【正文】 ????????????????負(fù)動(dòng)作）正動(dòng)作） 以上公式中： △ MV 是本次和上一次采樣時(shí) PID 輸出量的差值， MVn 是本次的PID 輸出量； EVn 和 EVn1分別是本次和上一次采樣時(shí)的誤差， SV為設(shè)定值； PVn是本次采樣的反饋值， PVnf、 PVnf1和 PVnf2 分別是本次、前一次和 前兩次濾波后的反饋值， L是慣性數(shù)字濾波的系數(shù)； Dn和 Dnl 分別是本次和上一次采樣 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 22 頁(yè) 共 43 頁(yè) 時(shí)的微分部分； K p 是比例增益， T S 是采樣周期， T I 和 T D 分別是積分時(shí)間和微分時(shí)間，α D是不完全微分的濾波時(shí)間常數(shù)與微分時(shí)間 TD 的比值。當(dāng) PID 運(yùn)算不被執(zhí)行的時(shí)，我們稱之為 ” 手動(dòng) ” 方式， PID 運(yùn)算參與控制稱為 ” 自動(dòng) ” 方式。 TouchMAK 具有先進(jìn)完善的圖形生成功能；數(shù)據(jù)庫(kù)中有多種數(shù)據(jù)類型，能合理的抽象化控制對(duì)象的特性；對(duì)變量報(bào)警、趨勢(shì)曲線、過(guò)程記錄、安全防范等重要功能都有簡(jiǎn)單的操作辦法。工程名稱長(zhǎng)度應(yīng)小于32 個(gè)字符， 工程描述長(zhǎng)度應(yīng)小于 40 個(gè)字符。為方 便定義外部設(shè)備，組態(tài)王設(shè)計(jì)了“設(shè)備配置向?qū)А币龑?dǎo)用戶一步步完成設(shè)備的連接。變量在畫面制作系統(tǒng)組態(tài)王畫面開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中定義，定義時(shí)要指定變量名和變量類型，某些類型的變量還需要一些附加信息。 圖 控制系統(tǒng)總界面 圖 電極電流歷史曲線圖 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 38 頁(yè) 共 43 頁(yè) 過(guò)程數(shù)據(jù)的存 儲(chǔ)功能對(duì)于任何一個(gè)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)說(shuō)都是至關(guān)重要的，本系統(tǒng)也不例外。近年來(lái)工業(yè)控制組態(tài)軟件得到了廣泛的重視和迅速的發(fā)展。 經(jīng)過(guò)實(shí)際考察井陘化纖廠 ， 綜合考慮了現(xiàn)場(chǎng) 惡劣環(huán)境以及 儀表信號(hào)和系統(tǒng)硬件的抗干擾能力， 選擇fX2N 系列 可編程控制器 ， FX2N4A/D, FX2N4D/A 等模塊，采集電氣參數(shù) 和 運(yùn)用組態(tài)王軟件制作主控制界面，用 PLC 編程器編寫了 工藝流程控制 程序 ，采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)完成系統(tǒng)的監(jiān)控能力。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 40 頁(yè) 共 43 頁(yè) 結(jié) 論 電石的生產(chǎn)具有高耗能和生產(chǎn) 環(huán)境惡劣的特點(diǎn)，在電力供應(yīng)日益緊張的今天，如何節(jié)能降耗成為工廠管理的最 關(guān)注 的問(wèn)題之一。報(bào)警允許操作人員應(yīng)答。 為了讓矩形動(dòng)起來(lái)，需要使變量即 a 能夠動(dòng)態(tài)變化，選擇“編輯 \畫面屬性” 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 36 頁(yè) 共 43 頁(yè) 菜單命令，彈出對(duì)話框如圖 所示。設(shè)備定義完成后，可以在工程瀏覽器的右側(cè)看到新建的外部設(shè)備“ PLC”。如圖 所示 。單擊“下一步”繼續(xù)。愛(ài)可以在整個(gè)生產(chǎn)企業(yè)將各種系統(tǒng)和應(yīng)用在一起，實(shí)現(xiàn)“廠際自動(dòng)化”的最極目標(biāo) 。為使采樣值能及時(shí)反映模擬量的變化， T S 越小越好。 PID 指令可以在定時(shí)中斷、子程序、步進(jìn)指令和轉(zhuǎn)移指令內(nèi)使用，但是應(yīng)將［ S3］＋ 7清零（采用脈沖執(zhí)行的 MOV 指令）之后才能使用。這種模塊的 PID 控制程序是 PLC 生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)的，并存放在模塊中，用戶在使用時(shí)只需要設(shè)置一些參數(shù)，使用起來(lái)非常方便，一塊模塊可以控制幾路甚至幾十路閉環(huán)回路。 （ 2）程序處理階段 :所有的輸入端口采樣結(jié)束后，即開(kāi)始進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開(kāi)始，逐條加以執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)行結(jié)果，存入對(duì)應(yīng)的中間元件和輸出元件映象寄存器，當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸出刷新處理。