【正文】 閘管開(kāi)關(guān)控制方式有兩種：相位控制和過(guò)零控制。在課題里我們主要運(yùn)用了以下的技術(shù)和原理：溫度控制系統(tǒng)，模糊控制理論、西門子可編程控制器，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的運(yùn)用，組態(tài)王軟件的使用，觸摸屏的控制作用。” PLC的發(fā)展和典型的產(chǎn)品PLC是在20世紀(jì)60年代后期和70 年代初期問(wèn)世的，開(kāi)始主要用于汽車制造業(yè)，當(dāng)時(shí)汽車生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的，汽車的每一次改型都直接導(dǎo)致生產(chǎn)流水線中的繼電器控制裝置的重新設(shè)計(jì)和安裝。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡(jiǎn)單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，很快地在美國(guó)其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。1973年，西歐國(guó)家也研制出它們的第一臺(tái)PLC。（2）閉環(huán)過(guò)程控制早期的PLC只具有簡(jiǎn)單的邏輯控制功能，現(xiàn)代的PLC功能日益強(qiáng)大，大型PLC都具有模擬量控制單元，具有用于過(guò)程控制的各種專用模塊或子程序（如PID控制模塊等）。（3）機(jī)械加工的數(shù)字控制 PLC和機(jī)械加工中的數(shù)字控制（NC）及計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）組成一體，實(shí)現(xiàn)數(shù)值控制如著名的日本FANUC公司推出的SYSTEM112系列，已將CNC功能與PLC融為一體，專家預(yù)言，CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主體的控制與管理系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線的概念是隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)延伸到工業(yè)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)成為可能后，于1984年左右提出的。目前，已逐漸成熟并對(duì)工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程形成影響的主要有PROFIBUS，HART，LONWORKS，F(xiàn)F等等。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到控制器的連接方式，現(xiàn)場(chǎng)總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常采用以下三種方式：線形、樹(shù)形和環(huán)形。簡(jiǎn)而言之，現(xiàn)場(chǎng)總線是一種實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)。因此，F(xiàn)CS實(shí)質(zhì)是 一種開(kāi)放的、具可互操作性的、徹底分散的分布式控制系統(tǒng)，有望成為21世紀(jì)控制系統(tǒng)的主流產(chǎn)品?？苫ゲ僮餍詫?shí)現(xiàn)控制產(chǎn)品的“即插即用”功能，從而使用戶對(duì)不同廠家工控產(chǎn)品有更多的選擇余地。因此從總體上來(lái)看，F(xiàn)CS的成本大大低于DCS的成本。 國(guó)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展趨勢(shì)是：①多種現(xiàn)場(chǎng)總線在國(guó)內(nèi)展開(kāi)激烈競(jìng)爭(zhēng)，競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)是應(yīng)用工程；②國(guó)內(nèi)自己開(kāi)發(fā)的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品開(kāi)始投入市場(chǎng)；③國(guó)內(nèi)各行業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用工程迅速發(fā)展。 西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運(yùn)用目前對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和各種生產(chǎn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)監(jiān)控在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)都已經(jīng)很完善了，但是僅僅本地監(jiān)控有時(shí)不能滿足某些企業(yè)的需求，還需要遠(yuǎn)程對(duì)設(shè)備狀態(tài)和生產(chǎn)的狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而提出了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和維護(hù)的要求。用戶無(wú)需作任何開(kāi)發(fā)即可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)OPC接口的遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)移，然后通過(guò)支持OPC接口的組態(tài)軟件或其它可視化OPC客戶端軟件即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)。