进行对比，偏差值进行PID运算，在将运算后的数字量转化为模拟量作为变频器的输入信号，控制变频器的输出频率，从而控制油泵电机的转速。

3.PID流量控制

3.1 PID控制的原理

PID控制器是用输出y(t)和给定r(t)之间的误差的时间函数e(t)=r(t)-y(t)的比例， 积分， 微分的线性表示， 构成控制量u(t)，称为比例(Proportional)积分(Integrating)微分(Differentiation)控制，简称PID控制。在实际的应用中，可据受控对象特性和控制要求，灵活地采用不同的线性控制组合，构成比例(P)控制器：

3.2 PID控制的作用

比例环节能迅速反应误差，从而减小稳态误差但不能消除稳态误差。比例放大环节系数的加大，会引起系统的不稳定。

积分环节的作用是，只要有足够的时间，积分控制将能完全消除误差，使系统误差为零，从而消除稳态误差。积分作用太强会使系统超调加大，使系统出现振荡。

微分控制可减小超调量，克服振荡，提高系统的稳定性，同时使系统的反应速度加快，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。

应用PID控制，必须适当地调整比例放大系数KP,积分时间TI和微分时间TD,这样使系统达到稳定状态。

3.3 PID控制的流程

PID流量控制有一下流程：

4.1 喷雾角度测量方案确定

到目前为止，国内还没有可以测喷雾角度的传感器，所以我们选择通过摄像头来观察角度，光照形式，通过图像采集卡，经过matlaB图像处理，观察并得到喷雾角度。

4.2 图像边缘检测及边界提取

通过得到的二值图像对其进行边缘检测，看哪种效果更好，从中选出效果的，进行边界提取，然后对左右边界直线做回归分析。以下是matlab处理的六种算子进行边缘检测得到的图像。

经过比较可以看出高斯滤波后Canny算子边缘检测效果要好些。经过提取数据获得两条直线。

4.3 喷嘴喷雾角的计算

由于噪声和模糊的存在，对于测量喷雾角，就是把所得两条边界线，取靠近喷嘴处的点30到60不等，然后进行数据拟合，得到两条拟合曲线斜率，

5.结论

本文设计主要体现PLC的PID控制，使得流量稳定的输出，并达到给定指标，通过摄像头拍摄照片使得增强了实验效果，提高了实验精度，与传统的人为眼睛观察测量误差更小，更符合实验要求，matlaB的强大图像处理功能以及运算得出喷雾角度，MATLAB编程简单易懂，通过分析数据处理数据，达到了系统所满足要求。

引言

可编程逻辑控制器(PLC)以其编程简单方便、控制稳定可靠、功能强大等优点通常作为控制器广泛应用于现代工业控制领域。触摸屏作为人机交互界面在一定程度上减少PLC的外部I/O点的使用以及减轻系统外部按钮开关的连线复杂程度，同时也提高了运行维护的方便性。随着工业现场对控制设备小型化、易操作化、智能化的要求的不断提高，基于PLC和触摸屏的交流变频调速系统的应用前景将非常广阔。本文采用三菱PLC(Fx2N-64MR)、海泰克触摸屏(PWS6AOOT)、伦茨变频器和外部按钮实现两台三相异步电机的交流变频调速实验系统设计。实际运行结果表明，该系统运行稳定可靠，控制性能良好。

1 控制系统要求

本套系统要求能够实现两台三相异步电动机的如下状态的控制：正转;反转;停止;点动;加速;减速。要求可以由触摸屏或外部按钮实现上述功能，两种开关量输入方式互为冗余备用，以提高控制系统的可靠性。另外，对于各种开关量状态及硬件不正常状态需要指示灯显示。

