西门子模块6ES7511-1FK02-0AB0安

旋转编码器是一种光电式旋转测量装置，它将被测的角位移直接转换成数字信号(高速脉冲信号)。因此可将旋转编码器的输出脉冲信号直接输入给PLC，利用PLC的高速计数器对其脉冲信号进行计数,欧姆龙触摸屏，以获得测量结果。
　　不同型号的旋转编码器，其输出脉冲的相数也不同，有的旋转编码器输出A、B、Z三相脉冲，有的只有A、B相两相，简单的只有A相。

　　如图所示是输出两相脉冲的旋转编码器与FX2N系列PLC的连接示意图。
　　编码器有4条引线，其中2条是脉冲输出线，1条是COM端线，1条是电源线。
　　编码器的电源可以是外接电源，也可直接使用PLC的DC24V电源。电源“-”端要与编码器的COM端连接，“+ ”与编码器的电源端连接。
　　编码器的COM端与PLC输入COM端连接，A、B两相脉冲输出线直接与PLC的输入端连接，连接时要注意PLC输入的响应时间。有的旋转编码器还有一条屏蔽线，使用时要将屏蔽线接地。

　　说明：本文以三菱FX2N系列PLC与欧姆龙E6B2-CWZ6C型旋转编码器为例，介绍编码器与PLC的硬件接线方式。对于其他系列以及使用高速计数模块时，接线方法要参考该手册说明。而接到某端子对应的计数器号，需要参考《三菱FX编程手册》中关于高速计数器的说明

PLC有两种基本的工作模式，即运行(RUN)模式与停止(STOP)模式。在运行模式，PLC通过反复执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是不断地重复执行，直至PLC停机或切换到STOP工作模式。
除了执行用户程序外，在每次循环过程中， PLC还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段（见图1-5）。PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入-输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的。

在内部处理阶段，PLC检查CPU．模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些其它内部工作。
在通信服务阶段，PLC与其它的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。
  当PLC处于停止(STOP)模式时，只执行以上的操作。PLC处于运行(RUN)模式时，还要完成另外三个阶段的操作。
    在PLC的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。PLC梯形图中的其他编程元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像寄存器。
   在输入处理阶段，PLC把所有外部输入电路的接通，断开状态读入输入映像寄存器。 外部输入电路接通时，对应的输入映像寄存器为l状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点接通，常闭触点断开。外部输入触点电路断开时，对应的输入映像寄存器为0状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接通。
    某一编程元件对应的映像寄存器为l状态时，称该编程元件为ON，映像寄存器为0状态时，称该编程元件为OFF。
    在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。
   PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。在没有跳转指令时，CPU从条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束之处。在执行指令时，从输入映像寄存器或别的元件映像寄存器中将有关编程元件的0／1状态读来，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入到对应的元件映像寄存器中，因此，各编程元件的映像寄存器(输入映像寄存器除外)的内容随着程序的执行而变化。
    在输出处理阶段，CP／7将输出映像寄存器的0／1状态传送到输出锁存器。梯形图中某一输出继电器的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为1状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。
    若梯形图中输出继电器的线圈“断电”，对应的输出映像寄存器为0状态，在输出处理阶段之后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。

装调试

1  引言
    二级管网控制系统设计的不合理，不仅会导致供暖舒适度比较低，而且能耗较高，造成资源的浪费。本文所介绍的二次网供热控制系统，根据“按需供热”的原则，按照不同区域、不同时间和不同的室外温度自动调节供热量，使系统的供热量与热负荷相一致，不仅能够提高供热舒适性，而且能达到节约能源的目的。

2  二控制系统总体设计
    供热系统^[1]由热源、管网、热力站、热用户组成，如图1所示，一次管网与二次管网是两个独立的循环网络，一次网的进水由热源提供，在换热器内进行能量交换，电动三通阀设在板式换热器一次侧进水管上，通过调节电动三通阀开度来调节换热器的进水量，从而调节二次网供水温度。 

图1  供热网系统结构图

    本控制系统实现对二次供水温度的自动控制， 依据的条件为供水温度设定值和二次供水温度，设定值的给出由操作人员根据经验设定，或由控制器根据供水温度曲线计算^[2]。控制系统通过闭环控制单元，根据二次网供水温度和设定值，用pid控制方法来调节电动三通阀开度大小，以保证二次供水温度达到要求。
    瑞士思博控制公司saia pcd可编程序控制器， 广泛应用于工业和楼宇自动化领域，配套的编程工具saia pg5，包含专门的heavac库，为用户开发楼宇控制系统提供了一个强大而全面的基础平台；用户在任何时候可以进行更深一层的编程，极大地节省了时间。因此决定采用saia pcd 系列可编程序控制器作为核心器件。pcd控制器通过w220温度模块读取传感器检测的室外温度和二次网出水温度，同时通过tcp/ip通信方式读取上位机的各项设定值，根据各种参数和pid控制方法进行逻辑运算，并通过模拟输出模块将pid的输出值作为模拟输出量输出，以此调节电动三通阀的开度。除温度控制之外，pcd控制器还进行循环泵、补水泵的控制，以及室内温度的监测。控制框图如图2所示。

