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1、摘要目前国内的万能材料试验机只能在常温下进行材料的力学性能实验，不能满足在不同温度条件下研究材料的力学性能，国外有类似产品，但其价格十分昂贵。因此本文的目的就是设计一个能够加热和保温的装置。通过对有关万能材料试验机现存问题的分析，确立以PLC为控制核心，与FX2N -2LC温控模块相结合，在常规PID控制基础上，进行硬件和软件设计，实现对万能材料试验机温度的控制。关键词：加热保温、PID控制、PLC、FX2N -2LC温控模块Abstract Currently the universal material testing machine can only testing the mechan
2、ical properties of materials under the room temperature . It can not meet the conditions of different temperature which to research mechanical properties of materials . There are similar products in abroad ,but the price is very expensive . So this article is aimed at designing a device to heating a
3、nd insulating . Through the analysis of the existing problems of the universal material testing machine , establishing the PLC as the control center and combining with the FX2N-2LC which is a temperature control module . In the basis of conventional PID control ,making hardware and software design ,
4、and achieving the temperature control of the universal material testing machine .Key words：heating and insulating ;PID control ; PLC ; FX2N-2LC which is a temperature control module目录引言第一章 PID控制简介1、 概述 2、开环控制系统 3、闭环控制系统4、阶跃响应 5、PID控制的原理和特点 第二章 控制系统的比较1、 PLC与继电器控制系统的比较2.、PLC与微型计算机控制系统的比较3、 PLC与单片机控制系
5、统的比较第三章 三菱FX2N-64MR型PLC1、概述2、 PLC的特点3. PLC的应用领域4、PLC的构成5、选型6、外部电路图第四章 FX2N-2LC温度控制模块1、概述2、与PC基本单元连接3、 规格参数4、接线原理图5、 功能介绍6、缓冲存储器7、 本系统控制要求及功能实现第五章 组态软件介绍1、 简述2、特点3、实践4、本加热保温系统的主界面5、 数据记录6、报警记录第六章 保温腔的设计1、 保温腔结构图2、 试验箱结构图3、 腔门结构4、 材料选用5、 保护层引言温度是生活及生产中最基本的物理量，它表征的是物体的冷热程度。自然界中任何物理、化学过程都紧密的与温度相联系。温度是科学
6、研究过程中的常见控制参数之一，温度控制在很多研究场合直接影响着研究成果的成败及精度，对温度的测量与控制具有广泛的实际应用价值和应用前景。现在，用单片机、工控机或PLC来实现温度控制的应用己经比较普遍，无论在系统的整体设计上还是在系统的开发过程中，都己经有比较固定的模式，而且各个环节的设计技术也比较成熟，对于工程设计者而言，只要通过一段时间的钻研，就能够实现一个系统的控制。目前国内的万能材料试验机只能在常温下进行材料的力学性能实验，但是在做科研时，很多时候需要在不同温度条件下研究材料的力学性能，或者研究在不同温度条件下，材料的组织结构特点及性能等。这就需要对实验的温度环境进行可控性操作，使其达到
7、所需要的温度。目前国内尚未发现类似装置，国外有类似产品，但其价格十分昂贵，实用时不能根据所需万能材料试验机的机型来搭配使用。因此本文的目的就是设计一个能够加热和保温的装置。本设计通过对有关万能材料试验机现存问题的分析，确立以PLC为控制核心，与FX2N -2LC温控模块相结合，应用PID调节原理，进行硬件和软件设计实现对万能材料试验机温度的控制。通过温度传感器pt100对温度进行巡回检测，检测的信号经A/D转化得到相应的数字量，温控模块FX2N -2LC再进行判断和运算，得到应有的控制量，去控制加热接触器的通断，从而达到对温度的控制。另外利用组态软件设计上位机控制界面，以监控和辅助控制试验机保
8、温腔的温度控制。本设计参考了以往温度控制的设计经验，并结合试验机的性能，简化设计机构，并且运用GX Developer编程软件、组态王6.51 等软件进行编程和操作界面的设计。本设计方案结构紧凑，温控系统性能稳定，动态性能良好，可靠性高，控制效果良好。第一章PID控制1、 概述 目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行
