【正文】 單極性是 32020（典型值） 系統(tǒng)程序如圖 8 所示： 18 圖 8 將采集實際溫度轉(zhuǎn)換為 PLC 計算數(shù)值的程序 、 水箱水位檢測和控制 根據(jù) 太陽能浴室結(jié)構(gòu)示意圖可知 ,水箱中有 4 個液位探測點 ,當探測點在 水中 時，輸出為 高電平，當探測點在空氣中時為低電平， 對照根據(jù)要求 : 當水位到達探測點 1 時，表示太陽能熱水器里面的水量過少，發(fā)出聲光報警，提醒用戶加水，聲音報警需要手動關(guān)閉； 當水位到達探測點 2 時，表示水量已經(jīng)較少，需要加水，因此控制上水電磁閥合上； 當水位到達探測點 3 時，表示水量應經(jīng)達到正常的水量，因此斷開上水電磁 閥； 當水位到達探測點 4 時，表示水量過高，超過正常值，因此發(fā)出圣光報警，并且聲音報警只能手動關(guān)閉。接下來就要把實數(shù)再轉(zhuǎn)化成 PLC 能夠識別的 ~ 之間數(shù)。此外，還可直接用軟件設(shè)置 PLC 的工作方式、參數(shù)和運行監(jiān)控等。但是想去掉微分回路就不能如法炮制了，因為微分時間是可以被設(shè)置成 0 的，這樣就達到我們的目的了。比較典型的就是 P（比例）控制或者是 PI（比例積分）控制回路。西門子 S7200PLC 通過下列算式 ()來求解微分項： Mdn=Kc*Td/Ts*((SPnPVn)(SPn1PVn1)) () 如果設(shè)定值發(fā)生變化，那么由于它的微分作用就會引起一定程度的跳變，為了不引起跳變，我們可以讓把設(shè)定值不要發(fā)生變化，也就是令 Spn=Spn1，那么我們就可以用測量值的變化量來表示偏差的變化量。我們習慣在第一次計算輸出以前把 MX 設(shè)成 Minitial，也就是通常所說的初值。偏差（ e）是給定值（ SP）與設(shè)定值（ PV）之差，西門子S7200PLC 使用的求解比例的算式是 ()： MPn=Kc*（ SPnPVn） () 15 其中： MPn 我們要求的第 n 時刻的比例 Kc 增益 SPn 設(shè)定的在第 n 時刻采集到設(shè)定值 PVn 在第 n 時刻采集的測量值 偏差越大，積分值 MI 就越大，它們呈現(xiàn)一種正比例的關(guān)系。因此，我們用一個算式來解決計算機算數(shù)的重復性。只有這樣才偏移地址 名稱 格式 類型 說明 0 過程變量（ PVn） 實數(shù) 輸入 ~ 之間 4 給定值（ SPn） 實數(shù) 輸入 ~ 之間 8 輸出值（ Mn） 實數(shù) 輸入 /輸出 ~ 之間 12 增益（ Kc 實數(shù) 輸入 比例常數(shù)，可正可負 16 采樣時間（ Ts） 實數(shù) 輸入 單位為 s，正數(shù) 20 采樣時間（ Ti） 實數(shù) 輸入 單位為 min，正數(shù) 24 微分時間（ Td） 實數(shù) 輸入 單位為 min，正數(shù) 28 積分項前值（ MX） 實數(shù) 輸入 /輸出 必須在 ~ 之間 32 過程變量前值（ PVn1） 實數(shù) 輸入 /輸出 必須在 ~ 之間 14 能保證計算控制式能被計算機識別并且處理。 表 4 PID 回路在 PLC 中的地址分配情況 、 PID 參數(shù)整定 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，是自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中相當重要的一個問題。 、 PID 算法程序?qū)崿F(xiàn) 13 在 S7200PLC 中 PID 功能是通過 PID 指令功能塊來實現(xiàn)的。 設(shè) u(k)為第 k 次采樣時刻控制器的輸出值 (采樣周期為 T),用一階向后差分代替微分，用矩形法 數(shù)值積分代替連續(xù)積分，將上式進行離散化處理 ,可得離散的 PID 計算公式 ： )]1()([)()()]1()([)()()(00??????????????kekeKjeKkeKkekeTTjeTTkeKkukjdipkjdip () 式 ()為位置式 PID控制算法 , 其當前采樣時刻的輸出與過去的狀態(tài)有關(guān) , 計算時要對 e(k)進行累加 , 運算量大 , 因此實際應用中一般采用增量 PID 控制算法。 、 PID 控制算法原理 PID 控制本質(zhì)上是一個二階線性控制器 , 通過調(diào)整比例 ( P)、積分 ( I)和微分 ( D)三個參數(shù) , 使得大多數(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)獲得良好的閉環(huán)控制性能。 微分（ D）控制 在微分控制下，控制器的輸出的微分增加了，輸入誤差信號的微分同時也會增加。積分項會隨著時間的增加而增大。但這樣會引起振蕩，特別是在遲滯環(huán)節(jié)比較大的時候，比例系數(shù) Kp 減小，振蕩發(fā)生的可能性就會減小，但同時也會導致調(diào)節(jié)速度變慢。 、 PID 控制算法的特點 比例（ P）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。 、 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 、 PID 控制算法 在工程實際中，應用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。 