【正文】 已 不 能 滿 足 于 目 前 的 制 造 業(yè) 前 景 ,也 無 法 保 證 更 高 質(zhì) 量 的 要 求 和 提 升高 新 技 術 企 業(yè) 的 形 象 。在 生 產(chǎn) 實 踐 中 ,自 動 化 給 人 們 帶 來 了 極 大 的 便 利 和 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 上 的 保 證 ,同 時 也 減 輕 了 人 員 的 勞 動 強 度 ,減 少 了 人 員 上 的 編 制 。在 工 業(yè) 生 產(chǎn) 過 程 中 ， 加 熱 管 溫 度 控 制 是 十 分 常 見 的 。 以 微 機 為 核 心 控 制 系 統(tǒng) 雖 然 成 本 較 低 ，但 微 機 的 可 靠 性 和 抗 干 擾 性 較 差 而 使 其 硬 件 設 計 較 復 雜 。 本 文 介 紹 了 以 PLC 為 核 心實 現(xiàn) PID 算 法 的 溫 度 控 制 系 統(tǒng) 的 設 計 方 法 。（ 3） 測 溫 電 路 和 A/D 模 塊 ： 主 要 功 能 是 010V 溫度測量信號經(jīng) FX2NA/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入 PLC 處理。第二章 系統(tǒng)硬件設計 PLC 選擇 根 據(jù) 設 計 方 案 的 分 析 ， 系 統(tǒng) 設 計 需 要 使 用 A/D 轉(zhuǎn) 換 器 和 D/A 轉(zhuǎn) 換 器來 完 成 溫 度 采 樣 。 用 戶 存 儲 器 容 量 可 擴 展 到16K 步 。 其 內(nèi) 部 資 源 如 下 ：（ 1） 輸 入 繼 電 器 X（ X0~X27， 24 點 ， 八 進 制 ）（ 2） 輸 出 繼 電 器 Y（ Y0~Y27， 24 點 ， 八 進 制 ）（ 3） 輔 助 繼 電 器 M（ M0~M8255） [通 用 輔 助 繼 電 器 （ M0~M499） ]（ 4） 狀 態(tài) 繼 電 器 （ S0~S999）（ 5） 定 時 器 T（ T0~T255） （ T0~T245 為 常 規(guī) 定 時 器 ）（ 6） 計 數(shù) 器 C（ C0~C255）（ 7） 指 針 （ P/I） 見 表 21 和 表 22（ 8） 數(shù) 據(jù) 寄 存 器 D（ D0~D8255） （ D0~D199 為 通 用 型 ）表 21 定 時 器 中 斷 標 號 指 針 表輸 入 編 號 中 斷 周 期 （ ms） 中 斷 禁 止 特 殊 輔 助 繼 電 器I6XX M8056I7XX M8057I8XX在 指 針 名 稱 的 XX 部 分 中 ， 輸入 10~99 的 整 數(shù) 。表 23 模 擬 量 輸 出 性 能 表項 目 電 壓 輸 入 電 流 輸 入模 擬 量 輸 入 范圍DC ： 0～ +10V（ 輸 入電 阻 200KΩ ）絕 對 最 大 輸 入 ： ,+15VDC ： 4～ +20mA（ 輸 入 電 阻250Ω ）絕 對 最 大 輸 入 ： 2mA,+60mA數(shù) 字 輸 出 12位 二 進 制分 辨 率(10V/4000)(5V/4000)4μ A(20mA/4000)總 體 精 度177。表 24 FX2N2AD緩 沖 存 儲 器 的 功 能 及 分 配 BFM 內(nèi) 容6 編 號 b15b8 b7b4 b3 b2 b1 b00 保 留 輸 入 數(shù) 據(jù) 的 當 前 值 （ 低 8位 ）1 保 留 輸 入 數(shù) 據(jù) 的 當 前 值 （ 高 4位 ）216 保 留17保 留模 擬 到 數(shù)字 轉(zhuǎn) 換 開始模 擬 到 數(shù)字 轉(zhuǎn) 換 通道18 保 留BFM 說 明 ：1） BFM0： 存 儲 由 BFM17 指 定 通 道 的 輸 入 數(shù) 據(jù) 當 前 值 低 8 位 數(shù) 據(jù) ， 當 前 值 數(shù) 據(jù) 以 二 進 制 存 儲 。 其 模 擬 量 輸 出 性 能 如 表 23所 示 。 同 時 在 編 程過 程 中 重 點 用 到 了 BFM數(shù) 據(jù) 緩 沖 存 儲 器 ， 具 體 分 布 情 況 如 表 24所 示 。