自动检测技术及仪表控制系统课程设计.doc

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1、 - 31 -摘 要本课程设计实验采用的是计算机和三菱Q系列PLC和三菱FR-F740系列变频器来实现控制，实验的目标是通过控泵的出油量来把油罐中的液位控制在设定的高度。本课程设计实验报告首先对此次试验的主要任务和实现方式做了简要的阐述，之后针对实验要求提出了可行的设计方案并进行了讨论和比较。我们利用PLC，变频器和电机在实验室构成了单回路的闭环控制系统，并采用了PI算法对PLC编程。经过了一段时间的学习，通过多次校正和对参数的修改调试，最终实现了稳定运行和液位（转速）控制的在设定值的实验目标。并将整个过程反映在了本次试验报告中。程设计是以我们自己的专业课程（过程控制系统）为依托，针对一个特定

2、的设计内容对我们进行完整的控制系统设计训练的教学环节。使我们通过整个课程设计的过程了解和掌握过程控制系统设计的内容、步骤、规范和方法等。为将教材中的理论和上课时学习的知识与实际自动化工程提供结合的机会，加深我们对过程控制系统这门课程的理论知识和应用实践的认识。我们的设计内容包括：控制系统可行性分析，控制原理分析与设计，控制设备选型、系统接线图纸设计，控制系统编程实现以及实验验证等。我们可以根据个人情况进行各自特色的控制系统设计。关键词：PLC，变频器，自动化，液位控制目 录摘要 1. 概述12. 课程设计任务及要求2 2.1 设计任务2 2.2 设计要求23. 理论设计3 3.1 方案论证 3

3、 3.2 系统设计7 3.2.1 结构框图及说明7 3.2.2 系统原理图及工作原理10 3.3 单元电路设计10 3.3.1 单元电路工作原理10 3.3.2 PID参数选择134. 系统设计15 4.1 软件设计15 4.2 编程过程17 4.3 编程结果185. 安装调试22 5.1安装调试过程22 5.2 故障分析236. 结论277. 使用仪器设备清单288. 收获、体会和建议299. 参考文献301 概述过程控制系统过程控制系统是以表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。这里“过程”是指在生产装置或设备中进行的物质和能量的相互作用和转换过程。表征

4、过程的主要参量有温度、压力、流量、液位、成分、浓度等。通过对过程参量的控制，可使生产过程中产品的产量增加、质量提高和能耗减少。一般的过程控制系统通常采用反馈控制的形式，这是过程控制的主要方式。单回路控制系统单回路控制系统又称简单控制系统，是指由一个被控对象、一个检测元件及变送器、一个调节器和一个执行器所构成的闭合系统。变频器变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。本次试验中采用的变频器是三菱FR-F740系列变频器。PLCPLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统

5、，专为在工业环境应用而设计的。本次试验中所采用的PLC为三菱Q系列PLC。2 课程设计任务及要求2.1 设计任务设计并制作一个液位自动控制系统，控制对象为3米的储油罐。也为可以在一定范围内由人工设定，并能在来料量变化是实现自动控制，以保持设定的液位基本不变。2.2 设计要求1、选择合适的传感器、执行器、控制器、设计控制方案2、设计合适的控制算法及算法参数，达到以下要求：（1）液位设定范围为0-3米，最小区分度为0.001米，标定液位0.01米。（2）操作界面的设计，包括（水温显示，设定参数的输入，控制参数的输入等）。（3）采用适当的控制方法，党设定液位突变时，减小系统的调节时间和超调量。（4）

6、液位控制的静态误差0.02米3 理论设计3.1 方案论证在工农业生产以及日常生活应用中，常常会需要对容器中的液位（油位）进行自动控制。虽然各种油位控制的技术要求不同，精度不同，但基本的控制原理都可以归纳为一般的反馈控制方式，它们的主要区别在于检测液位的方式、反馈形式以及控制器上的区别。针对该系统的特点，我们给出两种设计方案：传统机电控制阀门式、plc与变频器控制油泵式。方案一：传统机电控制阀门式 图3-1漂浮在水面上的浮球与控制器中的“检测机构”通过连杆机构相连，当水位发生变化时，浮球上下运动带动“检测机构”产生位移，这个位移可以直接用来驱动阀门动作，关闭或者开启进水口，调节水位。如果需要控制

