全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件设计说明书.doc

全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件设计说明书v1.0第一章 系统概述1 系统概述“全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件” 是指一些数据采集与过程控制的专用检测软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的ABS检测方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。“全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件” 应该能支持各种ABS检测设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的HMI（人机接口软件，Human Machine Interface）的概念，“全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件”应该是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具，或开发环境。在“全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件”出现之前，ABS检测领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的ABS检测系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。“全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件”的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用“全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件”的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容。“全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件” 通用版是通态数十位软件开发精英，历时整整一年时间，辛勤耕耘的结晶，“全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件”通用版无论在界面的友好性、内部功能的强大性、系统的可扩充性、用户的使用性以及设计理念上都有一个质的飞跃，是国内“全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件”行业划时代的产品，必将带领国内的“全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件”上一个新的台阶。2 功能特点1、全中文可视化“全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件”，简洁、大方，使用方便灵活2、完善的中文在线帮助系统和多媒体教程3、真正的32位程序，支持多任务、多线程，运行于Win95/98/NT/2000/XP/7平4、提供近百种绘图工具和基本图符，快速构造图形界面5、支持数据采集板卡、智能模块、智能仪表、PLC、变频器、网络设备等700多种国内外众多常用设备6、支持温控曲线、计划曲线、实时曲线、历史曲线、XY曲线等多种ABS检测曲线7、支持ODBC接口，可与SQL Server、Oracle、Access等关系型数据库互联8、支持OPC接口、DDE接口和OLE技术，可方便的与其他各种程序和设备互联9、提供渐进色、旋转动画、透明位图、流动块等多种动画方式，可以达到良好的动画效果10、上千个精美的图库元件，保证快速的构建精美的动画效果11、功能强大的网络数据同步、网络数据库同步构建，保证多个系统完美结合12、完善的网络体系结构，可以支持最新流行的各种通讯方式，包括电话通讯网，宽带通讯网，ISDN通讯网，GPRS通讯网和无线通讯网 “全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件”是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的“全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件”，能够在Windows平台上运行。通过对现场数据的采集处理。以动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式。向用户提供解决实际工程问题的方案。充分利用windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点。比以往使用专用机开发的工业控制系统更具通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。