b0=0 指 定 CH1 b0=1 指 定 CH2b1: 由 0→ 1 時 A/D 轉(zhuǎn) 換 過 程 開 始 硬 件 電 路 設 計 溫 度 值 給 定 電 路為 了 能 同 時 使 用 觸 摸 屏 和 開 關 按 鍵 實 現(xiàn) 溫 度 給 定 值 輸 入 ， 觸 摸 屏 程 序 利用 GT Designer3 設 計 觸 摸 屏 溫 度 給 定 值 輸 入 、 觸 摸 屏 溫 度 顯 示 、 觸 摸 屏 啟動 控 制 、 觸 摸 屏 停 止 控 制 以 及 指 示 燈 指 示 如 下 圖 所 示 ； 本 系 統(tǒng) 還 設 計 了 十 個開 關 按 鍵 ， 作 為 溫 度 給 定 值 的 輸 入 端 口 ， 接 收 十 進 制 數(shù) （ 觸 摸 屏 程 序 和 開 關按 鍵 電 路 分 別 如 下 圖 所 示 ） 。 比如 ， 先 后 按 下 開 關 SB SB2 和 SB2， 則 表 示 給 定 溫 度 值 為 300℃ ， 并 送PLC 數(shù) 據(jù) 寄 存 器 保 存 。圖 22 溫 度 檢 測 基 本 結 構溫 度 變 送 器 將 測 溫 點 的 溫 度 變 換 為 模 擬 電 壓 ， 其 值 一 般 為 mA 級 ， 需要 放 大 為 滿 足 A/D 轉(zhuǎn) 換 要 求 的 電 壓 值 。其 電 路 如 圖 23 所 示 。 根 據(jù) 設 計 要 求 ， 給 定 溫 度 值 為 0~100℃ ， 本 系 統(tǒng)2u選 取 測 溫 范 圍 為 0~100℃ ， 將 0℃ 作 為 測 溫 起 點 （ 零 點 ） 。圖 24（ a） 過 零 檢 測 電 路圖 中 ， GND 為 +5V 電 源 地 ， LM339 為 過 零 比 較 器 .LM339 集 成 塊 內(nèi) 部 裝 有 四個 獨 立 的 電 壓 比 較 器 ， 共 模 范 圍 很 大 ； 差 動 輸 入 電 壓 范 圍 較 大 ， 大 到 可 以 等于 電 源 電 壓 。 它 是 一 種 半 控 型 器 件 ， 是 一種 可 以 利 用 控 制 信 號 控 制 其 導 通 而 不 能 控 制 其 關 斷 的 電 力 電 子 器 件 。由 于 移 相 觸 發(fā) 控 制 會 產(chǎn) 生 較 大 的 諧 波 干 擾 信 號 “污 染 ”電 網(wǎng) ， 因 此 采 用 過零 觸 發(fā) 控 制 。 根 據(jù) 電 熱 爐 的 數(shù) 字 模 型 可 知 ， 溫 度 的 增 量 與它 消 耗 的 電 能 成 正 比 ， 而 電 熱 爐 消 耗 的 電 能 與 晶 閘 管 導 通 周 波 數(shù) 成 正 比 ， 因此 ， 晶 閘 管 導 通 周 波 數(shù) n 與 控 制 輸 出 控 制 量 u（ k） 的 關 系 為n=K*u(k)式 中 ， K= / 為 比 例 系 數(shù) （ 約 為 1） ， 為 一 個 控 制 周 期 內(nèi) 的 電 源maxntumaxn周 波 數(shù) ， 溫 度 偏 差 不 同 ， 則 u（ k） 、 n 不 同 ， 電 熱 爐 消 耗 的 電 能 亦 不 同 ， 達到 了 根 據(jù) 溫 度 偏 差 調(diào) 節(jié) 輸 入 電 能 ， 保 證 爐 溫 按 要 求 變 化 的 目 的 。（ 2） 快 速 熔 斷 器 FU 的 選 擇快 速 熔 斷 器 是 專 門 用 來 保 護 晶 閘 管 的 ， 其 熔 體 電 流 按 下 式 選 取 ：??式 中 ， 5/6 為 修 正 參 數(shù) ， 為 保 證 可 靠 與 選 用 方 便 ， 一 般 取 。） ， 流 過 每 個 晶 閘 管 的 平 均 電 流 為 。 報 警 指 示 電 路按 設 計 要 求 ， 報 警 指 示 電 路 設 計 了 一 個 恒 溫 指 示 （ 綠 燈 ） 燈 、 故 障 報 警（ 紅 燈 ） 和 輸 入 出 錯 報 警 （ 黃 燈 ） ， 完 成 指 示 、 報 警 功 能 。 設 計 電 路 如 圖 28 所 示 。 本 次 軟 件 設 計 即 是 利 用 計 算 機 編 程 ， 在 三 菱 PLC 編 程 軟 件GTDESINER 下 完 成 程 序 編 寫 和 通 信 。?首 先 打 開 File（ 文 件 ） 菜 單 下 的 New（ 新 文 件 ） 子 菜 單 ， 選 擇 FX3U PLC 型 號 ， 進 入 程 序 編 制 環(huán) 境 。?