基于plc與組態(tài)王的溫度控制系統(tǒng)畢業(yè)論文-預(yù)覽頁(yè)
【正文】 王設(shè)計(jì)人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采樣與處理。溫度控制系統(tǒng)集自控技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。目前,仍有相當(dāng)部分工業(yè)企業(yè)在用窯、爐等烘干生產(chǎn)線，存在著控制精度不高、爐內(nèi)溫度均勻性差等問題,達(dá)不到工藝要求，造成裝備運(yùn)行成本費(fèi)用高，產(chǎn)出品品質(zhì)低下，嚴(yán)重影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，急需技術(shù)改造。由于其具有工況復(fù)雜、參數(shù)多變、運(yùn)行慣性大、控制滯后等特點(diǎn)，它對(duì)控制調(diào)節(jié)器要求極高。同時(shí)，人機(jī)界面的出現(xiàn)可以使用戶對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控，包括參數(shù)監(jiān)測(cè)、信息處理、在線優(yōu)化、報(bào)警提示、數(shù)據(jù)記錄等功能，從而使控制系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單易懂、操作人性化。形成商品化并在儀表控制參數(shù)的自整定方面，國(guó)外已有較多的成熟產(chǎn)品，但由于國(guó)外技術(shù)保密及我國(guó)開發(fā)工作的滯后，還沒開發(fā)出性能可靠的自整定軟件。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)溫度控制系統(tǒng)的要求愈來愈高，因此，高精度、智能化、人性化的溫度控制系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)外必然發(fā)展趨勢(shì)。本論文研究的是PLC技術(shù)在溫度監(jiān)控系統(tǒng)上的應(yīng)用?？傮w上包括的技術(shù)路線：硬件設(shè)計(jì)，軟件編程，參數(shù)整定等。PLC和HMI相連接，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。還有13KB程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間空間，6個(gè)獨(dú)立的30KHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20KHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。在這里，我們選用了西門子EM231 4TC模擬量輸入模塊。本系統(tǒng)用的是K型熱電偶，所以DIP開關(guān)SW1～SW8組態(tài)為00100000；EM231具體技術(shù)指標(biāo)見表1。所有的輸入設(shè)置成相同的模擬量輸入范圍。EM231校準(zhǔn)和配置位置圖如圖2所示。這兩種熱電式傳感器目前在工業(yè)生產(chǎn)中已得到廣泛應(yīng)用。系統(tǒng)里的烤爐最高溫度不過幾百度，加上一定的裕度就足夠了，另外其成本也不算高[2]。 PLC控制器固態(tài)繼電器烤爐溫度模塊熱電偶圖3圖4Gc(s)Go(s) R(s) + E(s) U(s) Y(s) 圖5 控制系統(tǒng)方框圖圖5中，R(s)為設(shè)定溫度的拉氏變換式；E(s)為偏差的拉氏變換式； Gc(s)為控制器的傳遞函數(shù)；Go(s)為廣義對(duì)象，即控制閥、對(duì)象控制通道、測(cè)量變送裝置三個(gè)環(huán)節(jié)的合并；該溫度控制系統(tǒng)是具有時(shí)滯的一階閉環(huán)系統(tǒng)，傳遞函數(shù)為 Gs=K0T0s+1eτs （11）式11中，為對(duì)象放大系數(shù)；為對(duì)象時(shí)間常數(shù)；為對(duì)象時(shí)滯。積分控制可以消除余差，但是工業(yè)上很少單獨(dú)使用積分控制的，因?yàn)榕c比例控制相比，除非積分速度無(wú)窮大，否則積分控制就不可能想比例控制那樣及時(shí)的對(duì)偏差加以響應(yīng)，所以控制器的輸出變化總是滯后與偏差的變化，從而難以對(duì)干擾進(jìn)行及時(shí)且有效的控制。根據(jù)以上的分析，本溫度控制系統(tǒng)適于采用PID控制。歸納起來可分為兩大類，即理論計(jì)算整定法和工程整定法。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、反應(yīng)曲線法、自整定法等。