【正文】 )。 end yout。abs(error(k))=A+B f(k)=(Aabs(error(k))+B)/A。 for k=1:1:100 time(k)=k*ts。inputdelay39。隨著電子技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一些學(xué)者在這方面進(jìn)行了有益的嘗試，提出了許多有建設(shè)性的想法和做法。若 CPU 的通訊口工作在自由口模式下時(shí)，此通訊口不能同時(shí)工作在其他通訊模式下，如 PPI 編程狀態(tài)。 入口A、C段控制量輸出計(jì)算溫度差b(a+c)/2 溫度差5度？B段控制量控制輸出并進(jìn)行輸出返回YN 圖 解耦判斷程序流程圖 第 21 頁(yè) 主程序流程圖及地址分配 要完成對(duì)溫度的控制，則需要一個(gè)系統(tǒng)的主程序，本節(jié)將以圖和表格形式重點(diǎn)介紹系統(tǒng)主程序流程和程序中用到的地址及分配情況。 3. Windows 系統(tǒng)支持的鼠標(biāo)。而是否進(jìn)行斷線檢測(cè)則固定設(shè)置為是，無(wú)需用戶設(shè)置 [8]。 ? 電 流 ： mA20~0 。 系統(tǒng)中 各個(gè)硬件如表 所示。 設(shè) A、 B、 C 三段溫度分別為 a、 b、 c 攝氏度，若 b 的溫度與 a、 c 的平均值之差大于某一溫度值 W 攝氏度（本設(shè)計(jì)中為 5℃ ），即 52 ??? cab時(shí)，置 B 段控制量為 ，即 B 段停止加熱一個(gè)控制周期，以此來(lái)使三段加熱平衡，達(dá)到升溫同步的效果。 在變速積分 PID 算法中，設(shè)置系數(shù) ))(( kef ，它是 )(ke 的函數(shù)。 R1R3R2負(fù) 載G DT 1T 2D 圖 直流固態(tài)繼電器（二線制）結(jié)構(gòu)圖 當(dāng)加入控制信號(hào)后 ， T1 導(dǎo)電使 T2 飽和導(dǎo)通，負(fù)載與電源接通。要達(dá)到上述的設(shè)計(jì)目標(biāo)，在多段電阻爐設(shè)計(jì)中，各段控制方法的選擇和控制算法的確定最 為重要。 爐溫的自動(dòng)控制方式根據(jù)自動(dòng)控制器的不同形式可分為三大類 [2]： 1. 爐溫位式調(diào)節(jié) 爐溫位式調(diào)節(jié)采取熱電偶采樣，將信號(hào)送入位式調(diào)節(jié)器進(jìn)行比較，然后通過繼 第 3 頁(yè) 電器的通斷來(lái)完成對(duì)爐溫的控制。該元件的其中兩端為輸入控制端，另外兩端為輸出受控端，中間采用光電隔離，以實(shí)現(xiàn)輸入和輸出之間的電氣隔離 (浮空 )。 第 I 頁(yè) 多段電阻爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘 要 溫度是生產(chǎn)實(shí)踐中普遍存在的被控物理量，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電阻爐的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。當(dāng)輸入端加上直流或脈沖信號(hào)時(shí)，輸出端從關(guān)斷變成導(dǎo)通態(tài)，從而控制較大的交流 負(fù)載。它的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低但是調(diào)節(jié)精度不高 ，被調(diào)參數(shù)的波動(dòng)較大，調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器件因動(dòng)作頻繁而易損壞，且工作時(shí)噪聲較大。而且，考慮到多段電阻爐的電阻絲位置不同等原因，會(huì)造成升溫不平衡的影響，故三段之間的解耦輸出控制也至關(guān)重要。它是以功率晶體管作開關(guān)元件，而不是以可控硅作開關(guān)元件，其工作波形見圖 。當(dāng) )(ke 增大時(shí)， 第 8 頁(yè) f 減小，反之增大。 