【正文】 產(chǎn)品。 (4)系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。 （ 2）數(shù)顯表：根據(jù) PLC 的輸出實(shí)時(shí)顯示內(nèi)膽溫度和夾套溫度的實(shí)際溫度值，便于控制和觀察。 3) 回路輸出變量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 本設(shè)計(jì)中，利用回路的輸出值來設(shè)定下一個(gè)周期內(nèi)的加熱時(shí)間。其離散化的規(guī)律如表 21 所示 。 其 基本工作原理：首先 計(jì)算出兩個(gè)控制器 PID 的有關(guān)參數(shù)，進(jìn)行PID 初始化，把夾套溫度變送器和內(nèi)膽溫度變送器傳送回來 0~100mV 的電壓信號(hào)通過模擬量輸入模塊 EM235 的 A/D 轉(zhuǎn)換變?yōu)?0~320xx 的數(shù)字量，然后進(jìn)行變換變?yōu)?0~1 的過程量形參，然后 給定一個(gè)夾套溫度給定量 SV 和夾套溫度過程量PV1 傳送給主控制器 PID 運(yùn)算，得到的結(jié)果 OUT1 作為副 控制器的給定量 SV 與內(nèi)膽溫度過程量 PV0 傳送給副控制器 PID 運(yùn)算， 得到的結(jié)果 OUT0 經(jīng)過標(biāo)度變換和模擬量輸出模塊 EM235 的 A/D 轉(zhuǎn)換變?yōu)?0~5V 的控制信號(hào) 傳送給溫度調(diào)功器，對(duì)爐內(nèi)加熱器進(jìn)行控制，同時(shí)對(duì)內(nèi)膽溫度和夾套溫度進(jìn)行檢測(cè)，形成雙閉環(huán)回路控制?？刂茀?shù)大多靠人工經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試確定。 DCS 的關(guān)鍵是通信。 但相對(duì)其他溫度系統(tǒng)而言，單片機(jī) 響應(yīng)速度慢、中斷源少 ，不利于在復(fù)雜的，高要求的系統(tǒng)中使用。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，人們對(duì)溫度控制精確度要求也越來越來高，溫度控制的技術(shù)也得到迅速發(fā)展。 總體方案是采用 PLC 控制器來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體控制，溫度變送器采集夾套和內(nèi)膽溫度信號(hào)；兩個(gè)數(shù)顯儀表分別對(duì)夾套溫度和內(nèi)膽溫度的實(shí)際值進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；兩個(gè)啟動(dòng)按鈕對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行與停止進(jìn)行手動(dòng)控制；指示燈來顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；模擬量擴(kuò)展模塊承擔(dān)兩個(gè)模擬量輸入和一個(gè)模擬量輸出的任務(wù)；調(diào)功器根據(jù) PLC 的控制信號(hào)對(duì)加熱器進(jìn)行控制，來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。這方面的應(yīng)用大多是基于單片機(jī)進(jìn)行的 PID 控制 ， 然而單片機(jī)控制的 DDC 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，特別是設(shè)計(jì)到邏輯方面更不是其長處，然而 PLC 在這方面卻 是公認(rèn)的最佳選擇。 圖 1 加熱爐溫度系統(tǒng) 加熱器采用 傳統(tǒng)的價(jià)格較低 的 電阻板加熱 ，水系統(tǒng)是加速加熱爐溫度 恒定。 國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成果。然后主要通過對(duì)系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)，硬件的選擇、設(shè)計(jì)、使用，軟件程序的 思路、 流程圖、編寫等方面 詳細(xì)介紹了各個(gè)模塊的原理、設(shè)計(jì)和使用，并對(duì)程序中所使用的控制算法進(jìn)行詳細(xì)的介紹。 溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r 溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科研以及日常生活等領(lǐng)域占有重要的地位。影響燃燒的因素十分復(fù)雜，較正確的數(shù)學(xué)模型不易建立，以經(jīng)典的 PID 為基礎(chǔ)的常規(guī)儀表控制，已很難達(dá)到最佳狀態(tài)。但是， FCS 還沒有完全成熟，它才剛剛進(jìn)入實(shí)用化的現(xiàn)階段，另一方面，目前現(xiàn)場(chǎng)總線的國際標(biāo)準(zhǔn)共有 12 種之多，這給 FSC 的廣泛江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 應(yīng)用添加了很大的阻力。 江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第二章 設(shè)計(jì)總體方案 及控制算法描述 系 統(tǒng) 總體方案 加熱爐溫控制系統(tǒng)主要有軟件與硬件兩部分組成。 在微分控制 (D)中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率 ）成正比關(guān)系。 PID 回路在 PLC 中的地址分配情況如表23 所示。 1） 整定比例控制 將比例控制作用由小變到大，觀察各次響 應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。 