【正文】 .............................. 3 PID 參數(shù)的整定 ................................................ 4 PID 參數(shù)仿真 .................................................. 6 MATLAB 軟件簡介 ............................................. 6 測溫元件及溫度檢測技術(shù) ........................................ 9 溫度 變送器的選擇 ............................................ 9 本章小結(jié) ..................................................... 10 第三章 硫化機(jī)硬件電路設(shè)計 ..................................... 11 硫化機(jī)控制系統(tǒng)的組成 ......................................... 11 系統(tǒng)設(shè)計的原則 ............................................. 11 系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容 ............................................. 12 可編程控制器 ................................................. 15 可編程控制器的特點(diǎn) ........................................... 16 可編程控制器的工作原理 ....................................... 16 西門子 S7200PLC 功能介紹 ..................................... 17 S7200 的技術(shù)指標(biāo) .......................................... 17 CPU224 的技術(shù)指標(biāo) .......................................... 18 模擬量輸入模塊 EM231 ....................................... 20 模擬量輸出模塊 EM232 ....................................... 21 硅調(diào)壓模塊 ................................................... 21 測溫元件及溫度檢測技術(shù) ....................................... 22 溫度變送器的選擇 ........................................... 23 硬件電路圖設(shè)計 ............................................... 23 本章小結(jié) ..................................................... 25 第四章 軟件設(shè)計 ................................................. 25 軟件設(shè)計思想 ................................................. 25 S7200 的程序結(jié)構(gòu) ............................................ 25 S7200 的 編程 ................................................ 26 3 梯形圖的基本繪制規(guī)則 ......................................... 27 硫化機(jī)系統(tǒng)的 I/O 分配表 ....................................... 28 硫化機(jī) PID 溫度控制系統(tǒng)的邏輯圖 ............................... 29 可編程控制器的軟件 ........................................... 30 PLC 程序 ..................................................... 32 本章小結(jié) ..................................................... 35 結(jié) 論 ............................................................ 36 致 謝 ............................................................ 37 參考文獻(xiàn)： ....................................................... 