第 11 頁(yè) 3 多段電阻爐溫度控制硬件部分設(shè)計(jì) 在多段電阻爐溫度控制設(shè)計(jì)中硬件設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的 ，本章將從硬件的設(shè)計(jì)方法、元件選擇、硬件連接框圖等方面對(duì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。 表 硬件器件選用表 器件名稱 器件型號(hào) 器件功用簡(jiǎn)述 可編程控制器 SIMATIC S7200 CPU224 系列 作為下位機(jī)的控制器 PC/PPI 電纜 作為 RS232 和 RS485 接口轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行微機(jī)與 PLC 間的通信 模擬量輸入 EM231 TC 接受熱電偶溫度信號(hào)并轉(zhuǎn)化為數(shù)字量 單相交流固體繼 、電器 (SSR) SSR－ 220D40 控制單相交流電 (220V)的導(dǎo)通率，達(dá)到調(diào)功目的 熱電偶 鎳鉻－鎳硅熱電偶 將爐內(nèi) 0～ 1000 攝氏度的溫度轉(zhuǎn)化為 0～41mv 的電 壓信號(hào) 溫度顯示屏 WP 系列變送器 將 0～ 41mV溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為 0～ 5V信號(hào)，并顯示當(dāng)前爐內(nèi)溫度值 模擬量輸入 / 輸出 EM235 進(jìn)行模擬量輸入 /輸出 單相交流繼電器介紹 固體繼電器英文名為 Solid State Relay，簡(jiǎn)稱 SSR。 ? 轉(zhuǎn)化時(shí)間 ： s?250? 。 為了使 DIP 開關(guān)設(shè)置起作用，用戶需要給 PLC 和 /或用戶的電源斷電再通電。 4. 推 薦使用的最小屏幕顯示分辨率為 1024768，小字體。系統(tǒng)程序流程圖如圖 所示，程序中主要變量地址分配情況如表 所示。將 CPU 至于 STOP（停止）模式可以恢復(fù) PPI 模式。一般而言，精密溫控系統(tǒng)的好壞主要取決于系統(tǒng)的 3 個(gè)方面，即溫度探測(cè)儀器 (如金屬電阻溫度計(jì)、熱電偶等 ) 的特性、系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)采取的控溫方式方法。,80) dsys=c2d(sys,ts,39。 rin(k)=1。 else f(k)=0。 figure(1)。 xlabel(39。r39。 error_1=error(k)。 第 48 頁(yè) elseif abs(error(k))Bamp。 ei=0。 sys=tf([1],[60,1],39。而溫度控制系統(tǒng)是變參數(shù)、有時(shí)滯和具有隨機(jī)干擾的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，往往很難得到滿意的控制效果，理想的精密溫度控制系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)精度高、響應(yīng)速度快、參數(shù)易于調(diào)整 、操作靈活方便、溫度穩(wěn)定性好等特點(diǎn) ,傳統(tǒng)的控制方法很難一次全部實(shí)現(xiàn)。通訊協(xié)議應(yīng)該符合通訊對(duì)象的要求或者由用戶決定?？刂屏枯敵鲎映绦蛄鞒虉D如圖 所示。 2. 只要 350M 硬盤空間。 對(duì)于 EM231 8TC 模塊， SW1～ SW3 用于選擇熱電偶類型， SW4 用于選擇斷線檢測(cè)方向， SW5 用于選擇測(cè)量單位， SW6 用于選擇是否進(jìn)行冷端補(bǔ)償。其相關(guān)參數(shù)如下： 1. EM231， 4 路 12 位模擬量輸入（ AI）模板 ? 差分輸入，輸入范圍：電壓： VV 5~0,10~0 ， VV 5, ?? 。本節(jié)將以表格列出器件的型號(hào)，并分別對(duì)主要器件的使用方法進(jìn)行說明。為解決這一影響，在本設(shè)計(jì)中采用一種簡(jiǎn)單的方法，達(dá)到解耦控制的效果。 變速積分 PID 是設(shè)法改變積分項(xiàng)的累加速度，使其與偏差大小相對(duì)應(yīng)，偏差越大，積分越慢，反之則越快。 