【正文】 和微分項(xiàng)，一般是令 Ti=0、 Td=0，PID 為 純比例調(diào)節(jié)。這些實(shí)際數(shù)值用于 PID 指令之后，必須將 PID 標(biāo)準(zhǔn)化小數(shù)轉(zhuǎn)化為實(shí)際數(shù)值，方法如下： 第一步是將 PID 標(biāo)準(zhǔn)值轉(zhuǎn)化成實(shí)數(shù)數(shù)值，然后將實(shí)數(shù)數(shù)值轉(zhuǎn)換成 0— 32020 或32020— +32020 之間的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值。將這些實(shí)際數(shù)值用于 PID 指令操作之前，必須將其轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)化小數(shù)表示法。 在微分控制 (D)中 ： 控制器的輸出 信號(hào) 與輸入誤差信號(hào)的微分成正比關(guān)系。 PID 控 制中 P、 I、 D 分別代表比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)： 比例控制 (P)： 最簡(jiǎn)單的控制方式 ，最主要特點(diǎn)是有差調(diào)節(jié)，即 控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。 15% 風(fēng)機(jī)電源 AC220V， 50/60Hz 輸出 輸出電壓 主回路輸入電壓的 0～ 95% 輸出電流 AC25～ 3000A 控制方式 開環(huán)、恒壓、恒流、恒功率、調(diào)功、 LZ 等任意選擇 負(fù)載性質(zhì) 電阻性、電感性、變壓器一次側(cè) 主要控制特性 控制信號(hào) 模擬給定、內(nèi)部數(shù)字給定、通訊給定任意選擇 輸入輸出 5 路模擬量輸入（可編程）， 4 路開關(guān)量輸入（可編程） 4 路模擬量輸出（可編程）， 3 路開關(guān)量輸出（可編程） 保護(hù) 過流保護(hù) 輸出電流≥ 2 倍額定值時(shí)保護(hù)時(shí)保護(hù) 頻率故障 電源頻率超出范圍時(shí)保護(hù)（ 45～ 65Hz） SCR 過熱保護(hù) SCR 溫度＞ 75℃時(shí)保護(hù) 缺相保護(hù) 主回路輸入電源缺相時(shí)保護(hù) 負(fù)載斷線 負(fù)載斷線或部分?jǐn)嗑€時(shí)保護(hù) 調(diào)節(jié)精度 電流、電壓、功率控制優(yōu)于 1% 12 硬件連接 正常停止24V CD1M 0 . 0 1L 0 . 0 0 . 1CPU 224XPS1S2EM 235變送器傳感器加熱管調(diào)整器220V 圖 硬件連接圖 電 流 變 送 器電 壓 變 送 器未 使 用 輸 入 端電壓負(fù)載電流負(fù)載 圖 EM235 模擬量輸出模塊的端子接線圖 13 地址分配表 表 I/O 地址分配如表 啟動(dòng)按鈕 停止按鈕 啟動(dòng)指示燈 停止指示燈 14 第三章 軟件設(shè)計(jì) PID 控制程序設(shè)計(jì) PID 控制內(nèi)容 PID 控制是比例積分微分控制的簡(jiǎn)稱。 本設(shè)計(jì)主要采用 JK3S 系列調(diào)功器。調(diào)功器主要利用 了晶閘管的無觸點(diǎn)開關(guān)特性，能夠迅速的將器件從關(guān)閉或阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換為開啟或?qū)顟B(tài)，通過開端狀態(tài)和導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)間的改變來調(diào)節(jié)負(fù)載上的電壓波形；同時(shí)由于晶閘管具有較寬的電流電壓控制能力，晶閘管的應(yīng)用也逐漸普及起來，常用于高電壓和大電流的控制，通常情況下以封裝好的整體單元來進(jìn)行使用 。電阻爐溫度控制系統(tǒng)一般包括控制回路和主回路兩個(gè)部分，主回路是由可控硅、過電流保護(hù)快速熔斷器、過電壓保護(hù) R C 和電阻爐的加熱元件等部分組成；控制回路是由直流信號(hào)電源、直流工作電源、電流反饋環(huán)節(jié)、同步信號(hào)環(huán)節(jié)、觸發(fā)脈沖 產(chǎn)生器、溫度檢測(cè)器和 PID 溫度調(diào)節(jié)器等部分組成，其中主回路根據(jù)控制回路 PID 10 控制信號(hào)經(jīng)功率分配調(diào)節(jié)裝置（調(diào)功器）來調(diào)整加熱體能夠獲取的發(fā)熱功率。為防止熱電偶測(cè)量中由于電偶斷絲而 使控溫失效造成事故，變送器中還設(shè)有斷電保護(hù)電路。