【正文】 3所示。圖52 新建畫(huà)面要實(shí)現(xiàn)組態(tài)王對(duì)S7200的在線(xiàn)監(jiān)控，就先必須建立兩者之間的聯(lián)系，那就需要建立兩者間的數(shù)據(jù)變量。圖51 新建工程畫(huà)面進(jìn)入工程管理器后，在畫(huà)面右方雙擊“先建”，新建畫(huà)面，并設(shè)置畫(huà)面屬性，如圖52所示，包括畫(huà)面名稱(chēng)，注釋?zhuān)?huà)面位置，畫(huà)面風(fēng)格，畫(huà)面類(lèi)型和背景顏色等。對(duì)用戶(hù)而言,操作簡(jiǎn)單易學(xué)且編程簡(jiǎn)單,參數(shù)輸入與修改靈活,具有多次或重復(fù)仿真運(yùn)行的控制能力,可以實(shí)時(shí)地顯示參數(shù)變化前后系統(tǒng)的特性曲線(xiàn),能很直觀地顯示控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn),這些很強(qiáng)的交互能力使其在自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)揮理想的效果?？捎糜诠I(yè)自動(dòng)化的過(guò)程控制和管理監(jiān)控。程序中設(shè)定值的變量存儲(chǔ)器是VD350，可以對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)強(qiáng)制更新，此時(shí)PID輸出的控制值（VD208）也應(yīng)該改變以減小設(shè)定值和當(dāng)前值的差值，輸出的溫度值（AQW0）也會(huì)隨之改變。表42 程序地址分配表地址說(shuō)明VD354用戶(hù)設(shè)定比例常數(shù)P存放地址VD358用戶(hù)設(shè)定積分常數(shù)I存放地址VD366用戶(hù)設(shè)定微分常數(shù)D存放地址VD350目標(biāo)設(shè)定溫度存放地址VD362采樣時(shí)間存放地址VD400當(dāng)前實(shí)際溫度存放地址VD60實(shí)際溫度值存放地址4. PID指令回路表如表43所示。傳感器負(fù)責(zé)檢測(cè)加熱爐中的溫度，把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)PLC模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。離線(xiàn)方式：有編程軟件的計(jì)算機(jī)與PLC 斷開(kāi)連接，此時(shí)能完成大部分基本功能。程序編輯過(guò)程中的語(yǔ)法檢查功能可以提前避免一些語(yǔ)法和數(shù)據(jù)類(lèi)型方面的錯(cuò)誤。 根據(jù)上述操作，參數(shù)調(diào)整結(jié)果如表35所示：表35 PID參數(shù)表參數(shù)結(jié)果KpTiTd 　本章小結(jié)本章主要對(duì)爐溫PID算法在電加熱爐溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用做出了具體的介紹，P I D三個(gè)參數(shù)在系統(tǒng)中分別起到什么樣的作用以及PID算式的數(shù)字化處理具體是如何實(shí)現(xiàn)的，此外，我們還對(duì)采樣周期的選擇、PID參數(shù)的整定以及數(shù)字濾波作了具體的分析。這時(shí)只需耐心等待。第三步：在調(diào)節(jié)參數(shù)區(qū)點(diǎn)擊高級(jí)按鈕，設(shè)定PID自整定選項(xiàng)。如果系統(tǒng)的參數(shù)發(fā)生變化,則需要重新進(jìn)入測(cè)試模態(tài)進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試完畢之后再回到調(diào)節(jié)模態(tài)進(jìn)行控制。S7200使用的自整定算法為Astrom和Hagglun提出的繼電型PID自整定控制法,它用繼電特性的非線(xiàn)性環(huán)節(jié)代替ZN法(ZieglerNichols)中的純比例控制器,使系統(tǒng)出現(xiàn)極限環(huán),從而獲取所需要的臨界值。這兩項(xiàng)功能相結(jié)合,使用戶(hù)能輕松地實(shí)現(xiàn)PID的參數(shù)自整定,同時(shí)可以對(duì)最多8個(gè)回路進(jìn)行自整定。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(mǎn)意的響應(yīng)，確定比例和積分的參數(shù)。經(jīng)驗(yàn)法又叫做現(xiàn)場(chǎng)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(xiàn)的效果不斷地改變參數(shù)，對(duì)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34所示。工業(yè)控制中，大量的受控對(duì)象都具有低通的性質(zhì)，下面表33給出了常用被控量的經(jīng)驗(yàn)采樣周期。（4） 從執(zhí)行元件的要求來(lái)看，有時(shí)要求輸入信號(hào)要保持一定的寬度。