9、机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligent regulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(P
10、LC)，还有可实现PID控制的PC系统等等。 可编程控制器(PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。 2、开环控制系统 开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。 3、闭环控制系统 闭环控制系
11、统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈( Negative Feedback)，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统。另例，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净，并在洗净之
12、后能自动切断电源，它就是一个闭环控制系统。 4、阶跃响应 阶跃响应是指将一个阶跃输入（step function）加到系统上时，系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后，系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。稳是指系统的稳定性(stability)，一个系统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的；准是指控制系统的准确性、控制精度，通常用稳态误差来(Steady-state error)描述，它表示系统输出稳态值与期望值之差；快是指控制系统响应的快速性，通常用上升时间来定量描述。 5、PID控制的原理和特点 在工程实际中，应用最为广泛的
13、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。PID控制器问世至今已有近70年历史，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。 5.1 比例（P）控制
14、 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）。采用P控制规律能较快的克服扰动的影响，它的作用于输出值较快，但不能很好稳定在一个理想的数值，不良的结果是虽较有效的克服扰动的影响，但有余差的出现。它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、控制要求不高、被控参数允许在一定范围内有余差的场合。 5.2 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 Ste
15、ady-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。 5.3 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
16、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。5.4 比例积分微分（PID）控制规律PID控制规律是一种较理想的控制规律，它在比例基础上引入积分，可以消除余差，在加入微分的作用，又能提高系统的稳定性。它适用于控制通道时间常数或容量
17、滞后较大、控制要求较高的场合。如温度控制、成分控制等。第二章 控制系统的比较1、 PLC与继电器控制系统的比较（1） 从控制逻辑上比较继电器控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想在改变或增加功能较为困难。另外，继电器的触点数量有限，所以继电器控制系统的灵活性和可扩展性受到很大的限制。而PLC采用了计算机技术，其控制逻辑是以程序的方式放在存储器中，要改变控制逻辑只需改编程序，因而很容易改变或增加功能。PLC控制系统连线少、体积小、功耗小，而且，PLC中每只继电器的触点数理论是无限的，因此其灵活性和可扩展性很好。
18、（2） 从控制速度上比较 继电器控制系统依靠机械触点的动作实现控制，工作频率低，触点的开关动作一般在几十毫秒数量级，且机械触点还会出现抖动问题。而plc通过程序指令控制半导体电路来实现控制，一般一条用户指令的执行时间在微妙数量级，因此速度快，plc内部还有严格的同步控制，不会出现触点抖动问题。（3） 从定时和计数上的比较 继电器控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制，时间继电器的延时时间易受环境温度和湿度的影响，定时精度不过且调整时间困难。而plc采用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围一般从0.1s到几十分钟甚至更长，用户可根据需要在程序中自由设定定时值，
