【正文】 ，還要通過工程實際進行調(diào)整和修改。進行溫度控制程序的設(shè)計應(yīng)考慮如下幾個問題：實時采集溫度、溫度顯示、與上位 PLC 通信程序、警告和處理。聲光報警電路采用高亮的 LED 燈以及蜂鳴器來實現(xiàn)，其電路如下圖 。前一單元顯示設(shè)定溫度，后一單元顯示當(dāng)前溫度。 采用占空比開關(guān)電路控制，即考慮可控硅控制電壓和被控的交流電壓之間以及電熱絲產(chǎn)生的熱量和所家的電壓之間的非線性，通過調(diào)節(jié)周期時間內(nèi)的通電時間來調(diào)節(jié)輸出功率的大小，可以避免 D/A 轉(zhuǎn)換和信號放大造成的不必要的誤差，也可以通過可控硅的過零觸發(fā)電路避免對電網(wǎng)的諧波干擾?？蛇B續(xù) 7 個擴展模塊，最大擴展至 168路數(shù)字量 I/O點或 35路模擬量 I/O 點， 16K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。但是，由于元件制造水平低、價格貴加上技術(shù)上要求復(fù)雜，所以限制了它的推 廣和應(yīng)用。 這次設(shè)計我采用方案三，使用西門子 S7200，其提供一個 4點 12 位模擬量輸入和溫度傳感輸入模塊，輸入為 DC5~+5v 和 0~20mA 電壓或電流。熱電偶通常是兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。 如果負荷減小或煤氣壓力突然加大，則爐溫升高。對于欠溫度，控制加速功率。 移位輸入端 由 SFT 指令構(gòu)成移位輸入端。每個子塊左邊的第一個觸點用 LD 或 LDI 指令，其余串聯(lián)的觸點用 OR 或 ORI 指令。用于單個常閉觸點的并聯(lián)。 OUT：線圈驅(qū)動指令，用于將邏輯運算的結(jié)果驅(qū)動一個指定線圈。 ⑦ 利用計算機編程時，只要按梯形圖的編寫順序把邏輯行輸入計算機，按下傳給 PLC 即可。傳統(tǒng)繼電器控制中的每個開關(guān)均對應(yīng)一個物理實體，故使用次數(shù)有限。 本科畢業(yè)設(shè)計 4 模塊方案的選擇與論證 10 梯形圖的格式 ① 梯形圖按行從上到下、每行從左到右的順序編寫。對于同一控制電路，繼電控制原理圖和梯形圖的輸入 /輸出信號基本相同，控制過程等效。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。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、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類 : ① 開關(guān)量邏輯控制 取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于控制單臺設(shè)備，也可用于多機群控及自動化流水線。它一般由簡易鍵盤和發(fā)光二級管或其他顯示管件組成。 PLC通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機和其他的 PLC 或計算機相連。 輸入單元接收用戶設(shè)備的各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其他一些傳感器的信號。在 PLC 的工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)，開辟有元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。這種高運算速度與可以適應(yīng)用戶需要的指令系統(tǒng)相結(jié)合，很適合于以順序掃描方式工作的 PLC 使用。 2) 單片機，如 8051 等。 CPU 底板與擴展底板之間通過電纜連接，距離一般不超過 PLC，都可以根據(jù)需要進行配置與組合。隨著集成電路技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已有了第五代 PLC產(chǎn)品?？删幊绦蚩刂破髦饕?CPU(中央處理單元 )存儲器 (RAM和 EPROM),輸入 /輸出模塊 (簡稱為 I/O模塊 )、編程器和電源五大部分組成。 通過親自獨立設(shè)計培養(yǎng)訓(xùn)練我們大學(xué)生應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識解決實際工程實踐問題的技能，鞏固所學(xué)專業(yè)知識，拓寬知識面。目前，我國在這些方面的技術(shù)水平與歐美等擁有先進制造技術(shù)的國家還有一定的差距。本文中被控對象是電爐，在 爐溫自動控制系統(tǒng)中，爐溫經(jīng)過熱電偶檢測和溫度變送器的轉(zhuǎn)換，變?yōu)橄鄳?yīng)的電 壓信號，送往 PLC控制器，再經(jīng)過模擬量輸入 /輸出模塊（ A/D）轉(zhuǎn)換為數(shù)字量， 并由程序?qū)⒔o定的溫度值與測量值比較，然后根據(jù)偏差大小按比例調(diào)節(jié)規(guī)律，計 算出校正量。爐溫控制就是其中的一個。