【正文】 老師多次詢問研究進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。把輸出值 Mn 轉(zhuǎn)換成 16 位的整數(shù)，首先判斷 Mn 為單極性且非負的數(shù)，把輸出值送到累加器（ VD108,— AC0），然后標準化累加器中的值，將實數(shù)轉(zhuǎn)化成雙整數(shù)，在將雙整數(shù)轉(zhuǎn)化成整數(shù)，最后將數(shù)值寫入模擬量輸出（ AC0— AQW0）。 啟動子程序 設(shè)置 PID 參數(shù)： 裝入回路設(shè)定值 =150 回路增益 = 裝入回路采樣時間 =1S 裝入積分時間 =10min 設(shè)定定時中斷 0 的時間為 100ms 子程序 0 結(jié)束 30 圖 12 中斷子程序 流程圖 在中斷子程序中， 主要是 將過程 變（ PV）轉(zhuǎn)換為標準的實數(shù)。是 S7200 系列 PLC 編程專用軟件。 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 27 間應(yīng)該進行哪項控制的控制時序圖），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，最后把程序框圖寫成 PLC 程序。分塊結(jié)構(gòu)的應(yīng)用最廣泛。 （ 1）線性程序設(shè)計 線性程序設(shè)計就是把工程中需要控制的任務(wù)按照工藝要求書寫在主程序（ 0B1）中。該產(chǎn)品 Pt100 傳感器由用戶自己配備，變送器內(nèi)有線性化和長線補償功能，出廠時按照 Pt100 國標分度表校正，完全達到 級精度要求。 6．電流容量： 40A 、 60A 、 80A 、 100A 。 模擬量輸出模塊 EM232 EM232 具有 2 路模擬量輸出，輸出信號可以是電壓也可以是電流，其輸入與PLC 具有隔離。 繼電器輸出端由 3 組構(gòu)成，其中 N()、 1L、 ～ 為第 1 組， N()、 2L、～ 為第 2 組， N()、 3L、 ～ 為第 3 組。將開關(guān)撥向運行位置時，可編程序控制器處于運行狀態(tài)，此時不能對其編寫程序。 S7200 有四種 CPU，其性能差異很大。 PLC 采用與繼電器電路相似的梯形圖編程，比較直觀，易懂易編，深受電氣技術(shù)人員和電工的歡迎，容易推廣應(yīng)用。 在系統(tǒng)的硬件選定之后，主要的問題是程序設(shè)計。其一是更換電源。其二是 PLC 通訊距離和速度。 對信息交換速度要求高，但交換的信息又不太多的系統(tǒng)，也可以采用可編程序控制器的輸出端口與另一臺可編程序控制器的輸入端口硬件互聯(lián)，通過輸出輸入直接傳送信息，這樣傳送速度快而且可靠。對這一類型對象，一般不選用大型機，因為它編程、調(diào)試都不方便，一旦發(fā)生故障，影響面也大。這需要用戶去選擇最適合自己要求的產(chǎn)品。 這就要求設(shè)計人員在設(shè)計前就要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究。 8 圖 5 PID控制方框圖 圖 6仿真波形圖 從上述兩幅圖圖可以看出系統(tǒng)都有一定的超調(diào)，但是當 KP =2 ， Ti=10 ， Td=2經(jīng)過短暫調(diào)節(jié)后達到穩(wěn)定狀態(tài)且沒有誤差， 而當 Td=2， KP =3， Ti=5， Td=1 時波動較大而且在達到穩(wěn)態(tài)后仍然存在誤差，所以選用 KP =2 ， Ti= 10 ， Td=2 這組參數(shù)。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化 “ 超前 ” ，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。而硫化溫度的控制的控制精度是最為重要的。另一方面，平板硫化機的加熱分方式的好壞、自動化程度的高低也是直接關(guān)系到橡膠制品質(zhì)量的重要因素，這往往也是橡膠制品生產(chǎn)廠家選擇平板硫化機的重要指標。硫化溫度控制精度越高，則越容易得到質(zhì)量更好、性能更穩(wěn)定的產(chǎn)品。 1 第一章 緒論 課題的意義及應(yīng)用背景 在橡膠工業(yè)中，硫化工藝是最為關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，如何對硫化溫度進行控制以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，是硫化工藝中必須解決的關(guān)鍵問題。硫化機的工藝流程是：硫化 硫化機升溫到設(shè)定溫度—— 橡膠磨具放入硫化機 —— 橡膠磨具加熱 —— 硫化時間到汽缸運動時出加熱區(qū)。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。 △ e(n) — 第 n 次采樣時刻輸入的偏差與第 n1次采樣時刻輸入的偏差之差； KP — 比例增益； KI— 積分系數(shù)（ 11 TTKK P? ） KD — 微分系數(shù)（ TTKK PD ? ） T — 采樣周期， TI 、 TD分 別為積分時間常數(shù)和微分時間常數(shù)。輸入、輸出 和輔助電源之間是完全隔離（三隔離） ， 可以承受 2500VDC 的隔離耐壓。為了能達到這一點，要求在系統(tǒng)設(shè)計上，器件選擇上，軟件編程上要全面考慮。如對原有系統(tǒng)的改造、完善或改進原有設(shè)備的某方面功能等等。