【正文】 ，及時更正軟硬件方面的問題。可連接 7 個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 248 點(diǎn)數(shù)字量或 35 點(diǎn)模擬量 I/O。 EM231 模塊 需要用戶通 過 DIP 開關(guān)進(jìn)行 組態(tài) ： SW1～ SW3 用于選擇熱電偶類型， SW4 沒有使用， SW5用于選擇斷線檢測方向， SW6 用于選擇是否進(jìn)行斷線檢測， SW7 用于選擇測量單位， SW8 用于選擇是否進(jìn)行冷端補(bǔ)償。5V ON OFF 177。國際標(biāo)準(zhǔn)熱電偶 有 S、 B、 E、 K、 R、 J、 T 七種 類型，在本系統(tǒng)中，我們選用了K 型熱電偶（分度表如表 33 所示），其測溫范圍大約是 0～ 1000℃。首先要根據(jù)受控對象的數(shù)學(xué)模型和它的各特性以及設(shè)計要求，確定控制器的結(jié)構(gòu)以及和受控對象的連接方式。 （ 32） 由階躍響應(yīng)法求得， 0K =； 0T =錯誤 !未找到引用源。將三種方式加以組合在一起，就是比例積分微分（ PID） 控制 ,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 錯誤 !未找到引用源。 對于工程整定法，工程技術(shù)人員無需知道對象的數(shù)學(xué)模型，無需具備理論計算所需的理論知識，就可以在控制系統(tǒng)中直接進(jìn)行整定，因而簡單、實(shí)用，在實(shí)際工程中被廣泛使用。然后再加入積分 ( I )作用，一般先取積分時間 T1 為衰減振蕩周期的一半左右。 表 35 控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 控制 變量 規(guī)律的選擇 比例度 ? （ %） 積分時間 Ti（分鐘） 微分時間 Td（分鐘） 溫度 對象容量滯后較大，即參數(shù)受干擾后變化遲緩， ? 應(yīng)小， Ti要長，一般需要微分 2060 310 通過經(jīng)驗(yàn)整 定法的整定， PID 控制器 整定參數(shù)值為： 比例系數(shù) cK =120，積分時間 iT =3 分鐘，微分時間 dT =1 分鐘。這種方法很容易地把原繼電器控制電路移植成 PLC 的梯形圖語言。 2. 經(jīng)驗(yàn)法編程 經(jīng)驗(yàn)法是運(yùn)用自己的或者別人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計。操作主界面如圖 41 所示。子程序和中斷程序在程序編輯器窗口的底部均按標(biāo)簽顯示。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計稱為編程。 在工業(yè)過程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉，因此，由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來的梯形圖受到了歡迎，并得到了廣泛的應(yīng)用。 控制程序流程圖 圖 45 程序流程圖 啟動 綠燈亮，系統(tǒng)運(yùn)行 調(diào)用 PID模塊 PID輸出轉(zhuǎn) 換成占空比 定時器控制 加熱時間 溫度當(dāng)前值和 設(shè)定值等顯示 開始 梯形圖程序 啟動，綠燈亮 停止，紅燈亮 上述程序中 ， 和 分別是啟動和停止按鈕， 和 分別是系統(tǒng)運(yùn)行指示燈（綠燈）和系統(tǒng)停止指示燈（紅燈）， 和 是中間繼電器。 圖 42 通信參數(shù)設(shè)置 （ 2）在對話框中雙擊 PC/PPI 電纜的圖標(biāo)，將出現(xiàn) PG/PC 接口對話框或者直接單擊“檢視”欄中單擊“設(shè)置 PG/PC 接口”也行。每個梯級是一個因果關(guān)系。用的比較多的是梯形圖（ LAD）編程語言。瀏覽條給出了多組圖標(biāo)，用于訪問 STEP 7Micro/WIN的不同編程特性。使用編程軟件可以很方便的在計算機(jī)上離線或在線編程、在線調(diào)試，在計算機(jī)上進(jìn)行程序的存取、加密以及形成 EXE 文件 [14]。 （ 3）時序流程圖法 時序流程圖法是首先畫出控制系統(tǒng)的時序圖（即到某一個時間應(yīng)該進(jìn)行哪項(xiàng)控制的控制時序圖），再根據(jù)時序關(guān)系畫出對應(yīng)的控制任務(wù)的程序框圖，最后把框圖寫成 PLC 程序。 1. 圖解法編程 圖解法是靠畫圖進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計。通過微分時間的湊試，使過渡時間最短，超調(diào)量最小。 經(jīng)驗(yàn)整定法實(shí)質(zhì)上是一種經(jīng)驗(yàn)湊試法，是工程技術(shù)人員在長期生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來的。在系統(tǒng)投運(yùn)之前，還需要進(jìn)行控制器的參數(shù)整定。比例控制是一種最基本的控制規(guī)律，具有反應(yīng)速度快，控制及時，但控制結(jié)果有余差等特點(diǎn)。 圖 35 系統(tǒng)硬件連接圖 圖 36 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 R(s) + E(s) U(s) Y(s) _ 圖 37 控制系統(tǒng)方框圖 PLC 控制器 固態(tài)繼電器 烤爐 溫度模塊 熱 電偶 Gc(s) Go(s) 圖 37 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)為廣義對象，即控制閥、對象控制通道、測量變送裝置三個環(huán)節(jié)的合并； 該溫度控制系統(tǒng)是具有時滯的一階閉環(huán)系統(tǒng)，傳遞函數(shù)為 錯誤 !