【正文】 231 校準(zhǔn)和配置位置圖如圖 33所示。 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 [12]。然后根據(jù)所要求的性能指標(biāo)確定控制器的參數(shù)值。 分鐘； ? =錯誤 !未找到引用源。 （ 33） 式 33 中： pK 為比例系數(shù)， IT 為積分時間常數(shù)， DT 為微分時間常 數(shù)。常用的工程整定法有經(jīng)驗整定法、臨界比例度法、衰減曲線法、反應(yīng)曲線法、自整定法等。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%。 第四章 PLC 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計主要包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分，上一章已經(jīng)詳細(xì)介紹了本項目硬件連接。這對于熟悉繼電器控制的人來說，是最方便的一種編程方法。多數(shù)是設(shè)計前先選擇與自己工藝要求相近的程序，把這些程序看成是自己的“試驗程序”。 STEP7Micro/WIN 簡單介紹 以 STEP7Micro/WIN創(chuàng)建程序，為接通 STEP 7Micro/WIN， 可雙擊 STEP 7Micro/WIN圖標(biāo)，或選擇開始（ Start） SIMATIC STEP 7 Micro/WIN 菜單命令。單擊標(biāo)簽可在子程序、中斷程序和主程序之間來回變換 [15]。 梯形圖程序設(shè)計語言是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種程序設(shè)計語言。梯形圖程序設(shè)計語言的特點是： （ 1）與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性； （ 2）與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，對電氣技術(shù)人員來說，易于撐握和學(xué)習(xí)； （ 3）與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點是，梯形圖中的能流（ Power FLow）不是實際意義 的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實際存在的繼電器，因此，應(yīng)用時，需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對待； （ 4）與布爾助記符程序設(shè)計語言有一一對應(yīng)關(guān)系，便于相互的轉(zhuǎn)換和程序的檢查 [16]。 。 （ 1）在 STEP7Micro/WIN 運行時單擊通訊圖標(biāo)，或從“視圖”菜單中選擇選項“通信”，則會出現(xiàn)一個通信對話框（如圖 42所示） 。這種程序設(shè)計語言采用因果關(guān)系來描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果。盡管有某些限制，在這些程序編輯器的任何一 個中編寫的程序均可用其它程序編輯器進(jìn)行瀏覽和編輯。工具欄將提供快捷鍵按鈕，用于經(jīng)常使用的菜單命令，可顯示或隱藏工具欄的任何按鈕。 計算機(jī)輔助設(shè)計是通過 PLC 編程軟件（比如 STEP7Micro/WIN） 在計算機(jī)上進(jìn)行程序設(shè)計、離線或在線編程、離線仿真和在線調(diào)試等。邏輯流程圖會使整個程序脈絡(luò)清晰，便于分析控制程序、查找故障點及調(diào)試和維修程序。 PLC 程序設(shè)計方法 編寫 PLC 程序的方法很多，這里主要介紹幾種典型的編程方法。需要時，最后加入微分（ D）作用，即從零開始，逐漸加大微分時間 Td，由于微分作用能抑制振蕩，在加入微分作用之前，可以把積分時間也縮短一些。下面介紹下方法步驟。 完成了上述內(nèi)容后，該溫度控制系統(tǒng)就已經(jīng)確定了。 PID 控制及參數(shù)整定 比例、積分、微分三種控制方式各有獨特的作用?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如 圖 36 所示，方框圖如圖 37 所示。 表 34 I/O點分配表 2)系統(tǒng)整體設(shè)計方案及硬件連接圖。在各種熱電式傳感器中，以將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢和電阻的方法最為普遍。 5V,177。 本溫度控制系統(tǒng)由于輸入 /輸出點數(shù)不多，本可以使用 CPU224 以下的類型，不過為了能調(diào)用編程軟件 STEP 7 里的 PID模塊，只能采用 CPU226 及以上機(jī)種。 S7200 PLC 屬于小型整體式的 PLC, 本機(jī)自帶 RS485 通信接口、內(nèi)置電源和 I/O 接口。 根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場信號的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種 形式。初始化程序的主要內(nèi)容有：對某些數(shù)據(jù)區(qū)、計數(shù)器等進(jìn)行清零，對某些數(shù)據(jù)區(qū)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行恢 復(fù)，對某些繼電器進(jìn)行置位或復(fù)位，對某些初始狀態(tài)進(jìn)行顯示等等。畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進(jìn)入 PLC 的控制電路等。 (1) 系統(tǒng) I/O 設(shè)備的選擇。整個系統(tǒng)的設(shè)計分 以下 5 步進(jìn)行。適當(dāng)考慮生產(chǎn)發(fā)展和工藝改進(jìn)的需要，在 I/O 接口、通信能力等方面留有余地。