需要考慮的主要因素分析如下：（1） 香農(nóng)采樣定理設(shè)連續(xù)信號(hào)X（t）的最高頻率分量為Fm，以等間隔Ts（Ts稱(chēng)采樣間隔，F(xiàn)s=1/Ts稱(chēng)為采樣頻率）對(duì)X（t）進(jìn)行采樣，得到Xs（t）。如采樣周期過(guò)長(zhǎng)，將引起有用信號(hào)的嚴(yán)重丟失，使系統(tǒng)品質(zhì)變差。圖34 滑動(dòng)平均值法濾波需要注意的是，在初始化數(shù)據(jù)塊時(shí)一定要將第一次的采樣數(shù)據(jù)填充進(jìn)所有的采樣數(shù)據(jù)寄存器中，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)塊移位，將最早的采樣數(shù)據(jù)移除，將最近的采樣數(shù)據(jù)填補(bǔ)進(jìn)來(lái)，然后進(jìn)行求平均值。數(shù)據(jù)隊(duì)列的長(zhǎng)度固定為N，每進(jìn)行一次新的采樣，就把最新采樣結(jié)果放在隊(duì)列的尾部，將原來(lái)隊(duì)列首位的采樣結(jié)果扔掉，這樣在數(shù)據(jù)隊(duì)列中始終保留著最新采樣結(jié)果。算術(shù)平均值法適合對(duì)一般的具有隨機(jī)干擾信號(hào)的濾波，特別適用于信號(hào)本身的某一數(shù)字范圍附近作上下波動(dòng)的情況，如流量液位等信號(hào)的測(cè)量。算術(shù)平均值濾波的效果與采樣次數(shù)有關(guān)，采樣次數(shù)越多效果越好。在硬件上，抗干擾措施一般是在布線(xiàn)時(shí)將信號(hào)傳輸線(xiàn)和動(dòng)力線(xiàn)分開(kāi)布線(xiàn)，信號(hào)傳輸線(xiàn)采取屏蔽處理。 （）假定PID運(yùn)算的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)格式結(jié)果存儲(chǔ)在AC0中，則經(jīng)過(guò)下面程序段的轉(zhuǎn)換，存儲(chǔ)在模擬量寄存器AQW0中的數(shù)據(jù)為一個(gè)按工程量標(biāo)定后的16為數(shù)字值。 Span——值域大小，為最大允許值減去最小允許值。在本文中，經(jīng)過(guò)測(cè)量的溫度信號(hào)被轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)溫度值才是過(guò)程變量，所以，這兩個(gè)數(shù)不在同一個(gè)數(shù)量值，需要他們作比較，那就必須先作一下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。LOOP是回路號(hào)，可以是0~7，不可以重復(fù)使用。西門(mén)子S7200系列PLC中使用的是PID回路指令。即使沒(méi)有積分作用，積分項(xiàng)還是不為零，因?yàn)橛谐踔礛X。微分項(xiàng)值Md與偏差的變化成正比，S7200使用下列算式來(lái)求解微分項(xiàng)：Mdn=Kc*Td/Ts*((SPnPVn)(SPn1PVn1)) ()為了避免給定值變化的微分作用而引起的跳變，假定給定值不變SPn=SPn1，這樣可以用過(guò)程變量的變化替代偏差的變化，計(jì)算算式可改進(jìn)為：Mdn=Kc*Td/Ts*(SPnPVnSPn+PVn1) ()或Mdn=Kc*Td/Ts*(PVn1+PVn) ()其中：Mdn 第n采樣時(shí)刻的微分項(xiàng)值 Kc 回路增益 Ts 回路采樣時(shí)間 Td 微分時(shí)間 SPn 第n采樣時(shí)刻的給定值 SPn1 第n1采樣時(shí)刻的給定值 PVn 第n采樣時(shí)刻的過(guò)程變量的值 PVn1 第n1采樣時(shí)刻的過(guò)程變量的值為了下一次計(jì)算微分項(xiàng)值，必須保存過(guò)程變量，而不是偏差，在第一采樣時(shí)刻，初始化為PVn1=PVn。S7200解決的求積分的算式是：MIn=Kc*Ts/Ti*(SPnPVn)+MX ()其中：MIn 第n采樣時(shí)刻積分項(xiàng)的值 Kc 增益 Ts 采樣時(shí)間間隔 Ti 積分時(shí)間 SPn 第n采樣時(shí)刻的給定值 PVn 第n采樣時(shí)刻的過(guò)程變量的值 MX 第n1采樣時(shí)刻積分項(xiàng)（積分項(xiàng)前值） 積分和（MX）是所有積分項(xiàng)前值之和，在每次計(jì)算出MIn后，都要用MIn去更新MX。由于計(jì)算機(jī)從第一次采樣開(kāi)始，每有一個(gè)偏差采樣值必須計(jì)算一次輸出值，只要保存偏差前值和積分項(xiàng)前值。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱(chēng)這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的 或簡(jiǎn)稱(chēng)有差系統(tǒng)（System with Steadystate Error）。 　PID控制器基本概念比例（P）控制：比例控制是一種最簡(jiǎn)單,最常用的控制方式。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。