基于數(shù)字pid的電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書-wenkub
2023-07-08 18:03:29 本頁(yè)面
【正文】 度安排:第1～2天，查閱文獻(xiàn)，構(gòu)成數(shù)字PID的電阻爐溫度控制系統(tǒng)第3～4天，硬軟件設(shè)計(jì)第5～6天，實(shí)驗(yàn)調(diào)試第7～9天，THFCS1現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)第10天，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告指導(dǎo)教師： 201 年 月 日專業(yè)負(fù)責(zé)人：201 年 月 日學(xué)院教學(xué)副院長(zhǎng)：201 年 月 日III摘 要溫度是工業(yè)生產(chǎn)對(duì)象中主要的被控參數(shù)之一，本文通過設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)，體現(xiàn)PLC在模擬量信號(hào)檢測(cè)與控制中應(yīng)用的優(yōu)越性。 ratio adjustment 目錄1 緒論 1 課題背景及研究目的和意義 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容 22 可編程控制器（PLC）概況 3 可編程控制器的概述 3 PLC的基本組成及各部分作用 3 中央處理單元(CPU) 3 存儲(chǔ)器 4 I/0單元 4 電源部分 5 擴(kuò)展接口 5 通信接口 53 模塊方案的選擇與論證 6 總體方案的選擇 6 各獨(dú)立模塊方案論證 7 溫度檢測(cè)模塊 7 主控模塊PLC 7 功率輸出電路及其控制原理的分析 9 溫度調(diào)節(jié)模塊 94 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 10 主要的工作流程 10 數(shù)字PID的數(shù)學(xué)建模 10 13 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）介紹 13 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 13 系統(tǒng)組成 13 15 系統(tǒng)軟件 16 裝置的安全保護(hù)體 16 組態(tài)軟件WINCC介紹 176 單容水箱特性測(cè)試 18 系統(tǒng)工作原理分析 18 控制系統(tǒng)流程圖 20 21 結(jié)果分析 23 26結(jié)論 27參考文獻(xiàn) 28基于數(shù)字PID的電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 緒論 課題背景及研究目的和意義電阻爐的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，電阻爐的性能優(yōu)劣決定了產(chǎn)品的質(zhì)量好壞。PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。電阻爐在機(jī)械工業(yè)中用于金屬鍛壓前加熱、金屬熱處理加熱、釬焊、粉末冶金燒結(jié)、玻璃陶瓷焙燒和退火、低熔點(diǎn)金屬熔化、砂型和油漆膜層的干燥等PID控制是迄今為止最通用的控制方法之一。PID在工業(yè)過程控制中的應(yīng)用已有近百年的歷史，在此期間雖然有許多控制算法問世,但由于PID算法以它自身的特點(diǎn)，再加上人們?cè)陂L(zhǎng)期使用中積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，使之在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。目前，我國(guó)在這方面總體水平處于20世紀(jì)80年代中后期的水平，成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適用于一般的溫度系統(tǒng)的控制，難以控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變溫度系統(tǒng)控制?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)控制裝置。 2 可編程控制器（PLC）概況 可編程控制器的概述可編程序控制器(Programmable Controller)通常也可簡(jiǎn)稱為可編程控制器,英文縮寫為PC或PLC,是以微處理器為基礎(chǔ),綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。另外還有獨(dú)立的1/0擴(kuò)展單元與主機(jī)配合使用。CPU底板與擴(kuò)展底板之間通過電纜連接，都可以根據(jù)需要進(jìn)行配置與組合。④ PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作。由于用戶程序需要經(jīng)常改動(dòng)、調(diào)試，故用戶程序存儲(chǔ)器多為可隨時(shí)讀寫的RAM。這部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在RAM中，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。它存儲(chǔ)用戶程序執(zhí)行時(shí)的某些可變參數(shù)值，如定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值和設(shè)定值。PLC通過I/0單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)相聯(lián)系。輸出映像寄存器由輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、指示燈被控設(shè)備的執(zhí)行元件. 