38 4 基于西門子 S7200PLC 的溫度控制系統(tǒng) 的設(shè) 計 專業(yè)班級 05 自動化 2 班 學(xué)生姓名：逯旭昌 指導(dǎo)教師： 董昭 職稱：講師 摘要： 在橡膠工業(yè)中，硫化工藝是最后一個工藝過程，也是最為關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，作為橡膠硫化主要設(shè)備的平板硫化機(jī)必須具備控制硫化條件（硫化溫度、硫化時間和硫化壓力）的能力，其控制精度將直接影響橡膠硫化制品的質(zhì)量好壞。因此實現(xiàn)高精度的平板硫化機(jī)溫度控制以提高橡膠制品質(zhì)量對橡膠工業(yè)生產(chǎn)具有重大意義。硫化溫度控制精度越高，則越容易得到質(zhì)量更好、性能更加穩(wěn)定的產(chǎn)品?？刂凭仍礁?，則越容易得到質(zhì)量更好的、性能更穩(wěn)定的產(chǎn)品，這在特種橡膠生產(chǎn)上更為重要。由于這三個條件對橡膠制品的硫化質(zhì)量起著決定性的作用，因此通常又稱之為“硫化三要素 ” 。在這個過程中，橡膠發(fā)生了一系列化學(xué)變化，使塑性狀態(tài)橡膠轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥曰蚴怯操|(zhì)狀態(tài)的橡膠制品，從而 獲得完善的物理機(jī)械性能和化學(xué)性質(zhì)，成為有用的高分子材料。硫化過程是橡膠大分子鏈發(fā)生反應(yīng)的過程。 硫化 的相關(guān)要求 在橡膠工業(yè)中，硫化工藝是最后一個工藝過程，也是最為關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，作為橡膠硫化主要設(shè)備的平板硫化機(jī)必須具備控制硫化條件（硫化溫度、硫化時間）大額能力，其控制的精度直接影響橡膠硫化制品質(zhì)量的好壞。因此實現(xiàn)高精度的平板硫化機(jī)溫度 控制 ,以提高橡膠制品質(zhì)量對橡膠工業(yè)生產(chǎn)具有重大的現(xiàn)實意義 硫化的相關(guān)要求主要有硫化機(jī)的工藝流程和橡膠硫化的工藝要求。 采用基于 PLC 的 PID 控制，使加熱平 板的溫度達(dá)到升溫 —— 保溫的要求。本系統(tǒng)是以西門子 S7200PLC 為主要控制原件，利用其內(nèi)部的 PID 指令進(jìn)行模擬量溫度控制，此控制思路不盡設(shè)計思路簡易，而且還省去了買 PID 模塊的成本。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進(jìn)行控制的。 (2)積分（ I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大 ，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后 (delay)組件，具有抑制誤差 的作用，其變化總是落后于誤差的變化。 PID 參數(shù)的整定 在常規(guī)控制系統(tǒng)中， PID 控制是迄今為止算法比較簡單、功能比較完善、效果比較好的一種控制算法，其一般形式為 )()()()( neKneKneKnU DIp ????? 式中 n — 采樣序號； 5 u(n) — 第 n次采樣時刻的控制器輸出 。 圖 1 并分別用反應(yīng)曲線法求出對象在各溫區(qū)的近似數(shù)學(xué)模型為 1??TSKGi 反應(yīng)曲線如圖 2 所示 ,Ki ,Ti ,A 可按表 1 經(jīng)驗公式求得各溫區(qū)的調(diào)節(jié)器最佳 PI D參數(shù)值 表 1 PID參數(shù)的經(jīng)驗公式 表 控制方式 比例度 ℅ 積分時間 STI/ 微分時間 STD/ P ( TAKiI / )ⅹ 100 PI ( TAKiI / )ⅹ 100 iA PID ( TAKiI / )ⅹ 100 2 iA iA 6 圖 2反應(yīng)曲線 圖 求的加熱系統(tǒng)的特征參數(shù)為： K=1 T=5。 MATLAB 語法規(guī)則簡單、容易掌握、調(diào)試方便 ， 具有高效、簡單和直觀的特性。 圖 3 PID控制方框圖 圖 4 仿真波形圖 （ 2）當(dāng) Td=2， KP =3， Ti=5， Td=1。 溫度變送器的選擇 Pt100 傳感器測量溫度的隔離變送器 ， 型號為 RS3100， 在工業(yè)上主要用于測量 200~+500℃ 的溫度。 主要特性 （ 1）輸入 ： Pt100(20~+400℃ ) (范圍可選擇 ) （ 2） 輸出信號： 4~20mA/0~5V （ 3） 精度等級： 級 (FSR%) （ 4） 內(nèi)含線性化和長線補(bǔ)償功能 （ 5） 隔離耐壓： 2500VDC(,60S) （ 6） DIN35 導(dǎo)軌安裝 (7) 精度高、性能穩(wěn)定可靠。 系統(tǒng)設(shè)計的原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。這也是設(shè)計中最重要的一條原則。 （ 2）安全可靠 控制系統(tǒng)長期運(yùn)行中能否達(dá)到安全、可靠、穩(wěn)定，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。程序能接受并且只能接受合法操作，對非法操作程序能予以拒絕等等。 12 在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求在選擇 PLC 機(jī)型和輸入 /輸出模塊要能適應(yīng)發(fā)展的需要，要適當(dāng)留有余量 系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容 (1)選擇機(jī)型 目前，可編程序控制器產(chǎn)品種類繁多，同一個公司生產(chǎn)出的 PLC 也常常推出系列產(chǎn)品。這些系統(tǒng)在 PLC 的選型上是有區(qū)別的。但有時功能要求全面，容量要求變化大，有些還要與原設(shè)備系統(tǒng)的其它機(jī)器連接。 二是設(shè)備分散，設(shè)備的功率較大，如料場設(shè)備。 慢過程大系統(tǒng)：對運(yùn)行速度要求不高但設(shè)備間有連鎖關(guān)系，設(shè)備距離遠(yuǎn)，控制動作多，如大型料場、高爐、碼頭、大型車站信號控制；也有的設(shè)備本身對運(yùn) 13 行速度要求高，但是部分子系統(tǒng)要求并不高，如大型熱連續(xù)軋鋼廠、冷連續(xù)軋鋼廠中的輔助生產(chǎn)機(jī)組和供油系統(tǒng)、供風(fēng)系統(tǒng)等。同一種機(jī)型輸入輸出點(diǎn)數(shù)少，則價格便宜，反之則貴。其中成型機(jī)、升板機(jī)、降板機(jī)、排塊機(jī)、碼垛機(jī)、大車、小車每個部分都是采用了一臺小型 PLC 控制。 快速控制大系統(tǒng)：隨著可編程序控制器在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，在中小型的快速系統(tǒng)中，可編程序控制器不僅僅完成邏輯控制和主令控制，它已逐步進(jìn)入了設(shè)備控制級，如高速線材，中低速熱連軋等速度控制系統(tǒng)。高速網(wǎng)一般價格都很貴，適用于有大量信息交換的系統(tǒng)。根據(jù)控制對象要求的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的多少，可以估計出 PLC 的規(guī)模。為了對控制對象進(jìn)行粗估，首先要了解下列問題。 對 PLC 性能要求的估計：為了正確地估計 PLC 性能要求，需要了解下面問題 : ，如高速計數(shù)器等。有的手冊或產(chǎn)品目錄單上給出的最大輸入點(diǎn)數(shù)或最大輸出點(diǎn)數(shù)，常意味著只插輸入模塊或只插輸出模塊的容量，即實際給出的是輸入輸出容量之和，有時也稱為掃描容量，需格外注意。 對所需內(nèi)存容量的估計：用戶程序所需內(nèi)存與下列因素有關(guān)。 。內(nèi)存利用率的提高會使同樣程序減少內(nèi)存容量，從而降低內(nèi)存投資、縮短周期時間、從而提高系統(tǒng)的響應(yīng)時間。如果滿足不了這個條件，解 決的辦法只能有三個。 15 在機(jī)型選定之后就要確定接口設(shè)備。一類是 PLC 自身的 I/O 模塊、功能模塊，一類是和接口模塊相連的外部設(shè)備。最好類型、型號一致。不僅要注意它們穩(wěn)態(tài)特性，也要注意它們的動態(tài)特性。所謂輸入輸出定義是指整體輸入輸出點(diǎn)的分布和每個輸入輸出點(diǎn)的名稱定義，它們會給程序編制、系統(tǒng)調(diào)試和文本打印等帶來很多方便。 初期的 PLC 只是用于邏輯控制場合，代替繼電器控制系統(tǒng)。 可編程控制器的特點(diǎn) （ 1） 可靠性高。 （ 3） 編程 方便，易于使用。 （ 5）具有各種接口，與外部設(shè)備連接非常方便。 （ 8）可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求或運(yùn)行情況，隨時對程序進(jìn)行在線修改，不用更改硬接線，靈 活性大，適應(yīng)性強(qiáng)。 S7200 PLC 包含了一個單獨(dú)的 S7200 CPU 和各種可選擇的擴(kuò)展模塊，可以十分方便地組成不同規(guī)模的控制器。可以說， S7200 可以完美地滿足各種小規(guī)模控制系統(tǒng)的要求。檔次最低的是 CPU221，其數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)有 6 點(diǎn)，數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)有 4 點(diǎn)，是控制規(guī)模最小的PLC。狀態(tài)指示燈 LED 顯示 CPU 所處的工作狀態(tài)指示。輸出端子的運(yùn)行狀態(tài)可以由頂部端子蓋下方一排指示燈顯示， ON 狀態(tài)對應(yīng)的指示燈亮。將開關(guān)撥向停止位置時，可編程序控制器處于停止?fàn)顟B(tài)，此時可以對其編寫程序。 CPU224 的技術(shù)指標(biāo) CPU224 本機(jī)集成了 14 點(diǎn)輸入／ 1