而在實際設(shè)計過程中，設(shè)計原則往往會涉及很多方面，其中最基本的設(shè)計原則可以歸納為 4 點。例如：通過歸檔數(shù)據(jù)，您可 以查看過去一段時間的系統(tǒng)運行情況，過程變量等。 HMI 軟件分為兩部分，即運行于 HMI 硬件中的系統(tǒng)軟件和運行于 PC 機(jī) Windows 操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件（如組態(tài) 王等 ）。 可編程控制器的分類及特點 根據(jù) PLC 的結(jié)構(gòu)形式，可將 PLC 分為整體式和模塊式兩類 。 I/O 模塊的類型、品種與規(guī)格越多，系統(tǒng)的靈活性越好，模塊的 I/O 容量越大，系統(tǒng)的適應(yīng)性就越強。 3）存儲器 存儲器（內(nèi)存）主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元。 （ 6）按程序進(jìn)行處理，根據(jù)運算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo) 志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容。 PLC 的基本結(jié)構(gòu)如圖 21所示 ： 圖 21 PLC 基本結(jié)構(gòu)圖 1） CPU（中央處理器） CPU 是 PLC 的核心，由運算器、控制器、寄存器 、系統(tǒng) 總線 ， 外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路構(gòu)成。 1968 年，美國通用汽車公司（ GM）為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，要求尋找一種比繼電器更可靠、功能更齊全、響應(yīng)速度更快的新型工業(yè)控制器，并從用戶角度提出了新一代控制器應(yīng)具備的十大條件，立即引發(fā)了開發(fā)熱潮。 第二章，簡單概述了 PLC 和人機(jī)界面的基本概念以及結(jié)構(gòu)功能等基礎(chǔ)內(nèi)容。 PLC 的應(yīng)用已成為一個世界潮流，在不久的將來 PLC 技術(shù)在我國將得到更全面的推廣和應(yīng)用。而適應(yīng)于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國內(nèi)技術(shù)還不十分成 熟。 4)這些溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工職能等理論及計算機(jī)技術(shù)，運用先進(jìn)的算法，適應(yīng)的范圍廣泛。 報表的產(chǎn)生與打印 —— 能把資料轉(zhuǎn)換成報表的格式，并能夠打印出來。 人機(jī)界面 可以 對 控 制系統(tǒng)進(jìn)行 全面監(jiān)控 ，包括參數(shù)監(jiān)測、信息處理、在線優(yōu)化、報警提示、數(shù)據(jù)記錄等功能，從而使控制系統(tǒng)變得簡單 易懂、操作 人性化，深受廣大用戶的喜歡。 在工業(yè)自動化領(lǐng)域內(nèi) ,PLC（可編程控制器） 以其可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、功能強大、性價比高、體積小、能耗低等顯著特點廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的自動控制之中。編程時調(diào)用了編程軟件 STEP 7 Micro WIN中自帶 的 PID控制模塊，使得程序更為簡潔，運行速度更為理想。 本文主要介紹了基于西門 子公司 S7200系列的可 編程控制器和亞控公司的組態(tài)軟件組態(tài)王的爐溫控制 系統(tǒng)的 設(shè)計方案。 近年來，國內(nèi)外對溫度控制器的研究進(jìn)行了廣泛、深入的 研究，特別是隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，溫度控制器的研究取得了巨大的發(fā)展，形成了一批商品化的溫度調(diào)節(jié)器，如 :職能化 PID、模糊控制、自適應(yīng)控制等，其性能、控制效果好 ,可廣泛應(yīng)用于溫度控制系統(tǒng)及企業(yè)相關(guān)設(shè)備的技術(shù)改造服務(wù)。 此外，隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高，用戶對控制系統(tǒng)的過程監(jiān)控要求越來越高， 人機(jī)界面 （ HMI） 的 出現(xiàn)正好滿足了用戶這一需求。 歷史資料趨勢顯示 —— 把數(shù)據(jù)庫中的資料作可視化的呈現(xiàn)。 3)能適應(yīng)于受控系統(tǒng)過程復(fù)雜、參數(shù)時變的溫度控制系統(tǒng)的控制。目前 ,我國在這方面總體水平處于 20 世紀(jì) 80 年代中后期水平 ,成熟產(chǎn)品主要以“點位 ” 控制及常規(guī)的 PID 控制器為主 ,它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制 ,難于控制滯后、復(fù)雜、時變溫度系統(tǒng)控制。其性能優(yōu)越，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，并已成為工業(yè)自動化的三大支柱 (PLC、工業(yè)機(jī)器人、 CAD/CAM)之一。 第一章，對溫度控制系統(tǒng)應(yīng)用的背景及國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了闡述，指出了本文的研究意義所在。 