【正文】 了 保證主參數(shù)的控制質(zhì)量，可允許在一定范圍內(nèi)變化，允許有余差，因此副調(diào)節(jié)器只要選 P 控制規(guī)律就可以。然后確定副被控過程的 K02，當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度增大時(shí)，電壓增大，爐膛水溫度 上升，所以 K02 0 。 （ 4） 采樣周期的分析 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 采樣周期 Ts 越小，采樣值就越能反應(yīng)溫度的變化情況。 經(jīng)過上述的分析，該溫度控制系統(tǒng)就已經(jīng)基本確定了，在系統(tǒng)投運(yùn)之前還要進(jìn)行控制器的參數(shù)整定。 對(duì)于工程整定法，工程人員無需知道對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，無需具備理論計(jì)算所學(xué)的理論知識(shí)，就可以在控制系統(tǒng)中直接進(jìn)行整定，因而簡單、實(shí)用，在實(shí)際工程中被廣泛的應(yīng)用常用的工程整定法有經(jīng)驗(yàn)整定法、臨界比例度法、衰減曲線法、自整定法等。 b. 整定積分環(huán)節(jié) 若在比例控制下穩(wěn)態(tài)誤差不能滿足要求，需加入積分控制。先置 微分時(shí)間 TD=0，逐漸加大 TD，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，反復(fù)試湊至獲得滿意的控制效果和 PID 控制參數(shù)。 STEP7Micro/WIN 簡單介紹 要想進(jìn)行編程，首先我們要 創(chuàng)建 一個(gè)新的 程序，雙擊 STEP7 Micro/WIN 的圖標(biāo)，其項(xiàng)目窗口將提供創(chuàng)建程序的工作空間。雙擊 “ 通信 ” 對(duì)話框中 “ 雙擊刷新 ” 旁邊的藍(lán)色箭頭組成的圖標(biāo)，編程軟件將會(huì)自動(dòng)搜索連接在網(wǎng)絡(luò)上的 S7200，并用圖標(biāo)顯示搜索到的 S7200。 PID 運(yùn)算結(jié)束之后，需要把回路輸出（ 之間的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)）轉(zhuǎn)基于 PLC 的多路溫度控制 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 26 換為可以送給模擬量輸出模塊的整數(shù)。 High Alarm和 Low Alarm 分別是超過上限和下限的報(bào)警信號(hào)輸出， Module Error 是模擬量模塊的故障輸出信號(hào) [8]。 Setpoint_R 是實(shí)數(shù)給定值（ SP），它以百分比為單位。 TT2(爐膛水溫傳感器 )將采集到的爐膛水溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，電流信號(hào)在通過 AIW2進(jìn)入 PLC，作為副回路的反饋值， 經(jīng)過副控制器（ PID1）的 P 運(yùn)算產(chǎn)生輸出的信號(hào) ， 由 AQW0輸出，輸出的 420mA電流信號(hào)控制可控硅的導(dǎo)通角，從而控制電熱絲的電壓，完成對(duì)溫度的控制。 圖 41 STEP7Micro/WIN 界面 窗口 計(jì)算機(jī)與 PLC 的通信 在上圖所展示的界面中，找到“ 通信 ” 圖標(biāo)， 雙擊， 將出現(xiàn) “ 通信 ” 對(duì)話框 ,見圖 42。 基于 PLC 的多路溫度控制 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 24 下面我們開始對(duì)軟件進(jìn)行編程，在編程之前，首先簡要介紹西門子 S7200 編程軟件 ——STEP7—Micro/WIN。然后減小積分時(shí)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)。整定步驟為 “ 先比 例，再積分，最后微分 ” 。 理論計(jì)算整定法是在已知被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)選取的質(zhì)量 指標(biāo)，經(jīng)過理論的計(jì)算（微分方程、根軌跡、頻率法等），求得最佳的整定參數(shù)。確定采樣周期時(shí)，應(yīng)保證被控量迅速變化時(shí)，能用足夠多的采樣點(diǎn)，以保證不會(huì)因采樣點(diǎn)過稀而丟失被采集的模擬量中的重要信息。 