【正文】 的選擇 ............................................... 11 S7200 CPU 的選擇 ........................................... 11 熱電式傳感器 .............................................. 11 可控硅加熱裝置簡介 ......................................... 12 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案和電氣連接圖 ..................................... 12 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立 ...................................... 12 PID 控制及參數(shù)整定 .......................................... 13 第四章 PLC 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ....................................... 16 PLC 程序設(shè)計(jì)的方法 .............................................. 16 編程軟件 STEP7MICRO/WIN 概述 ................................... 16 STEP7Micro/WIN 簡單介紹 .................................. 16 計(jì)算機(jī)與 PLC 的通信 ......................................... 17 程序設(shè)計(jì) ....................................................... 18 程序設(shè)計(jì)思路 ................................................ 18 PID 指令向?qū)?................................................. 18 控制程序及分析 .............................................. 26 第五章 組態(tài)畫面的設(shè)計(jì) ............................................... 32 組態(tài)變量的建立及設(shè)備連接 ....................................... 32 新建項(xiàng)目 .................................................... 32 創(chuàng)建組態(tài)畫面 ................................................... 37 新建主畫面 .................................................. 37 新建 PID 參數(shù)設(shè)定窗口 ........................................ 38 新建數(shù)據(jù)報(bào)表 ................................................ 39 新建實(shí)時(shí)曲線 ................................................ 39 新建歷史曲線 ................................................ 40 新建報(bào)警窗口 ................................................ 41 第六章 系統(tǒng)測試 ..................................................... 43 啟動(dòng)組態(tài)王 ....................................................... 43 實(shí)時(shí)曲線觀察 .................................................... 43 分析歷史趨勢(shì)曲線 ................................................ 44 查看數(shù)據(jù)報(bào)表 .................................................... 47 系統(tǒng)穩(wěn)定性測試 .................................................. 48 結(jié)束語 ................................................................. 1 參考文獻(xiàn) .............................................................. 52 致 謝 ................................................................ 53 第一章 緒論 課題背景及研究目的和意義電熱鍋爐的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，電熱鍋爐的性能優(yōu)劣決定了產(chǎn)品的質(zhì)量好壞。因而,PID 參數(shù)的整定與優(yōu)化一直是自動(dòng)控制領(lǐng)域研究的重要課題。借助于計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，溫度控制器具有對(duì)控制參數(shù)及特性進(jìn)行自整定的功能。PLC 技術(shù)在溫度監(jiān)控系統(tǒng)上的應(yīng)用從整體上分析和研究了控制系統(tǒng)的硬件配置、電路圖的設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)，控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立、控制算法的選擇和參數(shù)的整定、人機(jī)界面的設(shè)計(jì)等。 副 調(diào) 節(jié) 器 具 有 “粗 調(diào) ”的 作 用 ， 主 調(diào) 節(jié) 器 具 有 “細(xì) 調(diào) ”的 作 用 ，從 而 使 其 控 制 品 質(zhì) 得 到 進(jìn) 一 步 提 高 。 目 前 ， PLC 在 國 內(nèi) 外 已 廣 泛 應(yīng) 用 于 鋼 鐵 、 石 油 、 化 工 、電 力 、 建 材 、 機(jī) 械 制 造 、 汽 車 、 輕 紡 、 交 通 運(yùn) 輸 、 環(huán) 保 及 文 化 娛 樂 等 各 個(gè) 行業(yè) 。 輸 入 模 塊 將 電 信 號(hào) 變 換 成 數(shù) 字 信 號(hào) 進(jìn) 入 PLC 系 統(tǒng) ， 輸出 模 塊 相 反 。簡易型只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語言助記符后才能送入。 CPU 從第一條指令開始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。 組態(tài) 的 概 念 最 早 出 現(xiàn) 在 工 業(yè) 計(jì) 算 機(jī) 控 制 中 ， 如 DCS(集 散 控 制 系 統(tǒng) )組 態(tài) ，PLC 梯 形 圖 組 態(tài) 。 