7、图3-2的水筏较大，浮球的浮力不足以驱动控制水阀动作时，可以在“检测机构”与“阀门控制”之间增加一套机电控制驱动装置，具体控制过程为：“检测机构”的位移先去带动一个位移开关动作；位移开关控制电机的转动；电机驱动水阀门。这种控制方式结构比较复杂，但可以对大型蓄水装置进行控制，因此常常应用于工农业生产中。方案二：PLC与变频器控制水泵式从自动控制角度看，可将变频器与所驱动的电机及所相关的管路看成一个整体，等效于一个标准的执行机构，其输入为PLC根据控制误差的大小计算出相应的控制器输出（4-20mADC）/（0-10V）直流信号，其输出对应流体的流量。图3-3为了更清楚的说明PLC与变频器控制相对于

8、传统机电控制的优势，下面对PLC与变频器控制系统的特点给予详细说明：PLC的特点: 1.可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用

9、者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2.配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3.易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业

10、的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5.体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm

11、，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。6.本次所使用的PLC基本型QCPU是以小规模系统为对象的，最适合于简单而又紧凑的控制系统。所支持的最大IO点数为1024点，软元件的存储器约为19K字，且允许软元件在16K字范围内任意分配，Q00Q01CPU还可将32K字的文件寄存器存入内置的标准RAM中。基本型QCPU内部都含有闪存ROM，所以能在不使用存储卡的情况下对ROM进行操作。可以使用梯形图、语句表、ST（结构化文本，类高级语言）、SFC、FB等5种编程语言对基本型QCPU进行编程。除了Q00J为CPU、电源和主基板（可带32点输入输出）

12、一体的以外，Q00/Q01都为独立的CPU模块。Q00Q01CPU内置串行通讯功能，CPU的RS-232接口能与使用MC通讯协议的外部设备进行通讯。变频器的特点：1.节能只要降低频率，电机用不完的能量就接生下来了。比如，一台水泥厂的风机，功率是132KW，它一旦启动就是132KW，假如这时风力太大，用不完，就只好关闭一些阀门，但它还是会用132KW的电，浪费是必然的。用了变频器调速器就不同了，需要多大的风力就调到相应的速度，其多余的能量就能节省下来。就这给厂家省下一笔很可观的电费。一家水泥厂250KW的变频器，平时只用到70%的功率，自从装上变频器，每小时节省70度电。照此计算，很快就会收回设

13、备投资。目前，变频器空调影响很大，虽然价格贵一点，但是从长远的角度来考虑，它会从节电方面获得效益。2.无极调速根据需要任意调级电机转速。电机都有一个固定的转速，没有其他调速装置，这个转速固定不变。而有的工况需要电机改变速度，没有变频器，只能通过滑差电机或齿轮变速来实现，很复杂，很多维护，很笨重，很落后。有了变频器，就使一切变速的需要变的轻而易举，随心所欲。3.启动平稳速度平稳上升，停止平稳，速度平滑下降，没有冲击。所以你在乘坐配有变频器的电梯时，就感觉不到振动和冲击，很舒适。变频器体积小，重量青、安装方便、调式简单，作单机控制时，三根电源进线，三根出线接电机就完成了。加速减速，正转反转，所有的

14、操作都在一个小小的键盘上。所以，它深受用户喜爱，它的应用领域也越来越普遍和广泛。4.它具备多种信号输入输出端口，接收和输出模拟信号，电流、电压信号。与控机、编程器配合，就能形成自动化控制系统。换一句话说，什么时候加速，什么时候减速，什么时候正转，什么时候反转，什么时候停，什么时候启，一切都可以预先编程，它会忠实准确的执行命令。5.本次所使用的PLC特点多功能型、一般负载适用；功率范围：0.75630KW；简易磁通矢量控制方式，实现3Hz时输出转矩达120%；采用最佳励磁控制方式，实现更高节能运行；内置PID，变频器/工频切换和可以实现多泵循环运行功能；内置独立的RS485通讯口；使用长寿命元器

15、件；内置噪声滤波器（75K以上）由上所述，PLC与变频器控制系统与传统机电控制系统相比具有许多特点，其控制质量较高，对于被控过程中有较大的纯滞后和容量的系统均会起到较好的效果。本次试验中的实验设备恰好具备此类性质和特点，因此选定PLC与变频器控制系统作为设计方案。3.2 系统设计3.2.1 结构框图及说明PLC与变频器控制系统的方框图如图所示： 比较环节控制机构执行机构被控对象检测、变送环节 图3-4本实验为PLC与变频器控制系统，它是由单回路组成。PLC起到比较和控制的作用，变频器、电机和水泵可看作整体起到执行机构的作用，差压变送器是检测和变送的环节，被控对象是液位高度。调节器控制规律的选择