轉(zhuǎn)換的速度最高位 6ms/通道。 PLC單元選用 FX2N16MR001型 PLC如圖 43所示 ， 參數(shù) 如下： 8點(diǎn)輸入點(diǎn)數(shù) 、 8點(diǎn)輸出點(diǎn)數(shù) 、 可控硅輸出可用 FX2n16MS、晶體管輸出可用 FX2n16MT、擴(kuò)展模塊可用點(diǎn)數(shù)為 24～ 32。硬件的選配設(shè)計(jì)直接影響到自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成本，以及系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性。操作人員根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)，手工操作調(diào)節(jié)電極插入深度和調(diào)壓開(kāi)關(guān)以控制電石爐電流、電壓技術(shù)等參數(shù)滿足工藝要求。 數(shù)據(jù)處理 在機(jī)械加工中，出現(xiàn)了把支持順序控制的 PLC和計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（ CNC）設(shè)備緊密結(jié)合的趨向。 PLC對(duì)于其內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)和 I/O點(diǎn)的狀態(tài)均有顯示。可編程控制器由于具有以下特點(diǎn)而深受工廠工程技術(shù)人員和工人的 適 應(yīng)。但隨著微電子技術(shù)和集成電路的發(fā)展，特別是微處理器和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，在 20世紀(jì) 70年代中期，美、日、德等國(guó)的一些廠家在可編程控制器中開(kāi)始引入更多的微機(jī)技術(shù)，微處理器及其他大規(guī)模集成電路芯片成為其核心部件，使可編程控制器的性能價(jià)格比產(chǎn)生了新突破。經(jīng)冷卻破碎后的電石粒度減小，自筒尾卸出，再經(jīng)斗式提升機(jī)（ 12）進(jìn)入中間貯斗（ 13）。液壓 件的動(dòng)作有電氣系統(tǒng)進(jìn)行控制。因此需要快速調(diào)節(jié)電極的位置，以使電弧電流保持在一定范圍內(nèi)。 2 電石生產(chǎn)設(shè)備和工藝概述 為了完成對(duì)電石爐系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)改造，首先必須了解原有電石爐生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備，發(fā)現(xiàn)原有系統(tǒng)的弊端，以便在原有設(shè)備基礎(chǔ)上，合理設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，使得電石生產(chǎn)規(guī)范化和自動(dòng)化，達(dá)到提高生產(chǎn) 質(zhì)量，降低耗能的目的。而對(duì)于許多難以建模的多輸入多輸出系統(tǒng) ,采用模糊控制是非常有效的 [3， 4]。美國(guó)生產(chǎn)電石的企業(yè)有聯(lián)合碳化物公司、太平洋電石公司等，他們于 60 年代末首先嘗試將計(jì)算機(jī)運(yùn)用于電石生產(chǎn)過(guò)程控制。對(duì)電石爐生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制是冶煉廠提高產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)能降耗的重要手段之一。 除少數(shù)引進(jìn)設(shè)備外，我國(guó)目前生產(chǎn)所用的電石生產(chǎn)設(shè)備多為 60～ 80 年代仿制 Demag 型式的中小型密閉爐或開(kāi)放爐。以 測(cè)電氣參數(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合其他工藝參數(shù)，采用先進(jìn) PLC 控制技術(shù)，合理動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電極插入深度，控制電爐電流、電壓級(jí)數(shù)等參數(shù)滿足生產(chǎn)要求。由于這些國(guó)家的電石生產(chǎn)裝備采用了先進(jìn)的型式（如挪威發(fā)明的的 Elekm和德國(guó)發(fā)明的 Demag 型密閉電石爐）和先進(jìn)的技術(shù)（如進(jìn)年來(lái)空心電極和電石爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用等），故其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)處于世界領(lǐng)先地位。所以，此次的 PLC 在電石爐的設(shè)計(jì)對(duì)國(guó)內(nèi)電石爐發(fā)展有一定的意義。