【正文】 元：① CPU221 它有 6 輸入 /4 輸出， I/O 共計(jì) 10 點(diǎn)。④ CUP226 它有 24 輸入 /16 輸出， I/O 共計(jì) 40 點(diǎn)，和 CUP224 相比，增加了通信口數(shù)量，通信能力大大增強(qiáng)。 CUP 用 24V DC 電源， 24V DC 輸入， 24V DC 輸出，其功率為 5W，訂貨號為 6ES7 2121AB230XB0。本設(shè)計(jì)中需要檢測兩個溫度信號，和輸出一個電壓控制信號，所以需要 2 路模擬量輸入 /1 路模擬量輸出，所以我們選擇 EM235模擬量輸入 /輸出模塊，其功耗為 2W。10V ， 177。 圖 31 CPU 中模擬量輸入字中 12 位數(shù)據(jù)值的存放位置 模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換器 (ADC)的 12 位讀數(shù)，其數(shù)據(jù)格式是左端對齊的。 圖 32 CPU 中模擬量輸出字中 12 位數(shù)據(jù)值的存放位置 模數(shù)字量到模擬量轉(zhuǎn)換器（ DAC）的 12 位讀數(shù)，其輸出數(shù)據(jù)格式是左端對齊的，最高有效位： 0 表示是正值數(shù)據(jù)字，數(shù)據(jù)在裝載到 DAC 寄存器之前， 4 個連續(xù)的 0 是被裁斷的，這些位不影響輸出信號值。 表 32 DIP 開關(guān)設(shè)置 單極性 滿量程輸入 分辨率 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF ON OFF ON 0 到 50mV OFF ON OFF ON OFF ON 0 到 100mV 25μV ON OFF OFF OFF ON ON 0 到 500mV 125uA OFF ON OFF OFF ON ON 0 到 1V 250μV ON OFF OFF OFF OFF ON 0 到 5V ON OFF OFF OFF OFF ON 0 到 20mA 5μA OFF ON OFF OFF OFF ON 0 到 10V 本設(shè)計(jì)中溫度檢測模塊輸入信號為 0~100mV 的電壓信號，為單極性，所以 DIP 開關(guān)設(shè)置為： SW1,OFF； SW2， ON； SW3， OFF； SW4， ON； SW5，OFF； SW6， ON。 系統(tǒng) 其他 硬件 選型及 配置 顯示模塊 HLP2 型兩線 PLC 專用數(shù)顯表可以通過兩個 PLC 輸出端口接收所有 PLC發(fā)出的數(shù)據(jù)。 HLP2B39 型號數(shù)顯表有兩個輸入端口，一個時鐘輸入端口 SCK，一個數(shù)據(jù)輸入端口 SDA，可以顯示 4 為 LED 數(shù)碼。 B R C 全黑 D Π E F F 設(shè)計(jì)中要用到兩個數(shù)顯表，一個主表一個從表， 主表 SDA 連接 PLC 數(shù)字量輸出端口 ，用于實(shí)時顯示夾套實(shí)際溫度值，從表 SDA 連接 PLC 數(shù)字量輸出端口 ，用于實(shí)時顯示內(nèi)膽實(shí)際溫度值，主表和從表的 SDA 端口接 PLC 數(shù)字輸出端口 ，用于接收時鐘信號 溫度傳感器 溫度傳感器就是 利用 物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。與塞貝克有關(guān)的效應(yīng)有兩個：其一， 當(dāng)有電流流過兩個不同導(dǎo)體的連接處時此處便吸收或放出熱量 (取決于電流的方向 )，稱為 珀?duì)柼?yīng) ；其二，當(dāng)有電流流過存在溫度梯度的導(dǎo)體時，導(dǎo)體吸收或放出熱量 (取決于電流相對于溫度梯度 的方向 )，稱為 湯姆遜效應(yīng) 。 利用此現(xiàn)象可以做成能夠檢測溫度的傳感器。 AD590 的測溫范圍為 55℃ ～ +150℃ 。 輸出電阻為 710MW。 攝氏溫度測量電路 如圖 36 所示 。最后在室溫下進(jìn)行校驗(yàn)。 其實(shí)物如圖 37 所示 ?？刂破饕话闶怯煽刂瓢寮由现鳈C(jī)（主回路）組成。它對交流電壓的周波進(jìn)行控制 ，通過控制負(fù)載電壓的周波通斷比來控制負(fù)載的功率，多用于大慣性的加熱器負(fù)載。