【正文】 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）28致 謝本 文 是 在 夏 慶 觀 和 路 紅 老 師 的 悉 心 指 導(dǎo) 下 完 稿 的 。（ 3） 基 于 PLC模 擬 量 控 制 和 過 程 控 制 實(shí) 現(xiàn) 溫 度 控 制 。 報 警 程 序?qū)?A/D 轉(zhuǎn) 換 的 數(shù) 字 量 與 2047 比 較 ， 若 連 續(xù) 兩 次 檢 測 到 A/D 轉(zhuǎn) 換 的 數(shù)字 量 大 于 2047， 則 表 示 斷 偶 ， 系 統(tǒng) 輸 出 斷 偶 報 警 信 號 ， Y5 為 ON， 亮 紅燈 。 D25 為 0 而 采 樣 周 期 未 到 D26被 清 0， 系 統(tǒng) 將 不 再 對 晶 閘 管 輸 出 觸 發(fā) 脈 沖 。 當(dāng) 電 源 負(fù)半 波 到 來 時 （ 由 高 電 平 變 低 電 平 ） ， 若 晶 閘 管 允 許 觸 發(fā) 標(biāo) 志 為 1，)(sgnku則 在 Y1 端 產(chǎn) 生 一 個 觸 發(fā) 脈 沖 ， 經(jīng) 光 電 隔 離 和 功 率 放 大 后 觸 發(fā) 晶 閘 管 VT2導(dǎo) 通 ， 使 電 源 負(fù) 半 波 加 到 電 阻 絲 上 ， 使 負(fù) 載 得 到 一 個 完 整 的 電 壓 波 形 。 若 e（ k） 大 于 10， 則 送 240 給 D30（ u（ k） ） ； 若 e（ k） 小 于 10 而大 于 5 時 ， 則 進(jìn) 行 PD 算 式 運(yùn) 算 （ 去 掉 （ 42） 中 的 積 分 項(xiàng) e（ k） 的 剩iK余 項(xiàng) ） 。 因 而 使p調(diào) 試 較 為 簡 單 方 便 。 自 然 降 溫 無 需 控 制 和 檢 測 溫 度 ， 自 由 升 溫 只 需 監(jiān) 視 爐 溫 是 否 到 達(dá) 恒溫 值 ， 只 有 恒 溫 段 需 要 控 制 與 檢 測 爐 溫 。本 程 序 設(shè) 計(jì) 以 為 一 個 控 制 周 期 ， 當(dāng) 控 制 周 期 到 才 讀 取 A/D 轉(zhuǎn) 換結(jié) 果 。 否 則 輸 入 出 錯 報 警 （ Y6=1） 。 其 輸 入 、 輸 出 地 址 表 如 表 26 所 示 。（ 3） PLC 程 序 下 載正 確 連 接 好 編 程 電 纜 ， 打 開 編 程 界 面 的 PLC 菜 單 下 的 Ports(端 口 設(shè) 置 )選擇 正 確 的 串 行 口 、 傳 送 頻 率 后 ， 按 OK。?首 先 打 開 File（ 文 件 ） 菜 單 下 的 New（ 新 文 件 ） 子 菜 單 ， 選 擇 FX2N PLC 型 號 ， 進(jìn) 入 程 序 編 制 環(huán) 境 。 設(shè) 計(jì) 電 路 如 圖 28 所 示 。） ， 流 過 每 個 晶 閘 管 的 平 均 電 流 為 。 根 據(jù) 電 熱 爐 的 數(shù) 字 模 型 可 知 ， 溫 度 的 增 量 與它 消 耗 的 電 能 成 正 比 ， 而 電 熱 爐 消 耗 的 電 能 與 晶 閘 管 導(dǎo) 通 周 波 數(shù) 成 正 比 ， 因此 ， 晶 閘 管 導(dǎo) 通 周 波 數(shù) n 與 控 制 輸 出 控 制 量 u（ k） 的 關(guān) 系 為n=K*u(k)式 中 ， K= / 為 比 例 系 數(shù) （ 約 為 1） ， 為 一 個 控 制 周 期 內(nèi) 的 電 源maxntumaxn周 波 數(shù) ， 溫 度 偏 差 不 同 ， 則 u（ k） 、 n 不 同 ， 電 熱 爐 消 耗 的 電 能 亦 不 同 ， 達(dá)到 了 根 據(jù) 溫 度 偏 差 調(diào) 節(jié) 輸 入 電 能 ， 保 證 爐 溫 按 要 求 變 化 的 目 的 。 它 是 一 種 半 控 型 器 件 ， 是 一種 可 以 利 用 控 制 信 號 控 制 其 導(dǎo) 通 而 不 能 控 制 其 關(guān) 斷 的 電 力 電 子 器 件 。 