OPC是一個(gè)開(kāi)放的技術(shù)規(guī)范，制定了過(guò)程數(shù)據(jù)客戶應(yīng)用程序和服務(wù)器之間的的接口標(biāo)準(zhǔn)，它允許應(yīng)用程序這間可以從不同的過(guò)程控制設(shè)備上存取數(shù)據(jù)。開(kāi)發(fā)OPC的目的是建立基于Windows的OLE（對(duì)象鏈接和嵌入）技術(shù)，并創(chuàng)建一種開(kāi)放式接口，它以標(biāo)準(zhǔn)化的接口在辦公室和生產(chǎn)部門之間傳送數(shù)據(jù)。它包括OPC服務(wù)器和OPC客戶機(jī)。服務(wù)商可以將開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)服務(wù)程序的人力和資源集中到單一OPC接口的開(kāi)發(fā)。整個(gè)企業(yè)的自動(dòng)化監(jiān)控將以一個(gè)門戶網(wǎng)站的形式呈現(xiàn)給使用者，并且不同工作職責(zé)的使用者使用各自的授權(quán)口令完成各自的操作，這包括現(xiàn)場(chǎng)的操作者可以完成設(shè)備的起停、中控室的工程師可以完成工藝參數(shù)的整定、辦公室的決策者可以實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)成本、設(shè)備利用率及產(chǎn)量等數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)中就是將其做為OPC服務(wù)器[13]。 PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線的物理層遵循 RS485 標(biāo)準(zhǔn) ,最多可支持120個(gè)站點(diǎn)的可靠數(shù)據(jù)通信 3 接口單元的主要功能特性接口單元的主要功能是使具有RS232接口的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備作為從站與 PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線連接 ,從而使各個(gè)不相容的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)開(kāi)放互連通信 ,接口單元遵循 PROFIBUS 的物理層 ,數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn) ,并給用戶提供應(yīng)用層接口。 晶閘管智能調(diào)功器簡(jiǎn)介KZ（I）系列晶閘管智能調(diào)功器是專為阻性負(fù)載的加熱設(shè)備而開(kāi)發(fā)的成套控制設(shè)備總成，它與加熱元件及測(cè)溫元件組合，即可構(gòu)成完善的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于需對(duì)被加熱對(duì)象進(jìn)行溫度自動(dòng)控制的行業(yè)，如輕工、冶金、化工、熱處理、食品、印刷、印染、電子、醫(yī)藥、涂裝等領(lǐng)域，適用于采用阻性加熱元件的加熱裝置。晶閘管冷卻方式：自冷、強(qiáng)迫風(fēng)冷或水冷。 u 軟件流程圖 模糊控制的基本思想是利用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)人的控制經(jīng)驗(yàn)，而這些經(jīng)驗(yàn)多是用語(yǔ)言表達(dá)的具有相當(dāng)模糊性的控制規(guī)則。所以，這些條件語(yǔ)句就成為模糊條件語(yǔ)句。本系統(tǒng)采用雙輸入單輸出模糊控制器，其中，屬于論域X的模糊集合E取自系統(tǒng)誤差e的模糊化，屬于論域Y的模糊集合EC取自系統(tǒng)的誤差變化率ec的模糊化，二者構(gòu)成模糊控制器的二維輸入；屬于論域Z的模糊集合U是反映控制量變化的模糊控制器的一維輸出。令：△t(k)=t(k)t0, △t(k)= △t(k) △t(k1)分別表示當(dāng)溫度差以及溫度差變化率，其中t0表示期望液位，△t(k1)表示前一時(shí)刻的液溫度差信號(hào)。隸屬度函數(shù)的值u(x)越接近1，表示元素x屬于模糊集合A的程度越大。該模糊集合便代表確定數(shù)e的模糊化。在上述離線計(jì)算基礎(chǔ)上，便可建立下表所示的查詢表。連續(xù)的時(shí)間離散化，即 t=KT (K=0,1,2,…n) 積分用累加求和近似得 （） 式中T為采用周期；將式（）代入式（），則可得到離散的PI位置算表達(dá) （） 由于上式計(jì)算復(fù)雜，故應(yīng)采用增量算法，以下為推導(dǎo)式：設(shè)第k1次采樣，得 （） 其中所以本系統(tǒng)采用增量式算法 PI參數(shù)整定本系統(tǒng)采用擴(kuò)充臨界比例度法選擇PID參數(shù)，用它調(diào)整T、Kp、和Ti的步驟如下：1）選擇一個(gè)合適的采樣周期T（根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值被測(cè)參數(shù)為溫度時(shí)，采用周期T一般為5～10s，控制器做純比例Kp控制；2）調(diào)整Kp的值，使系統(tǒng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下相應(yīng)的臨界振蕩周期Ts和臨界振蕩增益Ks；3）選擇合適的控制度。具體實(shí)際操作有：1. 采用西門子的可編程控制器、觸摸屏及有關(guān)的應(yīng)用軟件，對(duì)系統(tǒng)溫度來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制；2. 選擇模糊控制器來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制和溫度調(diào)節(jié)執(zhí)行器；； 3. 