這樣選用每一臺中小型可編程序控制器控制一臺單體設(shè)備，功能簡化，程序好編，調(diào)試容易，運行中一旦發(fā)生故障影響面小，且容易查找。根據(jù)控制對象的操作規(guī) 則可以估計出控制程序所占內(nèi)存的容 14 量。 入輸出點數(shù)的估計。 (2) 選擇接口設(shè)備 目前 PLC 的產(chǎn)品很多，在選擇機型和接口設(shè)備時要注意選擇質(zhì)量好，控制可靠的產(chǎn)品。它應(yīng)用大規(guī)模集成電路、微型機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展成果，逐步形成具有多種優(yōu)點和微型、小型、中型、大型、超大 型等各種規(guī)格的 PLC 系列產(chǎn)品，應(yīng)用于從繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計算機之間的許多過程控制領(lǐng)域。 （ 7）維修方便?？蛇B接７個擴展模塊，最大擴展至 248 點數(shù)字量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O。 CPU224有 13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存貯空間， 6個獨立的 30KHｚ高速計數(shù)器， 2路獨立的 20KHｚ高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。 模擬量輸入模塊 EM231 EM231 具有 4 路模擬量輸入， 輸入信號可以是電壓也可以是電流，其輸入與PLC 具有隔離。 電壓輸出時，“ V”為電壓 正端，“ M”為電壓負端。 ，如要再運行，需排除故障后，再送電運行。10% 靜態(tài)電流 +24VDC 16 20 mA 5 。對于一些控制規(guī)模較大，運行過程比較復(fù)雜的控制程序，特別是分支較多的控制程序則不宜選用這種結(jié)構(gòu)。 梯形圖法：梯形圖法是用梯形圖語言去編制 PLC 程序。系統(tǒng)控制的任務(wù)實際上可以認為在不同時刻或者在不同進程中去完成對各個步的控制。 28 對于外接電路的各元件分配編號，編號的分配必須是主機或者是擴展模塊本身 是機提供的，而且可以用來編程，兩個設(shè)備不能共用一個輸入輸出點。 S7200 可編程控制器使用 STEP7Micro/WIN32 編程軟件進行編程。 系統(tǒng) 在設(shè)計中對 PID參數(shù)進行了模擬仿真。除了敬佩 董 老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴謹和科學(xué)研究的精神也是我永遠學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后 的學(xué)習(xí)和工作。 該系統(tǒng)已在中船重工 752研究所的硫化機上成功運行，效果良好，控制精度在 177。 34 圖 16子程序梯形圖 在子程序中主要是裝入回路設(shè)定值 VD104，回路增益 VD112，回路采樣時間VD118，積分時間 VD120,同時設(shè)定定時中斷 0 的時間（ SMB34）間隔為 100ms，設(shè)定定時中斷執(zhí)行 PID 程序 INT_0。 （ 2） 主程序調(diào)用子程序 0 的流程 圖 ，如圖 9 所示。這里所說的經(jīng)驗，有的是來自自己的經(jīng)驗總結(jié)，有的可能是別人的設(shè)計經(jīng)驗，有的也可能是來自其它資料的典型程序。邏輯流程圖法是把系統(tǒng)的工藝流程，用邏輯方框圖表示出來形成系統(tǒng)的邏輯方框圖。而且，如果覺得用一個線性程序編制具體任務(wù)的控制程序還有困難時，可以在編制具體任務(wù)控制程序時 ，再一次使用分塊結(jié)構(gòu)編程，因而使編程簡單容易。 在 S7200PLC 編制程序時首先要根據(jù)整個工程的要求把程序分塊，其次是合理利用指令，嚴格注意信號名稱定義，恰如其分地編寫各個程序塊的程序。 ：手動調(diào)整儀表輸出范圍為 0～ 100%。 一、 PAC01A 主要技術(shù)指標： ～ 20mA 輸入 : 接收阻抗 500Ω ～ 調(diào)節(jié)輸出分辨力：調(diào)壓 。s 隔離 ：有 耗電 從 5VDC（ I/O總線）耗電 10 mA 開關(guān)設(shè)置 SW1 SW2 SW3 輸入類型 ON OFF ON 0～ 10V ON ON OFF 0～ 5V或 0～ 20mA OFF OFF ON 177。 1L+、 2L+分別為公共端。輸出端子的運行狀態(tài)可以由頂部端子蓋下方一排指示燈顯示， ON 狀態(tài)對應(yīng)的指示燈亮。 S7200 PLC 包含了一個單獨的 S7200 CPU 和各種可選擇的擴展模塊，可以十分方便地組成不同規(guī)模的控制器。 可編程控制器的特點 （ 1） 可靠性高。最好類型、型號一致。內(nèi)存利用率的提高會使同樣程序減少內(nèi)存容量，從而降低內(nèi)存投資、縮短周期時間、從而提高系統(tǒng)的響應(yīng)時間。 對 PLC 性能要求的估計：為了正確地估計 PLC 性能要求，需要了解下面問題 : ，如高速計數(shù)器等。 快速控制大系統(tǒng)：隨著可編程序控制器在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的不斷擴大，在中小型的快速系統(tǒng)中，可編程序控制器不僅僅完成邏輯控制和主令控制，它已逐步進入了設(shè)備控制級，如高速線材，中低速熱連軋等速度控制系統(tǒng)。 