第 6 頁(yè) 圖 過零觸發(fā)交流固態(tài)繼電器工作波形圖 直流固態(tài)繼電器（ DCSSR） 輸出為 2根線 ， 其結(jié)構(gòu)圖如圖 。并有上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，進(jìn)行溫度給定、顯示、和管理。這樣的系統(tǒng)叫做定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它由被調(diào)節(jié)對(duì)象（爐溫）、檢測(cè)元件（熱電偶）、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等四大環(huán)節(jié)組成。交流固態(tài)繼電器 AC SSR（ Solid State Relay)是一種四端有源功率半導(dǎo)體元器件。因此在現(xiàn)代控制領(lǐng)域中 ,精密溫度控制成為最重要的研究課題之一。 經(jīng)過改進(jìn)后的系統(tǒng)主電路采用三個(gè)單相 SSR 并聯(lián)使用。 2. 爐溫的準(zhǔn)連續(xù)調(diào)節(jié) 即調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用仍然是依靠?jī)x表中的開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但其調(diào)節(jié)性能和連續(xù)調(diào)節(jié)器相仿，準(zhǔn)連續(xù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)又稱連續(xù) PID 調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 爐溫控制方法的選擇 多段電阻爐的加熱過程是由交流電源 A、 B、 C 三相分別通過通斷過程來(lái)控制電阻絲的通斷電 ， 以此達(dá)到加熱和控制溫度的目的。 控制信號(hào)負(fù)載電流 圖 直流固態(tài)繼電器工作波形圖 本設(shè)計(jì)中采用調(diào)功方式控制 的 周波控制法，調(diào)節(jié)負(fù)載功率 從 而達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的 , 調(diào)功的原理為： 設(shè)電網(wǎng)連接 N （設(shè)為 500 個(gè)）個(gè)完整的正弦波 ，作 為一個(gè)控制周期 T （設(shè)為 10s） , 第 7 頁(yè) 則： fNT /? （ ） 式中 f 為電網(wǎng)頻率， HZ 。變速積分的 PID 積分項(xiàng)表達(dá)式為： Tkekefiekku kiii ?????? ?? ???10 )()]([)()( （ ） 系數(shù) f 與偏差當(dāng)前值 )(ke 的關(guān)系可以線性的或非線性的，可設(shè)為 ????? ???0)(1)][(AkEBAEf BAKEBAKEBBKE??????)()()( （ ） f 值在 ? ?1,0 區(qū)間內(nèi)變化，當(dāng) )(ke 差大于所給分離區(qū)間 BA? 后， f ＝ 0，不再對(duì)當(dāng)前值 )(ke 進(jìn)行繼續(xù)累加；當(dāng)偏差 )(ke 小于 B 時(shí)，加入當(dāng)前值 )(ke ，即積分項(xiàng)變?yōu)????kiii Tiekku 0 )()(，與一般 PID 積分項(xiàng)相同，積分動(dòng)作達(dá)到最高速；而當(dāng)偏差)(ke 在 B 與 BA? 之間時(shí)，則累加計(jì)入的是部分當(dāng)前值，其值在 0 ~ )(ke 之間隨 )(ke的大小而變化 。 硬件設(shè)計(jì)方法介紹 要對(duì)三段電阻爐進(jìn)行溫度控制，就要對(duì)三段電阻絲分別進(jìn)行供、停電，其控制回路從硬件觸發(fā)到軟件分別形成了三個(gè)單獨(dú)的子回路。