16、在选择调节器控制规律之前，我们有必要先来了解一下比例P，积分I，微分D三中调节器的控制规律及控制特点，这对我们能正确选择调节器的调节方式会有很大帮助。比例(P)调节 纯比例调节器是一种最简单的调节器，它对控制作用和扰动作用的响应都很快。由于比例调节只有一个参数，所以整定很方便。这种调节器的主要缺点是系统有静差存在。其传递函数为： （3-1） 式中Kp为比例系数，为比例带。 比例积分(PI)调节 PI调节器就是利用P调节快速抵消干扰的影响，同时利用I调节消除残差，但I调节会降低系统的稳定性，这种调节器在过程控制中是应用最多的一种调节器。其传递函数为：（3-2）式中I为微分时间。 比例微分(PD)

17、调节 这种调节器由于有微分的超前作用，能增加系统的稳定度，加快系统的调节过程，减小动态和静态误差，但微分抗干扰能力较差，且微分过大，易导致调节阀动作向两端饱和。因此一般不用于流量和液位控制系统。PD调节器的传递函数为： （3-3）式中D为微分时间。比例积分微分(PID)调节器 PID是常规调节器中性能最好的一种调节器。由于它具有各类调节器的优点，因而使系统具有更高的控制质量。它的传递函数为：（3-4） 在在本实验单反馈控制中, 过程参数或过程变量与所需的设定值之间存在偏差, 通过PID 运算可以计算出控制器的输出值, 假设过程参数或过程变量是PV, 设定值是SP, 偏差是E, 控制器输出是OU

18、T, 则计算公式是: Ei=PVi-SPi OUTi=KpEi+KiEi t+Kd!Ei-Ei-1 式中, 输出数值OUTi由三个输出项组成。第一项是比例作用(ProportionalActive) 的输出, 它的输出与偏差成正比。在某一时刻, 如果偏差为0, 则比例项输出为0。对控制器输出的影响大小与所设置的比例增益Kp有关。第二项是积分作用(IntegralActive) 的输出, 它的输出是与偏差的大小和偏差作用时间的乘积有关。在某一时刻, 如果偏差为0, 积分项的输出并不为0, 由于偏差为0, 该项的比例输出将不发生变化, 保持在原有的数据上。积分项作用增长的快慢与偏差的大小、所设置的

19、积分常数Ki有关: Ki=KTip。Ti称为积分时间, Ti越大, Ki就越小, 积分作用增长就越弱, 消除偏差的时间也就越长。第三项是微分作用(DerivativeActive) 的输出, 它的输出与偏差的变化率有关。因此, 如果偏差存在但不发生变化, 微分作用的输出就为0。微分作用的大小是与偏差变化率及微分常数Kd有关: Kd=KpTd。Td称为微分时间, Td越小, Kd就越小, 微分作用就越弱, 对偏差变化就越不敏感。3.2.2 系统原理图及工作原理（如图3-3） PLC根据控制误差的大小计算出相应的控制器输出I（4-20mADC）/U（0-10V）,变频器根据输入信号I/U输出相应的

20、可变频率f来改变电机的转速n而转速n的改变将直接影响容器的流出量Qout,从而达到控制液位高度的目的。3.3 单元电路设计3.3.1 单元电路工作原理系统概述 液位控制系统由工业计算机、PLC可编程控制器、变频器和差压变送器等组成。液位设定值由计算机输入界面人工给定。压力差计检测出液位信号，通过变送装置反馈给PLC可编程控制器，与设定值进行比较。PLC可编程控制器作为PID控制器，控制变频器，实现液位的快速、无静差控制。在液位调节过程和正常生产过程中，可通过计算机的监视画面实时监控液位。下面仅对与本次课程设计相关的设备给予简单介绍，其它设备在此不作说明。 1. 控制机构三菱PLC： 结构灵活，

21、不受环境的限制，有电即可组建网络，同时可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率，在移动性方面可与WLAN媲美。 传输质量高、速度快、带宽稳定，可以很平顺的在线观赏DVD影片，它所提供的14Mbps带宽可以为很多应用平台提供保证。最新的电力线标准HomePlug AV传输速度已经达到了200Mbps；为了确保QoS，HomePlug AV采用了时分多路访问（TDMA）与带有冲突检测机能的载体侦听多路访问（CSMA）协议，两者结合，能够很好地传输流媒体。 范围广，无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。虽然无线网络可以做到不破墙，但对于高层建筑来说，其必需布设N多个AP才能满足需求，而且同