主調(diào)節(jié)器作用方式的確定： 爐膛水溫度升高，出口水溫度也升高，主被控過程 K010。主控制采用 PI 控制，副控制器采用 P 控制。主調(diào)節(jié)器起定值控制作用，副調(diào)節(jié)器起隨動(dòng)控制作用，這是選擇規(guī)律的基本出發(fā)點(diǎn)。 c. 微分控制 Td 對(duì)系統(tǒng)性能的影響： 微分作用可以改善動(dòng)態(tài)特性， Td 偏大時(shí)，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較短。 KC太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。 PID 控制及參數(shù)整定 （ 1） PID 控制器的形成 PID 控制器由比例單元（ P）、積分單元（ I）和微分單元（ D）組成。最后根據(jù)所要求的性能指標(biāo)確定控制器的參數(shù)值。 PLC 系統(tǒng)接線圖 硬件接線圖原理：首先， PT100 型熱電阻檢測實(shí)際溫度，然后將實(shí)際溫度經(jīng)過溫度變送器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，西門子 EM235 模塊對(duì)該模擬信號(hào)進(jìn)行處理，使其轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的 16位數(shù)字信號(hào)并將其存放在 PLC的寄存器 中， PLC程序讀取該溫度值，并經(jīng)過標(biāo)度轉(zhuǎn)換送入 PID 模塊，在 PID 控制中，被實(shí)際溫度與預(yù)設(shè)溫度進(jìn)行比較并進(jìn)行 PID 運(yùn)算，將運(yùn)算后的結(jié)果轉(zhuǎn)換成 PLC 的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)，經(jīng)模擬量輸入輸出模塊 EM235 進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換并送至可控硅加熱裝置，從而改變實(shí)時(shí)溫度。 可控硅加熱裝置 對(duì)于要求保持恒溫控制 的電阻爐 ， 輸出 0～ 10mA 作為直流信號(hào)輸入 ， 控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板 ，通過 改變可控硅管導(dǎo)通角的大小來調(diào)節(jié)輸出功率，完全可以滿足要求， 且 投入成本低，操作方便直觀并易維護(hù)。 EM 235有 4路模擬量輸入通道，同時(shí)還包括一路模擬量輸出通道，輸出電壓、電流信號(hào)用于連續(xù)的控制。mm2/m)大，可用較少材料制成電阻。我選擇了 PT100 型熱電阻。 （ 6） T 型熱電偶（銅－銅鎳熱電偶） 該熱電偶的正極為純銅，負(fù)極為銅鎳合金（康銅），其特點(diǎn)是：價(jià)格便宜，且在賤金屬熱電偶中，它的準(zhǔn) 確性最高、熱電極的均勻性好，溫度范圍 200～ 350℃ 。同時(shí)，材料較硬難于加工。 （ 3） E 型 熱電偶（鎳鉻－銅鎳 （ 康銅 ） 熱電偶） E 型熱電偶為一種較新產(chǎn)品，正極為鎳鉻合金，負(fù)極為銅鎳合金（康銅）。 熱電偶的結(jié)構(gòu)形式 為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對(duì)它的結(jié)構(gòu)要求如下： （ 1） 熱電偶的兩個(gè)熱電極必須焊接牢固； （ 2） 兩 個(gè)熱電極之間應(yīng)很好地絕緣，防止短路； （ 3） 補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠； （ 4） 保護(hù)套管應(yīng)保證熱電極與有害介質(zhì)之間充分隔離。 其構(gòu)造簡單、使用方便。 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 熱電偶 熱電偶的特點(diǎn) 熱電偶是工業(yè)最常用的溫度檢測元件之一，其優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 測量精度高。 兩種常見的熱電阻 （ 1） PT100 型熱電阻（鉑電阻） PT100 型熱電阻的溫度范圍為 200～ 850℃ ，金屬鉑材料的優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)穩(wěn)定性好、能耐高溫，容易制得純鉑，又因其電阻率大，可用較少材料制成電阻，此外其測溫范圍大。 （ 4） 隔爆型熱電阻 隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，在其內(nèi)部充入爆炸性混合氣體，使受到火花或電弧等因素影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)。它比裝配式鉑電阻直徑小，且易彎曲，適宜安裝在要求快速反應(yīng)、管道狹窄和微型化等特殊場合。 熱電阻的種類 熱電阻有精通型、鎧 裝熱電阻、端面熱電阻、隔爆型熱電阻等類型，下面對(duì)這四種做一簡單介紹： （ 1） 精通型熱電阻 從熱電阻的測溫原理可知，熱電阻阻值的變化值直接反應(yīng)被測量溫度的變化，因此，熱電阻的引線等各種導(dǎo)線的電阻會(huì)給溫度測量帶來影響。 對(duì)生產(chǎn)過程的監(jiān)控首先離不開采集設(shè)備工作信息，因此選用合適的傳感器至關(guān)重要，如果把計(jì)算機(jī)看作是自動(dòng)化系統(tǒng)的 “ 大腦 ” ，信道看作是 “ 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) ” 的話，那么傳感器就是自動(dòng)化系統(tǒng)的 “五官 ”。 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 如 圖 21： 圖 21 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 基于 PLC 的多路溫度控制 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 3 硬件設(shè)備的介 紹和選型 傳感技術(shù) 要想對(duì)溫度測量傳感器進(jìn)行恰當(dāng)?shù)倪x型，首先對(duì)傳感技術(shù)進(jìn)行簡要介紹。 （ 2） 設(shè)計(jì)梯形圖程序。 （ 2） 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便。 2 個(gè) RS485 通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議 、 MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。它具有 24 輸入 /16 輸出共 40 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)?？梢哉f， S7200 可以完成各種小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的要求。 S7200 PLC 包含了一個(gè)單獨(dú)的 CPU 和各種可選的擴(kuò)展模塊，可以十分方便地組成不同規(guī)模 的控制器。 S7200系列 PLC 是西門子公司新推出的一種小型 PLC。歐姆龍 PLC 也能用于包裝系統(tǒng)，并支持 HACCP（寄生脈沖分析關(guān)鍵控制點(diǎn)）過程處理標(biāo)準(zhǔn)。 e. 1996 年，在過程控制領(lǐng)域中，西門子公司又提出 PCS7（ 過程控制系統(tǒng) 7）的概念，將其優(yōu)勢的 WINCC（與 WINDOWS 兼容的操作界面）、 PROFIBUS（工業(yè)現(xiàn)場總線）、 COROS（ 監(jiān)控系統(tǒng)）、 SINEC（西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)）及控調(diào)技術(shù)融為一體。 a. 西門子公司的產(chǎn)品最早是 1975 年投放市場的 SIMATIC S3，它實(shí)際上是帶有簡單操作接口的二進(jìn)制控制器。西門子公司的 PLC 產(chǎn)品包括 LOGO、 S7200、S7300、 S7400、 S71200 等。下面對(duì)三菱、西門子、歐姆龍及松下 PLC 做一簡單介紹： （ 1） 三菱 FX 系列 PLC 簡介及型號(hào)說明： 三菱 FX 系列 PLC 是由三菱公司近年來推出的高性能小型可編程控制器，以逐步替代三菱公司原 F、 F F2 系列 PLC 產(chǎn)品。有些 PLC 還可以通過端子往外提供直流 24V 穩(wěn)壓電源 [5]。 （ 5） 擴(kuò)展接口 為了提升 PLC 的性能，增強(qiáng) PLC 的控制功能，可以通過擴(kuò)展接口給 PLC 增接一些專用模擬模塊。 a. 輸入接口 PLC 的輸入接口分為數(shù)字量輸入接口和模擬量輸入接口，數(shù)字量輸入接口用于接收 “ 0” 數(shù)字信號(hào)或開關(guān)通斷信號(hào)，又稱為開關(guān)量輸入接口；模擬量輸入接口用于接收模擬量信號(hào)。 