（2）對(duì)ZK1可控硅電壓調(diào)整器的信號(hào)輸入電路作部分改動(dòng)，即增大輸入電阻值。這樣，在主回路為交流380V電路系統(tǒng)中，要想達(dá)到220V的輸出，通過(guò)從輸出端直接加反饋至ZK1可控硅電壓調(diào)整器的反饋輸入端，顯然達(dá)不到目的。 可控硅電壓調(diào)整器在加熱爐中的應(yīng)用1. ZK1可控硅電壓調(diào)整器在220V加熱爐中的應(yīng)用ZK1可控硅電壓調(diào)整器作為單相電壓調(diào)整器，其工作電壓為220V,當(dāng)工作處于手動(dòng)或自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，隨著輸入信號(hào)的變化，輸出的門(mén)控信號(hào)的移相范圍也跟著變化，從而改變可控硅的導(dǎo)通角，達(dá)到不同的輸出電壓比例，導(dǎo)通角的范圍是0~100%,調(diào)整電壓范圍是0~220V這樣可以通過(guò)控制加熱元件的發(fā)熱功率來(lái)控制溫度。相反，當(dāng)ａ角越大，被切割的波形面積越大，輸出交流電壓的平均值越小。在α～π時(shí)間內(nèi),SCR1控制極Ｇ受觸發(fā)脈沖觸發(fā)而導(dǎo)通.。 可控硅電壓調(diào)整器的主要性能指標(biāo)本設(shè)計(jì)采用ZK1可控硅電壓調(diào)整器，其主要技術(shù)指標(biāo)如下：（1）輸入信號(hào)：0~10mA（輸入阻抗800Ω）或4～20mA（輸入阻抗250Ω）；（2）輸入脈沖：幅值不小于3V、寬度不小于50 us(20Ω負(fù)載時(shí))；（3）移相觸發(fā)型最大導(dǎo)通角，不小于150度；（4）工作環(huán)境：溫度050℃相對(duì)濕度不超過(guò)85%的無(wú)腐蝕性氣體場(chǎng)合；（5）電源：交流220V177。（3）手動(dòng)、自動(dòng)控制可任意按鍵切換，操作直觀方便，功率指示燈為光條指示百分比，清晰直觀無(wú)視差。能以自動(dòng)方式（外給定信號(hào)）或手動(dòng)發(fā)式（內(nèi)給定）對(duì)單向或雙向可控硅進(jìn)行移相或過(guò)零觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)可控硅調(diào)功或調(diào)壓控制。如圖25所示：圖25 EM231模擬量輸入模塊端子及DIP開(kāi)關(guān)示意圖經(jīng)上述調(diào)整后，若輸入電壓范圍為0~10V的模擬量信號(hào)，則對(duì)應(yīng)的數(shù)字量結(jié)果應(yīng)為0~32000或所需要數(shù)字 EM232模擬量輸出模塊 EM232模擬量輸出的過(guò)程是將PLC模擬量輸出寄存器AQW中的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為可用于驅(qū)動(dòng)元件的模擬量，其外部接線(xiàn)端子及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖26所示：圖26 EM232模擬量輸出模塊外部接線(xiàn)圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖由圖可知，存儲(chǔ)于AQW中的數(shù)字量經(jīng)EM232模塊中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器分為兩路信號(hào)輸出，一路經(jīng)電壓輸出緩沖器輸出標(biāo)準(zhǔn)的10~+10V 電壓信號(hào)，令一路經(jīng)電壓電流轉(zhuǎn)換器輸出標(biāo)準(zhǔn)的0～20mA的電流信號(hào)。圖23 模擬量輸入數(shù)據(jù)的數(shù)字量格式使用模擬量輸入模塊時(shí)，首先需要根據(jù)模擬量信號(hào)的類(lèi)型及范圍通過(guò)模擬量模塊有右下側(cè)的DIP設(shè)定開(kāi)關(guān)進(jìn)行輸入信號(hào)的選擇，其選擇的具體操作如下表所示，本設(shè)計(jì)選用的電壓信號(hào)為0~10V作為模擬量模塊的輸入信號(hào)，則DIP選擇開(kāi)關(guān)應(yīng)選為SW1開(kāi)、SW2關(guān)、SW3開(kāi)。 EM231模擬量輸入模塊 傳感器檢測(cè)到溫度轉(zhuǎn)換成0～10V的電壓信號(hào)，系統(tǒng)需要配置模擬量輸入模塊把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再送入PLC內(nèi)部的模擬量輸入寄存器AIW中。本設(shè)計(jì)采用的就是三線(xiàn)制電橋接線(xiàn)。校正分為模擬電路校正和微處理器數(shù)字化校正，模擬校正有很多現(xiàn)成的電路，其精度不高且易受溫漂等干擾因素影響，數(shù)字化校正則需要在微處理系統(tǒng)中使用，將Pt電阻的電阻值和溫度對(duì)應(yīng)起來(lái)后存入EEPROM中，根據(jù)電路中實(shí)測(cè)的AD值以查表方式計(jì)算相應(yīng)溫度值[5]。鉑熱電阻根據(jù)使用場(chǎng)合的不同與使用溫度的不同，有云母、陶瓷、簿膜等元件。