【正文】 本課程 設(shè)計(jì)選用 PID 控制規(guī)律控制溫度。 組態(tài)界面設(shè)計(jì)完畢，保存并激活 WINCC，運(yùn)行工程，可以查看變量曲線的變化， 通過對(duì) PID 相應(yīng)控制參數(shù)的設(shè)定，就可以讓測(cè)量值跟蹤設(shè)定值，達(dá)到 PID 控制的目的，實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)上對(duì)控制對(duì)象的監(jiān)控。通過右鍵單擊相應(yīng)的通道單元條目，并從彈出式菜單中選擇“新建驅(qū)動(dòng)程 序連接”來建立 WINCC 與 PLC 之間的連接。 WINCC 中建立和 PLC 通訊連接所必須的組態(tài)步驟。不僅如此， WINCC 還建立了像 DDE、OLE 等在 Windonws 程序間交換數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)接口，因此能毫無困難的集成 ActiveX 控制和OPC 服務(wù)器、客戶端功能。 圖 42 實(shí)驗(yàn)界面 13 WINCC 指的是 Windows Control Center，它是在生產(chǎn)和過程自動(dòng)化中解決可視化和控制任務(wù) 的監(jiān)控系統(tǒng)，它提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報(bào)表的功能模板。工業(yè)控制中形成的組態(tài)結(jié)果是用在實(shí)時(shí)監(jiān)控的。 系統(tǒng)組態(tài)分析 組態(tài)就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一具體任務(wù)的過程。 通過以上的分析，系統(tǒng)的總的滯后時(shí)間比較大，升溫的滯后時(shí)間相對(duì)降溫來說是比較小的。 1）、輸出開關(guān)量控制 2）、比例控制（ P控制） 3）、比例積 分控制（ IP控制） 4）、比例積分加微分控制（ IPD 控制） 結(jié)合本例題設(shè)計(jì)任務(wù)與我們采用比例積分加微分（ PID）控制。而產(chǎn)生滯后則與熱量的傳遞過程有關(guān)，再者測(cè)溫元件也有一定的慣性，這些都會(huì)產(chǎn)生滯后現(xiàn)象。 WinCC 是結(jié)合西門子在過程自動(dòng)化領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)和 Microsoft 的強(qiáng)大功能的產(chǎn)物。輸出 交流 電壓用來控制 電 加熱器 的端電壓， 從而 實(shí)現(xiàn) 鍋爐溫度的 連續(xù) 控制。 S7300PLC 控制系統(tǒng)： 本實(shí)驗(yàn)裝置采用了的中小型 PLC（ CPU3152DP 主機(jī)模塊，SM323： 8 路數(shù)字量輸入輸出模塊， SM331： 8 路模擬量輸入模塊， SM332： 4路模擬量輸出模塊， CP3431以太網(wǎng)模塊。接上三相四線電源，打開總電源開關(guān)，此時(shí)三只電壓表均指示 380V 左右，控制柜后面的插座帶電；打開風(fēng)扇開關(guān)，可以給控制柜散熱；打開控制站電源，西門子 S7300PLC 既可上電。 3．電磁閥：在本裝置中作為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的旁路，起到階躍干擾的作用。 3．盤管：模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的管道輸送和滯后環(huán)節(jié)， 4．管道及閥門：整個(gè)系統(tǒng)管道由敷塑不銹鋼管連接而成， 9 圖 41 實(shí)驗(yàn)對(duì)象總貌圖 檢測(cè)裝置 1．壓力傳感器、變送器：三個(gè)壓力傳感器分別 用來對(duì)上、中、下 三個(gè) 水箱的液位進(jìn)行檢測(cè) ，其量程為 0～ 5KP， 2．溫度傳感器：裝置中采用了六個(gè) Pt100 鉑熱電阻溫度 傳感器，分別用來檢測(cè)鍋爐 內(nèi)膽 、 鍋爐夾套、 盤管 （有 3個(gè)測(cè)試點(diǎn)）以及 上水箱出口 的 水溫。供水系統(tǒng)有兩路：一路由三相（ 380V 恒壓供水）磁力驅(qū)動(dòng)泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電磁閥、渦輪流量計(jì)及手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組成；另一路由變頻器、三相磁力驅(qū)動(dòng)泵、渦輪流量計(jì)及手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組成。該系統(tǒng)由水箱、閥門、變頻器、磁力泵、鍋爐內(nèi)膽、三相調(diào)壓裝置、電加熱管、溫度傳感器、可編程邏輯控制器等組成。 鍋爐內(nèi)膽溫度的檢測(cè)裝置為 PT100 熱電阻， PT100 熱電阻檢測(cè)到的信號(hào)傳送給溫度變送器，本系統(tǒng)采用帶 PROFIBUSPA 通訊接口的溫度變送器，掛接在 PROFIBUSPA總線上， PROFIBUSPA 總線通過 LINK 和 COUPLER 組成的 DP 鏈路與 PROFIBUSDP總線交換數(shù)據(jù)， PROFIBUSDP 總線上掛接有控制器 CPU3152 DP，這樣就完成了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量信號(hào)到 CPU的傳送。本實(shí)驗(yàn)裝置控制柜中的 CPU 模塊 采用 CP5611 網(wǎng)卡進(jìn)行通訊通訊方式。 本次課程設(shè)計(jì)用 THFCS1 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備構(gòu)成溫度控制系統(tǒng)。文章介紹了基于 S7300 溫度控制系統(tǒng)的 PID 調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)。 與傳統(tǒng)的 DCS 相比， FCS主要改變了現(xiàn)場(chǎng)控制層的結(jié)構(gòu)，摒棄了傳統(tǒng) DCS中的相對(duì)集中現(xiàn)場(chǎng)控制，而將其化整為零，分散于各種現(xiàn)場(chǎng)儀表與設(shè)備，并通過現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成相應(yīng)的控制回路，實(shí)現(xiàn)了真正的 分散控制。