第二章 设计方案 “全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件”的被控对象是由两个压力容器对象组成，可以根据需要构成不同阶（1或2阶）的被控对象。压缩空气经过两路进入压力容器中，经过两个流量调节阀，在单回路控制过程中，可以把一路作为主回路，另一路作为干扰回路。被控对象调节采用线性的理想特征，构成的控制系统为线性控制系统。2.1 设计方案2.1.1 设计方案“全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件”利用工业控制计算机 (IPC) 作为上位机，利用全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件作为程序开发平台，下位机采用可编程序控制器 (松下FP016M PLC)，组成一个汽车ABS传感监控系统（如图2.1）。ABSIPC 工控机PLC上位机下位机图2.1 压力过程监控系统被控对象由上、下两个压力罐组成，其控制要求为：将压力罐 1 的压力值P1和压力罐 2 的压力值 P2 分别控制在某个范围内。两个个压力罐的压力信号分别由检测装置进行实时检测，然后将被测的标准信号经 A/ D 转换后输入计算机，根据采集到的信号情况，计算机将控制信号经 D/ A 转换后输出给执行机构，对气泵和控制阀进行通断控制，从而形成计算机控制的闭环控制方案。系统采用气泵恒压供气，通过安装在出压力罐上的压力变送器，把压力信号变成420mA的标准信号送入PLC（可编程控制器），PLC通过PID程序运算后，输出转速信号送给电气转换器，由电气转换器控制阀的开度，调节气压，使压力罐内的压力保持在给定的压力值上。当气压大于或小于压力罐的气压范围时，通过PLC控制阀以达到减压或者加压的目的，实现压力罐内气压保持在恒定范围内。2.1.2 控制阀的选择1主、副调节器：三菱ABS PLC2压力变送器：2台DBYG-300A压力变送器3调节阀：2台ZMAP-100B小流量调节阀4电气转换器：2台QZD-1000电气转换器5减压器：3台QFH-221型空气过滤减压器624VDC电源 所有仪表所需的接线端子都全部拉到接线板上，也就是面板上的接线端子都是跟仪表的对应接线端子相并联的，所以可以直接在接线板上通过合理的连线组成所需要的控制系统。气动调节阀动作分气开型和气关型两种。气开型是当膜头上空气压力增加时，阀门向增加开度方向动作，当达到输入气压上限时，阀门处于全开状态。反过来，当空气压力减小时，阀门向关闭方向动作，在没有输入空气时，阀门全闭。气关型动作方向正好与气开型相反。当空气压力增加时，阀门向关闭方向动作；空气压力减小或没有时，阀门向开启方向或全开为止。气动调节阀的气开或气关，通常是通过执行机构的正反作用和阀态结构的不同组装方式实现。 气开气关的选择是根据工艺生产的安全角度出发来考虑。即当气源切断时，调节阀是处于关闭位置安全还是开启位置安全。比如：一个加热炉的燃烧控制，调节阀安装在燃料气管道上，根据炉膛的温度或被加热物料在加热炉出口的温度来控制燃料的供应。这时，宜选用气开阀更安全些，因为一旦气源停止供给，阀门处于关闭比阀门处于全开更合适。如果气源中断，燃料阀全开，会使加热过量发生危险。又如一个用冷却水冷却的换热设备，热物料在换热器内与冷却水进行热交换被冷却，调节阀安装在冷却水管上，用换热后的物料温度来控制冷却水量，在气源中断时，调节阀应处于开启位置更安全些，宜选用气关式调节阀。压力罐控制阀采用气关型。考虑原因是，当压力信号中断时应保证设备和工作人员的安全。在事故状态下保持阀门全开。当压力罐内正常工作时，可保持气体不外泄。总体而言，用气关型比较安全。2.1.3 控制方式的选择在控制系统中，串级控制系统对改善控制过程的品质极为有效，它改善了单回路系统时间常数大、容易受到干扰等缺点，因此在生产过程中得到了广泛的应用。鉴于其能够提高系统的放大系数、抗干扰能力以及有一定的自适应能力等优点。“全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件”采用串级控制系统。1串级系统的组成 压力变送器2压力变送器1V控制器 2P1P2控制器1 SP1 SP2 dF1 dF2 + + + + _ _ PV PV图2.2 串级过程控制系统2采用串级控制系统串级系统由主、副两个控制回路组成，主、副调节其相串联工作。以一阶回路为外环，二阶回路为内环设计串级控制系统3串级系统的优点改善被控对象的特性由负反馈原理可知，副回路不仅能改变副对象的结构，而且还能使副对象的放大系数减小，频带变宽，从而使系统的响应速度变快，动态性能得到改善。能及时克服进入副回路的各种二次扰动，提高了系统的抗扰动能力串级控制系统由于比单回路控制系统多了一个副回路，当二次扰动进入副回路，由于主对象的时间常数大于副对象的时间常数，因而当扰动还没有影响到主控参数时，副调节器就开始动作，及时减小或消除扰动对主参数的影响。基于这个特点，在设计串级控制系统时尽可能把可能产生的扰动都纳入到副回路中，以确保主参数的控制质量。至于作用在主对象上的一次扰动对主参数的影响，一般通过主回路的控制来消除。提高了系统的鲁棒性“鲁棒性”又称“强壮性”，系统地控制品质对对象特性变化不灵敏，则系统的“鲁棒性”越好。由于副回路的存在，它对副对象（包括执行机构）特性变化的灵敏度降低，即系统地鲁棒性得到提高。