2 控制系统硬件设计

控制系统硬件结构主要包括：可编程控制模块、控制指令输入模块、D/A转换模块、变频器调节模块。

2.1 模块功能

2.1.1 可编程控制模块

该模块是整个控制系统控制的核心处理器，是触摸屏指令和按钮开关指令的执行中枢和变频器指令触发元件。

2.1.2 控制指令输入模块

该模块就是给PLC加载控制指令以实现相应的输出操作。这里指令输入可由触摸屏按键实现，也可以由外部开关按钮实现，两种指令输入方式互为备用。为避免由按钮开关指令实现众多指令会导致接线复杂情况出现，可以对重要的开关量实现冗余备用，非重要开关量仅由触摸屏按键实现。

2.1.3 D/A模块

D/A是将PLC输出的数字量转换成模拟电压量以实现变频调速的目的。此系统采用的FX2N-2DA模块，该模块有两路模拟量输出以实现对两台变频器的控制。

2.1.4 变频器调节模块

变频器可根据PLC加载在其输入控制端子的指令执行相应的调节，能够执行三相异步电动机的各种工作状态。

2.2 模块通信

PC机通过专用电缆与PLC模块和触摸屏模块进行通信连接，编制调试程序完毕可以直接下载到触摸屏和PLC各自程序存储器。PLC模块与触摸屏之间由专用电缆连接，触摸屏按键指令可以由通信电缆加载到控制程序以执行相应的操作。另外，外部按钮指令直接加载在PLC输入端以实现相应的指令操作。PLC与D/A模块由扩展电缆连接，将PLC输出数字量转换成对应的两路电压信号加载到变频器输入端子以实现调速控制。

3 控制系统软件设计

3.1 PLC程序设计

3.1.1 输入、输出地址分配

根据控制系统要求，确定开关量输入、输出数量并对PLC分别地址分配。

X00～X04、X10～X14分别分配给电动机1、2的开关量输入端子(包括正转、反转、点动、停止)和变频器故障输入端子。

Y00～Y04、Y10～Y14分别分配给电动机1、2的开关量输出指示(包括正转、反转、点动、停止)和触摸屏故障指示。

Y20～Y22、Y30～Y32分别连接两台变频器的E1、E2和28控制端子。其中，E1端子功能为高电平时激活固定给定转速;E2端子控制旋转方向;28端子控制电机启动和停止。

M00～M05、M10～X15分别分配给触摸屏的1、2按键指令的PLC写入地址(包括正转、反转、点动、加速、减速、停止)。

此外，寄存器D1、D2分别为存储两台电机的D/A待转换数值，寄存器M8000监视PLC运行状态。

3.1.2 程序流程设计

PLC程序采用三菱FXGP-WIN-E编程软件实现，程序采用模块化、功能化结构，便于扩展应用，

3.2 触摸屏程序设计

本系统的触摸屏人机交互界面的开发平台，采用海泰克触摸屏的Hitech ADP编程软件实现。该软件类似于组态软件，采用图形化的编程方法，只需将相关元件拖到预先定义的画面上，根据需要设置相关参数、合理配置PLC写入地址即可完成操作。

Hitech ADP编程软件对编程PC机要求不高，利用触摸屏自带RS 232串口或者USB接口通信，将设计完成后的人机交互界面下载到触摸屏。对于两台电动机分别设计了正转、反转、点动、加速、减速、停止以及速度显示控键，可由相应的控键实现对电机运转状态的控制和监控。触摸屏上电后自动进入所设计的画面，操作人员可以根据需要直接通过人机交互的方式，对下位机PLC进行控制。

4 结语

基于可编程控制器和触摸屏的三相异步电机的交流变频调速系统充分利用了PLC强大的逻辑处理功能和人机界面的良好的交互性，避免传统的继电器一接触器控制电路的复杂接线，降低了对运行人员的技术要求;同时对重要开关输入量实现触摸屏按键和外部按钮冗余备用模式，提高了系统的可靠性，为现场操作人员对运行过程的实时监控和维护带来了方便。同时，本系统作为专业实验室综合试验系统的子系统之一，将理论与实际相结合，对学生掌握新技术新理念，提高动手能力，有很好的指导意义和现实意义。