產(chǎn)品完全采用 SCR POWER MODULE 密封的 IC 化電路板，抗干擾能力強(qiáng)，可用于變壓器負(fù)載和高頻裝置前級調(diào)壓器，具有電流回饋適用于負(fù)阻性負(fù)載如硅鉬棒，白金加熱器。 型號識別如圖 38。本設(shè)計(jì)采用 P系列單相電力控制器。 控制模式優(yōu)劣比較如表 34所示。采用相位控制模式的 SCR 電力控制器可叫做調(diào)壓器，它可以方便地調(diào)節(jié)電壓有效值，可用于電爐溫度控制，燈光調(diào)節(jié)，異步電動機(jī)降壓軟啟動和調(diào)壓調(diào)速等，也可用做調(diào)節(jié)變壓器一次側(cè)電壓，代替效率低下的調(diào)壓變壓器。 SCR 電力控制器，目前在工業(yè)中已被廣泛應(yīng)用于各種電力設(shè)備中，諸如窯爐、熱處理爐、電氣高溫爐、高周波機(jī)械、電鍍設(shè)備、印染設(shè)備、涂裝設(shè)備、射出機(jī)、押出機(jī)等等，然而因?yàn)樨?fù)載的不同，使用環(huán)境的限制，而又有各種不同的控制模式及各種追加配備，如相位控制，分配式零位控制 ,時間比例零位控制。冰水混合物是 0℃ 環(huán)境，沸水為 100℃ 環(huán)境。調(diào)整方法如下：在 0℃ 時調(diào)整 R2，使輸出 VO=0，然后在 100℃ 時調(diào)整 R4使 VO=100mV。 AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M五檔 ，其中 M檔精度最高，在 55℃ ～+150℃ 范圍內(nèi)，非線性誤差為 177。電源電壓可在 4V～ 6V 范圍變化，電流 變化 1mA，相當(dāng)于溫度變化 1K。 AD590 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。熱電偶的熱電勢 EAB(T， T0)是由接觸電勢和溫差電勢合成的。 圖 35 溫度傳感器原理圖 當(dāng)有兩種不同的導(dǎo)體和半導(dǎo)體 A和 B組成一個回路，其兩端相互連接時，只要兩結(jié)點(diǎn)處的溫度不同，一端溫度為 T，稱為工作端或熱端，另一端溫度為 TO，稱為自由端 (也稱參考端 )或冷端，則回路中就有 電流 產(chǎn)生，如圖 28所示，即回路中存在的電動勢稱為熱電動勢。 HLP2 型 PLC 數(shù)顯表的顯示數(shù)據(jù)與 PLC 數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系如 下表 33。 由于顯示模塊只需顯示 2 位數(shù)字，所以選用 HLP2 系列型號為 HLP2B39的數(shù)顯表。 江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 DIP 開關(guān)實(shí)物如圖 33 所示。開關(guān) 1到 6 可選擇模擬量輸入范圍和分辨率。對雙極性格式， 4 個連續(xù)的 0 使得 ADC 計(jì)數(shù)數(shù)值每變化 1 個單位，則數(shù)據(jù)江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 字的變化是以 16 為單位變化的。 ， 0～ 20mA 數(shù)據(jù)字格式 單極性，全量程范圍 320xx～ +320xx 雙極性，全量程范圍 0～ 320xx 320xx～ +320xx0 0～ 320xx 模擬量輸出特性： 模擬量輸出點(diǎn)數(shù) 1 信號范圍 電壓輸出 電注輸出 177。 其輸入 /輸出特性如表 31 所示。 S7200PLC 的模擬量模塊有 EM231， EM232 和 EM235 三種類型的模擬量擴(kuò)展模塊。⑤ CUP226XM 它在用戶程序存儲量和數(shù)據(jù)存儲量上進(jìn)行了擴(kuò)展，其他指標(biāo)和 CUP226 相同。② CUP222 它有 8 輸入 /6 輸出， I/O 共計(jì) 14 點(diǎn)，和 221 相比，它可以進(jìn)行一 定的模擬量控制和 2 個模擬量擴(kuò)展，因此是應(yīng)用更廣泛的全功能控制器。 S7200 系列可以根據(jù)對象不同，可以選用不同的型號和不同數(shù)量的模塊，并可以將這些模塊安裝在同一機(jī)架上。 