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 （ 3） 輸入 /輸出接口 輸入 /輸出接口又稱為 I/O 接口或 I/O 模塊，是 PLC 與外圍設(shè)備之間的連接部件。 c. 逐條運(yùn)行存儲(chǔ)器中的程序，并進(jìn)行各種運(yùn)算，再將運(yùn)算結(jié)果存儲(chǔ)下來，然后通過輸出接口輸出，以對(duì)輸出設(shè)備進(jìn)行有關(guān)的控制。 PLC 的主要組成 （ 1） 中央處理單元 CPU CPU 又稱為中央處理器，它是 PLC 的控制中心，它通過總線（包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線）與存儲(chǔ)器和各種接口連接，以控制他們有條不紊地工作。 （ 5）系統(tǒng)設(shè)計(jì) ， 調(diào)試和維修方便 PLC 用軟件來取代繼電氣控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)安裝接線工作量大為減少。 （ 2）通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便 PLC 可利用齊全的各種硬件裝置來組成各種控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。它采用可編程的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程。 整體設(shè)計(jì)方案如圖 11: 圖 11 控制系統(tǒng)框圖 溫度條件 溫度測量傳感器 西門子 EM 235 模塊 PLC 外圍 設(shè)備對(duì)溫度 條件進(jìn)行反饋控制 組態(tài)軟件 西門子 EM 235 模塊 基于 PLC 的多路溫度控制 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 2 PLC 基礎(chǔ) PLC（可編程控制器）基礎(chǔ) PLC 的概述 PLC是英文 Programmable Logic Controller的縮寫，意為可編程 序邏輯控制器。 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容分為兩部分：硬件部分和軟件部分。終端控制設(shè)備向中央控制裝置發(fā)送檢測信息，根據(jù)中央控制裝置的指令控制輸出信號(hào)，從而使電器機(jī)械設(shè)備執(zhí)行動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)鍋爐溫度的調(diào)節(jié)。我國溫度測控技術(shù)涉及計(jì)算機(jī)應(yīng)用，在總體上正在消化吸收、從簡單應(yīng)用階段向?qū)嵱没?、綜合型 應(yīng)用階段過渡和發(fā)展 [2]。目前世界各國的溫度控制技術(shù)發(fā)展迅速，一些國家在目前已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正 朝 著完全自動(dòng)化、無人化的方向發(fā)展。目前世界各國使用較多的有基于 PLC 的溫度控制系統(tǒng)，基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，集散型溫度控制系統(tǒng)（ DCS），基于工控機(jī)（ IPC）的溫度控制系統(tǒng)，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（ FCS）等。該系統(tǒng)運(yùn)行情況良好且經(jīng)濟(jì)可靠，能利用最少的資源對(duì)不同溫度進(jìn)行高精度的測量，信息性能可靠、操作便利。 從日常生活角度，空調(diào)、電冰箱、微波爐、烤箱等家用電器的溫度參數(shù)控制都給生活提供了很大便利，滿足了對(duì)于溫度的需求；從工農(nóng)業(yè)角度，現(xiàn)代溫室大棚、工業(yè)恒溫控制箱等 均 對(duì)溫度參數(shù)的要求至關(guān)重要，因此對(duì)溫度的精確測量及精確控制是使得國防、生產(chǎn)的重要先決條件。而溫度又是工業(yè)對(duì)象中主要的被控參數(shù)之一，在各個(gè)企業(yè)中被廣泛應(yīng)用。 temperature control。主要介紹了可編程控制器（ PLC）及 PLC 控制系統(tǒng)的基本知識(shí)，包括 PLC 的定義、產(chǎn)生、特點(diǎn)、基本結(jié)構(gòu)、工作原理、硬件知識(shí)及 PLC 控制系統(tǒng)等相關(guān)知識(shí)。溫度的控制方法也開始多種多樣，從而使溫度控制更加智能化。