具有一定的自适应能力串级控制系统的主回路时一个定值控制系统，副回路则是一个随动系统。朱调节器能按照负荷和操作条件的变化，不断地自动改变副调节器的给定值，使副调节器的给定值能适应负荷的操作条件的变化。2.2 控制算法2.2.1 控制算法的选择PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其输入e (t)与输出u (t)的关系为因此它的传递函数为：其中,kp为比例系数； TI为积分时间常数； TD为微分时间常数它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp， Ki和Kd）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。PID应用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可控制了。PID参数较易整定。也就是，PID参数Kp，Ki和Kd可以根据过程的动态特性及时整定。如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID参数就可以重新整定。2.2.2 PID控制的原理和特点在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。比例（P）控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。积分（I）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。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。微分（D）控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入 “比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以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。2.2.3 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，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。现在一般采用的是衰减曲线法。衰减比例法是指：在闭环系统中，在纯比例的情况下，按比例度从大到小的变化规则，对于某一值做小幅度的设定值阶跃干扰，直至出现4：1的衰减为止。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，直到系统对输入的阶跃响应出现4：1的衰减曲线。记下这时的比例放大系数和衰减周期；(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，可以先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。对于压力串级控制，可以设Kp=30 Ki=10 Kd=0第三章 软件部分的实现3.1 ABS6.0软件3.1.1全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件的介绍全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件，又称监控全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件，译自英文SCADA,即 Supervision,Control and Data Aquisition(数据采集与监视控制),全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统(RTU System,Remote Terminal Unit)。全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的ABS方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的HMI（人机接口软件，Human Machine Interface）的概念，全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件应该是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具，或开发环境。在全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容。3.2 全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件的应用利用ABS全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件设计。在设备ABS窗口中选择适当的串口通讯设备添加松下FP0，正确设置其属性。 