19、修改方便，不受环境的影响。Plc具有计数功能，而继电器控制系统一般没有。 （4）由于继电器控制系统使用了大量的机械触点，连线多，触点开闭时存在机械磨损、电弧烧伤等现象，触点寿命低，所以可靠性和可维护性差。而plc采用的是半导体技术，大量的开关动作有无触点的半导体电路来完成，其寿命长、可靠性高，plc还具有自诊断功能，能查出自身的故障，随时显示给操作人员，并动态的监视控制程序的执行情况，为现场的调试和维护提供了方便。 2、PLC与微型计算机控制系统的比较（1）从工作环境下比较 微型计算机对工作环境要求高，一般要求干扰小，具有一定温度湿度的室内使用，而plc是专为适应工业控制的恶劣环境设计的，适用
20、于工程现场的环境。（2）从程序设计上比较 微型计算机具有丰富的程序设计语言，其语法复杂，要求使用者必须具有一定水平的计算机软件硬件知识，而plc采用控制工程的逻辑语言，以继电器梯形图为表达方式，形象直观，编程操作简单。（3）从价格上比较微型计算机是通用机，功能完备，价格较高，plc是专用机，功能较少，价格较低。3、PLC与单片机控制系统的比较 单片机一般用于弱电控制，PLC专门为工业现场的自动化控制而设定，（1） 从使用者学习掌握的角度比较单片机的编程语言一般为汇编语言或单片机C语言，这就要求设计人员具备一定的计算机硬件和软件的知识，需要相当长的时间来学习才能掌握。而plc采用控制工程的逻辑语
21、言，以继电器梯形图为表达方式，形象直观，编程操作简单。（2） 从简易程序上比较 在用单片机实现自动控制时，一般要在输入/输出接口上做大量工作。例如要考虑现场与单片机的连接、接口的扩展、输入/输出信号的处理、接口工作方式等问题，除了要设计控制程序外，还有在单片机的外围做很多软硬件的工作，系统的调试也较复杂。Plc的I/O口已经做好，输入接口可以与输入信号直接连线，非常方便，输出接口也具有一定的驱动能力。（3） 从可靠性进行比较 在用单片机进行工业控制是，易受环境干扰。PLC专门为工业现场的自动化控制而设定，在系统硬件和软件上都采取了抗干扰措施，其可靠性高。从以上几个比较分析可知，PLC控制系统用
22、于工业上控制温度比较具有优越性，也方便大众化操作，所以本加热保温系统采用PLC控制。第三章 三菱FX2N-64MR型PLC本加热保温系统的控制的硬件部分采用三菱FX2N-64MR型可编程控制器和与其配套使用的温控模块FX2N-2LC来达到温度控制的目的。PLC介绍如下：1、概述PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入
23、和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”2、 PLC的特点2.1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
24、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。2.2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。2.3易
25、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。2.4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。2.5体
26、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3. PLC的应用领域3.1开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。3.2模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digi
27、tal）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3.3运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。3.4过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方
28、法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。3.5数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。3.6通信及联网PLC通信含PLC间的通
29、信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。4、PLC的构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。4.1 CPU的构成CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据
30、，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。4.2 I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态
31、。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。4.3 电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。5、选型本文采用FX2N-64MR型可编程控制器