S7200 系列 PLC 是由德國西門子公司生產(chǎn)的一種超小型系列可編程控制器，它能滿足多種自動(dòng)化控制的需求，其設(shè)計(jì)緊湊，價(jià)格低廉，并且具有良好的可擴(kuò)展性以及強(qiáng)大的指令功能，可代替繼電器在簡(jiǎn)單的控制場(chǎng)合，也可以用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)中需要檢測(cè)兩個(gè)溫度信號(hào)，和輸出一個(gè)電壓控制信號(hào)，所以需要 2 路模擬量輸入 /1 路模擬量輸出，所以我們選擇 EM235模擬量輸入 /輸出模塊，其功耗為 2W。 表 32 DIP 開關(guān)設(shè)置 單極性 滿量程輸入 分辨率 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF ON OFF ON 0 到 50mV OFF ON OFF ON OFF ON 0 到 100mV 25μV ON OFF OFF OFF ON ON 0 到 500mV 125uA OFF ON OFF OFF ON ON 0 到 1V 250μV ON OFF OFF OFF OFF ON 0 到 5V ON OFF OFF OFF OFF ON 0 到 20mA 5μA OFF ON OFF OFF OFF ON 0 到 10V 本設(shè)計(jì)中溫度檢測(cè)模塊輸入信號(hào)為 0~100mV 的電壓信號(hào)，為單極性，所以 DIP 開關(guān)設(shè)置為： SW1,OFF； SW2， ON； SW3， OFF； SW4， ON； SW5，OFF； SW6， ON。與塞貝克有關(guān)的效應(yīng)有兩個(gè)：其一， 當(dāng)有電流流過兩個(gè)不同導(dǎo)體的連接處時(shí)此處便吸收或放出熱量 (取決于電流的方向 )，稱為 珀?duì)柼?yīng) ；其二，當(dāng)有電流流過存在溫度梯度的導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體吸收或放出熱量 (取決于電流相對(duì)于溫度梯度 的方向 )，稱為 湯姆遜效應(yīng) 。 攝氏溫度測(cè)量電路 如圖 36 所示 。它對(duì)交流電壓的周波進(jìn)行控制 ，通過控制負(fù)載電壓的周波通斷比來控制負(fù)載的功率，多用于大慣性的加熱器負(fù)載。 控制模式優(yōu)劣比較如表 34所示。調(diào)整方法如下：在 0℃ 時(shí)調(diào)整 R2，使輸出 VO=0，然后在 100℃ 時(shí)調(diào)整 R4使 VO=100mV。熱電偶的熱電勢(shì) EAB(T， T0)是由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)合成的。 江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 DIP 開關(guān)實(shí)物如圖 33 所示。 其輸入 /輸出特性如表 31 所示。 S7200 系列可以根據(jù)對(duì)象不同，可以選用不同的型號(hào)和不同數(shù)量的模塊，并可以將這些模塊安裝在同一機(jī)架上。近年來 PLC 的功能單元 大量涌現(xiàn)，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC 等各種工業(yè)控制中，加上 PLC 通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。然后減小積分時(shí)間，加大積分作用，并相應(yīng)調(diào)整比例系數(shù)，反復(fù)試湊至得到較滿意的響應(yīng)，確定比例和積分的參數(shù)。輸出為 0~5V 的電壓信號(hào)，所以我們輸入到 EM235 的數(shù)值也為 16 位整數(shù)類型，而經(jīng)過 PID 回路運(yùn)算后得到的數(shù)據(jù)為 32 為實(shí)數(shù)，這里我就要用到 ROUND,DI_I 指令，就如在副控制器中斷程序一樣，得到的數(shù)據(jù)從模擬量輸出端口輸出。江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 避免較大的誤差出現(xiàn)，微分控制不能消除余差。 其結(jié)構(gòu)硬件部分組成及其關(guān)系如圖 21 所示。 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)國家相比有著較大差距 。參數(shù)自整定等各種靈活算法，以及“模糊判斷”功能，是常規(guī)儀表和人力難以實(shí)現(xiàn)或無法實(shí)現(xiàn)的。期間，從低級(jí)到高級(jí)，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和對(duì)溫度控制精度要求的不斷提高，溫度控制系統(tǒng)的控制技術(shù)得到迅速發(fā)展。 通過本設(shè)計(jì)可以熟悉并掌握西門子 S7200PLC 的原理與功能及它的編程語言，以自動(dòng)控制理論為指導(dǎo)思想，解決工業(yè)生產(chǎn)及生活中溫度控制問題。它們主要具有如下的特點(diǎn)：①是適應(yīng)于大慣性、大滯后等復(fù)雜溫度控制系統(tǒng)的控制；②是能夠適應(yīng)于受控?cái)?shù)學(xué)模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制；③是能夠適應(yīng)于受控系統(tǒng)過程復(fù)雜、參數(shù)時(shí)變的溫度控制系統(tǒng)的控制；④是溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用先進(jìn)的算法，適應(yīng)的范圍廣泛；⑤是溫度控制器普遍具有參數(shù)自整定功能。 