根 據(jù) 設(shè) 計(jì) 要 求 ， 恒 溫 值 為 400~600℃ ， 本 系 統(tǒng) 選2u取 測 溫 范 圍 為 280~700℃ ， 將 280℃ 作 為 測 溫 起 點(diǎn) （ 零 點(diǎn) ） 。圖 22 溫 度 檢 測 基 本 結(jié) 構(gòu)溫 度 傳 感 器 將 測 溫 點(diǎn) 的 溫 度 變 換 為 模 擬 電 壓 ， 其 值 一 般 為 mA 級 ， 需南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9要 放 大 為 滿 足 A/D 轉(zhuǎn) 換 要 求 的 電 壓 值 。表 26 輸 入 、 輸 出 信 號 I/O 地 址 表輸 入 地 址 功 能 說 明 輸 出 地 址 功 能 說 明Y0 VT1 觸 發(fā) 脈 沖 （ 電 源 正 半 波 ）X0電 源 周 波 信 號輸 入 端 Y1 VT2 觸 發(fā) 脈 沖 （ 電 源 負(fù) 半 波 ）X1 溫 度 給 定 允 許 Y4 恒 溫 完 成 指 示 信 號X2 啟 動 /關(guān) 閉 Y5 斷 偶 報 警南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8Y6 溫 度 給 定 超 出 范 圍 報 警X10~X21 SB2~SB11Y10~Y2312 位 8421（ 三 組 ） BCD 碼 輸出 溫 度 值 給 定 電 路按 設(shè) 計(jì) 要 求 ， 共 設(shè) 計(jì) 了 十 個 開 關(guān) 按 鍵 ， 作 為 溫 度 給 定 值 的 輸 入 端 口 ， 接收 十 進(jìn) 制 數(shù) 。32mA， 單 元 會 被 損 壞 ）數(shù) 字 輸 出12位 的 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 果 以 16位 二 進(jìn) 制 補(bǔ) 碼 方 式 存 儲 （ 2048~+2047）分 辨 率 5mV 20μ A總 體 精 度177。 它 有 27 條 基 本 指 令 ， 其 基 本 指 令 的執(zhí) 行 速 度 超 過 了 很 多 大 型 PLC。 數(shù) 字 控 制 器 根 據(jù) 恒 溫 給 定 值 與 實(shí)0Q際 爐 溫 Q 的 偏 差 e（ k） 按 積 分 分 離 PID 控 制 算 法 ， 得 到 輸 出 控 制 量u（ k） ， 控 制 晶 閘 管 導(dǎo) 通 時 間 ， 調(diào) 節(jié) 爐 溫 的 變 化 使 之 與 給 定 恒 溫 值 一 致 ， 達(dá)到 恒 溫 控 制 目 的 。（ 2） PLC： 主 要 完 成 PID 調(diào) 節(jié) 功 能 以 及 數(shù) 據(jù) 變 換 。 以 微 機(jī) 為 核 心 控 制 系 統(tǒng) 雖 然 成 本 較 低 ，但 微 機(jī) 的 可 靠 性 和 抗 干 擾 性 較 差 而 使 其 硬 件 設(shè) 計(jì) 較 復(fù) 雜 。在 生 產(chǎn) 實(shí) 踐 中 ,自 動 化 給 人 們 帶 來 了 極 大 的 便 利 和 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 上 的 保 證 ,同 時 也 減 輕 了 人 員 的 勞 動 強(qiáng) 度 ,減 少 了 人 員 上 的 編 制 。 達(dá) 到 恒 溫 控 制 目 的 。 本 系統(tǒng) 對 溫 度 檢 測 和 調(diào) 節(jié) 環(huán) 節(jié) 做 了 進(jìn) 一 步 的 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) ， 使 該 系 統(tǒng) 更 實(shí) 用 、 易 行和 可 靠 ， 同 時 也 提 高 了 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 和 減 輕 人 工 勞 力 負(fù) 擔(dān) 。 