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1、Date: 2024/7/19 Page: 1CH7PLC的PID及变频器控制电气控制与PLC应用uPIDPID控制控制uPLCPLC实现PIDPID控制的方法控制的方法uFX2NFX2N的的PIDPID指令指令uPIDPID参数的整定参数的整定第七章第七章 PLC PLC的的PIDPID及变频器控制及变频器控制 第一第一节、PLCPLC的的PIDPID控制控制第二第二节、PLCPLC控制控制变频器的方法器的方法u变频器概述器概述u三菱三菱 VS-616G5 VS-616G5变频器外部接器外部接线图uVS-616G5VS-616G5变频器多器多级调速的速的PLCPLC控制控制uVS-616G5
2、VS-616G5变频器无器无级调速的速的PLCPLC控制控制uVS-616G5VS-616G5变频器、器、PLCPLC在速度在速度检测和位置控制和位置控制时的接的接线Date: 2024/7/19 Page: 2CH7PLC的PID及变频器控制电气控制与PLC应用1.PID1.PID控制控制 在工业控制中，在工业控制中，PIDPID控制比例控制比例- -积分积分- -微分控制得到微分控制得到了广泛的运用，这是由于了广泛的运用，这是由于PIDPID控制具有以下优点：控制具有以下优点： 1 1不需求知道被控对象的数学模型。实践上大多数工业不需求知道被控对象的数学模型。实践上大多数工业对象准确的数学
3、模型是无法获得的，对于这一类系统，运用对象准确的数学模型是无法获得的，对于这一类系统，运用PIDPID控制可以得到比较称心的效果。控制可以得到比较称心的效果。 2 2PIDPID控制器具有典型的构造，程序设计简单，参数调整控制器具有典型的构造，程序设计简单，参数调整方便。方便。 3 3有较强的灵敏性和顺应性，根据被控对象的详细情况，有较强的灵敏性和顺应性，根据被控对象的详细情况，可以采用各种可以采用各种PIDPID控制的变种和改良的控制方式，如控制的变种和改良的控制方式，如 PI PI、PDPD、带死区的带死区的PIDPID、积分分别式、积分分别式PIDPID、变速积分、变速积分PIDPID等
4、。等。 随着智能控制技术的开展，随着智能控制技术的开展，PIDPID控制与模糊控制、神经网控制与模糊控制、神经网络控制等现代控制方法相结合，可以实现络控制等现代控制方法相结合，可以实现PIDPID控制器的参数控制器的参数自整定，使自整定，使PIDPID控制器具有经久不衰的生命力。控制器具有经久不衰的生命力。 第一节、第一节、PLCPLC的的PIDPID控制控制Date: 2024/7/19 Page: 3CH7PLC的PID及变频器控制电气控制与PLC应用2.PLC2.PLC实现实现PIDPID控制的方法控制的方法 Date: 2024/7/19 Page: 4CH7PLC的PID及变频器控制
5、电气控制与PLC应用PLCPLC实现实现PIDPID控制的方法控制的方法1 1运用运用PIDPID过过程控制模程控制模块块。这这种模种模块块的的PIDPID控制程序是控制程序是PLCPLC消消费费厂家厂家设计设计的，并存放在模的，并存放在模块块中，用中，用户户在运用在运用时时只需求只需求设设置一些参数，运用起来非常方便，一置一些参数，运用起来非常方便，一块块模模块块可以控制几路可以控制几路甚至几十路甚至几十路闭环闭环回路。但是回路。但是这这种模种模块块的价的价钱钱昂昂贵贵，普通在，普通在大型控制系大型控制系统统中运用。如三菱的中运用。如三菱的A A系列、系列、Q Q系列系列PLCPLC的的PI