它是用半導(dǎo)體器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)電接點(diǎn)作為切換裝置的具體繼電器特性的無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)器件，單相 SSR 為四端有源器件，其中兩個(gè)輸入控制端，兩個(gè)控制輸出端，輸入輸出之間為光隔離，輸入端加上直流或脈沖信號(hào)到一定電流值后，輸出端就能從斷態(tài)轉(zhuǎn)變成通態(tài)。 ? 最大輸入電壓 DC30 ，最大輸入電流 mA32 。 在本設(shè)計(jì)中采用 EM231 4TC，而熱電偶使用的是鎳鉻－鎳硅熱電偶（ K 型），測(cè)量的單位為攝氏度，故 DIP 開關(guān)具體設(shè)置如下： SW1＝ 0 SW2＝ 0 SW3＝ 1 SW4＝ 0、 SW5＝ 0 SW6＝ 0 SW7＝ 0 SW8＝ 0 模擬量輸入 /輸出模塊 EM235 在本設(shè)計(jì)中完成 B 段 PLC 與溫度變送器模塊模擬量輸入，并完成 A/D 轉(zhuǎn)換功能，完成溫度信號(hào)采集過程。 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)概述 要完成對(duì)溫度的實(shí)時(shí)控制，除了有配套的硬件設(shè)計(jì)之外，控制程序的編寫是至關(guān)重要的，系統(tǒng)程序的好壞，直接關(guān)系到控制精度的高低、控制溫度的穩(wěn)定及系統(tǒng)的靈敏度等因素。 開中斷10s到？調(diào)用溫度信號(hào)采集子程序調(diào)用變速積分PID控制子程序帶解耦算法的控制量輸出子程序通過通訊程序，將溫度信號(hào)發(fā)送至上位機(jī)監(jiān)控程序Y初始化N開始 圖 系統(tǒng)程序流程圖 第 22 頁(yè) 表 程序中主 要變量地址分配表 地址 地址中的內(nèi)容 地址 地址中的內(nèi)容 VD101 第一段溫度緩沖區(qū) VD354 第一段上次采樣溫度誤差 VD109 第三段溫度緩沖區(qū) VD362 第三段上次采樣溫度誤差 VD200 第一段溫度保存地址 VD366 第一段兩次誤差之差 VD204 第二段溫度保存地址 VD370 第二段兩次誤差之差 VD208 第三段溫度保存地址 VD374 第三段兩次誤差之差 VD310 存放比例系數(shù) pK VD378 第一段前多次誤差和 VD314 存放積分系數(shù) iK VD382 第二段前多次誤差和 VD318 存放微分系數(shù) dK VD386 第三段前多次誤差和 VD322 存放采樣時(shí)間 T VD390 第一段的變積分系數(shù) )]([ kef VD330 存放系數(shù) A VD394 第二段的變積分系數(shù) )]([ kef VD334 存放系數(shù) B VD398 第三段的變積分系數(shù) )]([ kef VD338 存放溫度標(biāo)準(zhǔn)值 VD438 第一段控制輸出量 )(ku VD342 第一段此次采樣溫度差 VD468 第二段控制輸出量 )(ku VD346 第二段此次采樣溫度差 VD498 第三段控制輸出量 )(ku VD350 第三段此次采樣溫度差 PLC 與上位機(jī)通訊設(shè)計(jì) PLC 與上位機(jī)通訊主要完成上位機(jī)程序的下載和 PLC 與上位機(jī)之間數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送。 本設(shè)計(jì)中使用 RS－ 232/PPI 電纜，故具體通訊設(shè)置如下： 電纜小盒中的 5 號(hào) DIP 開關(guān)設(shè)置為“ 1”，而其他保持“ 0”。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也日新月異，很多過程控制已實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制。zoh39。 %Linear model yout(k)=den(2)*y_1+num(2)*u_5。 end elseif M==2 f(k)=1。 plot(time,rin,39。time(s)39。 plot(time,f,39。 error_2=error_1。 if M==1 if abs(error(k))=B f(k)