電源部分PLC一般使用220V的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為PLC的中央處理器、存儲(chǔ)器等電路提供5V, +12V, +24V的直流電源，使PLC能正常工作。 通信接口為了實(shí)現(xiàn)“人一機(jī)”或“機(jī)一機(jī)”之間的對(duì)話，PLC配有多種通信接口。當(dāng)與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，可以組成多級(jí)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合性控制。方案二： 采用PLC來作為整機(jī)的控制單元，系統(tǒng)的工作中，經(jīng)過溫度檢測(cè)及變換電路把被測(cè)對(duì)象的溫度轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后送入PLC中，與給定的對(duì)應(yīng)所要控制的多組溫度值進(jìn)行比較，找出現(xiàn)溫度值所在范圍，根據(jù)PLC中設(shè)置的參數(shù)，轉(zhuǎn)化為占空比，控制功率轉(zhuǎn)換器件，帶動(dòng)被控對(duì)象，并且把被控對(duì)象的溫度經(jīng)過變換電路和D/A轉(zhuǎn)換器反饋到PLC中，與輸出的初值進(jìn)行比較，其偏差被PID程序計(jì)算出后重新輸出，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)循環(huán)。他是一個(gè)功耗，高性能CMOS8位微控制器，經(jīng)過信號(hào)采集，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理來控制溫度。此時(shí)系統(tǒng)會(huì)加大占空比信號(hào)，控制加熱功率，從而使?fàn)t溫回升，直到重新等于給定值（即）為止。此時(shí)系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)風(fēng)扇，控制吹風(fēng)冷卻裝置，從而使?fàn)t溫下降，知道重新等于給定值為止?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。具有較強(qiáng)的控制力。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。 CUP 224模塊接線圖 CPU224 AC/DC/繼電器輸入接線型式簡(jiǎn)圖 24V DC 24VDC輸出 功率輸出電路及其控制原理的分析加熱絲輸出功率大小的調(diào)節(jié)，可以使用移相調(diào)壓電路，也可以采用占空比開關(guān)電路進(jìn)行控制。在本系統(tǒng)中采用占空比開關(guān)電路控制。當(dāng)系統(tǒng)處于欠溫狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)熱電阻，控制加熱功率，從而使?fàn)t溫回升，直到重新等于給定值為止。初值設(shè)定子程序完成對(duì)溫度初值的設(shè)定及數(shù)據(jù)保存；溫度讀子程序完成對(duì)溫度傳感器數(shù)據(jù)的讀取、并通過液晶顯示子程序顯示溫度值等等。PID的子程序流程圖如圖3所示，根據(jù)實(shí)際檢測(cè)到得溫度值和設(shè)定溫度比較，求出相應(yīng)的溫度偏差值E，根據(jù)E與a的比較判斷采用PID算法或是PD算法，隨后進(jìn)行算法處理，求出控制值。整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置分為上位控制系統(tǒng)和控制對(duì)象兩部分，： 上位控制系統(tǒng) 系統(tǒng)組成本實(shí)驗(yàn)裝置由被控對(duì)象和上位控制系統(tǒng)兩部分組成。 上水箱采用淡藍(lán)色圓筒型有機(jī)玻璃，不但堅(jiān)實(shí)耐用，而且透明度高，便于學(xué)生直能接觀察到液位的變化和記錄結(jié)果。儲(chǔ)水箱內(nèi)部有兩個(gè)橢圓形塑料過濾網(wǎng)罩，防止兩套動(dòng)力支路進(jìn)水時(shí)有雜物進(jìn)入泵中。檢測(cè)裝置壓力傳感器、變送器：采用SIEMENS帶PROFIBUSPA通訊協(xié)議的壓力傳感器和工業(yè)用的擴(kuò)散硅壓力變送器，擴(kuò)散硅壓力變送器含不銹鋼隔離膜片，同時(shí)采用信號(hào)隔離技術(shù)，對(duì)傳感器溫度漂移跟隨補(bǔ)償。由CPU直接發(fā)送的數(shù)字信號(hào)控制閥門的開度，本氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)進(jìn)行零點(diǎn)校正，使用和校正都非常方便。其中一只為三相380V恒壓驅(qū)動(dòng)，另一只為三相變頻220V輸出驅(qū)動(dòng)。電磁閥型號(hào)為：2W16025 ；工作壓力：最小壓力為0Kg/㎝2，最大壓力為7Kg/㎝2 ；工作溫度：－5～80℃。（僅早期控制系統(tǒng)需依賴電源控制臺(tái)，升級(jí)后的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)本身已集成電源控制部分）電源控制屏面板：充分考慮人身安全保護(hù)，帶有漏電保護(hù)空氣開關(guān)、電壓型漏電保護(hù)器、電流型漏電保護(hù)器。溫度變送器： PA溫度變送器把PT100的檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后傳送給DP鏈路。執(zhí)行器中既有氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，又有變頻器、可控硅移相調(diào)壓裝置，調(diào)節(jié)系統(tǒng)除了有設(shè)定值階躍擾動(dòng)外，還可以通過對(duì)象中電磁閥和手動(dòng)操作閥制造各種擾動(dòng)。各種控制
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