32、FX2N-64MR具体含义：1）：FX2N是三凌PLC中的一个系列。2）：64：表示输入32点，输出32点，总点数为64。另外还有16点，32点，48点，128点等。3）：M：表示基本单元，另外还有E：表示扩展单元。4）：R：表示继电器输出型，另外还有T：表示晶体管输出型，S：表示可控硅输出型。 6、外部电路图第四章 FX2N-2LC温度控制模块1、概述温度控制模块FX2N-2LC 以后称为 温度控制模块 或FX2N-2LC 配有两个温度输入端口和两个晶体管输出端口（ 集电极开路型）， 它是一个从热电偶和铂电阻温度计中读取温度信号并进行PID输出控制的特殊模块。将FX2N-2LC连接到FX2N
33、/2NC系列可编程控制器上。1）作为输入传感器 两个热电偶 两个铂电阻温度计或一个热电偶和一个铂电阻温度计均可。2）当FX2N-2LC与FX2N/2NC系列可编程控制器连接时 ，可用FROM/TO指令读写数据 ，FX2N-2LC通过执行算术操作进行PID控制和输出控制 你不需要为PID操作编写顺序程序。3）通过电流探测（CT）功能可检测加热器是否未连接。4）通过自动调谐功能可方便地的设置比例系数、积分时间和微分时间。5）各通道间互相隔离。2、与PC基本单元连接FX2N-2LC可通过扩展电缆与可编程控制器 （PC） 基本单元连接。FX2N-2LC作为PLC的一个特殊模块 ， 由距PLC基本单元最
34、近的单元开始 ，自动分配特殊模块编号0到7。（ 这些单元编号将在FROM/TO指令中使用）一个FX2N-2LC模块占有可编程控制器 （PC） 基本单元的八个I/O点。3、 规格参数3.1 电源规格项目规格驱动电源24VDC（-15%到+10%）从驱动电源端输入通信电源5VDC（有PC基本单元内部提供）电流消耗24VDC，55mA和5VDC，70mA绝缘方法模拟输入区和可编程控制器用光耦隔离。电源和模拟输入区之间由DCAC转换器进行隔离（通道之间互相不隔离）占有的I/O点数供8点（包裹输入点和输出点）3.2 性能规格项目描述控制方法两位置控制，PID控制，PI控制控制运行周期500ms设置温度范
35、围和输入范围相同加热器断线检测根据缓冲存储器设置进行报警检测，变化范围从0100A操作方法0：测量值监控1：测量值监控+温度报警2：测量值监控+温度报警+控制（有缓冲存储器进行选着）自诊断功能调整值和输入值由监视定时器进行检查。当检测到异常时，晶体管输出断开。存储器内置EEPROM（可重写次数：100000次）状态显示POWER亮PC基本单元提供5V电源灭PC基本单元没有提供5V电源24V亮外界提供24V电源灭外界没有提供24V电源OUT1亮Out1输出处于ON状态灭Out1输出处于OFF状态Out2亮Out2输出处于ON状态灭Out2输出处于OFF状态3.3 输入规格项目说明温度输入输入点数
36、2点输入类型热电偶K，铂电阻温度计，测量精度0.7%输入范围 正负1 位 （当周围温度为 23 5 时，0.3%输入范围1 位 ） 然而 ，B 型输入在 0 到 399 （0 到 799） 及PLII和 WRe5-26 型输入在0 到32测量时 将超出精密保证范围 冷接点补偿温度差1.0 内 当输入值为-100 到-150 时 误差为 2.0当输入值为-150 到-200 时 误差为3.0分辨率0.1 (0.1)或 1 (1) （取决于使用的传感器的输入范围而变化 ） 采样周期外部电阻效应约/欧输入阻抗1M欧 或更大传感器电流大约0.3mA允许的输入线电阻10欧或更低输入断线后的操作高刻度输入
37、短路后的操作低刻度CT输入输入点数2点电流检测计CTL-S36-8 或 CTL-6-P-H 由 U R D 公司生产 加热器电流测量值使CTL-12时0.0到 100.0A使用CTL-6时0.0到 30.0A测量精度输入值的 5%与 2A 之间的大值（ 不包括电流检测计精度 ） 采样周期1秒3.4、 输出规格项目说明输出点数2点输出方式NPN集电极开路型晶体管输出额定负载电压5到 24VDC最大负载电压30VDC或更小最大负载电流100mAOFF状态时的漏电流0.1mA或更少ON状态时的最大电压降当电流为100mA时，2.5V（最大）或1.0V（标准）控制输出周期30秒(可在1到100秒范围内
38、变化)4、接线原理图当温度传感器为一个热电偶时（TC）当温度传感器为铂电阻温度计时（RTD）*将FX2N -2LC的接地端与PLC的接地端进行第3类接地。注意：1、 当使用热电偶时 要采用特殊的补偿导线。2、 当使用电阻型温度计时 要采用三相式接线 应使用电阻值小且三相间电阻值相同的电阻3、 接线端扭矩为 0.5到0.8 Nm5、 功能介绍本节介绍FX2N -2LC的功能关于每项功能的设定 请阅读后面缓冲存储器 BFM 的说明5.1 PID控制5.1.1 二阶简易PID控制PID控制是一种可获得稳定控制效果的控制方法 ，它是通过设置各常数P(比例系数) 、I(积分时间) 、D(微分时间)来完成
39、的。然而 ，在PID控制中， 如果设置各个 PID常数， 使设置响应变好， 但对干扰的响应变差。反之， 如果设置各个PID常数 ，使对干扰响应变好， 但设置响应就变差。FX2N-2LC可完成二阶简易的PID控制， 采用的PID常数对于干扰具有良好响应， 而且设置响应的形状可选择为快、 中 、慢。通过缓冲存储器可完成PID常数的设置和设置响应的选择。5.1.2 防过调功能在PID控制中 ，当偏差长时间持续时， PID算术运算的结果会超出运算值的有效范围(从0到100%) 。这时， 即使偏差变小， 由于积分运算的原因， 仍会需要一段时间使输出值回到有效范围内。 所以实际校正操作将被延迟， 从而发生
