【文章內容簡介】 不同的，人們在實踐中主要將負載分為三類：（ 1）恒轉矩負載，如傳送帶、擠壓機等，這類負載最大的特點就是轉矩與 轉速無關。（ 2）恒功率負載，如造紙機、機床主軸等，這類負載的最大特點是轉矩與轉速大體成反比，因此功率是恒定的。（ 3）流體機械負載，如風機、水泵等。這類負載隨葉輪的轉動，此類負載所需的功率與速度 3 次方正比。 大連海洋大學本科畢業(yè)論文（設計 ） 9 PID 作用概述 PID作用，及 比例 （ proportion） 、積分 （ integration） 、微分（ differentiation） 作用，是工業(yè)控制中應用最廣泛的反饋調節(jié)， PID 作用由比例單元、積分單元、和微分單元組成。其輸入 e (t）與輸出 p (t） 的關系為： ])()(1)([)( dt tdeTDdtteTDtektp ??? ? 式中積分的上下限分別是 0和 t，因此它的傳遞函數(shù)為： ]11[)( )()( sTDsTIksE sPsG ?????? 其中 k 為比例系數(shù)； TI為積分時間常數(shù)； TD為微分時間常數(shù) 【 15】 。 比例作用規(guī)律是成比例地反應變差大小的作用規(guī)律，偏差一經出現(xiàn)，比例作用立刻響應，但當只有比例作用是，系統(tǒng)卻會出現(xiàn)靜態(tài)偏差。在實際情況中，由于系統(tǒng)具有慣性，所以當偏差出現(xiàn)時，過一段時間才有輸出，因此比例作用不能太強，否則會造成系統(tǒng)震蕩。 積分作用是輸入偏差積分的正比，作用是用于消除靜態(tài)偏差，彌補比例作用的不足。積分作用是只要存在著誤差，該作用就一直存在，直到誤差為 0，因此可以消除靜態(tài)偏差。積分作用的強弱由積分時間 TI 決定。相比于比例作用規(guī)律，積分作用規(guī)律是不及時的，容易造成被控量的大起大落，所以在參數(shù)整定的過程中， TI 一般是按照寧大勿小的原則。 微分作用是輸入偏差的微分的正比，能夠實現(xiàn)提前控制，也可以理解為防止偏差產生的能力。參數(shù)微分時間 TD 是用于調節(jié)微分作用強弱的參數(shù)。但是，微分時間不能單獨作用于調節(jié)器對系統(tǒng)進行調節(jié)，一般是和 PI 作用結合到一起組成 PID 作用 【 16】 。 大連海洋大學本科畢業(yè)論文（設計 ） 10 第三章 控制系統(tǒng)硬件介紹 PT100 溫度傳感器和變送器 PT100 是一種溫度和阻值成正比的鉑熱電阻 【 17】 。其具體對應關系如圖 31 所示： 31 PT100 溫度阻值關系圖 PT100 阻值會隨著溫度的增加而做線性均勻的增加，被廣泛地應用于高精度的設備當中。PT100 溫度傳感器就是 PT100熱電阻。 PT100變送器又被稱為信號轉換器，由測量單元、信號處理和信號電路組成，有的直接安裝在 PT100 電阻的接線盒內，稱為一體化 的溫度變送器，變送器將不同溫度的電阻阻值轉變?yōu)橄鄳?420mA標準電流信號輸出。 有些時候，因為熱電阻是安裝在生產現(xiàn)場之中的，通過導線把電阻信號傳遞到控制裝置，所以導線會對測量信號有一定的影響 【 18】 。為了消除影響，國際上把熱電阻的引線分為三種方式： 二線制：熱電阻只于一根導線串聯(lián)來引出電阻信號的方式叫二線制，接線簡單，但由于引線電阻 r 的存在，測量精度勢必會降低， r 的大小與導線的長度和材料有關。 三線制：所謂三線制，是在熱電阻一端連接兩根引線，另一端連接一根引線。通常作為一個電橋橋臂，此 種接線方式因為可以較好地消除引線電阻的影響，所以作為最常用的接線方式應用于工業(yè)控制當中。 四線制：四線制即是在電阻兩端各接兩根引線，一般工業(yè)上很少使用，主要用于高精度溫度檢測中。 采用三線制接法的熱電阻是最常見的。采用三線制的目的是為了消除連接導線電阻所引起的測量誤差。此接線電路為不平衡電橋。熱電阻和其連接導線作為電橋的一個橋臂，因為導線電阻也隨溫度變化不可忽略不計，所以會造成測量誤差。采用三線制，電阻一端引出的兩根導線分別接到電流計及與其相鄰的橋臂上，另一端則與電源相連，這樣就消除了導線線路電 阻帶來的測量誤差。三線制接線方法是工業(yè)上應用最廣泛的 PT100 電阻接線方法。 