這時(shí)發(fā)生以下的反應(yīng)： Ca + 3C = CaC2 + CO 電石中除含大部分碳化鈣外，還含有少部分其他雜質(zhì)，這些雜質(zhì)都是原料中的雜質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的。 電極自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是具有上述功能的裝置。電流由電爐變壓器（ 8），經(jīng)短網(wǎng)（ 9） 、 集電環(huán)、軟銅帶和導(dǎo)電顎板導(dǎo)入電極（ 10）。 3 PLC技術(shù)簡(jiǎn)介 在自動(dòng)化控制領(lǐng)域， PLC 是一種重要的控制設(shè) 備。另一方面，發(fā)展簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)的超小型可編程控制器，以適應(yīng)單機(jī)控制、小型自動(dòng)化的需要。 b）適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用靈活。 可編程控制器的應(yīng)用 PLC種類繁多，但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。東芝的TOSNUC600也將 CNC和 PLC組合在一起，預(yù)計(jì)今后幾年 CNC系統(tǒng)將變成以 PLC為主體的控制和管理系統(tǒng)。 經(jīng)過(guò)技術(shù)改造后，控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 了以下功能： （ 1）自動(dòng)采集顯示電流、電壓； （ 2）自動(dòng)與設(shè)定參數(shù)進(jìn)行對(duì)比； （ 3）自動(dòng)進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，使數(shù)值盡量維持在設(shè)定值內(nèi)。該電石爐控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)回路較少，而檢測(cè)參數(shù)較多，模擬量較少，開(kāi)關(guān) 量較多，屬于中等規(guī)模的技改項(xiàng)目。采用了優(yōu)良的可維護(hù)性快速斷開(kāi)端子塊，并在 FX2N系列 PLC中都有實(shí)時(shí)時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)。其他的性能與 FX2N2DA 相似?？删幊炭刂破鞅举|(zhì)上是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，和其他計(jì)算機(jī)一樣，他按照分時(shí)工作的原理進(jìn)行工作。它們實(shí)際上是用于 PID 控制的子程序，與 A/D、 D/A 模塊一起使用，可以得到類似于使用 PID 過(guò)程控制模塊的效果，價(jià)格卻便宜得多。 PID 參數(shù)的設(shè)定 PID 控制器有 4 個(gè)主要的參數(shù) K p、 T I、 T D和 T S需整定，無(wú)論哪一個(gè)參數(shù)選擇得不合適都會(huì)影響控制效果。當(dāng)這個(gè)使能位發(fā)生從 0到 1 的正跳變時(shí)， PID 會(huì)按照預(yù)先設(shè)置的控制規(guī)律進(jìn)行一系列的動(dòng)作，使 PID 從 手動(dòng)方式無(wú)擾動(dòng)地切換到自動(dòng)方式，為了能使手動(dòng)方式無(wú)擾動(dòng)切換到自動(dòng)方式， PID 會(huì)執(zhí)行以下操作： 置過(guò)程變量值 PV=給定值 SP，在未人為改變 SP 值之前， SP持恒定。 TouchVEW 是 組態(tài)王軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境，在TouchMAK 中建立的圖形界面只有在 TouchVEW 中才能運(yùn)行。單擊“完成”完成工程的新建。 本例中使用仿真 PLC 和組態(tài)王通信。數(shù)據(jù)庫(kù)中變量的集合形象地稱為“數(shù)據(jù)詞典”，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息。隨著自動(dòng)化程度的進(jìn)一步普及和提高，用戶對(duì)重要數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和使用的要求也越來(lái)越高，面對(duì)大批量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，必須解決同步存儲(chǔ)速度響應(yīng)慢、數(shù)據(jù)易丟失、存儲(chǔ)時(shí)間短、存儲(chǔ)占用空間大、數(shù)據(jù)讀取訪問(wèn)速度慢等問(wèn)題。 組態(tài) 軟件 （有時(shí)也稱為監(jiān)控組態(tài)軟件或工控組態(tài)軟件）是監(jiān)控系統(tǒng)的指揮中心，是監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的產(chǎn)物，為自動(dòng)化工程技術(shù)人員提供了一種采用搭積木的方式制作現(xiàn)場(chǎng)控制過(guò)程和控制界面的工具。 