【文章內(nèi)容簡介】 00℃，不超過 100℃，控制恒溫水供很多恒溫裝置實用。 EM231 的模塊設定如下： SW1/SW2/SW3/=010 (熱電偶選型為 T 型熱電偶 ) 。 SW4=0（ OFF）狀態(tài)。 SW5=0 正向斷線檢查。 SW6=0 斷線檢查使能，模塊向輸入端加入 20uA 的檢測電流，判斷模塊是否斷線。 SW7=0 溫度單位選為（℃）。 SW8=0 冷端補償使能。 型號 名稱 主要參數(shù) DC5V 消耗 功耗 安徽建筑大學 畢業(yè)設計（論文） 12 EM231 模擬量輸入 4 點， DC0~10V/0~20mA 輸入， 12 位 20mA 2W 2 點，熱電阻輸入， 16 位 87 mA 4 點，熱電偶輸入， 16 位 87 mA 型號 名稱 主要參數(shù) DC5V 消耗 功耗 EM232 模擬量輸出 2 點， 10V~+10V/0~20mA， 12 位 20mA 2W PID 模擬量閉環(huán)控制較好的方法之一是 PID 控制， PID 在工業(yè)領域的應用已經(jīng)有60多年，現(xiàn)在依然廣泛地被應用。人們在應用的過程中積累了許多的經(jīng)驗， PID的研究已經(jīng)到達一個比較高的程度。 比例控制 (P)是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。其特點是具有快速反應，控制及時，但不能消除 余差。 在積分控制 (I)中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。積分控制可以消除余差，但具有滯后特點，不能快速對誤差進行有效的控制。 在微分控制 (D)中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。微分控制具有超前作用，它能猜測誤差變化的趨勢。避免較大的誤差出現(xiàn)，微分控制不能消除余差。 PID 控制， P、 I、 D 各有自己的長處和缺點，它們一起使用的時候又和互相制約，但只有合理地選取 PID 值，就可以獲得較高的控制質(zhì)量 。 圖 閉環(huán)控制系統(tǒng) 如圖 所示， PID 控制器可調(diào)節(jié)回路輸出，使系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。偏差 e和輸入量 r、輸出量 c的關(guān)系 : 安徽建筑大學 畢業(yè)設計（論文） 13 )()()( tctrte ?? （ 31） 控制器的輸出為： ])()(1)([)( 10 dttdeTdtteTteKtu dip??? ? （ 32） )(tu PID回路輸出 pK 比例系數(shù) P iT 積分系數(shù) I dT 微分系數(shù) D PID 調(diào)節(jié)的傳輸函數(shù)為 ]11[)( )()( STSTKsE sUsD dip ???? （ 33） 數(shù)字計算機處理這個函數(shù)關(guān)系式，必須將連續(xù)函數(shù)離散化，對偏差周期采樣后，計算機輸出值。其離散化的規(guī)律 。 表 模擬與離散形式 模擬形式 離散化形式 )()()( tctrte ?? )()()( nrne ?? dTtde)( T nene )1()( ?? ?t dtte0 )( ?? ?? ? nini ieTTie 00 )()( 所以 PID輸出經(jīng)過離散化后，它的輸出方程為 : 00)()()() ] }1()([)()({)(ununununeneTTdieTTneKnudipniip????????? ?? （ 34） 式中， )()( neKnu pp ? 稱為比例項 ??? niipi ieTTKnu 0 )()( 稱為積分項 安徽建筑大學 畢業(yè)設計（論文） 14 )]1()([)( ??? neneTTKnu dpd 稱為微分項 上式中，積分項是包括第一個采樣周期到當前采樣周期的所有誤差的累積值。