PT100 傳感器的三種接線接線方式如圖 32 所示。 大連海洋大學本科畢業(yè)論文（設計 ） 11 32 PT100 溫度傳感器三種接線圖 西門子 MM440 變頻器 MICROMASTER440 變頻器簡稱 MM440 變頻器，它是一個變頻器的系列，此系列變頻器主要用來控制三相電動機轉速，本系列有很多種型號，恒轉矩控制額定功率范圍從 120W~200W，可變轉矩控制可達到 250kw【 19】 。 MM440 變頻器內部包含微型計算機，采用雙極晶體管作為功率輸出器 件。因此，它具有很多功能而且運行可靠。其脈沖寬度調制的開關頻率是可選的，因而降低了電機運行的噪聲。它具有強大的保護功能。 MM440 變頻器既可以驅動單機工作，用于自動化系統(tǒng) 【 20】 。 其主要特點有： （ 1）安裝簡便，參數(shù)設置容易； （ 2） EMC 設定可靠； （ 3）可由中性點不接地電源供電； （ 4）快速響應信號； （ 5）參數(shù)設置的范圍很廣； （ 6）電纜連接簡便； （ 7）輸出繼電器數(shù)量眾多； （ 8）模擬量輸出（ 0~20mA）端口很多； （ 9）有兩個模擬輸入 AIN1(0~10V， 0~20mA和 10~+10V) AIN2(0~10V,0~20mA)； 西門子 S7200 系列 PLC S7200 系列 PLC 簡介 S7系列 PLC是西門子生產的可編程邏輯控制器， S7200 是該系列下的一種小型 PLC，常用大連海洋大學本科畢業(yè)論文（設計 ） 12 在小型的自動化設備當中。根據使用的 CPU 模塊不同， S7200 系列 PLC可分為 CPU22 CPU22CPU22 CPU226 等類型，除 CPU221 無法擴展之外，其他類型的都可以通過增加擴展模塊來增加功能 【 21】 。 S7200作為一種 小型工業(yè)應用控制器具有以下特點：（ 1）抗干擾能力強，十分可靠。（ 2）控制程序可變，通用性強。（ 3）適應性強，功能強大。（ 4）梯形圖編程簡單且門檻低。（ 5）系統(tǒng)設計、調試和維修方便。 PLC 是根據繼電器控制系統(tǒng)研究創(chuàng)造的中央調節(jié)單元，所以為了方便工程人員理解控制過程，它也具有像繼電器線路的元件，如中繼器，時間繼電器等等，只不過這類元件是通過軟件實現(xiàn)的，作為 PLC 的主要編程元件也被稱作軟元件。 PLC 編程元件有輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、數(shù)據寄存器等。 CPU226 技術指標 集成的數(shù)字量輸入輸出： 24 入 /16 出；可連接的擴展模塊最大數(shù)量為 6 個；最大可擴展數(shù)字量輸入 /輸出： 248 點；最大可擴展模擬量輸入 /輸出： 35點；用戶程序區(qū)大?。?16KB；數(shù)據儲存區(qū)大?。?10KB；數(shù)據后備時間（電容）： 100h；后備電池（選件）： 200d；布爾運算執(zhí)行時間：；標志寄存器 /計數(shù)器 /定時器： 256/256/256；高速計數(shù)器： 6 個 30kHz；高速脈沖輸出：2 個 20kHz；通信接口： 2個 RS485；外部硬件中斷： 4；支持的通訊協(xié)議： PPI,MPI,PROFIBUS DP,自由口；模 擬電位器： 2 個 8位分辨率；時鐘類型：內置時鐘；外形尺寸（寬 *高 *長）： 196*80*62。 EM231 模塊及 EM232 模塊技術指標 EM231 模塊 （ 1） 具有 4個模擬量輸入通道。 （ 2） 電壓輸入范圍：單極性 0~10V、 0~5V；雙極性177。 5V，177。 。 （ 3） 電流輸入范圍： 0~20mA。 （ 4） 每個通道占用存儲器 AI 區(qū)域 2 個字節(jié)。該模塊模擬量的輸入值為只讀數(shù)據。 （ 5） 輸入信號經模數(shù)轉換后的數(shù)字量數(shù)據值是 12位二進制數(shù)。最高有效位是符號位： 0 表示正值數(shù)據， 1 表示負值數(shù)據。 （ 6） 模擬量輸入數(shù)據字格式 有單極性數(shù)據格式和雙極性數(shù)據格式。前者的全量程范圍設置為 0~ 32021~+32021。 