6、DPID控控制模制模块块。2 2运用运用PIDPID功能指令。如今很多中小型功能指令。如今很多中小型 PLC PLC都提供都提供PIDPID控制控制用的功能指令，如用的功能指令，如FX2NFX2N系列系列PLCPLC的的PIDPID指令。它指令。它们实们实践上是践上是用于用于PIDPID控制的子程序，与控制的子程序，与A/DA/D、D/AD/A模模块块一同运用，可以一同运用，可以得到得到类类似于运用似于运用PIDPID过过程控制模程控制模块块的效果，价的效果，价钱钱却廉价得却廉价得多。多。3 3运用自运用自编编程序程序实现实现PIDPID闭环闭环控制。有的控制。有的PLCPLC没有有没有有PI
7、DPID过过程程控制模控制模块块和和 PID PID控制指令，有控制指令，有时虽时虽然有然有PIDPID控制指令，但控制指令，但用用户户希望采用希望采用变变型型PIDPID控制算法。在控制算法。在这这些情况下，都需求些情况下，都需求由用由用户户本人本人编编制制PIDPID控制程序控制程序 Date: 2024/7/19 Page: 5CH7PLC的PID及变频器控制电气控制与PLC应用S1S1指定目的值指定目的值(SV),S2(SV),S2指定丈量值指定丈量值(PV)(PV)，S3S3指定指定PIDPID运算参数的首运算参数的首址。参数表占用址。参数表占用2525个数据存放器。个数据存放器。P
8、IDPID运算后的结果存入运算后的结果存入DD中。中。 PIDPID指令是用来调用指令是用来调用PIDPID运算程序，在运算程序，在PIDPID运算开场之前，应运用运算开场之前，应运用MOVMOV指令指令将参数设定值预先写入对应的数据存放器中。假设运用有断电坚持功能的将参数设定值预先写入对应的数据存放器中。假设运用有断电坚持功能的数据存放器，不需求反复写入。假设目的操作数数据存放器，不需求反复写入。假设目的操作数DD有断电坚持功能，应有断电坚持功能，应运用初始化脉冲运用初始化脉冲M8002M8002的常开触点将其复位。的常开触点将其复位。 3.FX2N3.FX2N的的PIDPID指令指令Dat
9、e: 2024/7/19 Page: 6CH7PLC的PID及变频器控制电气控制与PLC应用PIDPID控制参数及控制参数及设设定定Date: 2024/7/19 Page: 7CH7PLC的PID及变频器控制电气控制与PLC应用Date: 2024/7/19 Page: 8CH7PLC的PID及变频器控制电气控制与PLC应用4.PID4.PID参数的整定参数的整定 比例系数比例系数K pK p越大，比例越大，比例调调理作用越理作用越强强，系，系统统的的稳态稳态精度越高；精度越高；但是但是对对于大多数系于大多数系统统，K pK p过过大会使系大会使系统统的的输输出量振出量振荡荡加加剧剧，稳稳定
10、性降低定性降低积积分部分可以消除分部分可以消除稳态误稳态误差，提高控制精度，但是差，提高控制精度，但是积积分作用的分作用的动动作作缓缓慢，能慢，能够给够给系系统统的的动态稳动态稳定性定性带带来不良影响。来不良影响。积积分分时间时间常数常数T IT I增大增大时时，积积分作用减弱，系分作用减弱，系统统的的动态动态性能性能稳稳定性定性能能够够有所改善，但是消除有所改善，但是消除稳态误稳态误差的速度减慢。差的速度减慢。微分部分是根据微分部分是根据误误差差变变化的速度，提早化的速度，提早给给出出较较大的大的调调理作用。微理作用。微分部分反映了系分部分反映了系统变统变化的化的趋势趋势，它，它较较比例比例
11、调调理更理更为为及及时时，所，所以微分部分具有超前和以微分部分具有超前和预测预测的特点。微分的特点。微分时间时间常数常数T DT D增大增大时时，超超调调量减小，量减小，动态动态性能得到改善，但是抑制高性能得到改善，但是抑制高频频干干扰扰的才干的才干下降。下降。选选取采取采样样周期周期T ST S时时，应应使它使它远远远远小于系小于系统阶跃统阶跃呼呼应应的的纯纯滞后滞后时时间间或上升或上升时间时间。为为使采使采样值样值能及能及时时反映模反映模拟拟量的量的变变化，化，T ST S越越小越好。但是小越好。但是T ST S太小会添加太小会添加CPUCPU的运算任的运算任务务量，相量，相邻邻两次采两次