為提高系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷變化較大或其他擾動(dòng)比較劇烈時(shí)的控制質(zhì)量，采用串級(jí)控制方案，主、副控制器采用 PID控制算法，手動(dòng)整定或自整定 PID參數(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算控制量，控制加熱裝置，使加熱爐溫度為 80℃ 左右，并能實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值。其中，溫度是一個(gè)非常重要的過程變量。 課題研究目標(biāo)、內(nèi)容、方法和手段： 本課題 研究的主要目標(biāo)是 采用串級(jí)控制方案，主、副控制器采用 PID 控制算法，手動(dòng)整定或自整定 PID 參數(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算控制量，控制加熱裝置，使加熱爐溫度為 80℃ 左右， 并能實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值，其總體結(jié)構(gòu)如圖 1所示。 temperature control system. 10 目 錄 第一章緒論 ...................................................................................................................... 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景 ...................................................................................................... 1 溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r .................................................................................... 1 本文的研究內(nèi)容 ................................................................................................... 3 第二章 設(shè)計(jì)總體方案及控制算法描述 .............................................................................. 4 系 統(tǒng)總體方 案 ...................................................................................................... 4 硬件方案設(shè)計(jì) ............................................................................................. 4 軟件方案設(shè)計(jì) ............................................................................................. 5 PID 控制算法 ....................................................................................................... 6 PID 算法 .................................................................................................... 7 在 PLC 中的回路指令 .......................................................................... 8 PID 參數(shù)整定 ........................................................................................... 10 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ................................................................................................... 12 系統(tǒng)的硬件組成 ................................................................................................ 12 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成 ........................................................................................... 12 統(tǒng)各個(gè)組成部分完成的任務(wù) ...................................................................... 12 可編程控制器 ................................................................................................... 12 的特點(diǎn) ............................................................................................... 12