未找到引用源。系統(tǒng)選用 PLC CPU226 為控制器， K型熱電偶將檢測到的實(shí)際爐溫轉(zhuǎn)化為電壓信號，經(jīng)過 EM231 模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號并送到 PLC 中進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)， PID 控制器輸出量轉(zhuǎn)化成占空比，通過固態(tài)繼電器控制爐子加熱的通斷來實(shí)現(xiàn)對爐子溫度的控制。其中最常用于測量溫度的是熱電偶和熱電阻，熱電偶是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢變化 ,而熱電阻是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化。 ,0~20mA 分辨率： 12 Bit 轉(zhuǎn)換速度： 250μ S 隔離：有 耗電 從 CPU 的 DC 5V （ I/O 總線）耗電 10mA DIP 開關(guān) SW1 0, SW2 0, SW3 1（以 K 型熱電偶為例） 表 32 所示為如何使用 DIP 開關(guān)設(shè)置 EM231 模塊， 開關(guān) 2 和 3可選擇模擬量輸入范圍。 EM231 模擬量輸入模塊 本溫度控制系統(tǒng)中，傳感器將檢測到的溫度轉(zhuǎn)換成 0～ 41mv 的電壓信號，系統(tǒng)需要配置 模擬量輸入模塊 把電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再送入 PLC 中進(jìn)行處理。它的硬件配置靈活，既可用一個單獨(dú)的 S7200 CPU構(gòu)成一個簡單的數(shù)字量控制系統(tǒng)，也可通過擴(kuò)展電纜進(jìn)行數(shù)字量 I/O 模塊、模擬量模塊或智能接口模塊的擴(kuò)展，構(gòu)成較復(fù)雜的中等規(guī)?？刂葡到y(tǒng) [10]。 (1)硬件模擬法是使用一些硬件設(shè)備（如用另一臺 PLC 或一些輸入器件等）模擬產(chǎn)生現(xiàn)場的信號，并將這些信號以硬接線的方式連到 PLC 系統(tǒng)的輸入端，其時效性較強(qiáng)。 (2)檢測、故障診斷和顯示等程序。由 PLC 的 I/O 連接圖和 PLC 外圍電氣線路圖組成 系統(tǒng)的電氣原理圖。輸入設(shè)備包括按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等。 1. 熟悉被控對象 深入了解被控系統(tǒng)是設(shè)計控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 2. 評估控制任務(wù) 根據(jù)系統(tǒng)所需完成的控制任務(wù)，對被控對象的生產(chǎn)工藝及特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，特別是從以下幾個方面給以考慮。 1. 設(shè)計原則 (1)完整性原則。 (5) 報表系統(tǒng) HMI 系統(tǒng)可以輸出報警和過程值報表。 用戶 必須先使用組態(tài)軟件制作 “工程文件 ”，再通過 PC 機(jī)和 HMI 產(chǎn)品的串行通訊口，把編制好的 “工程文件 ”下載到 HMI 的處理器中運(yùn)行 。還有一些 PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式 PLC。 6）編程設(shè)備 常見的編程設(shè)備有簡易手持編程器、智能圖形編程器和基于 PC 的專用編程軟件。一般包括系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器兩部分。 （ 7）根據(jù)輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的有關(guān)內(nèi)容，將結(jié)果送到輸出接口。 它 的功能 是 接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并 存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等 ， 是 PLC 不可缺少的組成單元。 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）根據(jù)美國通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺可編程控制器，并在通用汽車公司的自動裝配線上試用，取得很好的效果。 第三章， 主要從系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計角度 ,介紹該項(xiàng)目的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計步驟、 PLC 的硬件配置、外部電路設(shè)計以及 PLC 控制器的設(shè)計和參數(shù)的整定。 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。形成商品化并在儀表控制參數(shù)的自整定方面，國外已有較多的成熟產(chǎn)品，但由于國外技術(shù)保密及我國開發(fā)工作的滯后，還沒開發(fā)出性能可靠的自整定軟件。 5)溫度控制器普遍具有參數(shù)自整定功能。 