正确设置全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件中数据变量设备通道的连接，即可实现PLC与全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件的通讯。将PLC中的串口驱动程序与全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件的需求响应相结合，使电脑对PLC发出 的信号有响应。在ABS全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件的用户窗口中，制作一个动画界面。在界面上设置各个控件的属性，使设置的控件按照真实的情况动作，检验和测试电梯PLC 控制系统对电梯的运行状态的控制效果。ABS用主控窗口、设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形界面ABS配置各种不同类型和功能的对象 或结构。可以对实时数据进行可视化处理。3.2.1 全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件编程“全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件”界面分成三个部分，分别是“汽车ABS传感系统” “ABS”的出现使得原本复杂系统变得一目了然，它直观地展现了串级系统的工作方法和连接方法。流动块的动作形象地展示了气体在管道中和压力罐中的流动方式。两个压力表则能更加清楚地显示压力的变化。 “实时曲线”界面能清楚地显示压力变化的曲线，使压力过程的变化更加直观。控制曲线的显示使得我们对控制方式和有更深入的了解，从而可以通过所学习的知识更好地改善系统。图3.3 PID控制 “PID控制”界面显示了系统在进行比例积分微分控制时当前的PID值3.3.2 全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件连接设置ABS通过通讯模块与松下ABS系列的PLC设备进行通讯，ABS通过上位机中的串行口设备和PLC上的通讯单元（通讯模块）建立串行通讯连接，从而达到操作PLC设备的目的。1硬件连接类型：RS485通信用扩展模块ABS0N-485ADPABS0N用，若连上FP0-CNV-BD则可以和FP0使用。FP0-485-BDFP0用。双绞线连接在RS485/422 UNIT 中SDA 与 SDB 和RDA与RDB间接电阻（300欧姆），双绞线在485BD侧的屏蔽线要接地（100欧姆或更低）。单绞线连接在单绞线连接时 RS485/422 UNIT中SDA与RDA短接，SDB与RDB短接，RDA与RDB之间要接100欧姆左右的电阻。485BD的SDA与RDA短接，SDB与RDB短接，ABS系列PLC支持无协议的RS232和RS485通信协议两种通信方式。PLC的默认设置是只支持RS232通信，所以要使用RS485通信协议，必须事先用RS232（即PLC的编程口）通信，设置寄存器PLC D8120寄存器，因此必须具有编程电缆一条。2系统默认设置D8120=H0086表示9600，7，偶校验，1位停止位，无命令头和命令尾，整个命令不加校验和，无协议的通信方式，ABS系列PLC在掉电后D8120恢复成H0086，所以此时不能用RS485通信，必须用编程软件或RS232设备驱动更改D8120，使其设置成RS485通信方式。3RS485通信设置RS485通信时最好设置成9600波特率，7，偶校验，2位停止位若是采用协议1，不加校验和 则向寄存器D8120中写H408E 若是采用协议1，加校验和 则向寄存器D8120中写H608E 若是采用协议4，不加校验和 则向寄存器D8120中写HC08E若是采用协议4，加校验和 则向寄存器D8120中写HE08E需要注意的是，ABS系列的PLC掉电后不能保存D8120中的数据，解决的办法是，使用D000-D255中的一个寄存器，把通信参数放在这里面，当上电后将寄存器中的数据移到D8120中，在FP0系列的PLC中可以保存D8120中的数据，所以不需要这一步，相反在设置完D8120后需要把PLC的电源切断，在上电则设置的参数才能有效。4地址设置若485总线上挂有多个PLC，则必须设置D8121，系统默认的地址为0。地址的设置可以用编程软件，或使用本设备构件来设置。若用本构件来设置时，请添加D8121寄存器，然后往寄存器中写数就可以了。（如图3.4）图3.4 通信设备属性设置 由于系统中仅连接一个PLC，所以将设备地址设置为“0”。5串口设置松下ABS系列串口设备必须挂接在通用串口父设备下，通用串口父设备在通用设备构件中。通用串口父设备是用来设置上位机与具体设备连接的通信参数和通信端口的。必须要注意的是，通信参数必须设置成与PLC的设置一样，否则就无法进行通信。（如图3.5）只有将串口的各个属性设置正确，才能使ABS与PLC设备正确连接、达到监控的效果。图3.5 串口设备设置FP0系列串口的属性包括内部属性：用来设置ABS要具体操作的寄存器。设备名称：可根据需要来对设备进行重新命名，但不能和设备窗口中已有的其它设备构件同名。采集周期：为运行时，ABS对设备进行操作的时间周期，单位为毫秒，一般在静态测量时设为1000ms，在快速测量时设为200ms。