12、采样样的差的差值值几乎没有什么几乎没有什么变变化，所以也不宜将化，所以也不宜将T ST S获获得得过过小。小。 Date: 2024/7/19 Page: 9CH7PLC的PID及变频器控制电气控制与PLC应用第二节第二节 PLC PLC控制变频器的方法控制变频器的方法由电机拖动中交流调速的相关知识可知，变频调速的性能由电机拖动中交流调速的相关知识可知，变频调速的性能最好。变频调速电气传动调速范围大，静态稳定性好，运最好。变频调速电气传动调速范围大，静态稳定性好，运转效率高，是一种理想的调速系统。目前，交流调速系统转效率高，是一种理想的调速系统。目前，交流调速系统的性能曾经可以到达或超越直流调
13、速系统。在不久的未来，的性能曾经可以到达或超越直流调速系统。在不久的未来，交流变频调速电气传动将替代包括直流调速传动在内的其交流变频调速电气传动将替代包括直流调速传动在内的其他调速电气传动。他调速电气传动。异步电动机的变频调速必需按照一定的规律同时改动电机异步电动机的变频调速必需按照一定的规律同时改动电机的定子电压和频率，必需经过变频安装获得电压和频率都的定子电压和频率，必需经过变频安装获得电压和频率都可调的电源，实现所谓的可调的电源，实现所谓的VVVFVVVFVariable Voltage Variable Voltage Variable FrequencyVariable Freque
14、ncy调速控制，这类能实现变频调速功调速控制，这类能实现变频调速功能的变频调速安装称之为变频器。能的变频调速安装称之为变频器。随着现代功率电子技术的开展，变频器的性能日新月异，随着现代功率电子技术的开展，变频器的性能日新月异，有调速范围宽、调速精度高、动态呼应快、运转效率高、有调速范围宽、调速精度高、动态呼应快、运转效率高、功率因数高、操作方便并且便于同其他设备接口等一系列功率因数高、操作方便并且便于同其他设备接口等一系列优点。优点。一、变频器概述一、变频器概述Date: 2024/7/19 Page: 10CH7PLC的PID及变频器控制电气控制与PLC应用二、三菱二、三菱 VS-616G5
15、变频器外部接线图变频器外部接线图 VS-616G5变频器属于电压型变频器,它包括了4种控制方式：规范V/F控制、带PG反响的V/F控制、无传感器的磁通矢量控制和带PG反响的磁通矢量控制.Date: 2024/7/19 Page: 11CH7PLC的PID及变频器控制电气控制与PLC应用主主电路路电源端子源端子R R、S S、T T经交流接触器和自交流接触器和自动空气断空气断路器与路器与电源源衔接，无需思索相序。接，无需思索相序。变频器器输出出电源接源接到端子到端子U U、V V、W W上。上。变频器的器的维护功能功能动作作时，相，相应的的继电器吸合，其常器吸合，其常闭触点断开触点断开变频器器电
16、源源侧主主电路接触器的路接触器的线圈圈电路，路，从而切断从而切断变频器主器主电路的路的电源。源。请勿以主勿以主电路的通断来路的通断来进展展变频器的运器的运转、停、停顿操作，操作，必需必需经过控制控制电路端子路端子1 1或端子或端子2 2来操作。来操作。DCDC电抗器抗器衔接端子接端子+1+1和和 +2 +2是是衔接改善功率因数用接改善功率因数用电抗器的端子。抗器的端子。这两端子在出厂两端子在出厂时接有短路片，接有短路片，对于于30KW30KW以上以上变频器需配置器需配置DCDC电抗器抗器时，卸掉短路片后再，卸掉短路片后再衔接。接。对小容量小容量变频器，内器，内设制制动电阻接在阻接在B1B1和和
17、B2B2端子上。端子上。对较大容量大容量变频器，需器，需衔接外部制接外部制动电阻阻时，接在端，接在端子子B1B1、B2B2上。上。变频器必需可靠接地。器必需可靠接地。1 1、主电路的衔接、主电路的衔接Date: 2024/7/19 Page: 12CH7PLC的PID及变频器控制电气控制与PLC应用2 2、控制电路端子的功能阐明、控制电路端子的功能阐明1 1输入信号：包括对运转输入信号：包括对运转/ /停顿、正转停顿、正转/ /反转、点动等运转形状进展操反转、点动等运转形状进展操作的数字操作信号。作的数字操作信号。变频器通常利用继电器接点或者晶体管集电极开路方式得到这些运转信号，变频器通常利用