Pt 后的 100 表示它在 0℃時阻值為 100Ω，它的工作原理是當 Pt100在 0℃時阻值為 100Ω，在 100℃時它的阻值約為 .它的阻值會隨著溫度的上升而勻速增長。 該系統(tǒng)對傳感器的要求是可以把將溫度信號轉(zhuǎn)化為電流信號，測量的水溫上限為 100℃，權(quán)衡之下 Pt100 電阻傳感器是 非常合適的。 、 熱電式傳感器 熱電式傳感器能夠把溫度的變化轉(zhuǎn)換成電流、電壓變化的裝置就是我們所說的熱電式傳感器。 （ 5） PLC 程序設(shè)計。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟 （ 1）控制要求分析。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 （ 1）根據(jù)工藝流程進行設(shè)計，充分發(fā)揮 PLC 功能，最大限度地滿足需要控制的裝置的控制要求。 10 表 2 DIP 開關(guān)對 EM235 極性影響 EM235 模塊具有 4 個模擬信號輸入通道以及 1 個模擬信號的輸出通道。因此，模擬量輸入指令的基本時間是把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字所花費的時間也計算在內(nèi)的。在本設(shè)計中 考慮到系統(tǒng)擴展的問題，可以用 EM235 模擬量輸入 /輸出模塊用來對 CPU進行擴展。 8 圖 6 SYMATIC S7200PLC CPU 的模塊面板示意圖 西門子 S7200PLC 包括 CPU22 CPU22 CPU224 和 CPU226 這 4 種型號的 CPU，它們的主要性能指標如表 1 所示。 、 S7200PLC 的 CPU 模塊 CPU模塊是 PLC 控制系統(tǒng)的核心，它控制著整個 PLC 控制系統(tǒng)有序地進行。 PLC 編程簡單，易于通信和聯(lián)網(wǎng)、用于水暖 控制能提高性能價格比，如果從長遠觀點來看，其壽命長，故障率低，易于維修，所以選用。其中德國和美國是以大型 PLC 而聞名，日本則主要是生產(chǎn)小型 PLC。為實現(xiàn)這個設(shè)想，美國數(shù)字設(shè)備公司 (DEC 公司 )在 1969年研制出了世界上第一臺 PLC。 隨著現(xiàn)代社會生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)進步，出現(xiàn)了現(xiàn)在在工業(yè)生產(chǎn)自動化中占領(lǐng)重要地位的一種新的工控系統(tǒng)。 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖 如圖 4，系統(tǒng)程序框圖如圖 5。 按照設(shè)計的具體要求，所有需要設(shè)計的環(huán)節(jié)，都需要逐一進行分析。 三、 設(shè)計 方案論證 本設(shè)計是以西門子 S7200PLC 為主控制器，來 實現(xiàn)太陽能水箱 水溫 水位 的自動控制。 選用PLC 控制，它具有速度快，可靠性高，體積小，功能全，編程簡單的特點。用內(nèi)部編程“軟元件”取代繼電器邏輯控制電路中大量的時間繼電器和中間繼電器，簡化控制線路、有效提高系統(tǒng)的可靠性，是 PLC 的突出特點 。從發(fā)展角度看，城市家庭生活熱水的供給不應由業(yè)主考慮，而應與建筑設(shè)計開發(fā)同時進行。 system I / O assignment and PLC selection。指出了 PLC 設(shè)計的關(guān)鍵主要是能滿足 基本控制功能 , 并考慮維護的方便性、系統(tǒng)可擴展性等。 關(guān)鍵詞（ 3— 5個），中英文關(guān)鍵詞。 西南科技大學 自動化 專業(yè)方向設(shè)計 報告 設(shè)計名稱： 太陽能浴室水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計 姓 名： 張 剛 學 號 : 20206348 班 級： 自動化 0903 指導教師： 王順利 起止日期： 西南 科技大學信息工程學院 制 2 方 向 設(shè) 計 任 務 書 學生班級 ： 自動化 0903 學生姓名 ： 張剛 學號 ： 20206348 設(shè)計名稱 ： 太陽能浴室水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計 起止日期 ： 指導教師 ： 王順利 設(shè)計要求 ： 如 太陽能浴室結(jié)構(gòu)示意圖 所示，針對太陽能水箱內(nèi)的溫度恒溫控制目標，基于 PLC 控制設(shè)計 PID 算法實現(xiàn)對出水口的水溫的恒溫調(diào)節(jié)及儲水箱的水位調(diào)節(jié)。 課程設(shè)計論文應完成的工作 摘要，要求 100 字內(nèi)的 中 英文 摘要。重點研究了 基于 PLC 控制設(shè)計 PID 算法實現(xiàn)對出水口的水溫的恒溫調(diào)節(jié)，以及儲水箱的水位調(diào)節(jié) 。 關(guān)鍵詞 ： 水溫 水位 PID PLC ABSTRACT This study is a programmable l