可編程控制器基礎(chǔ) 可編程控制器的產(chǎn)生和應(yīng)用 20 世紀(jì) 60 年代，計算機(jī)技術(shù)開始應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，由于價格高 、輸入電路不匹配、編程難度大以及難于適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境等原因，未能在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得推廣。 無論是整體式還是模塊式，從硬件結(jié)構(gòu)看， PLC 都是由 CPU、 存儲器 、 I/O接口單元及擴(kuò)展接口和擴(kuò)展部件 、 外設(shè)接口及外設(shè)和電源等部分組成，各 部分之間通過系統(tǒng)總線連接。 （ 5）采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的數(shù)據(jù)，并存入指定的寄存器中。 I/O 模塊分為開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、模擬量輸入和模擬量輸出等模塊。 5）智能模塊 除了上述通用的 I/O 模塊外， PLC 還提供了各種各樣的特殊 I/O 模塊，如熱電阻、熱電偶、溫度控制、中斷控制、位置控制、以太網(wǎng)、遠(yuǎn)程 I/O 控制、打印機(jī)等專用型或智能型的 I/O 模塊，用以滿足各種特殊功能的控制要求。工作時逐條順序掃描用戶程序，如果一個線圈接通或斷開，該線圈的所有觸點不會立即動作，需等掃描到該觸點時才會動作 [6]。根據(jù) HMI 的產(chǎn)品等級不同，處理器可分別選用8 位、 16 位、 32 位的處理器。 (4) 數(shù)據(jù)歸檔 HMI 系統(tǒng)可以記錄過程變量值和報警信息并歸檔。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象 (生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程 )的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 (4)發(fā)展性原則。所謂硬件設(shè)計，是指 PLC 外部評估控制任務(wù) PLC機(jī)型的選擇 控制柜設(shè)計及布線 程序設(shè)計 聯(lián)機(jī)調(diào)試 PLC安裝 程序檢查、調(diào)試 控制流程的設(shè)計 程序備份 修改軟、硬件 模擬運行 投入使用 是否滿足要求 設(shè)備的設(shè)計，而軟件設(shè)計即 PLC 應(yīng)用程序的設(shè)計。 2. 硬件選擇 具體包括如下。 (4) 繪制 PLC 外圍硬件線路圖。在 PLC 上電后，一般都要做一些初始化的操作，為啟動作必要的準(zhǔn)備，避免系統(tǒng)發(fā)生誤動作。程序模擬調(diào)試是，以方便的形式模擬產(chǎn)生現(xiàn)場實際狀態(tài)，為程序的運行創(chuàng)造必要的環(huán)境條件。 PLC 的選型與硬件配置 PLC 型號的選擇 本溫度控制系統(tǒng)選擇德國西門子公司的 S7200 系列的 PLC。配有 2 個 RS485 通訊口，具有 PPI， MPI 和自由方式通訊能力， 波特率最高為 kbit/s，可用于較高要求的中小型控制系統(tǒng) [11]。 表 31 EM231 技術(shù)指標(biāo) 型號 EM231 模擬量輸入模塊 總體特性 外形尺寸： 80mm 62mm 功耗： 3W 輸入特性 本機(jī)輸入： 4 路模擬量輸入 電源電壓：標(biāo)準(zhǔn) DC 24V/4mA 輸入類型： 0~10V， 0~5V，177。 圖 33 DIP配置 EM231 熱電式傳感器 熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)化為電量變化的裝置。 表 33 K 型熱電偶分度表 I/O 點分配及電氣連接圖 1) 該溫度控制系統(tǒng)中 I/O 點分配表如表 34 所示。 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立 本溫度控制系統(tǒng) 中， 傳感器 （電熱偶） 將檢測到的溫度信號轉(zhuǎn)換 成電壓信號經(jīng)過溫度模塊后， 與設(shè)定 溫度 值進(jìn)行比較 ， 得到偏差 ， 此偏差 送入 PLC 控制器輸入觸點 功能說明 輸出觸點 功能說明 啟動按鈕 運行指示燈（綠） 停止按鈕 停止指示燈（紅） 固態(tài)繼電器 計算機(jī) P L C EM231 模塊 固態(tài)繼電器 熱電偶 烤爐 按 PID 算法進(jìn)行修正 ， 返回對應(yīng)工況下的 固 態(tài)繼電器 導(dǎo)通時間 ， 調(diào)節(jié)電熱絲的有效加熱功率 ， 從而實現(xiàn)對 爐子 的溫度控制。 分鐘。 根據(jù)以上的分析，本溫度控制系統(tǒng)適于采用 PID 控制。在這里，我們采用經(jīng)驗整定法來整定控制器的參數(shù)值。調(diào)整積分時間的大小，直到出現(xiàn) 4： 1的衰減振蕩。本章在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，將詳細(xì)介紹本項目軟件設(shè)計，主要包括軟件設(shè)計的基本步驟、方法，編程軟件 STEP7Micro/WIN 的介紹以及本項目程序設(shè)計。 （ 2）邏輯流程圖法 邏輯流程圖法是用 邏輯框圖表示 PLC 程序的執(zhí)行過程，反映輸入與輸出的關(guān)系。結(jié)合自己工程的情況，對這些“試驗程序”逐一修改，使之適合自己的工程要求。如圖 41所示， STEP 7Micro/WIN項目窗口將提供用于創(chuàng)建控制程序的便利工作空間。 STEP 7Micro/WIN提供了用于創(chuàng)建程序的三個編輯器：梯形圖（ LAD）、語句表（ STL）和功能塊圖（ FBD）。采用梯形圖程序設(shè)計語言，程序采用梯形圖的形式描述。 STEP7Micro/WIN 參數(shù)設(shè)置（通訊設(shè)置） 本項目中 PLC 要與電腦正確通信，安裝完 STEP7Micro/WIN 編程軟件且設(shè)置好硬件后，可以按下列步驟進(jìn)行通訊