采用PROFIBUSDP總線，通過(guò)組太王生成畫面由PC來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。溫度控制是通過(guò)對(duì)加熱絲的電源通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的。晶閘管串接在50Hz交流電源和加熱絲中，只要在給定周期內(nèi)改變晶閘管的接通時(shí)間，就能達(dá)到加熱功率改變的目的，從而實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)[13]。由于以太網(wǎng)具有應(yīng)用廣泛、價(jià)格低廉、通信速率高、軟硬件產(chǎn)品豐富、應(yīng)用支持技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，目前它已經(jīng)在工業(yè)企業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的資源管理層、執(zhí)行制造層得到了廣泛應(yīng)用，并呈現(xiàn)向下延伸直接應(yīng)用于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的趨勢(shì)。而現(xiàn)場(chǎng)總線經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，在技術(shù)上日漸成熟，在市場(chǎng)上也開(kāi)始了全面推廣，并且形成了一定的市場(chǎng)。針對(duì)這種形勢(shì)，以浙江大學(xué)、浙大中控、中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、清華大學(xué)、大連理工大學(xué)、重慶郵電學(xué)院等單位，在國(guó)家“863”計(jì)劃的支持下，開(kāi)展了EPA(Ethernet for Plant Automation)技術(shù)的研究，重點(diǎn)是研究以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間通信的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)研究和攻關(guān)，取得了突出成果[8]。在以太網(wǎng)中是通過(guò)各站點(diǎn)的IP地址來(lái)標(biāo)識(shí)身份的。DP是一種現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)，最先由西門子公司使用，由于其應(yīng)用廣泛，傳輸速度快（最大12M）、傳輸距離遠(yuǎn)（最遠(yuǎn)1KM左右）以及總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（兩芯DP通訊電纜）、最多能掛126個(gè)站等優(yōu)點(diǎn)而在全球范圍內(nèi)普及開(kāi)來(lái)，被越來(lái)越多的生產(chǎn)廠商采用。 CP1612網(wǎng)卡與以態(tài)網(wǎng)的連接IES7400 DPCP443OPC服務(wù)器以態(tài)網(wǎng)卡CP1612 網(wǎng)卡與以態(tài)網(wǎng)的連接圖 作用:,生成數(shù)據(jù)庫(kù) 2. 組態(tài)王的開(kāi)發(fā)和運(yùn)行工業(yè)以態(tài)網(wǎng)的接口。第5章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)由PLC控制系統(tǒng)硬件、監(jiān)視系統(tǒng)硬件以及其他輔助硬件設(shè)計(jì)組成。，考慮系統(tǒng)的先進(jìn)性和可擴(kuò)展性。 （3）現(xiàn)有的S7程序可以再利用，減少編程的工作量。 （7）運(yùn)動(dòng)控制功能符合PLC open 標(biāo)準(zhǔn)，方便工程實(shí)施和服務(wù)。西門子工業(yè)以太網(wǎng)其本質(zhì)上與傳統(tǒng)的以太網(wǎng)一樣，只是其硬件都是工業(yè)級(jí)專用，如網(wǎng)卡、網(wǎng)線、鏈路模塊（HUB）等；PLC連接以太網(wǎng)是通過(guò)以太網(wǎng)通訊模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP通訊協(xié)議，10M帶寬，西門子工業(yè)以太網(wǎng)的建立需要相應(yīng)的軟件支持，STEP7是西門子工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)軟件，該軟件為模塊化的軟件，在本體軟件的基礎(chǔ)上有很多可選軟件能和其實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，本系統(tǒng)選用的是西門子的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)軟件Soft Net，該軟件和STEP7配合能組建西門子的工業(yè)以太網(wǎng)、DP網(wǎng)和ASI網(wǎng)，并能對(duì)PLC編程。通過(guò)OPC服務(wù)器，將所有的過(guò)程數(shù)據(jù)能應(yīng)用于其他程序（OPC客戶機(jī)），也就是說(shuō)通過(guò)OPC標(biāo)準(zhǔn)化后，使不同生產(chǎn)商之間的設(shè)備通訊成為可能，只要這兩者都支持OPC就行。本系統(tǒng)的DP主要器件見(jiàn)表51：名稱型號(hào)備注地址PLCCPU4122DP自帶DP口2PLCCPU3152DP自帶DP口3網(wǎng)關(guān)IM153自帶DP口6DP InterfaceCP5613自帶DP口0OPMP270B自帶DP口1網(wǎng)關(guān)IM153自帶DP口6表51 系統(tǒng)DP主要器件 西門子S7400及相關(guān)模塊的選擇SIMATIC S7400是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大或變得更加復(fù)雜時(shí)，不必投入很多費(fèi)用。