這種溫度控制系統(tǒng)對(duì)改造傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)有相當(dāng)?shù)囊饬x。 PLC 就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的 。其性能優(yōu)越，已被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，并已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（ PLC、工業(yè)機(jī)器人、 CAD/CAM）之一。 對(duì)于大部分計(jì)算 機(jī)控制系統(tǒng)，其被控過程通常為連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)，因此需要經(jīng)過對(duì)連續(xù)信號(hào)的采樣過程，將連續(xù)信號(hào)離散化，以便計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理。 它是根據(jù)被控過程的特性確定 PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間大小。 KP 為比例增益， Ti 為積分時(shí)間 ， Td 為微分時(shí)間，則 PID 基本算式的公式如下： 1）位置型 PID 算式 ) ] }1()([)()({)(0????? ??neneTTdieTiTneKpnu ni （ ） 根據(jù)微分方程和差分方程的對(duì)應(yīng)關(guān)系可知，如果微分方程中的積分運(yùn)算對(duì)應(yīng)差分方程 的累加運(yùn)算，微分方程對(duì)應(yīng)一個(gè)周期的增量變化，則能很容易的推導(dǎo)出表達(dá)式 。這就是說，在控 制器中僅引入 “比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例 +微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。 微分（ D）控制：在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過有效的測(cè)量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用 PID控制技術(shù)。所以溫度控制器通常采用 PID 算法進(jìn)行溫度控制。對(duì)于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能與穩(wěn)定要求不是很高的場(chǎng)合非常的合適，采用 DS18B20 作為溫度傳感器，直接得到數(shù)字信號(hào)，通過單片機(jī)對(duì)偏差進(jìn)行運(yùn)算。 方案一采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。 2,2 溫度控制器的硬件選擇 溫度控制器的硬件選擇通常有兩種方案 方案一：利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度控制 本設(shè)計(jì)主要圍繞單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，選取了體積小、精度相對(duì)較高的數(shù)字式溫度傳感器件 DS18B20 作為溫度采集裝置，以單片機(jī) 89C51 作為主控芯片，LCD 1602 作為顯示輸出。 常規(guī)的溫度控制方法以設(shè)定溫度為零節(jié)點(diǎn)，超出設(shè)定允許范圍就進(jìn)行溫度調(diào) 控，低于設(shè)定值就加熱，反之就停止或降溫。 近些年來，因?yàn)闇囟瓤刂破鳝h(huán)節(jié)已經(jīng)被納入為分布式控制系統(tǒng)（ DCS），個(gè)人電腦（ PC）和可編程邏輯控制器（ PLC），全球工業(yè)電子溫度控制器市場(chǎng)增長(zhǎng)緩慢。溫度控制器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度控制器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量日漸上升。不論是在生活中還是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度的變化對(duì)生活、生產(chǎn)的某些細(xì)節(jié)環(huán)節(jié)都會(huì)造成不同程度的影響，所以適時(shí)地對(duì)溫度進(jìn)行控制具有重要的意義。利用微機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)控的技術(shù)也隨之而產(chǎn)生。特別是冶金，化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足輕重的作用，其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因而設(shè)計(jì)一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價(jià)值的，工業(yè)生產(chǎn)中溫度控制具有單向性、時(shí)滯性、大慣性和時(shí)變性的特征，同時(shí)要實(shí)現(xiàn)溫度控制的快速性和準(zhǔn)確性，對(duì)于對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量具有很重要的意義。溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中很普遍的過程控制，人們需要對(duì)各 種加熱爐，熱處理爐，反應(yīng)爐等鍋爐中溫度進(jìn)行測(cè)量與控制。隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算的迅速發(fā)展，微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。 溫度控制是許多設(shè)備的重要的構(gòu)成部分，它的功能是將溫度控制在所需要的溫度范圍內(nèi)，以利于進(jìn)行工件的加工與處理。 現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集控制 (即溫度控制器技術(shù) )、信息傳輸 (通信技術(shù) )和信息處理 (計(jì)算機(jī)技術(shù) )。其主要功能是，根據(jù)用戶設(shè)定溫度與實(shí)際溫度的差值來控制加熱器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而改變溫度至用戶所需。由于控制對(duì)象的多樣性和復(fù)雜性 ,