圖形接口控制 —— 操作者能夠透過圖形接口直接控制機(jī)臺等裝置。人機(jī)界面（ HMI）在自動控制領(lǐng)域的作用日益顯著。目前的工業(yè)控制中 ,常常選用 PLC 作為現(xiàn)場的控制設(shè)備 ,用于數(shù)據(jù)采集與處理、邏輯判斷、輸出控制；而上位機(jī)則是利用 HMI 軟件來完成工業(yè)控制 狀態(tài)、流程和參數(shù)的顯示 ,實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、管理、分析和存儲等功能 。利用組態(tài)軟件組態(tài)王設(shè)計人機(jī)界面， 實(shí)現(xiàn) 控制系統(tǒng) 的實(shí)時監(jiān)控、數(shù)據(jù) 的實(shí)時 采 樣 與處理。 人機(jī)界面 可以 對 控制系統(tǒng)進(jìn)行 全面監(jiān)控 ，包括過程監(jiān)測、報警提示、數(shù)據(jù)記錄等功能，從而使控制系統(tǒng)變得 操作 人性化、過程可視化，在 自動控制領(lǐng)域的作用日益顯著 。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?，F(xiàn)代 PLC 以集成度高、功能 強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、組態(tài)靈活、工作穩(wěn)定受到普遍歡迎，在傳統(tǒng)工業(yè)的現(xiàn)代化改造中發(fā)揮越來越重要的作用 ,尤其適合溫度控制的要求。 自動記錄資料 —— 自動將資料儲存至數(shù)據(jù)庫中，以便日后查看。 2)能適應(yīng)于受控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制。 溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛 ,但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講 ,總體發(fā)展水平仍然不高 ,同日本、美國、德國等先進(jìn)國家相比仍然有著較大的差距。 項(xiàng)目研究內(nèi)容 可編程控制器 (PLC)是集計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動控制裝置。 全論文分七章 ,各章的主要內(nèi)容說明如下 。 第二章 PLC 和 HMI 基礎(chǔ) 可編程邏輯控制器是一種工業(yè)控制計算機(jī)，簡稱 PLC（ Programmable Logic Controller），它使用了可編程序的記憶以存儲指令，用來執(zhí)行諸如邏輯、順序、計時、計數(shù)和演算等功能，并通過數(shù)字或模擬的輸入和輸出，以控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。 可編程控制器的組成和工作原理 PLC 從組成形式上一般分為整體式和模塊式兩種，但在邏輯結(jié)構(gòu)上基本相同。 （ 4）在 PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，并分析、執(zhí)行該指令。輸入模塊和輸出模塊是 PLC 與現(xiàn)場 I/O 裝置或設(shè)備之間的連接部件，起著 PLC 與外部設(shè)備之間的傳遞信息的作用。電源 可分直流和交流兩種 類型 ， 交流 輸入 220VAC 或 110VAC， 直流輸入通常是 24V。PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式。 人機(jī)界面產(chǎn)品的組成及工作原理 人機(jī) 界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存貯單元等，其中處理器的性能決定了 HMI 產(chǎn)品的性能高低，是 HMI 的核心單元。 (3) 顯示報警 控制過程達(dá)到臨界狀態(tài)或系統(tǒng)運(yùn)行錯誤時會自動觸發(fā)報警，例如，當(dāng)爐子溫度超出溫度上下限時自動觸發(fā)報警。無論是用 PLC 組成集散控制系統(tǒng)，還是獨(dú)立控制系統(tǒng)， PLC 控制部分的設(shè)計都可以參考圖 31 所示的步驟。力求控制系統(tǒng)簡單、實(shí)用、合理。 圖 31 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計步驟 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。系統(tǒng)的工作方式及人機(jī)界面，需要顯示的物理量及顯示方式等。在進(jìn)行 I/O 通道分配時應(yīng)給出 I/O 通道分配表，表中應(yīng)包含 I/O 編號、設(shè)備代號、名稱及功能等。程序通常還應(yīng)包括以下內(nèi)容： (1)初始化程序。 4. 程序調(diào)試 程序調(diào)試分為 2 個階段，第一階段是模擬調(diào)試、第二階段是現(xiàn)場調(diào)試。 5. 編寫技術(shù)文件 技 術(shù)文件包括設(shè)計說明書、硬件原理圖、安裝接線圖、電氣元件明細(xì)表、 PLC程序以及使用說明書等 [10]。還有 13KB 程序和數(shù)據(jù)存儲空間空間， 6 個獨(dú)立的 30KHz 高速計數(shù)器，2 路獨(dú)立的 20KHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。 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 31。 EM