熱電阻是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。熱電偶的工作原理是,兩種不同成份的導(dǎo)體,兩端經(jīng)焊接，形成回路，直接測(cè)量端叫工作端（熱端），接線(xiàn)端子端叫冷端，當(dāng)熱端和冷端存在溫差時(shí)，就會(huì)在回路里產(chǎn)生熱電流，這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)；接上顯示儀表，儀表上就會(huì)指示所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)隨動(dòng)勢(shì)的對(duì)應(yīng)溫度值，電溫度升高而增長(zhǎng)。這里我們主要介紹熱電阻和熱電偶。真正把溫度變成電信號(hào)的傳感器是1821年由德國(guó)物理學(xué)家賽貝發(fā)明的，這就是后來(lái)的熱電偶傳感器。 　溫度傳感器溫度是一個(gè)基本的物理量，自然界中的一切過(guò)程無(wú)不與溫度密切相關(guān)。在實(shí)際使用時(shí)，亦應(yīng)仔細(xì)查看開(kāi)關(guān)量 I/O 模塊的技術(shù)特性，按照實(shí)際情況進(jìn)行選擇。如光電隔離,輸入保護(hù)(浪 涌吸收器,旁路二極管,限流電阻),高頻濾波,輸入數(shù)據(jù)緩沖器等。⑤CPU226它有 24 輸入/16 輸出,I/0 共計(jì) 40 點(diǎn),它在用戶(hù)程序存儲(chǔ)容量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量上進(jìn)行了擴(kuò)展,其他指標(biāo)和 CPU224XP相同。②CPU222 它有8 輸入/6 輸出，I/0 共計(jì) 14 點(diǎn)，和 CPU 221 相比,它可以進(jìn)行一定的模擬量控制和2個(gè)模塊的擴(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(duì)象的不同, 可以選用不同的型號(hào)和不同數(shù)量的模塊?？删幊绦蚩刂破鳎≒rogrammable Logic Controller）正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用控制裝置。因此本設(shè)計(jì)選用西門(mén)子S7200PLC來(lái)控制加熱爐的溫度?，F(xiàn)在，我國(guó)在溫度等控制儀表業(yè)與國(guó)外還有著一定的差距。目前，國(guó)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。 圖11 加熱爐溫度控制系統(tǒng)基本構(gòu)成框圖通過(guò)調(diào)節(jié)雙向可控硅的通斷來(lái)調(diào)節(jié)電阻絲的輸出功率，由溫度檢測(cè)元件熱電阻將采集到的爐膛溫度信號(hào)，經(jīng)過(guò)溫度變送器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，PLC主控系統(tǒng)內(nèi)部的A/D將送進(jìn)來(lái)的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為西門(mén)子S7200PLC可識(shí)別的數(shù)字量。這也正是本設(shè)計(jì)所重點(diǎn)研究的內(nèi)容。例如：在冶金工業(yè)、化工工業(yè)、電力工業(yè)、機(jī)械加工和食品加工等許多領(lǐng)域，都需要對(duì)各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐的溫度進(jìn)行控制[1]。其中，溫度是一個(gè)非常重要的過(guò)程變量。因此，PLC對(duì)溫度的控制問(wèn)題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的控制問(wèn)題。 　控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理加熱爐溫度控制系統(tǒng)基本構(gòu)成如圖11所示，它由PLC主控系統(tǒng)、可控硅電壓調(diào)整器、加熱爐、溫度傳感器、溫度變送器等幾個(gè)部分組成[2]。在這方面以日本、美國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)技術(shù)領(lǐng)先，并且都生產(chǎn)出了一批商品化的性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后復(fù)雜時(shí)變溫度系統(tǒng)控制，而且適應(yīng)于較高控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少。隨著PLC功能的擴(kuò)充在許多PLC 控制器中都擴(kuò)充了PID控制功能。為了滿(mǎn)足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性。由于它具有極強(qiáng)的通信功能，在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能