下表為其分度表部分 內(nèi)容，參考端溫度為 0℃。在接觸式測(cè)溫方式中，熱電偶溫度計(jì)應(yīng)用最為普遍。 考慮到本設(shè)計(jì) PC 機(jī)與 PLC 需要進(jìn)行長(zhǎng)距離通信，需要外接電源，并且在 RS485插頭 8 之間并接 120Ω終端電阻以消除信號(hào)反射。適用于西門子 S7— 200 系列 PLC，支持 PPI協(xié)議和自由口通信協(xié)議，并可使用 MODEM（調(diào)制解調(diào)器）通過電話線遠(yuǎn)程通信。其中，開關(guān) 6 為選擇單雙極性、開關(guān) 4 和 5 為選擇增益，開關(guān) 2 和 3 為選擇衰減。 7 （ 2） 擴(kuò)展模塊 EM235 為滿足工業(yè)控制要求， S7— 200PLC 配有模擬量輸入輸 出模塊 EM235，它具有4 個(gè)模塊量輸入通道， 1 個(gè)模擬量輸出通道。 （ 1） 基本單元（ CPU） S7200 CPU將一個(gè)微處理器、一個(gè)集成的電源和若干數(shù)字量 I/O 點(diǎn)集成在一個(gè)緊湊的封裝中，組成了一個(gè)功能強(qiáng)大的 PLC。其中， 組態(tài)王軟件是國(guó)內(nèi)開發(fā)較早的軟件，界面操作靈活方便，有較強(qiáng)的通信功能，對(duì)比使用便捷性和功能性，本設(shè)計(jì)采用組態(tài)王軟件。 組態(tài)軟件是一種面向工業(yè)自動(dòng)化的通用數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控軟件，即 SCADA（ Supervisory Control And Data Acquisition）軟件，亦稱人機(jī)界面或 HMI/MMI（ Human Machine Interface/Man Machine Interface）軟件，俗稱組態(tài)軟件。 上位機(jī) 上位機(jī)是可以直接發(fā)出操控指令的計(jì)算機(jī)，一般為 PC機(jī)；與上位機(jī)對(duì)應(yīng)的下位機(jī)是直接控制設(shè)備獲取設(shè)備狀況的計(jì)算機(jī)，一般為 PLC/單片機(jī)等。 世界上生產(chǎn) PLC 的廠家非常多，著名的有美國(guó) A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、 定式、技術(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械動(dòng)作過程。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)、微電子技術(shù)及信息技術(shù)的發(fā)展，在各種可用信號(hào)中電信號(hào)最便于處理、傳輸、顯示和記錄，因此傳感器大多集中在“將外界非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出”。對(duì)此，本文主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的工作： （ 1） 較為簡(jiǎn)單明了的闡明了鍋爐控制的主要機(jī)理，并就整個(gè)溫度控制過程給出了較為清晰明了的說明； （ 2） 介紹了西門子 S7— 200 系列 PLC 的主要內(nèi)容，并根據(jù)實(shí)際需要對(duì)型號(hào)和使用器件進(jìn)行了對(duì)比選擇； （ 3） 介紹了 PID 控制算法的相關(guān)內(nèi)容以及 PLC 自帶 PID 模塊的使用，并就系統(tǒng)自調(diào)整的步驟給出了相關(guān)介紹； （ 4） 根據(jù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行 PLC 控制程序的編制； （ 5） 上位機(jī)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)，采用應(yīng)用范圍較大的組態(tài)王軟件對(duì)整個(gè)溫度控制過程進(jìn)行監(jiān)控。綜合對(duì)比而言， PLC 具有相當(dāng)大的功能和成本優(yōu)勢(shì)： PLC 不僅具有傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的控制功能．而且能擴(kuò)展輸入輸出模塊，特別是可以擴(kuò)展一些智能控制模塊．構(gòu)成不同的控制系統(tǒng)，將模擬量輸入輸出控制和現(xiàn)代控制方法融為一體，實(shí)現(xiàn)智能控制、閉環(huán)控制、多控制功能一體的綜合控制系統(tǒng) 。