二是設(shè)備分散，設(shè)備的功率較大，如料場設(shè)備。 12 在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。 系統(tǒng)設(shè)計的原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 MATLAB 語法規(guī)則簡單、容易掌握、調(diào)試方便 ， 具有高效、簡單和直觀的特性。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大 ，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。本系統(tǒng)是以西門子 S7200PLC 為主要控制原件，利用其內(nèi)部的 PID 指令進行模擬量溫度控制，此控制思路不盡設(shè)計思路簡易，而且還省去了買 PID 模塊的成本。硫化過程是橡膠大分子鏈發(fā)生反應(yīng)的過程。硫化溫度控制精度越高，則越容易得到質(zhì)量更好、性能更加穩(wěn)定的產(chǎn)品。而硫化溫度的控制的控制精度是最為重要的。另一方面，平板硫化機的加熱分方式的好壞、自動化程度的高低也是直接關(guān)系到橡膠制品質(zhì)量的重要因素，這往往也是橡膠制品生產(chǎn)廠家選擇平板硫化機的重要指標。據(jù)不完全統(tǒng)計，在工業(yè)過程控制和航空航天控制等領(lǐng)域，應(yīng) 用 PID 控制占80%以 上 。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加 ， 積分項會增大。 與其 他高級語言相比 , MATLAB 提供了一個人機交互的數(shù)學(xué)系統(tǒng)環(huán) 境 ， 可以大大節(jié)省編程時間。 11 第三章 硫化機硬件電路設(shè)計 硫化機控制系統(tǒng)的組成 硫化機控制系統(tǒng)主要由基于 PLC 的溫度 PID 控制部分，測量電路部分，輸出調(diào)壓電路部分和供電 電源部分組成。但是，新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護也會導(dǎo)致工程的投入和運行資金的增加。這時需選用局部式結(jié)構(gòu)，低電壓高密度輸入輸出模板。從總體上看是合理的，可滿足系統(tǒng)要求，價格也便宜。 /輸入，按點數(shù)進行粗估。 內(nèi)存利用率與編程水平有關(guān)。這一點請注意模塊的型 號、規(guī)格要配套。在許多場合，可編程序 控制器可以構(gòu)成各種綜合控制系統(tǒng)，列如構(gòu)成邏輯控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)、圖形工作站等等。它以緊湊的結(jié)構(gòu)、良好的擴展性、強大的指令功能、低廉的價格，已經(jīng)成為當代各種小型控制工程的理想控制器。 頂部端子蓋下邊為輸出端子和 PLC 供電電源端子。 DC 輸出端由 1M、 1L+、 ～ 為 第 1 組， 2M、 2L+、 ～ 為第 2 組組成。 、 0～ 20mA 分辨率 ： 12bit 轉(zhuǎn)換速度 ： 250181。輔助功能包括：上電緩啟動、緩關(guān)斷、散熱器超溫和電 源或負載故障，可廣泛用于工業(yè)各領(lǐng)域中的電阻性負載調(diào)壓。 三、 初步調(diào)試 ：參照接線圖接線，為調(diào)試可靠，一般先接 100～ 200W 燈泡假負載并將儀表置手動狀態(tài)。 第四章 軟件 設(shè)計 軟件設(shè)計思想 本 系統(tǒng)是以西門子 S7200PLC 系列中的 CPU224 為核心而設(shè)計的，用西門子公司專門為其設(shè)計的“ STEP 7Micro/WIN 32”軟件進行編程。由于具體任務(wù)的控制程序分別在各自的子程序中編制，而具體任務(wù)的控制程序相對來說都比較簡單，用比較簡單的線性程序就能夠?qū)崿F(xiàn)，因而可以使程序的編制相對容易。 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，反應(yīng)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。 這時系統(tǒng)裝載 PID 參數(shù)和連接 PID 中斷服務(wù)程序。 （ 2）子程序 梯形圖 ，如圖 14 所示?？梢灾苯痈鶕?jù)設(shè)計完成實物的制作。 然后還要感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我們打下 電氣 專業(yè)知識的基礎(chǔ)；同時還要感謝所有的同學(xué)們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。模擬仿真波形 超調(diào)量小穩(wěn)定性好，上升時間短，系統(tǒng)初始相應(yīng)快， 調(diào)節(jié)時間短， 充分體現(xiàn)出了 PID控制的 優(yōu)良性 。單擊桌面圖標進入操作界面如圖 13 所示。 在 PLC 的梯形 圖中，觸點的使用次數(shù)可能用無數(shù)次，而線圈的使用次數(shù)只能是一次，否則， 容易引發(fā)系統(tǒng)出現(xiàn)意外的事故。為此不少 PLC 生產(chǎn)廠家在自己的 PLC 中增加了步進順控