梯 形 圖 中 的 軟 元 件 的 選 擇 既 可 通 過 以 上 Function bar（ 功 能 鍵 ） 和Palette（ 功 能 圖 ） 完 成 ， 也 可 通 過 Tool bar（ 工 具 欄 ） 完 成 。（ 3） PLC 程 序 下 載正 確 連 接 好 編 程 電 纜 ， 打 開 編 程 界 面 的 PLC 菜 單 下 的 Ports(端 口 設 置 )選擇 正 確 的 串 行 口 、 傳 送 頻 率 后 ， 按 OK。（ 6） 程 序 打 印打 開 File（ 文 件 ） 菜 單 下 的 Page Setup（ 頁 面 設 置 ） 子 菜 單 即 可 進 行編 程 頁 面 設 置 。 其 輸 入 、 輸 出 地 址 表 如 表 26 所 示 。 溫 度 設 定本 設 計 系 統(tǒng) 利 用 十 鍵 數(shù) 字 輸 入 指 令 ， 設 定 恒 溫 給 定 值 。 A/D 轉(zhuǎn) 換 功 能 模 塊 的 控 制 程 序溫 度 檢 測 硬 件 電 路 給 定 的 A/D 轉(zhuǎn) 換 通 道 號 CH1， 完 成 加 熱 管 溫 度 的A/D 轉(zhuǎn) 換 。 A/D 轉(zhuǎn) 換 功 能 的 PLC 程 序 如 圖 33所 示 ：圖 33 A/D 轉(zhuǎn) 換 程 序本 程 序 設 計 以 為 一 個 控 制 周 期 ， 當 控 制 周 期 到 才 讀 取 A/D 轉(zhuǎn) 換結 果 。 標 度 變 換 程 序另 外 針 對 本 次 設 計 所 選 擇 的 功 能 模 塊 FX2N2AD 的 輸 入 輸 出 特 性 ， 有0～ 100℃ 經(jīng) 零 點 遷 移 后 所 對 應 的 數(shù) 字 量 為 0～ 4000（ 0～ 10V 對 應 的 數(shù) 字 量 ）， 通 過 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 得 到 的 溫 度 的 數(shù) 字 量 存 入 D0， 根 據(jù) 此 特 性 ， 輸 入 數(shù) 據(jù) 對 應的 模 擬 量 應 該 為 數(shù) 字 量 占 4000 的 百 分 比 ， 即 實 際 溫 度 =100*數(shù) 字 量/4000=數(shù) 字 量 *1/40。 自 然 降 溫 無 需 控 制 和 檢 測 溫 度 ， 自 由 升 溫 只 需 監(jiān) 視 加 熱 管 溫 度 是 否到 達 恒 溫 值 ， 只 有 恒 溫 段 需 要 控 制 與 檢 測 加 熱 管 溫 度 。令 （ 31）iPiT?TKdpd?則 有 式 （ 32） )]2()(2)[)()]1()[)1() ??????? kekekeKku dip21式 中 ， 、 、 分 別 為 調(diào) 節(jié) 器 的 比 例 、 積 分 、 微 分 系 數(shù) (待 定 參 數(shù) )。 因 而 使p調(diào) 試 較 為 簡 單 方 便 。除 上 述 兩 種 情 況 外 ， 系 統(tǒng) 均 進 行 PD 調(diào) 節(jié) ， 去 掉 （ 32） 中 的 e（ k） 。 若 e（ k） 大 于 10， 則 送 240 給 D30（ u（ k） ） ； 若 e（ k） 小 于 10 而大 于 5 時 ， 則 進 行 PD 算 式 運 算 （ 去 掉 （ 42） 中 的 積 分 項 e（ k） 的 剩iK余 項 ） 。 由 于 晶閘 管 移 相 觸 發(fā) 存 在 很 大 的 諧 波 干 擾 “污 染 ”電 網(wǎng) ， 本 系 統(tǒng) 采 用 過 零 觸 發(fā) ，觸 發(fā) 器 的 組 成 如 圖 38 所 示 。 當 電 源 負半 波 到 來 時 （ 由 高 電 平 變 低 電 平 ） ， 若 晶 閘 管 允 許 觸 發(fā) 標 志 為 1，)(sgnku則 在 Y1 端 產(chǎn) 生 一 個 觸 發(fā) 脈 沖 ， 經(jīng) 光 電 隔 離 和 功 率 放 大 后 觸 發(fā) 晶 閘 管 VT2導 通 ， 使 電 源 負 半 波 加 到 電 阻 絲 上 ， 使 負 載 得 到 一 個 完 整 的 電 壓 波 形 。25圖 39 晶 閘 管 觸 發(fā) 準 備 程 序 圖 310 數(shù) 字 觸 發(fā) 程 序數(shù) 字 觸 發(fā) 器