在 許 多 復(fù) 雜 的 生 產(chǎn) 過程 中 難 以 實(shí) 現(xiàn) 的 目 標(biāo) 控 制 、 整 體 優(yōu) 化 、 最 佳 決 策 等 ,熟 練 的 操 作 工 、 技 術(shù)人 員 或 專 家 、 管 理 者 卻 能 夠 容 易 判 斷 和 操 作 ,可 以 獲 得 滿 意 的 效 果 。 而 以 PLC 為 核 心的 控 制 系 統(tǒng) ， 雖 然 成 本 較 高 ， 但 PLC 本 身 就 有 很 強(qiáng) 的 抗 干 擾 性 和 可 靠 性 ，因 而 系 統(tǒng) 的 硬 件 設(shè) 計(jì) 也 簡 單 得 多 。南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3（ 3） 電 源 同 步 信 號 產(chǎn) 生 電 路 ： 主 要 功 能 是 產(chǎn) 生 與 電 源 同 步 的 周 波 信 號 。 當(dāng) 恒 溫 時 間 到 、 輸 入 錯 誤 或 系 統(tǒng) 發(fā) 生 故 障 時 ， 系 統(tǒng) 發(fā) 出 報警 信 號 ， 同 時 用 三 個 數(shù) 碼 管 對 電 阻 爐 溫 度 進(jìn) 行 實(shí) 時 顯 示 。 三 菱 FX2N—48MR PLC， 為 繼 電 器 輸 出類 型 ， 其 輸 入 、 輸 出 點(diǎn) 數(shù) 皆 為 是 24 點(diǎn) ， 可 擴(kuò) 展 模 塊 可 用 的 點(diǎn) 數(shù) 為 48~64,內(nèi) 附 8000 步 RAM。1%（ 對 于 10～ +10V范 圍 ）177。 給 定 值 范 圍 為 280~700℃ ， 若 輸 入 值 超 過 給 定 值 范 圍 ， 系 統(tǒng)會 發(fā) 出 報 警 信 號 （ 亮 紅 燈 ） 。 然 后 送 PLC 的 A/D 轉(zhuǎn) 換 模 塊 進(jìn) 行A/D 轉(zhuǎn) 換 ， 得 到 表 示 溫 度 的 電 壓 數(shù) 字 量 ， 再 用 軟 件 進(jìn) 行 標(biāo) 度 變 換 與 誤 差 補(bǔ) 償 ，得 到 測 溫 點(diǎn) 的 實(shí) 際 溫 度 值 。 調(diào) 整 多 圈 電 位器 RP， 使 =50*=569mV， 當(dāng) 爐 溫 為 280℃ 時 ，=， =569mV， 于 是 =0。 它 的 關(guān)斷 完 全 是 由 其 在 主 電 路 中 承 受 的 電 壓 和 電 流 決 定 的 。晶 閘 管 由 正 向 導(dǎo) 通 到 關(guān) 斷 時 ， 由 于 空 穴 積 蓄 效 應(yīng) ， 晶 閘 管 反 向 阻 斷 能 力的 恢 復(fù) 需 要 一 段 時 間 。 關(guān) 斷 時 ， 承 受 正 反 向 峰值 電 壓 為 ， 考 慮 到 晶 閘 管 的 過 載 能 力 小 及 環(huán) 境 溫 度 的 變 化 等 因 素 ，V晶 閘 管 的 額 定 電 流 應(yīng) 為 ：~)~(??額 定 電 壓 應(yīng) 為 ：TUVTN960)(根 據(jù) 以 上 計(jì) 算 ， 主 回 路 的 二 只 晶 閘 管 選 擇 為 KP2010(參 數(shù) 為 ：20A， 1KV， ， 3V) 脈 沖 輸 出 通 道由 于 PLC 有 很 強(qiáng) 的 抗 干 擾 性 和 可 靠 性 ， 且 FX2N48MR001 為 繼 電 器 輸出 ——2A/1 點(diǎn) （ KP2010 晶 閘 管 的 觸 發(fā) 電 流 和 電 壓 分 別 為 和 3V） ，因 而 FX2N48MR001 的 輸 出 點(diǎn) 能 可 靠 地 觸 發(fā) 晶 閘 管 導(dǎo) 通 ， 而 無 須 設(shè) 計(jì) 光 電隔 離 和 功 率 放 大 。南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14圖 28 復(fù) 位 電 路第 三 章 系 統(tǒng) 軟 件 設(shè) 計(jì)PLC 程 序 輸 入 可 以 通 過 手 持 編 程 器 、 專 用 編 程 器 或 計(jì) 算 機(jī) 完 成 。 （ 若 想 打 開 已 有 文 件 ， 打 開 File（ 文 件 ）菜 單 下 的 Open（ 打 開 ） 子 菜 單 ， 選 擇 正 確 的 文 件 和 PLC 型 號 后 ， 按 回 車 鍵即 可 。 打 開 PLC 菜 單 下 的 transferswrite(寫 出 )， 輸 入 程 序 步 數(shù) ， 按 確 定 即 可 下 載 程 序 到 PLC 上 。 另 外 ， 內(nèi) 存 分 配 如 表 31 所 示 ：表 31 內(nèi) 存 分 配 表內(nèi) 存 器 特 定 意 義 內(nèi) 存 器 特 定 意 義南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16D0 A/D 轉(zhuǎn) 換 數(shù) 字 量 結(jié) 果 D30 u(k)D4 溫 度 給 定 值 Q0 D31 u(k1)D5 爐 溫 Q D32 e(k)D25 觸 發(fā) 周 波 數(shù) n D33 e(k1)D26 晶 閘 管 允 許 觸 發(fā) 標(biāo) 志 D34 e(k2)D27 采 樣 周 期 計(jì) 數(shù) 器 D35 pKD100~D121 數(shù) 據(jù) 緩 沖 區(qū) D36 dD29 斷 偶 計(jì) 數(shù) 器 D37 iD38 十 鍵 輸 入 指 定 存 儲 元 件 系 統(tǒng) 程 序 流 程 圖系 統(tǒng) 程 序 流 程 圖 如 圖 31 所 示 。 A/D 轉(zhuǎn) 換 功 能 模 塊 的 控 制 程 序溫 度 檢 測 硬 件 電 路 給 定 的 A/D 轉(zhuǎn) 換 通 道 號 CH2， 完 成 爐 溫 的 A/D 轉(zhuǎn) 換 ?？?制 周 期 計(jì) 時 中 斷 服 務(wù) 程 序 （ I610） 如 圖 34 所 示 。 用 于 恒 溫 控 制 的 調(diào) 節(jié) 器 有 多 種 形 式 ，如 大 林 算 法 、 PD 調(diào) 節(jié) 、 PID 調(diào) 節(jié) 、 開 關(guān) 調(diào) 節(jié) 等 ， 本 系 統(tǒng) 選 用 實(shí) 際 中 切 實(shí) 可行 的 積 分 分 離 PID 調(diào) 節(jié) ， 它 能 有 效 地 減 小 系 統(tǒng) 的 超 調(diào) 和 穩(wěn) 態(tài) 誤 差 。 恒 溫 控 制 程 序?yàn)?了 減 少 超 調(diào) 和 消 除 振 蕩 現(xiàn) 象 ， 當(dāng) 自 由 升 溫 小 于 給 定 的 恒 溫 值 10℃ ，系 統(tǒng) 就 開 始 進(jìn) 行 恒 溫 控 制 ， 恒 溫 控 制 采 用 積 分 分 離 PID 調(diào) 節(jié) 。 若 e（ k） 小 于 5 時 則 進(jìn) 行 PID 算 式 運(yùn) 算 （ 實(shí) 現(xiàn) 式 （ 42） ） 。 程 序還 完 成 晶 閘 管 已 導(dǎo) 通 周 波 數(shù) 計(jì) 數(shù) 工 作 ， 當(dāng) 已 導(dǎo) 通 周 波 數(shù) 等 于 n 時 ， 表 示 本控 制 周 期 內(nèi) 向 電 阻 絲 輸 送 的 能 量 已 達(dá) 到 控 制 要 求 ， 將 晶 閘 管 允 許 觸 發(fā) 標(biāo) 志 清0， Y0、 Y1 不 再 輸 出 觸 發(fā) 脈 沖 。南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）25圖 311 數(shù) 字 觸 發(fā) 器 程 序 顯 示 程 序本 設(shè) 計(jì) 系 統(tǒng) 用 三 個 LED 數(shù) 碼 管 （ 含 BCD 譯 碼 器 ） 顯 示 溫 度 （ 本 系 統(tǒng)設(shè) 定 溫 度 范 圍 為 280~700℃ ） ， 需 要 先 將 實(shí) 際 溫 度 轉(zhuǎn) 換 成 BCD 碼 ， 從Y10~Y23 端 口 輸 出 ， BCD 碼 經(jīng) 過 BCD 譯 碼 器 譯 碼 ， 由 七 段 LED 完 成 顯示 功 能 。 如 圖 314