22、样不能避面信号盲区的存在。而电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一处有电力线的地方。这一技术一旦全面进入商业化阶段，将给互联网普及带来极大的发展空间。终端用户只需要插上电力猫，就可以实现因特网接入，电视频道接收节目，打电话或者是可视电话。 低成本。充分利用现有的低压配电网络基础设施，无需任何布线，节约了资源。无需挖沟和穿墙打洞，避免了对建筑物、公用设施、家庭装潢的破坏，同时也节省了人力。相对传统的组网技术，PLC成本更低，工期短，可扩展性和可管理性更强。目前国内已开通电力宽带上网的地方，其包月使用费用一般为50-80元

23、/月左右，这样的价格和很多地方的ADSL包月相持平。 适用面广。PLC作为利用电力线组网的一种接入技术，提供宽带网络“最后一公里”的解决方案，广泛适用于居民小区，酒店，办公区，监控安防等领域。它是利用电力线作为通信载体，使得PLC具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受4.545Mbps的高速网络接入，来浏览网页拨打电话，和观看在线电影，从而实现集数据、语音、视频，以及电力于一体的“四网合一”。2.执行机构三菱变频器：FR-F740系列 功率范围：37220KW 简易磁通矢量控制方式，实现3Hz时输出转矩达120% 采用最佳励磁控制方式，实现更高节能运行 内置P

24、ID，变频器/工频切换和可以实现多泵循环运行功能 内置独立的RS485通讯口 使用长寿命元器件 内置噪声滤波器（75K以上） 带有节能监控功能，节能效果一目了然3.检测变送机构DDZIII型差压变送器，其原理如图3-5适用范围：DDZIII型差压变送器主要用于测量液体、气体、蒸汽的差压、压力及负压也可以测量开口或受压容器的液位，配上节流装置可以测量液体、气体或蒸汽的流量，其中差压液位变送器还能测量高粘度、沉淀性等介质；防腐差压变送器用于测量各种腐蚀性酸、碱、氯化物等介质，并将被测参数转换成为420mA的直流信图3-5号输出，并传给二次仪表或调节单元作检测或控制用。DDZIII型系列差压变送器广

25、泛应用于石油、化工、电力、冶金等行业。主要技术参数：输出信号：420mA.DC负载电阻：0350来回变差：基本误差静压误差：3%（静压为16MPa以下）；5%（静压为16MPa以上）电源电压：24V.DC安装方式：现场安装于50管子上环境温度：-25+60相对湿度：95%接线说明： 图3-6变频器与电机、PLC的连接图3-73.3.2 PID参数选择PID控制器的参数整定： PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，

26、经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到

27、系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。对于液位系统：P（%）20-80，I（分）1-5以下七字诀可作为参考：参数整定找最佳，从小到大顺序查先是比例后积分，最后再把微分加曲线振荡很频繁，比例度盘要放大曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳曲线偏离回复慢，积分时间往下降曲线波动周期长，积分时间再加长曲线振荡频率快，先把微分降下来动差大来波动慢。微分时间应加长理想曲线两个波，前高后低4比1一看二调多分析，调节质量不会低Matlab仿真图3-8图3-94 系

28、统设计4.1 软件设计输入输出界面设置：图4-14.2 编程过程：图4-24.3编程结果PLC与变频器控制程序注释：0 LDI X1401 OUT Y81 2 MOV K3000 D50 D50 =给定4 MOV K4000 D56 D56 =上限6 EMOV E1 D10 D10 = Kp9 MOV K4 D12 D12 = Ti11 MOV K1 D14 D14 = T13 AND D29 D5686 OR= D29 K-350089 ANB90 MOV K4000 D8092 MPP93 AND D29 K-350099 MOV D29 D80101 END102速度快慢循环控制：此程序

29、利用两个计时器实现了电机10秒高速运行，之后10秒低速运行控制，并实现循环。仍然采用PI算法同第一个程序。5 安装调试5.1 安装调试过程实验室调试部分由于条件有限，我们不能够对真正的水箱流量控制设备进行调试，只能在三菱实验室进行液位控制系统的模拟实验，通过对电机转速的控制来模拟水泵的流量控制。在实验过程中，我们用电机的转速模拟排水流量，用测速发电机模拟流量检测装置，用三菱变频器模拟执行机构电动调节阀，用直流发电机模拟扰动，在实验室计算机和三菱PLC的控制下，完成了系统的模拟和调试。 首先，我们查阅了三菱PLC和三菱变频器的使用手册，了解了它们的工作原理和工作方式。然后，根据系统结构图，进行硬