初始工作状态：用于设置设备的起始工作状态，设置为启动时，在进入ABS运行环境时，ABS即自动开始对设备进行操作，设置为停止时，ABS不对设备进行操作，但可以用ABS的设备操作函数和策略在ABS运行环境中启动或停止设备。设备地址：485通信必须个每个PLC设置一个地址，若有多个PLC，可以同时在一个串口父设备下挂多个相同的设备，而以PLC的地址来区别。是否求校验：若在设置D8120中设置了有求校验和，这选择求校验，默认为不求校验。协议格式：485通信有两种协议格式，默认为0协议1，还有一种是1协议4，根据D8120而作出相应选择。6.设备内部属性内部属性用于设置PLC的读写通道，以便后面进行设备通道连接，从而把设备中的数据送入实时数据库中的指定数据对象或把数据对象的值送入设备指定的通道输出。当第一次启动设备工作时，先把PLC中的数据读回来，之后本设备会将变化的值往下写，这种操作的目的是防止用户PLC程序中有些通道的数据在计算机第一次启动，或计算机中途死机时不能复位。设备中可操作PLC寄存器列表：X输入继电器(位操作只读) ；Y输出继电器(位操作，可读可写)； M中间继电器(位操作，可读可写)；D变量存储器(字，双字，浮点，可读可写)；对其他的寄存器请使用D寄存器，或M继电器导动。（如图3.6）图3.6 设备的内部属性增加通道：单击设备基本属性中的“设置设备内部属性”在打开的属性页中按“增加通道”按钮，弹出增加通道窗口。图3.7 串口基本属性设置在增加通道的属性页面上，可以对继电器类型进行选择。选择要对PLC中的那个继电器区或寄存器区进行操作即选择通道类型,可以选择是只读，只写，还是读写，软件默认状态是只读。选择操作继电器区或寄存器区的什么地方即输入通道地址，比如，要以字操作的方式读或写DW15，则在输入通道地址中写15。选择通道地址中的哪一位(00-7)或一次操作1个字16位或2个字32位，或浮点。同时也可以设置一次连续增加多少个PLC通道。6.设备调试设备调试在构件属性窗口的“设备调试”属性页中进行，以检查和测试本构件和PLC的通讯连接工作是否工作，在进行调试前，要先对通讯单元的各种跳线进行设置，计算机和通讯单元之间的通讯线也要正确连接。ABS对PLC设备的调试分为读和写两个部分：1 如果在“通道连接”属性页中显示的是读PLC通道，则在“设备调试”属性页中显示的是PLC中这些指定单元的数据状态；2 如果在“通道连接”属性页中显示的是写PLC通道，则在“设备调试”属性页中把对应的数据写入到指定单元PLC中。对开关量输入输出通道，在对应值一列显示的是开关量状态，为0表示关，为1表示开。对输出通道，在对应值一列中，当用鼠标左键按下时，对应通道的输出状态为1，松开鼠标左键时，输出状态为0。 图3.8 设备调试时各个对象的属性7寄存器类型 寄存器名称：这是一个字符型变量，他表示当前要操作的寄存器，在这个驱动中，它的取值可以是：X,Y,M,D。寄存器地址：这是一个数值型变量，他表示当前要操作的寄存器地址，它的取值根据不同型号的PLC而有所不同。数据类型：这是一个字符型变量，他表示当前要操作的寄存器数据的数据类型，如果是位寄存器则该项不起作用可以设为“”，如果是数据类型它的取值可以是WB,WUB,WD,DB,DUB,DD,DF(这里第一个字母表示数据的长度, W表示是字数据，D表示是双字数据。后一个或两个字母表示数据类型，B表示二进制数，D表示BCD码，F表示浮点数，二进制数中带U表示无符号数，不带U的表示有符号数。WUB16位 无符号二进制WB16位 有符号二进制WD16位 4位BCDDUB32位 无符号二进制DB32位 有符号二进制DD32位 8位BCDDF32位 浮点数数据：这是一个数值型变量，它是用来存储设备命令数据的ABS变量，当然，如果是写设备命令，它也可以是一个常量。由于程序中将PLC的D0D3、D190D193设置为和特殊功能模块缓存器交换数据的寄存器，所以，在设置中添加D0D3、D190D193并且设置为读写寄存器（图4.6中显示）。3.3 全方位移动平台多轮电驱动协调控制软件的应用3.3.1 PLC编程指令程序中使用到的指令1.MOV 指令MOV S1. S2. MOV指令是指将S1.中的内容存入S2.中2.CMP 指令CMP S1. S2. D.CMP是两数比较指令。该指令是将源数S1和S2进行比较，结果由3个地址连续的目标位元件的状态来表示。S1和S2均为16位或32位二进制数，最高位为符号位。比如,指令CMP K100 D10 M0就是指：若100D10种的值，则M0置1；若100=D10中的值，则M1置1；若100D10中的值，则M2置13.FROM指令FROM m1 m2 D. nFROM指令是从编号为m1的特殊功能模块中读取以m2为首址的连续n个数据缓冲寄存器的数据，并将读取的数据一次存入PLC内以元件D为首址的连续n个字元件中。比如，指令FROM K0 K5 D0 K4就是指，当该指令执行时，就将编号为0的特殊功能模块中地址号为58的4个数据寄存器读取数据，并将数据依次存入PLC的4个数据寄存器D0D3中。4.TO指令TO m1 m2 S. n TO指令是将PLC内由源数S指定的n个数据写入编号为m1的特殊功能模块中地址号为m2的n个连续缓冲数据寄存器中。比如，指令TO K2 K5 D10 K4就是指，当该指令执行时，就将D10D13中的数据写入编号为2的特殊功能模块中地址编号为58的数据缓冲寄存器中。