40、过调/ 欠调情况。为了防止过调的发生 ，FX2N-2LC具配备了一种RFB(恢复反馈)限制功能 。RFB限制功能把超出部分的数值反馈给积分值 ，使得当PID算数运算结果超出限定值(输出限制的上 、下限)时， 算数运算结果被保持在限定范围内， 所以PID算术运算结果总是在有效范围内。所以，当偏差变小时， 校正操作可以被立即执行。5.2 两位置控制当比例系数P 的值设定为 0.0 时， FX2N-2LC将执行两位置控制。在两位置控制中 ，当测量值 PV 大于温度设定值 SV 时， 控制输出 MV 设定为ON ，或者当测量值 PV 小于温度设定值 SV 时 ，控制输出 MV 设定为OFF。当设定调节
41、灵敏度 （死区） 时 ，可防止输出反复在温度设定值 SV 的周围ON/OFF变换。然而 ，如果调节灵敏度（ 死区） 设得太大 ，上下波动会相应变大， 如果调节灵敏度（死区）设得太小， 则会出现因测量值小幅振荡而导致输出值ON/OFF变换的情况。5.3 自动调谐功能5.3.1 AT （自动调谐）AT （自动调谐 ）功能可根据设定温度自动测量 ，计算，设定最佳的PID常数。当AT执行命令 （CH1: BFM#20, CH2: BFM #29 ）设定为1时 ，就将进行自动调谐。（当温度上升或控制稳定时， 自动调谐可在打开电源后任何状态下开始执行。）自动调谐开始启动时， 根据设定值 SV 完成两位置控
42、制 。通过两位置控制 ，输出可强制振荡， 振幅和振动周期均可测量 。PID常数是根据测量值计算得出的 ，它们被保存在各参数中， 当自动调谐正常终止时， 控制将依据新计算得的到的PID常数继续实施。当执行自动调谐时 ，事件（CH1:BFM#1,CH2:BFM #2 ）的b14被设定为1。 因为是对于自动调谐， 还可设定偏差值。为了通过自动调谐计算出适合的PID常数， 应将输出限制的上限设为100%， 输出限制的下限设定为0% ，并使输出变化比限制功能为0FF。1 当以下条件满足时 ，可实施自动调谐 控制开始/停止状态设定为 ：控制开始 操作模式设定为控制 ：模式2 自动/手动方式设定为 ：自动
43、输入值 PV 应为正常 输出限制上限和下限不应设定为同样的值 比例系数不应设定为 0 （两位置操作）2 当出现以下情况时，自动调谐将取消 当断线等原因导致输入值 PV 异常 当设定值 SV 发生变化 当控制停止 ，当操作模式改变和当自动/手动模式设定为 ：手动 当AT偏差设定值发生变化 当PV偏差设定值发生变化 当数字滤波设定值发生变化 当输出限制设定值发生变化 当电源切断 当AT执行指令 （CH1:BFM#20,CH2:BFM #29） 设定为 ：0 （AT停止）5.3.2 AT偏差值设定AT偏差值来执行自动调谐时， 测量值 PV 就不应超过温度的设定值 SV 自动调谐功能通过温度的设定值执
44、行两位置控制， 测量值振荡 ，随后计算并设置各PID常数。 然而， 对某些控制对象， 我们不希望由于振荡测量值而出现过调现象。这时， 可设定AT偏差值 ，当设置定了AT偏差值时 ，可改变执行自动调谐时的设定值 SV（AT点）。5.4 自动/手动5.4.1 自动模式和手动模式操作模式可在“ 自动 ”和 “手动 ”之间切换 。自动模式时 ，控制输出值 MV 是根据温度设定值 SV 自动计算出来的 。手动模式时， 控制输出值 MV 可以任意地手动设定。手动模式时， 事件 （CH1:BFM#1 CH2:BFM #2 ）的b13 手动模式转换完成 ，变为 1 ，提示为手动模式。操作模式改变时需要0.5秒
45、时间， 在此期间 ，balance-less， bump-less功能被激活。（1）自动模式自动模式时 ，测量值 PV 与温度设定值 SV 进行比较 ，而控制输出值 MV 是由PID的算术运算得出的。这种模式在FX2N-2LC出厂时被选用。自动模式时， 手动输出值总是被设定为输出值 MV。（2）手动模式手动模式时 ，输出值 MV 被固定为一个常数。通过改变手动输出设定（ BFM#19, BFM #28 ）输出值可被固定为一个任意数值。当事件（ CH1:BFM#1, CH2:BFM #2 ）的b13为 1 时 ，（也就是选择手动模式时） ，手动输出值可以改变。即使在手动模式时 ，温度报警功能还是
46、有效的。5.5 加热器断线检测功能加热器断线检测功能使用电流检测器(CT)检测负载中的电流强度， 它把检测到的值 （加热器电流测量值） 与加热器断线报警电流设定值进行比较， 当测量值比加热器断线报警电流设定值大或小时， 就开始报警 。加热器电流可用缓冲存储器 （BFM#7,BFM #8 ）来测定。报警操作在以下情况下 ，加热器断线报警功能将发出报警。1 加热器中无电流时 由于加热器断线或操作机器有错误等引起。 当参考加热器电流值等于或小于加热器断线报警时的设定电流值时， 且控制输出为ON时 ，就会发生报警。 但是， 如果控制输出ON时间为0.5秒或更少时， 加热器断线报警不会发生。2 加热器电流没有切断时由于一个熔断继电器而产生。当参考加热器电流值大于加热器断线报警时的电流设定值， 且控制输出为OFF时， 就会发生报警。 但如果控制输出OFF时间为0.5秒或更少时， 则不会发生报警。5.6 回路中断报