計算中，沒有必要保留所有的采樣周期的誤差項，只需要保留積分項前值，計算機的處理就是按照這種思想。故可利用 PLC 中的 PID 指令實現(xiàn)位置式 PID控制算法量。 在 PLC 中的回路指令 西門子 S7200 系列 PLC 中使用的 PID回路指令，見表 表 PID回路指令 名稱 PID運算 指令格式 PID 指令表格式 PID TBL,LOOP 梯形圖 使用方法：當 EN 端口執(zhí)行條件存在時候，就可進行 PID 運算。指令的兩個操作數(shù) TBL 和 LOOP， TBL 是回路表的起始地址，本文采用的是 VB100，因為一個PID回路占用了 32 個字節(jié)，所以 VD400 到 VD432 都被占用了。 LOOP 是回路號，可以是 0～ 7，不可以重復使用。 PID 回路在 PLC 中的地址分配情況如表 所示。 表 偏移地址 名稱 數(shù)據(jù)類型 說明 0 過程變量（ PVn） 實數(shù) 必須在 ~ 之間 4 給定值（ SPn） 實數(shù) 必須在 ~ 之間 8 輸出值（ Mn） 實數(shù) 必須在 ~ 之間 12 增益（ Kc） 實數(shù) 比例常數(shù)，可正可負 16 采樣時間（ Ts） 實數(shù) 單位為 s，必須是正數(shù) 20 采樣時間（ Ti） 實數(shù) 單位為 min，必須是正 數(shù) 安徽建筑大學 畢業(yè)設計（論文） 15 24 微分時間（ Td） 實數(shù) 單位為 min，必須是正數(shù) 28 積分項前值（ MX） 實數(shù) 必須在 ~ 之間 32 過程變量前值（ PVn1） 實數(shù) 必須在 ~ 之間 回路輸入輸出變量的數(shù)值轉(zhuǎn)換方法 本文中，設定的溫度是給定值 SP，需要控制的變量是 水箱 的溫度。但它不完全是過程變量 PV，過程變量 PV 和 PID 回路輸出有關(guān)。在本文中，經(jīng)過測量的溫度信號被轉(zhuǎn)化為標準信號溫度值才是過程變量，所以，這兩個數(shù)不在同一個數(shù)量值，需要他們作比較，那就必須先作一下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。傳感器輸入的 電流 信號經(jīng)過 EM231 轉(zhuǎn)換后，是一個整數(shù)值，但 PID 指令執(zhí)行的數(shù)據(jù)必須是實數(shù)型，所以需要把整數(shù)轉(zhuǎn)化成實數(shù)。使用指令 DTR 就可以了。如本設計中，是從 AIW0 讀入溫度被傳感器轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。 實數(shù)歸一化處理 因為 PID中除了采樣時間和 PID 的三個參數(shù)外，其他幾個參數(shù)都要求輸入或輸出值 ~ 之間，所以，在執(zhí)行 PID 指令之前，必須把 PV和 SP 的值作歸一化處理。使它們的值都在 ~ 之間。 單極性的 歸一化的公式 ： )32020/( rawnoum RR ? PID 參數(shù)整定 PID 參數(shù)整定方法就是確定調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) P、積分時間 Ti和和微分時間Td，改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性，使系統(tǒng)的過渡過程達到最為滿意的質(zhì)量指標要求。一般可以通過理論計算來確定，但誤差太大。目前，應用最多的還是工程整定法：如經(jīng)驗法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應曲線法。 經(jīng)驗法又叫現(xiàn)場湊試法，它不需要進行事先的計算和實驗，而是根據(jù)運行經(jīng)驗，利用一組經(jīng)驗參數(shù)，根據(jù)反應曲線的效果不斷地改變參數(shù)，對于溫度控制系統(tǒng)， 工程上已經(jīng)有大量的經(jīng)驗 。 