SIMATIC S7400還提供以下部件以滿足用戶的需要：接口模板（IM）、SIMATIC M7自動(dòng)化計(jì)算機(jī)和SIMATIC S5模板。使用冗余電源時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)和容錯(cuò)系統(tǒng)可作為無(wú)故障安全系統(tǒng)運(yùn)行。它具有自己的微處理器，因而能減輕CPU的通訊任務(wù)和進(jìn)一步擴(kuò)展連接。該模塊的數(shù)據(jù)傳輸率為10Mbit/s，從5VDC的電流消耗約為1A，從24VDC的典型值為220mA，最大為450mA。它的RAM是72K字節(jié)的，數(shù)據(jù)后備通過(guò)電源模板中的電池或在應(yīng)用時(shí)可以通過(guò)外部電池，它所使用的編程語(yǔ)言是STEP7，編程結(jié)構(gòu)是線性、結(jié)構(gòu)化的，它具有組織塊（OB）、功能塊（FB）、功能（FC）、數(shù)據(jù)塊（DB）、系統(tǒng)功能（SFC）、系統(tǒng)功能塊（SFB）六種塊的類型。在擴(kuò)展時(shí)需要接口模板（發(fā)送IM）和最多可接入6個(gè)接口模板。5 前連接器 型號(hào)：6ES7 4921AL000AA0前連接器能夠方便而又友好地連接傳感器和執(zhí)行器，在更換模板時(shí)只需取下前連接器，不再需要更換所有單個(gè)接線了。它還有各種大范圍的功能模塊可以非常好地滿足和適應(yīng)自動(dòng)控制任務(wù)，而且控制任務(wù)增加時(shí)，它可以使用附加模塊對(duì)PLC進(jìn)行擴(kuò)展。PS307的起動(dòng)電流（在25℃時(shí)）為55A，輸出電流為10A，輸出電壓為24V（直流），并且具有電子式非鎖定短路保護(hù)和開(kāi)路保護(hù)，還具有可靠的隔離特性，輸入功率為270W，功率損耗大約為30W，效率可達(dá)89%。CPU以梯形圖少年、功能塊FBD或語(yǔ)句表STL進(jìn)行編程，同時(shí)可以采用工程工具如S7GRAPH、S7HiGraph、SCL、CFC或SFC。模塊通過(guò)固定的、1米長(zhǎng)的連接電纜連接。IM365的結(jié)構(gòu)比較緊湊，在牢固的塑料機(jī)殼中裝有連接電纜的接口，它的組裝也很簡(jiǎn)單，接口模塊安裝在喧囂標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上，通過(guò)總線連接器連接到我/O模塊。通過(guò)這些模塊，可將數(shù)字傳感器和執(zhí)行元件與SIMATIC S7300相連。沒(méi)有插槽的輸入地址由插槽決定。輸入模塊的輸入點(diǎn)數(shù)為16，其額定負(fù)載電壓為24VDC，在通信與背板總線之間和每組通道之間有光電隔離，從背板總線和負(fù)載電壓的輸出電流不得超過(guò)25mA。其執(zhí)行器信號(hào)“1”，允許范圍為5mA～；信號(hào)“0”時(shí)。當(dāng)該模板用于高速計(jì)數(shù)器時(shí)，必須考慮這一點(diǎn)。其采樣時(shí)間根據(jù)模擬輸入端和補(bǔ)償輸入端的分辨率而定：12位的為20ms～100ms，14位的為100ms～500ms。他的前饋控制可選擇模擬輸入端用語(yǔ)前饋控制和獲取實(shí)際值。FM355C有8個(gè)數(shù)字輸入端；輸入電壓額定值為24VDC，信號(hào)“1”時(shí)為13～30V，輸入電流為7mA；信號(hào)“0”時(shí)為3～5V；它還有8個(gè)數(shù)字輸出端，輸出電流為信號(hào)“1”時(shí)，允許范圍為5～150mA，信號(hào)“0”。整體式PLC是將中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構(gòu)成主機(jī)。裝有CPU單元的底板稱為CPU底板，其它稱為擴(kuò)展底板。它按照系統(tǒng)程序所斌予的功能，完成以下任務(wù):(1) 接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；(2) 診 斷 電源、PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語(yǔ)法錯(cuò)誤；(3) 用 掃 描的方式接收輸入信號(hào)，送入PLC的數(shù)據(jù)寄存器保存起來(lái)；(4) PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作；(5) 將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。單片機(jī)由于集成度高、體積小、價(jià)格低和可擴(kuò)充性好，很適合在小型PLC上使用，也廣泛地用于PLC的智能UO模塊。用幾個(gè)位片級(jí)聯(lián)，可以組成任意字長(zhǎng)的微處理器二改變程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容，可以改變計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。系統(tǒng)程序是不能山用戶更改的，故所使用的存儲(chǔ)器為只讀存儲(chǔ)器ROM或EPROM。當(dāng)用戶程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動(dòng)時(shí)，可將用戶程序?qū)懭隕PROM。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，開(kāi)辟有元件映像寄存器和數(shù)據(jù)表。它還用來(lái)存放A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等。輸出單元將CPU送出的弱電控制信號(hào)通過(guò)輸出電路的光電隔離和功率