5.PID控制指令PID S1 S2 S3 S4PID控制在PLC中既可用PID硬件模块实现，也可用软件实现。软件方法就是根据PID算法编制控制程序或直接调用PID指令，后者较方便，但不是所有PLC都支持。松下FP0系列PLC提供了PID控制指令，且其参数设置灵活，使用方便。其中S1表示设定值所在的数据寄存器；S2表示测量值所在的数据寄存器；S4表示输出值所在的数据寄存器；S3S3+6表示PID指令中控制参数设置所需的数据寄存器，其分配如下:S3 采样时间(ms)S3+1动作方向(ACT)S3+2 输人滤波常数(a)S3+3 比例增益(Kp)S3+4 积分时间(TI) ( x 100ms)S3+5 微分增益(KO)S3+6 微分时间(TD )( x 10ms)为了得到最优PID控制，系统运行开始时设定S3+1(ACT)的第4位为ON，启动PID参数的自整定过程。自整定就是根据开始时容器压力变化的情况自适应地调整PID控制的主要参数(比例增益、微分时间、积分时间等)。当自整定开始时的测定值到目标值的变化量变化1/3时，自整定过程结束，系统进入PID控制。3.3.2 控制程序的编写1程序流程图打开FP0特殊功能模块模块是否打开数据输入PID控制数据输出结束开始控制阀动作图3.9 程序编制流程图其中，打开特殊功能模块、数据输入、PID控制以及数据输出部分均由PLC控制2程序梯形图说明初始化程序：打开FP0-4AD特殊功能模块，当PLC没有错误信息时将特殊功能模块中K5K6的内容传送到PLC的D141D142中。数据传输：对两个输入端口进行设置，分别将两个压力罐的当前压力值传入PLC的数据寄存器中，并且对PID控制的数据进行设置。由PID指令格式可得D140和D190中的内容为设定值D141和D142中的内容为测量值D143和D173中的内容为采样时间，此处测量时间为100msD144和D174中的内容为动作方向，此处设定为ON即启动PID自整定D145和D175中的内容为滤波常数，此处设定为5D146和D176中的内容为比例增益(Kp)，此处设定为3000D147和D177中的内容为积分时间（TI），此处设定为100100msD149和D179中的内容为微分增益（KO），此处设定为0D150和D180中的内容为微分时间（TD），此处设定为0ms数据处理：对两个输入端口的数据分别进行PID控制，将D141D142中的测量值分别和D140D190中的设定值进行比较，将输出值分别存入D190D191中。数据传输：打开FP0-4DA口。把控制输出值，即D191中的值存入PLC的D0寄存器中，并且把这些数据移入特殊功能模块的1数据寄存器中。第四章 硬件部分实现4.1 PLC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。例如松下公司生产的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，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。4.2 FP0特殊功能模块的应用为了扩大PLC的应用范围，FP0系列PLC开发出各种特殊功能I/O模块，以满足各种工业控制的不同需求。特殊功能I/O模块的类型有：模拟量输入、输出处理模块、高速处理模块、定位控制模块、PID模块、数字控制模块、联网通信模块、多参数输入模块、温度传感器输入模块、语言输出模块等等。4.2.1 FP0-4AD模拟量转换模块1FP0-4AD的结构：（1）FP0-4AD模拟特殊模块有四个输入通道，输入通道接收模拟信号并将其转换成数字量，这称为A/D转换。FP0-4AD最大分辨率是12位。（2）基于电压或电流的输入/输出的选择通过用户配线来完成，可选用的模拟值范围是-10V到10VDC（分辨率5mV）。并且/或者4到20mA，-20到20mA(分辨率：20uA)。（3）FP0-4AD和FP0主单元之间通过缓冲存储器交换数据，FP0-4AD共有32个缓冲存储器（每个16位）（4）FP0-4AD占用FP0扩展总线的8个点。这8个点可以分配成输入或输出。FP0-4AD消耗FP0主单元或有源扩展单元5V电源槽30mA的电流2FP0-4AD的安装注意事项：（1）模拟输入通过双绞屏蔽电缆来接收，电缆应远离电源线或其他可能产生的电线（2）如果输入有电压波动，或在外部接线中有电气干扰，可以接一个平滑电容器（0.1uF到0.47uF，25V）（3）如果使用电流输入，请互连V+和I+端子。（4）如果存在电气干扰，请连接FG的外壳地端和FP0-4AD的接地端。（5）连接FP0-4AD的接地端与主单元的接地端。可行的话，在主单元使用3级接地。3使用说明（1）环境指标项目说明环境指标（除下面一项之外）与FP0主单元相同耐压绝缘电压5000VAC，1分钟（在所有端子和地之间）（2）电源指标项目说明模拟电路24VDC10%，55mA（源于主单元的外部电源）数字电路5VDC，30mA（源于主单元的内部电源）（3）性能指标模拟输入项目电压输入电流输入电压或电流输入的选择基于对输入端子的选择，一次可同时使用4个输入点模拟输入范围DC-10到10V（输入阻抗：200千欧）DC-20到20mA（输入阻抗：250欧）数字输出12位的转换结果以16位二进制补码方式储存。-20482047分辨率5mV20uA总体精度1%1%转换速度15ms/通道（常速），6ms/通道（高速）