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)，先確定一組控制器參數(shù)，并將系統(tǒng)投入運(yùn)行，通過觀察人為加入干擾（改變?cè)O(shè)定值）后的過渡過程曲線，根據(jù)各種控制作用對(duì)過渡過程的不同影響來改變相應(yīng)的控制參數(shù)值，進(jìn)行反復(fù)湊試，直到獲得滿意的控制質(zhì)量為止。由于積分作用將使振蕩加劇，在加入的積分作用之前，要先衰減比例作用，通常把比例度增大10%20%。2）先根據(jù)表選取積分時(shí)間Ti和Td，通常取Td=(1/31/4)Ti，然后對(duì)比例度進(jìn)行反復(fù)湊試，直至得到滿意的結(jié)果。 程序的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路PLC運(yùn)行時(shí)，將溫度設(shè)定值，PID參數(shù)值等，存入有關(guān)的數(shù)據(jù)寄存器，使定時(shí)器復(fù)位；按啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)開始溫度采樣，采樣周期為10秒；K型熱電偶傳感器把所測(cè)量的溫度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)量轉(zhuǎn)換（041毫伏）；模擬量輸入通道AIW0通過讀入041毫伏的模擬電壓量送入PLC；經(jīng)過程序計(jì)算后得出實(shí)際測(cè)量的溫度T,將T和溫度設(shè)定值比較，根據(jù)偏差計(jì)算調(diào)整量，發(fā)出調(diào)節(jié)命令。每個(gè)PID回路都有兩個(gè)輸入變量，給定值SP和過程變量PV。 在本項(xiàng)目中，R=100,即就是設(shè)定溫度100度；S=32000,M=,所以按照歸一化公式R1=100/32000+=，.該網(wǎng)絡(luò)的程序功能是把PID回路輸出轉(zhuǎn)換成占空比。 上述程序用了兩個(gè)100ms的定時(shí)器T241和T242來控制加熱時(shí)間。此向?qū)Э梢酝瓿山^大多數(shù)PID運(yùn)算的自動(dòng)編程，用戶只需在主程序中調(diào)用PID向?qū)傻淖映绦颍涂梢酝瓿蒔ID控制任務(wù)。 人機(jī)界面（HMI）設(shè)計(jì) HMI監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控主畫面及相應(yīng)的功能子畫面組成，HMI畫面設(shè)計(jì)對(duì)于HMI來說是非常關(guān)鍵的。 在這里我們制作了監(jiān)控主界面、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線、歷史趨勢(shì)曲線、報(bào)警窗口等畫面。其中設(shè)定溫度為100度。如圖62所示。其中，與設(shè)定溫度極為接近。如圖64所示，畫面中紅色曲線表示設(shè)定溫度，藍(lán)色曲線表示當(dāng)前溫度。圖63 系統(tǒng)運(yùn)行—實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線 圖64 系統(tǒng)運(yùn)行—?dú)v史趨勢(shì)曲線打開主界面，點(diǎn)擊“報(bào)警窗口”按鈕，則切換到報(bào)警窗口。由圖65可知，報(bào)警類型顯示當(dāng)前溫度偏高；當(dāng)前溫度為60度時(shí)，報(bào)警類型顯示當(dāng)前溫度偏低；，報(bào)警類型顯示當(dāng)前溫度太低。PID閉環(huán)控制是控制系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛的一種控制算法，對(duì)大部分控制對(duì)象都有良好的控制效果。該溫度控制系統(tǒng)也有一些有不足的地方需要改進(jìn)，編程時(shí)我們用了編程軟件自帶的PID指令向?qū)K，這樣雖然方便，但是使得控制系統(tǒng)超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間都稍微偏大，若不直接調(diào)用該模塊，而是自己編寫PID控制子程序的話，控制效果可能會(huì)更好?；厥兹?，生活中有快樂也有艱辛。在我的十幾年求學(xué)歷程里，離不開父母的鼓勵(lì)和支持，是他們辛勤的勞作，無(wú)私的付出，為我創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)條件，我才能順利完成學(xué)業(yè)，感激他們一直以來對(duì)我的撫養(yǎng)與培育
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