18、继电器接点或者晶体管集电极开路方式得到这些运转信号，如如PLCPLC的继电器输出电路或的继电器输出电路或PLCPLC的晶体管输出电路。的晶体管输出电路。PLCPLC的输出端口可以和变频器的上述信号端子直接相衔接。的输出端口可以和变频器的上述信号端子直接相衔接。2 2监测输出信号：包括缺点检测信号、速度检测信号、频率信号和电监测输出信号：包括缺点检测信号、速度检测信号、频率信号和电流信号等。分为开关量检测信号和模拟量检测信号两种，用来和其他设备配流信号等。分为开关量检测信号和模拟量检测信号两种，用来和其他设备配合以组成控制系统。合以组成控制系统。模拟量检测输出信号既可根据需求送给电流表或频率表，
19、也可以送给模拟量检测输出信号既可根据需求送给电流表或频率表，也可以送给PLCPLC的模拟量输入模块。的模拟量输入模块。开关量检测信号，它们是经过继电器接点或晶体管集电极开路的方式输出，开关量检测信号，它们是经过继电器接点或晶体管集电极开路的方式输出，额定值均在额定值均在24V/50mA24V/50mA之上，完全符合之上，完全符合FXFX系列系列PLCPLC对输入信号的要求，所以可对输入信号的要求，所以可以将变频器的开关量检测信号和以将变频器的开关量检测信号和FXFX系列系列PLCPLC的输入端直接相衔接，从而实现的输入端直接相衔接，从而实现信号的反响控制。信号的反响控制。Date: 2024/
20、7/19 Page: 13CH7PLC的PID及变频器控制电气控制与PLC应用控制电路端子的功能阐明控制电路端子的功能阐明Date: 2024/7/19 Page: 14CH7PLC的PID及变频器控制电气控制与PLC应用三、三、VS-616G5变频器多级调速的变频器多级调速的PLC控制控制 可以利用PLC的开关量输入输出模块对变频器的多功能输入端进展控制，实现三相异步电动机的正反转、多速控制。 可以利用变频器的数字操作器对多功能输入、输出端子的功能重新进展设可以利用变频器的数字操作器对多功能输入、输出端子的功能重新进展设定表定表7-17-1中为出厂时所设定。用数字操作器对参数中为出厂时所设定
21、。用数字操作器对参数H1-01H1-01H1-06H1-06进展设进展设定，可实现多达定，可实现多达9 9段速运转。设定情况如下表所示。段速运转。设定情况如下表所示。 多段速参数的设定u设定方法：设定方法：Date: 2024/7/19 Page: 15CH7PLC的PID及变频器控制电气控制与PLC应用p点动运转是一种与所设置的加减速时间无关的、单步的、以点动频率运转点动运转是一种与所设置的加减速时间无关的、单步的、以点动频率运转的驱动功能。的驱动功能。p变频器的变频器的5 5、6 6、7 7端子经过功能设定后再经过通断组合，可控制端子经过功能设定后再经过通断组合，可控制8 8挡频率，挡频率
22、，连同端子连同端子8 8对应的点动频率，共可实现对应的点动频率，共可实现9 9段速的控制。段速的控制。p每挡相应的频率可以经过数字操作器对参数每挡相应的频率可以经过数字操作器对参数d1-01d1-01d1-09d1-09的设置而定范的设置而定范围围0 0400Hz400Hz。 多段频率的选择Date: 2024/7/19 Page: 16CH7PLC的PID及变频器控制电气控制与PLC应用图是利用图是利用FX1N-24MRFX1N-24MR型型PLCPLC和和VS-VS-616G5616G5变频器实现变频器实现9 9段速的硬件接线图。段速的硬件接线图。Y6Y6、Y7Y7、Y10Y10和和Y11