而且在大學(xué)期間我所接觸的也大多數(shù)是西門子公司的 PLC。 (5)體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。近年來 PLC 的功能單元 大量涌現(xiàn)，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC 等各種工業(yè)控制中，加上 PLC 通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 的可靠性。 （ 5）可編程控制器和模擬量輸入 /輸出擴(kuò)展模塊：可編程控制器對采集來的溫度信號進(jìn)行標(biāo)度變換處理后得到實(shí)際的溫度值，將數(shù)據(jù)傳送給兩個數(shù)顯表對內(nèi)膽溫度和夾套溫度分別顯示；另一方面，根據(jù)采集到得溫度值，和給定的溫度值進(jìn)行計(jì)算處理，采用 PID 控制算法處理后通過模擬量輸入輸出擴(kuò)展對調(diào)功器進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)對加熱器的控制。 統(tǒng) 各個組成部分 完成 的 任務(wù) （ 1）運(yùn)行指示燈和啟動按鈕 /停止按鈕實(shí)現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)控和啟動和停止系統(tǒng)的控制 ：按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始運(yùn)行，運(yùn)行指示燈點(diǎn)亮；按下停止按鈕，系統(tǒng)停止運(yùn)行系統(tǒng)指示燈熄滅。然后減小積分時間，加大積分作用，并相應(yīng)調(diào)整比例系數(shù)，反復(fù)試湊至得到較滿意的響應(yīng)，確定比例和積分的參數(shù)。 經(jīng)驗(yàn)法又叫現(xiàn)場湊試法 ，它不需要進(jìn)行事先的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，而是根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，利用一組經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，根據(jù)反應(yīng)曲線的效果不斷地改變參數(shù)，對于溫度控制系統(tǒng)，工程上已經(jīng)有大量的經(jīng)驗(yàn)， 其 規(guī)律如表 24所示 。 S p a nO ffMR e stnsc a l )( ?? （ 27） S7200 不提供直接將實(shí)數(shù)一步轉(zhuǎn)化成整數(shù)的指令，必須先將實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)化成雙整數(shù)，再將雙整數(shù)轉(zhuǎn)化成整數(shù)。 本文中采用的是單極性，故轉(zhuǎn)換公式為 ： )3 2 0 0 0/( ra wn o u m RR ? （ 26） 因?yàn)闇囟冉?jīng)過檢測和 標(biāo)度變換 后，得到的值是實(shí)際溫度 值 ，所以為了 SP 值江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 和 PV 值在同一個數(shù)量值 0~ 對應(yīng) 0~100℃，所以 輸入 SP 值 的 時候應(yīng)該是填寫一個是實(shí)際溫度 1/100 的數(shù)，即想要設(shè)定目標(biāo)控制溫度為 80℃時，需要輸入一個。輸出為 0~5V 的電壓信號，所以我們輸入到 EM235 的數(shù)值也為 16 位整數(shù)類型，而經(jīng)過 PID 回路運(yùn)算后得到的數(shù)據(jù)為 32 為實(shí)數(shù)，這里我就要用到 ROUND,DI_I 指令，就如在副控制器中斷程序一樣，得到的數(shù)據(jù)從模擬量輸出端口輸出。指令的兩個操作數(shù) TBL 和 LOOP， TBL 是回路表的起始地址，本文采用的是 VB100，因?yàn)橐粋€ PID 回路占用了 32 個字節(jié)，所以 VD100 到 VD132 都被占用了。