由于時(shí)間和能力的限制，電石爐控制系統(tǒng)還存在不足，現(xiàn)在還只是溫度的自動(dòng)控制系統(tǒng)，還不是全面的控制系統(tǒng)，還有很大改動(dòng)的空間，有待我去繼續(xù)努力研究和設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)中，電極調(diào)節(jié)算法的控制流程是這樣的：用控制器 內(nèi)的設(shè)定參數(shù)考值與實(shí)際反饋的電極電流值比較，其偏差值 作為控制依據(jù)控制依據(jù)控制液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電極移動(dòng)。有了報(bào)警，就可以提示操作人員注意。單擊“確定”，再單擊確定”返回組態(tài)王開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。 圖 設(shè)備配置向?qū)Я? 請(qǐng)檢查各項(xiàng)設(shè)置是否正確，確認(rèn)無(wú)誤后，單擊“完成”。 圖 新建畫面 第二 步： 在“畫面名稱”處輸入新的畫面名稱，如 Test，其它屬性目前不 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 28 頁(yè) 共 43 頁(yè) 用更改，點(diǎn)擊“確定”按鈕進(jìn)入內(nèi)嵌的組態(tài)王畫面開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。 圖 新建工程向?qū)Ф? 在工程路徑文本框中輸入一個(gè)有效的工程路徑，或單擊“瀏覽?”按鈕，在彈出的路徑選擇對(duì)話框中選擇一個(gè)有效的路徑。只需要進(jìn)N 選擇控制方案 Y N Y A/D 數(shù)字讀取 開(kāi)始 是否為 自動(dòng) 方案？ 手動(dòng)開(kāi)關(guān) 是否為停止?fàn)顟B(tài) ？ Y 數(shù)字量轉(zhuǎn)換模擬量 N 是否報(bào)警？ 輸出處理 結(jié)束 運(yùn)行 PID 運(yùn)算 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 25 頁(yè) 共 43 頁(yè) 行填表式操作，即可生成適合于用戶的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 選取采樣周期 T S時(shí)，應(yīng)使它遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)階躍響應(yīng)的純滯后時(shí)間或上升時(shí)間。 表 51 PID 控制參數(shù)及設(shè)定 源操作數(shù) 參 數(shù) 設(shè)定范圍或說(shuō)明 備 注 ［ S3］ 采樣周期（ Ts） 1～ 32767ms 不能小于掃描周期 ［ S3］ + 1 動(dòng)作方向（ ACT） Bit0: 0 為正作用、 1 為反作用 Bit1: 0為無(wú)輸入變化量報(bào)警 1為有輸入變化量報(bào)警 Bit2: 0為無(wú)輸出變化量報(bào)警 1為有輸出變化量報(bào)警 Bit3 ～ Bit15 不用 ［ S3］ + 2 輸入濾波常數(shù)（ L） 0～ 99（ %） 對(duì)反饋量的一階慣性數(shù)字濾波環(huán)節(jié) ［ S3］ + 3 比例增益（ K p） 1～ 32767（ %） ［ S3］ + 4 積分時(shí)間（ T I） 0～ 32767（ 100ms） 0 與∝作同樣處理 ［ S3］ + 5 微分增益 (K D) 0～ 100（ %） ［ S3］ + 6 微分時(shí)間（ T D） 0～ 32767（ 10ms） 0 為無(wú)微分 ［ S3］ + 7 ～ [S3]+ 19 — — PID 運(yùn)算占用 ［ S3］ + 20 輸入變化量（增方）警報(bào)設(shè)定值 0～ 32767 由用戶設(shè)定ACT（［ S3］ + 1）為 K2～ K7 時(shí)有效，即 ACT 的 Bit1 和Bit2 至少有一個(gè)為 1 時(shí)才有效； 當(dāng) ACT的 Bit1 ［ S3］ + 21 輸入變化量（減方）警報(bào)設(shè)定值 0～ 32767 ［ S3］ + 22 輸出變化量（增方）警報(bào)設(shè)定值 0～ 32767 ［ S3］ + 23 輸出變化量（減方）警報(bào)設(shè)定值 0～ 32767 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 21 頁(yè) 共 43 頁(yè) ［ S3］ + 24 警報(bào)輸出 Bit0: 輸入變化量（增方）超出 Bit1: 輸入變化量（減方）超出 Bit2: 輸出變化量（增方）超出 Bit3: 輸出變化量（減方）超出 和 Bit2 都為 0時(shí)，［ S3］ + 20 ～ ［ S3］+ 24 無(wú)效 PID 指令可以同時(shí)多次使用，但是用于運(yùn)算的 [S3]、 [D]的數(shù)據(jù)寄存器元件號(hào)不能重復(fù)。用 PLC對(duì)模擬量進(jìn)行 PID 控制時(shí)，可以采用以下幾種方法： 圖 51 用 PLC 實(shí)現(xiàn)模擬量 PID 控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 1）使用 PID 過(guò)程控制模塊。