隨著現(xiàn)代傳感技術(shù)與控制方法的不斷革新和發(fā)展，對(duì)實(shí)時(shí)溫度控制的精度以及 反應(yīng)快速性的要求越來越高。熱電偶作為溫度采集元件，采集的信號(hào)經(jīng)溫度變送器轉(zhuǎn)換盒放大后送到 EM235處理，隨后送入 PLC進(jìn)行 PID運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果控制調(diào)壓器對(duì) 加熱過程進(jìn)行調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。隨著現(xiàn)代 傳感技術(shù)與控制方法的不斷革新和發(fā)展，對(duì)實(shí)時(shí)溫度控制的精度以及反應(yīng)快速性的要求越來越高。 傳統(tǒng)的溫控系統(tǒng)采用溫控儀表和繼電器式控制柜等進(jìn)行控制，其主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，故障率高，通用性差，控制精度低．人機(jī)交互困難，自動(dòng)化程度低．難以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)加工的需要。在硬件上主要采用西門子 S7200系列CPU224XP， K型熱電偶傳感器及 K型熱電偶變送器、柱式電壓調(diào)壓器以及 EM235模擬量輸入輸出擴(kuò)展模塊。 傳統(tǒng)的溫控系統(tǒng)采用溫控儀表和繼電器式控制柜等進(jìn)行控制，其主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，故障率高，通用性差，控制精度低．人機(jī)交互困難，自動(dòng)化程度低．難以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)加工的需要。就發(fā)展情況和使用現(xiàn)狀而言， PLC 與集散控制系統(tǒng)的發(fā)展越來越接近，多數(shù)情況下已經(jīng) 可以實(shí)現(xiàn)功能的互相替代；而工業(yè)微機(jī)在要求快速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、模型復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)中占有優(yōu)勢(shì)，但是最致命的弱點(diǎn)是尚不能適應(yīng)復(fù)雜多變的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境且對(duì)操作人員要求比較高。 2 課題研究的主要內(nèi)容 本文主要以電阻爐為對(duì)象研究設(shè)計(jì)了能夠根據(jù)實(shí)時(shí)狀態(tài)采取不同溫度控制方式的溫度控制系統(tǒng)，并保證了用戶可以調(diào)整預(yù)設(shè)溫度來針對(duì)不同的生產(chǎn)實(shí)踐過程，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。 傳感檢測(cè)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它與信息系統(tǒng)的輸入端相連接，并將檢測(cè)到的信號(hào)輸送到信息處理部分，是機(jī)電一體化系統(tǒng)的感受器官。 3 PLC 國(guó)際電工委員會(huì)（ IEC）于 1982 年頒布了 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿， 1987 年頒布了第三稿，對(duì)可編程控制器（ Programmable Logic Controller）定義如下： 可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專業(yè)為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。 PLC 在運(yùn)行狀態(tài)執(zhí)行用戶指令分為 3 個(gè)時(shí)間段，第一段是輸入信號(hào)采集階段，以掃描方式順序讀入外面信號(hào)的輸入狀態(tài)并將該狀態(tài)輸入到輸入映像存儲(chǔ)器中；第二階段是用戶指令執(zhí)行階段，按照梯形圖的順序先左后右、從上 到下的對(duì)指令進(jìn)行讀取和解釋，并從輸入映像存儲(chǔ)器和輸出映像存儲(chǔ)器中讀取輸入和輸出的狀態(tài)，結(jié)合原來的各軟元件的數(shù)據(jù)及狀態(tài)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果存入響應(yīng)的寄存器，然后執(zhí)行下一條指令直至END；第三階段是結(jié)果輸出階段，輸出映像存儲(chǔ)器的狀態(tài)將成批輸出到輸出鎖存寄存器中，輸出鎖存寄存器一一對(duì)應(yīng)著物理點(diǎn)輸出口，這才是 PLC 的實(shí)際輸出。 