安徽建筑大學 畢業(yè)設計（論文） 16 可控硅 可控硅，是可控硅 整流 元件的簡稱，是一種具有三個 PN 結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導體 器件 ，亦稱為晶閘管。具有體積小、結(jié)構(gòu)相對簡單、功能強等特點，是比較常用的半導體器件之一。該器件被廣泛應用于各種電子設備和 電子產(chǎn)品中，多用來作可控 整流 、逆變、變頻、調(diào)壓、無觸點開關(guān)等。 家用電器 中的調(diào)光燈、調(diào)速風扇、空調(diào)機、 電視機 、電冰箱、洗衣機、照相機、組合音響 、聲光電路、定時 控制器 、玩具裝置、 無線電遙控 、攝像機及工業(yè)控制等都大量使用了 可控硅 器件 。 可控硅又稱晶閘管（ Silicon Controlled Rectifier,SCR）。自從 20世紀 50年代問世以來已經(jīng)發(fā)展成了一個大的家族，它的主要成員有單向晶閘管、 雙向晶閘管 、光控晶閘管、 逆導晶閘管 、可關(guān)斷晶 閘管、 快速晶閘管 ，等等。 可控硅 可控硅整流 器件 是一種非常重要的功率器件，可用來做高電壓和高電流的控制?？煽毓杵骷饕迷陂_關(guān)方面，使器件從關(guān)閉或是阻斷的 狀態(tài) 轉(zhuǎn)換為開啟或是導通的狀態(tài)，反之亦然?？煽毓杵骷c 雙極型晶體管 有密切的關(guān)系，二者的傳導 過程 皆牽涉到電子和 空穴 ，但可控硅的開關(guān)機制和 雙極晶體管 是不同的，且因為器件結(jié)構(gòu)不同，可控硅器件有較寬廣范圍的電流、電壓控制能力。現(xiàn)今的可控硅器件的額定電流可以從幾毫安到 5000A 以上，額定電壓可以超過 10000V。下面將討論基本可控硅器件的工作原理，然后給出一些高功率和高 頻率 的可控硅器件。 本設計所使用是 12— 16A 的可控硅，可控硅的電流留有一倍的流量這樣使用起來比較安全，型號 ： BTA12G， 最大電流 12A， 擊穿電壓 600 V； 安徽建筑大學 畢業(yè)設計（論文） 17 4 軟件設計 ４ .1 軟件的設計 首 先計算溫度值，因為溫度的變化是從 0℃ ~100℃ ，而模塊中的是6400~32020，所以設輸入的溫度是 X，則轉(zhuǎn)化的溫度是 Y，計算公式是： 01 0 006 4 0 03 2 0 0 06 4 0 0X??? Y 根據(jù)這個公式可以得出溫度的具體值 。 設定： 水箱內(nèi)溫度 ＶＤ４００ 入口電磁閥 Ｑ０ .０ 出口電磁閥 Ｑ０ .１ 啟動變頻 器 Ｑ０ .２ 報警器 Ｑ０ .３ 控制加熱量大小 ＡＱＷ０ 設定溫度 ＶＤ４０４ 溫度輸入 ＡＩＷ０ 安徽建筑大學 畢業(yè)設計（論文） 18 程序的編寫 主程序，初始化并且啟動電磁閥 將采集到的水箱內(nèi)的溫度和設定的溫度進行對比，要是大于這個溫度值，報警器就動作． 安徽建筑大學 畢業(yè)設計（論文） 19 主程序，將采集到的溫度通過程序運算抓換得出真實的溫度值。 主程序，將采集的溫度通過ＰＩＤ程序調(diào)節(jié)加熱器加熱量的大小。 子程序，把輸出的控制量放到 AQW0 子程序， 復位 入口電磁閥。 安徽建筑大學 畢業(yè)設計（論文） 20 子程序，把設 定的溫度放到ＶＤ４０４中。 安徽建筑大學 畢業(yè)設計（論文） 21 安徽建筑大學 畢業(yè)設計（論文） 22 子程序，將輸入的溫度值進行轉(zhuǎn)化 安徽建筑大學 畢業(yè)設計（論文） 23 致 謝 本課題的研究是在我的導師李老師的悉心指導下完成的，趙老師學識 淵博、治學態(tài)度嚴謹、工作一絲不茍 ，更有誨人不倦的師者風范， 在此謹向 趙 老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意 ！ 此外，衷心感謝本組的其他成員，若是沒有他們，也就不會有這篇論文的產(chǎn)生。 畢業(yè)在即，衷心感謝指導過我的各位老師，特別是畢業(yè)設計的指導老師趙為松老師。