图2  控制原理框图

    由于温度由温度传感器测得，而温度传感器与测量点之间的电缆存在电阻，此附加电阻的存在使测得的温度和实际的温度之间存在误差，这个误差会影响控制结果的准确性。为了补偿温度传感器的误差，在pcd下位机软件部分设计一个输入补偿环节offset，控制程序使用的温度参数均为修正值x_off=x+offset。offset值的大小由输入模块型号、电缆电阻率和电缆的长度、截面积而定。

3  供热方式选择和供水温度值的设定
    本系统有三两种供热方式可供选择：温度补偿控制方式、分时控制方式分时分温控制方式。根据楼层高度和建筑布局以及功能不同，将整个建筑物分为生活区和办公区，两个区的控制相互独立，可以根据各自的需求选择不同的供热方式。
3.1 温度补偿控制方式
    温度补偿控制方式，即根据室外温度的变化来调整供水温度值。当室外温度下降，建筑物的热损失增加，需要增加更多的热量以防止室内温度下降，反之则需减少热量。因此按照室外温度的变化合理的设定供暖出水温度值，可以保持室内温度的恒定。在温度补偿控制方式下，供水温度计算经验公式为:
    t_g=t_w+k( t_r- t_w)                      (1)
    式中，tg—供水温度理论计算值℃； t_w—室外温度值℃；k—水温设定曲线系数。使用式的基本条件为t_w不小于tr。不同水温设定曲线系数下的供暖曲线如图3所示(t_r不变)。图中的点为wwsd point(温暖天气关闭点)，由t_r值确定。由于日间室内存储的热量会弥补夜间建筑物内温度的下降，夜间的供暖曲线应低于日间供暖曲线。因此，夜间还要将t_g值乘以夜间降温系数kt，其中0<k_t<1。

图3  供暖曲线

    这些参数及夜间的起止时间都可以从人机界面设定，pcd根据这些参数确定的供水曲线自动计算出供水温度设定值。为确保室内温度维持恒定，必须设定合适的参数，以确定合适的供热曲线，如果供热曲线太低，则出水温度过低会导致不足以供给足够的热量使房间温度下降；如果供暖曲线太高，则出水温度过高而导致房间温度过热。
3.2 分时控制方式
    中的不同时段，对热量的需求是不同的。比如说对于办公区的供暖，工作日白天六点后，需按住宅区标准供暖；下午9点后或非工作日，只需保证供热水管不被冻住，无须大量供热，因此将供水温度调到防冻温度6℃即可，这样可以降低无效供热，达到节约能源的目的。操作人员根据实践经验和具体需求， 设定出一星期内每天的分时段以及在分时段内的出水温度设定值，pcd控制器根据时间段自动选择温度设定值。
3.3 分时分温控制方式
    分时分温控制方式，是结合了温度补偿控制方式和分时控制方式的优点设计出的供热方式：系统设定好若干条不同水温设定曲线系数下的供暖曲线，操作人员根据经验和具体需求，设定出每个时间段所选择的供暖曲线，控制器根据时间段和相应的供暖曲线计算出温度设定值。

4  pid控制器的设计
    温度控制系统一般具有大惯性、大延时的特点。在工业控制中，难以建立温度系统的**数学模型，而应用模拟或数字式pid 闭环控制可以克服时间响应滞后，能获得较好的控制精度，达到满意的控制效果。因此，本控制系统采用pid 控制方式。
    pid控制^[3]，即按偏差的比例(p)、积分(i)、微分(d)控制，是控制系统中应用为广泛的一种控制规律。实际运行的经验和理论的分析都表明， 运用这种控制规律对许多工业过程进行控制时，都能得到满意的结果pid 调节器既能消除静差，改善系统的静态特性，又能加快过渡过程，提高系统的稳定性，改善系统的动态特性，是一种比较完善的调节规律。
    本二次网供热控制系统是根据实际供水温度与供水温度设定值来控制调节阀， 并使实际供水温度达到供水温度设定值的。被调参数是温度， 控制量是电动三通阀的开度。当被控量在给定值附近时，理想的pid控制将使系统频繁动作，考虑到电动三通阀并不适用过于频繁的操作，因此在系统中增加一个输出死区环节，死区是一个可调节的参数，当计算得的输出量的变化大于死区范围时，输出量才发生变化，否则输出量不变。即在死区内电动三通阀保持原有状态不变，构成非线性、带死区的控制系统。如图4所示，加了此死区环节后，输出呈阶梯状变化，而非连续变化。

图4  温控阀阶梯开度控制

    控制框图如图5所示。

图5  pid控制框图

    saia pcd控制器带有图形化的pid功能指令，它是用于pid控制的子程序，与模拟量输入/输出模块一起使用，编程时只需要设置一些参数，使用起来非常简单方便。