30、件接线。具体步骤如下： （1） 按设计好的线路接线，确定无误后方可合上电源。 （2）打开计算机上的PLC动态监视，监视电机启动过程中的数据变化，同时观察示波器波形变化。 （3）先设定调节器的控制规律、PID参数，模拟给定量设为1000r/Min，启动电动机并进行系统监控。在数字示波器上观察电机启动时的转速特性。如果特性不满足要求，用工程的方法反复调整PID参数，直到系统动态、静态特性满足要求为止，并记录PID参数。 （4）待系统稳定后，通过直流电动机，加入扰动，在突加给定阶跃扰动时，观察系统克服扰动的能力及电机转速特性。 （5）在示波器上保存电机转速特性变化曲线。示波器检测输出波形图：图5-1

31、 变频器单独控制由于PID运算在变频器内部，这就省去了对可编程控制器存贮容量的要求和对PID算法的编程，而且PID参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。同时，为了保证液位反馈信号值的准确、不失值，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的调试非常简单、方便。图5-2 PLC与变频器控制PLC的参数设置影响到变频器内部PID的调节，反而出现超调5.2 故障分析变频器故障变频器由主回路、电源回路、IPM驱动及保护回路、冷却风扇等几部分组成。其结构多为单元化或模块化形式。由于使用方法不正确或设置环境不合理，将容易造成变频器误操作及发生故障，或者无

32、法满足预期的运行效果。为防患于未然，事先对故障原因进行认真分析尤为重要。 主回路常见故障分析 主回路主要由三相或单相整流桥、平滑电容器、滤波电容器、IPM逆变桥、限流电阻、接触器等元件组成。其中许多常见故障是由电解电容引起。电解电容的寿命主要由加在其两端的直流电压和内部温度所决定，在回路设计时已经选定了电容器的型号，所以内部的温度对电解电容器的寿命起决定作用。电解电容器会直接影响到变频器的使用寿命，一般温度每上升10 ，寿命减半。因此一方面在安装时要考虑适当的环境温度，另一方面可以采取措施减少脉动电流。采用改善功率因数的交流或直流电抗器可以减少脉动电流，从而延长电解电容器的寿命。 在电容器维护

33、时，通常以比较容易测量的静电容量来判断电解电容器的劣化情况，当静电容量低于额定值的80%，绝缘阻抗在5 M以下时，应考虑更换电解电容器。 主回路典型故障分析 故障现象：变频器在加速、减速或正常运行时出现过电流跳闸。 首先应区分是由于负载原因，还是变频器的原因引起的。如果是变频器的故障，可通过历史记录查询在跳闸时的电流，超过了变频器的额定电流或电子热继电器的设定值，而三相电压和电流是平衡的，则应考虑是否有过载或突变，如电机堵转等。在负载惯性较大时，可适当延长加速时间，此过程对变频器本身并无损坏。若跳闸时的电流，在变频器的额定电流或在电子热继电器的设定范围内，可判断是IPM模块或相关部分发生故障。

34、首先可以通过测量变频器的主回路输出端子U、V、W， 分别与直流侧的P、N端子之间的正反向电阻，来判断IPM模块是否损坏。如模块未损坏，则是驱动电路出了故障。如果减速时IPM模块过流或变频器对地短路跳闸，一般是逆变器的上半桥的模块或其驱动电路故障；而加速时IPM模块过流，则是下半桥的模块或其驱动电路部分故障，发生这些故障的原因，多是由于外部灰尘进入变频器内部或环境潮湿引起。 控制回路故障分析 控制回路影响变频器寿命的是电源部分，是平滑电容器和IPM电路板中的缓冲电容器，其原理与前述相同，但这里的电容器中通过的脉动电流，是基本不受主回路负载影响的定值，故其寿命主要由温度和通电时间决定。由于电容器都

35、焊接在电路板上，通过测量静电容量来判断劣化情况比较困难，一般根据电容器环境温度以及使用时间，来推算是否接近其使用寿命。电源电路板给控制回路、IPM驱动电路和表面操作显示板以及风扇等提供电源，这些电源一般都是从主电路输出的直流电压，通过开关电源再分别整流而得到的。因此，某一路电源短路，除了本路的整流电路受损外，还可能影响其他部分的电源，如由于误操作而使控制电源与公共接地短接，致使电源电路板上开关电源部分损坏，风扇电源的短路导致其他电源断电等。一般通过观察电源电路板就比较容易发现。PLC故障基本的查找故障顺序提出下列问题，并根据发现的合理动作逐个否定。一步一步地更换各种模块,直到故障全部排除。所有