23、Y11全为全为OFFOFF时，电时，电机以频率指令机以频率指令1 1对应的频率运转对应的频率运转d1-d1-0101设定的值；设定的值；Y6Y6为为ONON，而，而Y7Y7、Y10Y10和和Y11Y11全为全为OFFOFF时，电机以频率指令时，电机以频率指令2 2对应的频率运转对应的频率运转d1-02d1-02设定的值，设定的值，依次类推。依次类推。变频器的数字量检测信号直接和变频器的数字量检测信号直接和PLCPLC的输入端相连。的输入端相连。实践控制中实践控制中9 9段速和一切检测信号段速和一切检测信号未必一定全部采用，需根据详细情况未必一定全部采用，需根据详细情况而定。而定。u运用举例：运
24、用举例：Date: 2024/7/19 Page: 17CH7PLC的PID及变频器控制电气控制与PLC应用四、四、VS-616G5变频器无级调速的变频器无级调速的PLC控制控制n无级调速是指频率指令信号从变频器的模拟输入端子输入。无级调速是指频率指令信号从变频器的模拟输入端子输入。变频器可以利用本身的频率设定电源来进展频率指令的设变频器可以利用本身的频率设定电源来进展频率指令的设定，如定，如VS-616G5VS-616G5变频器外部接线图所示。在消费实践中，变频器外部接线图所示。在消费实践中，频率指令信号普通来自于调理器或者频率指令信号普通来自于调理器或者PLCPLC。nPLCPLC必需配置
25、模拟量输出模块，将输出的必需配置模拟量输出模块，将输出的0 -10V0 -10V或或4-20mA4-20mA模拟量信号送给变频器相应的电压或电流输入端。模拟量信号送给变频器相应的电压或电流输入端。n这种这种PLCPLC控制变频器的调速方法，优点是硬件上接线简单，控制变频器的调速方法，优点是硬件上接线简单，可实现无级调速，缺陷是可实现无级调速，缺陷是PLCPLC的模拟量输出模块价钱较高。的模拟量输出模块价钱较高。n系统设计时，须根据变频器的输入阻抗来选择系统设计时，须根据变频器的输入阻抗来选择PLCPLC的模拟的模拟输出模块，选用的输出模块，选用的PLCPLC模拟量输出模块的信号范围和变频模拟量
26、输出模块的信号范围和变频器的输入信号范围一致。器的输入信号范围一致。Date: 2024/7/19 Page: 18CH7PLC的PID及变频器控制电气控制与PLC应用五、五、VS-616G5变频器、变频器、PLC在速度检测和位置控制时的接线在速度检测和位置控制时的接线配置公用的高速计数模块和运动控制模块。配置公用的高速计数模块和运动控制模块。选用特殊功能扩展模块，添加系统的硬件选用特殊功能扩展模块，添加系统的硬件投资。投资。将将PLCPLC根本单元内部的内置高速计数器和变根本单元内部的内置高速计数器和变频器的速度卡配合运用，节省硬件费用。频器的速度卡配合运用，节省硬件费用。工业控制中，实现速
27、度和位置的闭环控制方法：工业控制中，实现速度和位置的闭环控制方法：Date: 2024/7/19 Page: 19CH7PLC的PID及变频器控制电气控制与PLC应用u与与电机同机同轴相相连的脉冲的脉冲输出式旋出式旋转编码器器PGPG会随着会随着电机的机的转动而而发出相位互出相位互差差9090的的A A、B B两相脉冲，两相脉冲，变频器速度卡器速度卡PG-B2PG-B2可以接可以接纳这两相脉冲，并将其两相脉冲，并将其转换为与与实践践转速相速相应的数字信号送的数字信号送给变频器，器，变频器将器将实践速度与内部的践速度与内部的给定定速度相比速度相比较，从而，从而调理理变频器的器的输出出频率和率和电
28、压。u编码器起着检测运转速度、运转位置和运转方向的作用，它和VS-616G5变频器速度卡PG-B2之间用屏蔽电缆相衔接，该电缆衔接于PG-B2卡上的TA1端子上，TA2端子为两相脉冲的监视输出端子，屏蔽端接在卡上的TA3端子上。TA1端子的1、2分别为给编码器供电的正负电源+12V、0V。 Date: 2024/7/19 Page: 20CH7PLC的PID及变频器控制电气控制与PLC应用u假假设程序中运用的是程序中运用的是1 1相相1 1计数数计数器数器C235-C245C235-C245中的一个中的一个计数器，那数器，那么么TA2TA2端子中只运用一相端子中只运用一相输出即可，例如运用出即