故可利用 PLC 中的 PID 指令實(shí)現(xiàn)位置式PID 控制算法 量 。PID 調(diào)節(jié)器的傳輸函數(shù)為： ?????? ???? STSTKSE SUSD diP 11)( )()( (23) 數(shù)字計(jì)算機(jī)處理這個函數(shù)關(guān)系式，必須將連續(xù)函數(shù)離散化，對偏差周期采樣后，計(jì)算機(jī)輸出值。江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 避免較大的誤差出現(xiàn)，微分控制不能消除余差。 在積分控制 (I)中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。人們在應(yīng)用的過程中積累了許多的經(jīng)驗(yàn)， PID的研究已經(jīng)到達(dá)一個比較高的程度。 江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 軟件 方案設(shè)計(jì) 軟件基本結(jié)構(gòu) 由 主 /副控器 PID， 控制對象 溫度調(diào)功器、 檢測元件 溫度變送器等部分組成。 其結(jié)構(gòu)硬件部分組成及其關(guān)系如圖 21 所示。 第 四 章， 系統(tǒng)軟件編程：對編程的思路和各個編程部分的任務(wù)、組成、流程圖和梯形圖進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并對編程用軟件的安裝進(jìn)行了說明。 目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方面快速發(fā)展。但由于國外技術(shù)保密及我國開發(fā)工作的滯后 ，還沒有開發(fā)出性能可靠的自整定軟件。 溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進(jìn)國家相比有著較大差距 ?；诳偩€控制系統(tǒng)（ FCS）的溫度控制系統(tǒng)具有高精度，高智能，便于管理等特點(diǎn)， FCS 系統(tǒng)由于信息處理現(xiàn)場化，能直接執(zhí)行傳感、控制、報警和計(jì)算功能?；?DCS 的溫度控制系統(tǒng)提供了生產(chǎn)的自動化水平和管理水平，能減少操作人員的勞動強(qiáng)度，有助于提高系統(tǒng)的效率。與常規(guī)儀表相比具有 豐富的監(jiān)控、協(xié)調(diào)管理功能等特點(diǎn)。參數(shù)自整定等各種靈活算法，以及“模糊判斷”功能，是常規(guī)儀表和人力難以實(shí)現(xiàn)或無法實(shí)現(xiàn)的。它能夠適應(yīng)多種工業(yè)惡劣環(huán)境，抗振動、抗高溫、防灰塵，防電磁輻射。相對于 IPC， DCS，F(xiàn)SC 等系統(tǒng)而言， PLC 是具有成本上的優(yōu)勢。 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，工作精度高。期間，從低級到高級，從簡單到復(fù)雜，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和對溫度控制精度要求的不斷提高，溫度控制系統(tǒng)的控制技術(shù)得到迅速發(fā)展。在現(xiàn)代化的建設(shè)中，能源的需求非常大，然而我國的能源利用率極低，所以實(shí)現(xiàn)溫度控制的智能化，有著極重要的實(shí)際意義。而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式微型計(jì)算機(jī)在工業(yè)中得到越來越多的應(yīng)用。從古人類的燒火取暖，到今天的工業(yè)溫度控制，處處都體現(xiàn)了溫度控制。 通過本設(shè)計(jì)可以熟悉并掌握西門子 S7200PLC 的原理與功能及它的編程語言，以自動控制理論為指導(dǎo)思想，解決工業(yè)生產(chǎn)及生活中溫度控制問題。 設(shè)計(jì)（論文）提綱及進(jìn)度安排： . 8 認(rèn)真收集有關(guān)資料，完成開題報告 提出總體方案 并進(jìn)行論證 論文主體設(shè)計(jì) 論文撰寫，完成初稿 程序調(diào)試和修改論文 .