系統(tǒng)由 PLC 通過對溫度檢測電路檢測到的溫度加以分析，與給定的對應(yīng)所要控制的多組溫度值進行比較，找出溫度值所在范圍，根據(jù) PLC 中設(shè)置的 PID 參數(shù)，輸出相應(yīng)溫度初值 對應(yīng)的受控對象電機的轉(zhuǎn)速初值，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換為模擬電壓，通過信號轉(zhuǎn)為變頻器的頻率，控制變頻調(diào)速裝置，帶動被控對象，并且把被控對象的轉(zhuǎn)速經(jīng)變換電路和 D/A 轉(zhuǎn)換器反饋到 PLC 中，與輸出的轉(zhuǎn)速初本科畢業(yè)設(shè)計 1 緒論 2 值進行比較，其偏差被 PID 程序計算后重新輸出，在規(guī)定的時間內(nèi)循環(huán)，從而實現(xiàn)對溫度的控制。 的特點 PLC之所以越來越受到控制界人士的重視，是和它的優(yōu)點分不開的 : ① 功能齊全，它的適用性極強，幾乎所有的控制要求，它均能滿足； ② 應(yīng)用靈活， 其標準的積木式硬件結(jié)構(gòu)，以及模塊化的軟件設(shè)計，使得它不僅可以適應(yīng)大小不同、功能繁復(fù)的控制要求，而且可以適應(yīng)各種工藝流程變更較多的場合 ； ③ 操作方便，維修容易，穩(wěn)定可靠。 整體式 PLC 是將中央處理單元 (CPU)、存儲器、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。 ③ 用掃描的方式接收輸入信號，送入 PLC 的數(shù)據(jù)寄存器保存起來 。位片式微處理器是獨立于微型機的另一分支。由于用戶程序需要經(jīng)常改動、調(diào)試，故用戶程序存儲器多為可隨時讀寫的 RAM。它存儲 用戶程序執(zhí)行時的某些可變參數(shù)值，如定時器和計數(shù)器的當(dāng)前值和設(shè)定值。輸出映像寄存器由輸出點對應(yīng)的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器、指示燈被控設(shè)備的執(zhí)行元件 . 電源部分 PLC 一般使用 220V 的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為 PLC 的中央處理器、存儲器等電路提供 5V, +12V, +24V 的直流電源，使 PLC 能正常工作。當(dāng)與其他 PLC 相連時，可以組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)路，實現(xiàn)更大規(guī)模的控制 。程序被下載到 PLC，也可以將 PLC 中的程序上傳到計算機。 PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。 本科畢業(yè)設(shè)計 2 可編程控制器（ PLC）概況 8 但是，可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實際應(yīng)用時，其硬件需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進行設(shè)計編制。如圖所示是繼電器線路圖和與其等效 PLC 的梯形圖。每一邏輯行必須從起始母線開始畫起，終止母線可以省略。 PLC 的輸出元素用圓圈表示。用梯形圖變成雖然直觀、 簡便，但要求PLC配置較大的顯示器方可輸入圖形符號，這在有些小機型上長難以滿足，故需借助助記符語言。 ANI：與反指令。每個子塊左邊的第一個觸點用 LD或 LDI 指令，其余串聯(lián)的觸點用 AND 或 ANI 指令。 置位與復(fù)位指令 SET 指令用于對邏輯線圈 M、輸入繼電器 Y、狀態(tài) S 的置位； RST 指令用于對邏輯線圈 M、輸入繼電器 Y、狀態(tài) S 的復(fù)位，對數(shù)據(jù)寄存器 D 和變址寄存器 V、 Z的清零，還用于對計時器 T 和計數(shù)器 C 邏輯線圈的復(fù)位，使它們的當(dāng)前計時值和計數(shù)值清零。 以上所介紹的均是本設(shè)計中出現(xiàn)的，當(dāng)然在 PLC 設(shè)計中不僅僅只有這些指令，還包括很多。他是一個功耗，高性能 CMOS8位微控制器，經(jīng)過信號采集，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理來控制溫度。此時系統(tǒng)會啟動風(fēng)扇，控制吹風(fēng)冷卻裝置，從而使?fàn)t溫下降，知道重新等于給定值為止。其優(yōu)點是： A 測量精度高?？蛇B接 7個擴展模塊，最大擴展至 168 路數(shù)字量 I/O 點或 35路模擬量 I/O 點。這樣的調(diào)速方法就是變頻調(diào)速。 B. 變頻調(diào)速器的工作原理 變頻器調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系： n=60f（ 1s)/p，（式中 n、 f、 s、 p分別是表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機轉(zhuǎn)差率、電機磁極對數(shù)）；通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉(zhuǎn)速的目的。 I/O 端子排可很容易地整體拆卸。 方案二：用 LED 數(shù)碼管來顯示。在需要降穩(wěn)時按下 X1 鍵再按確認。本系統(tǒng)中熱電阻的作用是，當(dāng)爐溫過低時，控制熱電阻對其進行加熱。 PLC 的具體軟件主程序流程圖如圖 51所示。