通 常 可 以 把 這 樣 的 系 統(tǒng) 劃 分 為 控 制 層 、 監(jiān) 控 層 、 管 理 層 三 個(gè) 層 次 結(jié) 構(gòu) 。(2) 構(gòu) 造 數(shù) 據(jù) 庫 數(shù) 據(jù) ,就 是 創(chuàng) 建 一 個(gè) 具 體 的 數(shù) 據(jù) 庫 ,并 用 此 數(shù) 據(jù) 庫 中 的 變 量 描 述 工 控 對(duì) 象的 各 種 屬 性 ,比 如 水 位 、 流 量 等 。最后根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果，具體的確定 PLC 的機(jī)型和系統(tǒng)的具體配置。 PLC 程序設(shè)計(jì)的一般步驟1．繪制系統(tǒng)的功能圖。因此 S7200 系列具有極高的性能/價(jià)格比。 EM235 模擬量輸入/輸出模塊在溫度控制系統(tǒng)中，傳感器將檢測到的溫度轉(zhuǎn)換成420mA 的電流信號(hào)，系統(tǒng)需要配置模擬量的輸入模塊把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再送入 PLC 中進(jìn)行處理。在各種熱電式傳感器中，以將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢(shì)和電阻的方法最為普遍。溫度測量與控制是熱電偶采集信號(hào)通過 PID 溫度調(diào)節(jié)器測量和輸出 0～10mA 或 4～20mA 控制觸發(fā)板控制可控硅導(dǎo)通角的大小，從而控制主回路加熱元件電流大小，使電阻爐保持在設(shè)定的溫度工作狀態(tài)。 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立在本控制系統(tǒng)中，TT1(出口溫度傳感器) 將檢測到的出口水溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)送入 EM235 模塊的 A 路，TT2(爐膛溫度傳感器 )將檢測到的出口水溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)送入 EM235 模塊的 B 路。 Ｋ c可 以 選 負(fù) 數(shù) ， 這 主 要 是 由 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 、傳 感 器 以 控 制 對(duì) 象 的 特 性 決 定 的 。 主 參 數(shù) 是 工 藝 操 作的 重 要 指 標(biāo) ， 允 許 波 動(dòng) 的 范 圍 較 小 ， 一 般 要 求 無 余 差 ， 因 此 ， 主 調(diào) 節(jié) 器 一 般選 PI 或 PID 控 制 ， 副 參 數(shù) 的 設(shè) 置 是 為 了 保 證 主 參 數(shù) 的 控 制 質(zhì) 量 ， 可 允 許 在一 定 范 圍 內(nèi) 變 化 ， 允 許 有 余 差 ， 因 此 副 調(diào) 節(jié) 器 只 要 選 P 控 制 規(guī) 律 就 可 以 。采樣周期 Ts 越小，采樣值就越能反應(yīng)溫度的變化情況。在這里，我們采用經(jīng)驗(yàn)整定法整定控制器的參數(shù)值。 PLC 程序設(shè)計(jì)的方法PLC 程序設(shè)計(jì)常用的方法：主要有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法、順序控制設(shè)計(jì)法、邏輯設(shè)計(jì)法等。 編程軟件 STEP7Micro/WIN 概述 STEP7Micro/WIN 編程軟件是基于 Windows 的應(yīng)用軟件，由西門子公司專為 S7200 系列可編程控制器設(shè)計(jì)開發(fā)，它功能強(qiáng)大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時(shí)也可以實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。 計(jì)算機(jī)與 PLC 的通信 在 STEP7Micro/WIN 中雙擊指令樹中的“通信”圖標(biāo)，或執(zhí)行菜單命令的“查看”/“組件”/“通信” ，將出現(xiàn)“通信”對(duì)話框,見圖 42。HighAlarm 和 LowAlarm 分別是超過上限和下限的報(bào)警信號(hào)輸出，ModuleErr 是模擬量模塊的故障輸出信號(hào)。C 的時(shí)候，等會(huì)變紅閃爍，加熱爐上的指示燈用來指示加熱爐的加熱狀態(tài)。圖 513 歷史曲線窗口 新建報(bào)警窗口在工具箱中選用報(bào)警窗口工具，在面板中繪制報(bào)警窗口，添加文本等就可。圖 515 實(shí)時(shí)報(bào)警窗口第六章 系統(tǒng)測試組態(tài)王和 PLC 編程軟件不能同時(shí)啟動(dòng)，因?yàn)樗麄兪褂玫氖峭粋€(gè)端口，要想在線利用組態(tài)王監(jiān)控程序，那就先必須在關(guān)閉組態(tài)王的情況下，先把 PLC 程序下載到 PLC 中，并且運(yùn)行程序，再把編程軟件關(guān)閉，才可以啟動(dòng)組態(tài)王，這樣就可以利用組態(tài)王在線監(jiān)控了。點(diǎn)擊主控控制畫面的參數(shù)設(shè)定窗口，可以顯示 PID 參數(shù)設(shè)定界面。結(jié)束語 本文成功的運(yùn)用了西門子 S7200PLC 和組態(tài)王設(shè)計(jì)了一個(gè)人機(jī)監(jiān)控的溫度控制系統(tǒng)。134220[3]中國電子學(xué)會(huì). 2022/2022 傳感器與執(zhí)行器大全[M].天津：電子工業(yè)出版社,2022。不會(huì)忘記大學(xué)里的關(guān)心我的每個(gè)人， 感謝李寶泉老師的細(xì)心輔導(dǎo)。參考文獻(xiàn)[1]邵裕森,巴筱云. 過程控制及儀表[J].北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 1999。當(dāng)實(shí)際溫度超過 85176。如圖圖 63 所示： 圖 62 溫度實(shí)時(shí)曲線 分析歷史趨勢(shì)曲線點(diǎn)擊主畫面上的歷史趨勢(shì)曲線按鈕，可以顯示，溫度控制的曲線記錄，由此可以分析 PID 參數(shù)的作用效果，從而完成 PID 參數(shù)的整定。這樣每次新報(bào)警有產(chǎn)生，就會(huì)立刻出報(bào)警畫面。歷史趨勢(shì)曲線可以查詢查詢過去的情況。然后打開剛建立的工程。PID 運(yùn)算結(jié)束之后，需要把回路輸出（ 之間的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)）轉(zhuǎn)換為可以送給模擬量輸出模塊的整數(shù)。圖 41 STEP7Micro/WIN 項(xiàng)目窗口本項(xiàng)目中我們利用 STEP7Micro/WIN SP5 編程軟件，其界面如圖 41 所示。4. 邏輯設(shè)計(jì)法：通過中間量把輸入和輸出聯(lián)系起來。（3）整定微分環(huán)節(jié)若經(jīng)過步驟（2） ，PI 控制只能消除穩(wěn)態(tài)誤差，而動(dòng)態(tài)過程不能令人滿意，則應(yīng)加入微分控制，構(gòu)成 PID 控制。 這 類 方 法 比 較 復(fù) 雜 ， 工 作 量 大 ， 而 且 用 于 分 析 法 或 實(shí) 驗(yàn) 測 定 法求 得 的 對(duì)