29、可，例如运用A A相，那么把相，那么把TA2TA2的的2 2号端号端子和子和PLCPLC的的输入端入端COMCOM衔接，而接，而TA2TA2的的1 1号端子那么需求根据所运用的号端子那么需求根据所运用的计数器数器查相关相关PLCPLC手册来定，手册来定，计数器的数器的计数的方向由数的方向由M8M8的形状来的形状来决决议。u如运用如运用C237C237，1 1号端子就需和号端子就需和X2X2衔接；接；u如运用如运用C243C243，1 1号端子就需和号端子就需和X4X4衔接。接。p图为图为FX2N-64MRFX2N-64MR、VS-VS-616G5616G5、PG-B2PG-B2卡和旋转卡和旋转
30、编码器编码器PGPG在某系统中的在某系统中的硬件接线图。硬件接线图。pPG-B2PG-B2卡的卡的TA2TA2输出端输出端子的运用情况与子的运用情况与PLCPLC程序程序中所运用的高速计数器中所运用的高速计数器有关。有关。Date: 2024/7/19 Page: 21CH7PLC的PID及变频器控制电气控制与PLC应用u假设程序中运用的是假设程序中运用的是1 1相相2 2计数计数器计数计数器C246-C250C246-C250中的一个计数器，那中的一个计数器，那么么TA2TA2端子中也只运用一相输出，以运用端子中也只运用一相输出，以运用A A相为例，同样把相为例，同样把TA2TA2的的2 2
31、号端子号端子和和PLCPLC的输入端的输入端COMCOM衔接，而衔接，而TA2TA2的的1 1号端子那么需求根据所运用的计数器号端子那么需求根据所运用的计数器的计数方向查手册来定，的计数方向查手册来定，u如如C246C246的加计数时的加计数时TA2TA2的的1 1号端子和号端子和X0X0衔接，而衔接，而C246C246的减计数时的减计数时TA2TA2的的1 1号端子和号端子和X1X1衔接；衔接；u如如C248C248的加计数时的加计数时TA2TA2的的1 1号端子和号端子和X3X3衔接，而衔接，而C248C248的减计数时的减计数时TA2TA2的的1 1号端子和号端子和X4X4衔接。衔接。D
32、ate: 2024/7/19 Page: 22CH7PLC的PID及变频器控制电气控制与PLC应用u假设程序中运用的是假设程序中运用的是2 2相相2 2计计数输入计数器数输入计数器C251-C255C251-C255中的中的一个，那么一个，那么TA2TA2端子的两相输端子的两相输出都需运用，出都需运用，TA2TA2的的2 2、4 4输出输出端子连在一同后与端子连在一同后与PLCPLC的输入的输入端端COMCOM相衔接，相衔接，1 1、3 3端子衔接端子衔接的的PLCPLC输入端口随计数器的不输入端口随计数器的不同而不同，同而不同，u如运用如运用C251C251，那么，那么TA2TA2的的1 1
33、、3 3端子衔接端子衔接PLCPLC的的X0X0、X1X1端口端口如下图；如下图；u如运用如运用C255C255，那么，那么TA2TA2的的1 1、3 3端子衔接端子衔接PLCPLC的的X3X3、X4X4端口。端口。u运运转前，前，须由数字操作器由数字操作器设置置变频器参数器参数F1-05F1-05，以决，以决议正正转时A A、B B两相两相脉冲那一相超前。脉冲那一相超前。设定定值“0“0的的场所，意味着正所，意味着正转时A A相相输入在接通期入在接通期间B B相相输入由断开入由断开变为接通，接通，A A、B B的的这种相位关系使种相位关系使计数器加数器加计数。数。u经过上述上述设置，在置，在电机正机正转时计数器自数器自动加加计数，反数，反转时计数器自数器自动减减计数。由数。由M8M8的形状可以的形状可以监视计数器的加减形状。数器的加减形状。Date: 2024/7/19 Page: 23CH7PLC的PID及变频器控制电气控制与PLC应用Date: 2024/7/19 Page: 24CH7PLC的PID及变频器控制电气控制与PLC应用