EM232 模塊 （ 1） 提供 2 路模擬量輸出。 （ 2） 輸出信號的范圍：電壓輸出為177。 10V，電流輸出為 0~20mA。（ 3） 每個輸出通道占用存儲器 AQ 區(qū)域 2 個字節(jié)，用戶程序無法讀取模擬量輸出值。 （ 4） PLC運算處理后的數(shù)字量信號 (BIN數(shù) )為 12位，最高有效位是符號位： 0 表示正值， 1 表示負值。 （ 5）電流輸出數(shù)據格式為 0~+32021。 （ 6） 電壓輸出的數(shù)據格式為 32021~+32021[22]。 大連海洋大學本科畢業(yè)論文（設計 ） 13 第四 章 控制系統(tǒng)程序設計 STEP7MICRO/WIN 軟件介紹 此程序是用 STEP7MICRO/WIN 軟件編寫的，該軟件是西門子公司為 S7200 系列 PLC 專門打造的編程軟件，采用簡明易懂的梯形圖作為編程語句，提供了豐富的指令，具有向導功能，方便 PID 程序制作。能夠對 PLC 和 PC進行通訊設置，既可以從 PLC上傳程序，也可以將 PC中編寫好的程序下載到 PLC 中。 空調啟動流程圖 中央空調控制柜上電以后， PLC控制空調設備順序啟動，并實現(xiàn)設備的互鎖。空調關閉的順序為此過程的逆順序。其具體 流程圖如圖 41 所示。 41 空調設備順序啟動流程圖 啟動空調 冬夏季選擇 開啟新風閥 開啟加熱器 開啟排風閥 開啟排風機 開啟送風機 正常運行 正常運行 開 啟冷凍水閥 開啟新風閥 開啟送風機 開啟排風機 開啟排風閥 啟動泵房設備 冬季 夏季 大連海洋大學本科畢業(yè)論文（設計 ） 14 送風量調節(jié) PID 程序設計 在程序的設計中， PID調節(jié)是用 STEP7MICRO 軟件的 PID向導功能制作的，本身加密不可見。為直白地理解 PID調節(jié)的編程方法，現(xiàn)以送風量調節(jié)為例，手動編程了一個 PID 調節(jié)程序。 首先，設置 PID 控制回路參數(shù)表，包括給定值的設定、增益的設定、采樣時間、積分時間、微分時間。在本例中，以為 VB200 為首地址，每個參數(shù)占 32 位，依序設定，設定程序如 圖 42所示。 42 參數(shù)設定程序 如上圖所示給定值的標準量為 ，增益是 ，采樣時間為 ，積分時間為 30s，微分時間為 ，及不產生微分作用。 下一步，將從 AIW0 傳來的輸入量進行標準化，標準化數(shù)值是 ~ 之間數(shù)值。轉換的表達式為：輸入量的標準化值 =輸入量的實數(shù)值 /跨度 +偏移量。單極數(shù)值跨度常取 32021，偏移量為大連海洋大學本科畢業(yè)論文（設計 ） 15 ，送風量的輸入為單擊數(shù)值。程序如圖 43 所示。 43 輸入值標準化程序 然后，調用 PID指令，對預先定義的 PID0回路進行運算，將輸出 的標準化數(shù)值存入 VD208,具體程序如圖 44 所示。 44 PID 調用程序 大連海洋大學本科畢業(yè)論文（設計 ） 16 最后，將輸出結果由標準化數(shù)值轉化為相應的整數(shù)值，再存入 AQW0 單元， AQW0 單元的整數(shù)經數(shù)模轉換成模擬信號， 去控制變頻器的工作頻率，進而控制送風機轉速來調節(jié)送風量的數(shù)值。程序如圖 45 所示。 45 輸出值標準化轉整數(shù) 大連海洋大學本科畢業(yè)論文（設計 ） 17 加熱器順序啟停梯形圖 46 加熱器順序啟停梯形圖 圖 46 為冬季中央空調 1 號加熱器手自動切換，自動順序啟動和風機互鎖梯形圖，共有 3 個加熱器，其余 2 個加熱器梯形 圖和上圖類似。首先，由西門子 smart 觸摸屏切換空調為冬季模式，則 dongxia— sw： 常開觸點閉合，且加熱器總開關觸點 HOTER_OFB: 斷開， rs 觸發(fā)器可以動作。當選擇手動模式時， auto： 常開和常閉觸點均不動作，則自動控制回路處于斷開狀態(tài)，通過手動啟動加熱器工作，當按下加熱器 1 啟動按鈕時， hoter1_start: 常開觸點閉合，此時注意風機狀態(tài)，若風機已啟動則 fj_rfb: 觸點閉合， rs 觸發(fā)器 s 端才能輸入 1，加熱器 1 號動作，若風機未啟動，