36、主要的修正动作能通过更换模块来完成。 除了一把螺丝刀和一个万用电表外，并不需要特殊的工具，不需要示波器，高级精密电压表或特殊的测试程序。、PWR（电源）灯亮否？如果不亮，在采用交流电源的框架的电压输入端（98-162VAC或195-252VAC）检查电源电压；对于需要直流电压的框架， 测量+24VDC和0VDC端之间的直流电压，如果不是合适的AC或DC电源，则问题发生在PLC之外。如AC或DC电源电压正常，但PWR灯不亮，检查保险丝， 如必要的话，就更换CPU框架。、PWR（电源）灯亮否？如果亮，检查显示出错的代码，对照出错代码表的代码定义，做相应的修正。、RUN（运行）灯亮否？如果不亮，检查

37、编程器是不是处于PRG或LOAD位置，或者是不是程序出错。如RUN灯不亮，而编程器并没插上，或者编程器处于RUN方式 且没有显示出错的代码，则需要更换CPU模块。、BATT（电池）灯亮否？如果亮，则需要更换锂电池。由于BATT灯只是报警信号，即使电池电压过低，程序也可能尚没改变。更换电池以后， 检查程序或让PLC试运行。如果程序已有错，在完成系统编程初始化后，将录在磁带上的程序重新装入PLC。、在多框架系统中,如果CPU是工作的,可用RUN继电器来检查其它几个电源的工作。如果RUN继电器未闭合(高阻态),按上面讲的第一步检查AC或DC电源如AC 或DC电源正常而继电器是断开的,则需要更换框架。

38、6 结论比例P 积分I 微分D 控制机理（1） 比例系数Kp加快响应速度，但可能引起超调。比例控制时可以减小系统的输出稳态误差，却不能完全消除稳态误差。比例系数加大，会使系统动作灵敏，速度加快。但是如果取得偏大，则振荡次数会增多，调节时间加长。因此，当P太大时，系统会趋于不稳定，当P太小时，又会使系统的动作缓慢。（2） 积分系数Ki消除系统静差。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。当I太小时，系统将

39、不稳定，系统振荡次数增多。当I太大时，积分作用会太弱，以至于不能减小稳态误差，对系统性能的影响减小。当I合适时，过渡过程的特性则比较理想。 （3） 微分系数Kd加快系统的响应，消除滞后带来的影响。对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性，减小超调量，缩短调节时间，允许加大比例控制，使稳态误差减小，提高控制精度。当D偏大或偏小时，超调量较大，调节时间较长，当D合适时，系统才能得到比较满意的过渡过程。 实际分析因各系统结构特征不同，况且也很难计算出PID准确数值，故而需对变频器中默认的PID参数进行再调整。为调试简便起见，一般在供排水、流量控制中只需用

40、P、I控制即可，D参数较难确定，它容易和干扰因素混淆，在此类场合也无必要，通常用在温度控制场合。PI参数中，P是最为重要的，定性的讲，由于P=1/K，所以P越小系统的反应越快，但过小的话会引起振荡而影响系统的稳定，它起到稳定测量值的作用。而I是为了消除静差，即使测量值接近设定值，原则上不宜过大。试运行时可于在线条件下边观察测量值的变化边反复调节P、I参数，直至测量值稳定并与设定值接近为止。液位控制系统参数：增益：Kp=1 积分时间常数：Ti=0.6 时间周期：T=1三菱PLC与其他PLC相比价格一般，编程简单，模拟量复杂，模拟量精确比西门子差，主要用于一般设备。 7 使用仪器设备清单表5.1 使用仪器设备清单序号名称型号数量1三菱变频器FR-F740系列12三菱PLCQ系列13差压变送器DDZIII型14交流电动机18 收获、体会和建议通过本课程设计，我学会了如何使用PLC去实现简单的控制。PLC是工业自动控制装置，通过本次课程设计，我学会了PLC控制的基本思想。为以后的课程的学习打下了坚实的基础。PLC 的工业控制实现了自动化的管理。自动化控制正是符合了现代化的趋势。但在程序的设计时，也要考虑到程序的最简性。学会了用PLC程序设计的一