三種方法各有特點，其共同點都是通過實驗、然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。 本科畢業(yè)設(shè)計 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 21 圖 比例積分微分圖 調(diào)節(jié)器輸入輸出之間的比例 —— 積分 —— 微分關(guān)系如下： ( ) [ ( ) 1 / ( ) * ( ) / ]u t Kp e t T i e t dt T d de t dt? ? ? ? 式（ ） 其中 K p為比列系數(shù)， Ti 為積分時間常數(shù)， T d 為微分時間常數(shù)。系 統(tǒng)的工作中，其他電路構(gòu)成。在四年的大學(xué)生涯里，還得到眾多老師的關(guān)心支持和幫助，在此，謹向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意 !論文中不足之處還忘各位老師多多指正。今后的發(fā)展模式的多能化，面對不斷更新的產(chǎn)品，電氣設(shè)計與其他相關(guān)專業(yè)技術(shù)一樣都需要不斷地協(xié)調(diào)創(chuàng)新和完善。 在反饋控制部分的然間程序設(shè)計上主要采用 PID 控制算法，但由于過早地引入積 分作用容易產(chǎn)生飽和，產(chǎn)生過大的超調(diào)量，預(yù)期的調(diào)節(jié)規(guī)律將遭到破壞。在實際調(diào)試中，只能先大致設(shè)定一個經(jīng)驗值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。 圖 硬件總框圖本科畢業(yè)設(shè)計 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 19 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 主要的工作流程圖 本系統(tǒng)采用 PLC 作為核心處理器件，把經(jīng)過溫度檢測電路現(xiàn)場實時采集到的溫度數(shù)據(jù)，存入 PLC 的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，送 LED 顯示，并與預(yù)先設(shè)定值進行比較，然后由 PLC 輸出信號去控制加熱器。當(dāng)電路檢測到溫度偏高或偏低時，電路會產(chǎn)生發(fā)光發(fā)聲報警。 該顯示中選通信號由 Y0， Y4 控制。由于電壓輸出波形的不完整，含有高次諧波分量，對電網(wǎng)有一定的干擾。 主控模塊 PLC S7200 cup 224 集成 14 輸入 /10輸出共 24 個數(shù)字量 I/O 點。國內(nèi)也有不少產(chǎn)品問世。具有較強的控制力。 C 構(gòu)造簡單，使用方便。 圖 爐溫控制系統(tǒng)的原理方框圖 各獨立模塊方案論證 溫度檢測模塊 溫度檢測電路的選擇 方案一：熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。此時系統(tǒng)會啟動熱電阻，控制加熱功率，從而使?fàn)t溫回升，直到重新等 于給定值（即 ( ) ( )ut u r? ）為止。 方案二： 采用 PLC 來作為整機的控制單元，組成框圖如圖 ，經(jīng)過溫度檢測及變換電路把被測對象的溫度轉(zhuǎn)換成電壓信號，該電壓信號經(jīng)過 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后送入 PLC 中，與給定的對應(yīng)所要控制的多組溫度值進行比較，找出現(xiàn)溫度值所在范圍，根據(jù) PLC中設(shè)置的參數(shù)，通過信號轉(zhuǎn)化為變頻器的頻率，控制變頻調(diào)速裝置，帶動被控對象，并且把被控對象的轉(zhuǎn)速經(jīng)過變換電路和 D/A 轉(zhuǎn)換器反饋到 PLC中，與輸出的轉(zhuǎn)速初值進行比較，其偏差被 PID 程序計算出后重新輸出，在規(guī)定的時間內(nèi)循環(huán)。數(shù)據(jù)輸入端接點的通 /斷狀態(tài)決定移位寄存器首位的狀態(tài)。與左母線相連的塊按照觸點并聯(lián)方式編寫語句，依次相聯(lián)的塊叫做子塊。 本科畢業(yè)設(shè)計 4 模塊方案的選擇與論證 11 ORI：或反指令。 LDI：取反指令，常用于常閉觸點與母線連接。 ⑥ 程序結(jié)束時要有結(jié)束符，一般用“ END”表示。這是因為每一觸點的狀態(tài)存入 PLC 內(nèi)的存儲單元中，可以反復(fù)讀 /寫。圖（ b）中 X0 為常開觸點， X1 為常閉觸點， Y0表示輸出，其工作狀態(tài)受 X0、 X1 信號控制，邏輯上與圖（ a）相同，但是 SB SB2 均為物理實體，而 X0、 X1 等表示的可能是外部開關(guān)（或硬開關(guān)），也可能是內(nèi)部開關(guān)或觸點（內(nèi)部軟繼電器觸點）。 梯形圖語言 梯形圖與繼電控制的區(qū)別 梯形圖結(jié)構(gòu)沿用繼電控制原理圖的形式，采用了常開觸點、常閉觸點、線圈和功能快等結(jié)構(gòu)的圖形語言。 ④ 數(shù)據(jù)處理 PLC具有數(shù)學(xué)運算 (含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算 )