PLC 變成工具有手持式編程器，一般供現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及修改使用；個(gè)人電腦，利用專用的編程軟件（ STEP7MicroWIN）進(jìn)行編程。組態(tài)軟件的出現(xiàn)為解決上述問題提供了一個(gè)嶄新的方法，因?yàn)樗軌蚝芎玫慕鉀Q傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的問題，使用戶能根據(jù)自己的控制對(duì)象和控制目的任意組態(tài)，完成最終的自動(dòng)化控制工程。 常用的組態(tài)軟件有 iFLX、 InTouch、 Citech、 WinCC、 TraceMode、組態(tài)王、力控。 SIMATIC S7— 200PLC 系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元（ CPU 模塊）、擴(kuò)展單元（接口模塊）、編程器、通信電纜、存儲(chǔ)卡、寫 入器、文本顯示器等。目前提供的 S7200 CPU 型號(hào)有 CPU 22CPU 22 CUP 22 CPU 22 CPU 226XM，其規(guī)格表如下： 6 表 西門子 S7200 各型號(hào)參數(shù) 特性 CPU 221 CPU 222 CPU224 CPU 224XP CPU226 外觀尺寸 mm 90?80?62 90?80?62 ?80?62 140?80?62 190?80?62 程 序 存 儲(chǔ) 器 帶 運(yùn) 行 模式下編輯 4096 字節(jié) 4096 字節(jié) 8192 字節(jié) 12288 字節(jié) 16384 字節(jié) 不 帶 運(yùn) 行模 式 下 編輯 4096 字節(jié) 4096 字節(jié) 12288 字節(jié) 16384 字節(jié) 24576 字節(jié) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 2048 字節(jié) 2048 字節(jié) 8192 字節(jié) 10240 字節(jié) 10240 字節(jié) 掉電保護(hù)時(shí)間 50 小時(shí) 50 小時(shí) 100 小時(shí) 100 小時(shí) 100 小時(shí) 本 機(jī) I/O 數(shù)字量 6 輸入 /4 輸出 8 輸入 /6 輸出 14 輸入 /10輸出 14 輸入 /10輸出 24 輸入 /16輸出 模擬量 2 輸入 /1 輸出 拓展模塊數(shù)量 0 個(gè)模塊 2 個(gè)模塊 7 個(gè)模塊 7 個(gè)模塊 7 個(gè)模塊 高 速 計(jì) 數(shù) 器 單向 4 路 30KHZ 4 路 30KHZ 6 路 30KHZ 4 路 30KHZ 2 路 200KHZ 6 路 30KHZ 兩相 2 路 20KHZ 2 路 20KHZ 4 路 20KHZ 3 路 20KHZ 1 路 100KHZ 4 路 20KHZ 脈沖輸出 DC 2 路 20KHZ 2 路 20KHZ 2 路 20KHZ 2 路 100KHZ 2 路 20KHZ 模擬電位器 1 1 2 2 2 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 卡 卡 內(nèi)置 內(nèi)置 內(nèi)置 通訊口 1 S485 1 S485 1 S485 2 RS485 2 RS485 浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算 是 數(shù)字 I/O 映像大小 256（ 128 輸入 /128 輸出） 布爾型執(zhí)行速度 毫秒 /指令 對(duì)比較以上數(shù)據(jù)，考慮到傳感器采取數(shù)據(jù)為模擬量，故而本文選擇采用CPU224XP，由于本設(shè)計(jì)外部設(shè)備較少，故而不再對(duì)電源供電等方面進(jìn)行討論， PLC內(nèi)部電源即可滿足需求。 下表描述了如何用設(shè)定開關(guān) DIP 設(shè)置 EM235 模塊，開關(guān) 1 到開關(guān) 6 可選擇模擬量輸入范圍和分辨率，所有輸入設(shè)置成相同的模 擬量輸入范圍和格式。西門子 PC/PPI 電纜帶有 RS232/RS485 電平轉(zhuǎn)換器，是 PC 標(biāo)準(zhǔn)