【文章內(nèi)容簡介】 的作用是將溫度值轉(zhuǎn)換成 PLC 能夠識別的數(shù)值。數(shù)據(jù)濾波程序是為了消除干擾對測量結(jié)果的影響，在 PID 控制前，需要對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這樣是為了避免由于外部的干擾而導(dǎo)致 PID 運算出錯。 溫度采集程序設(shè)計 圖 溫度采集程序 溫度采集程序，由于溫度變送器送出的是 420mA 的標(biāo)準(zhǔn)電流信號，信號采集模塊將采集到的電流轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號過后，再通過一系列的數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換，使得采集到的數(shù)據(jù)變成標(biāo)準(zhǔn)的溫度數(shù)據(jù)信號，方便識別。同時采集到的數(shù)沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 10 值也需要轉(zhuǎn)化成 PLC 的 PID 運算要求的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型。爐溫實際溫度的檢測是要將溫度量轉(zhuǎn)化為 PLC 可識別的量，所以，將溫度變送器輸出的值先由 16 位的整型轉(zhuǎn)化為 32 位的雙整型，再由雙整型轉(zhuǎn)化為實型，實型小數(shù)點后可有 6位，故比較精確。此時得到測得溫度值在 PLC 中計算所對應(yīng)的數(shù)，將該數(shù)送入變量寄存器 VD296。 數(shù)字濾波程序設(shè)計 圖 一 網(wǎng)絡(luò)一的程序是將每次采集到的值進(jìn)行累加，將累加后得到的值存入VD300 中，進(jìn)行累加后就將得到所采集到的溫度值的總和。每次采集十組數(shù)據(jù)。 圖 網(wǎng)絡(luò)二是找出最大值和最小值。 圖 網(wǎng)絡(luò)三是將 VB0 寄存器中的數(shù)據(jù)清零。 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 11 圖 網(wǎng)絡(luò)四是將最大值和最小值從所求的總和中減去，從而實現(xiàn)，減去一個最大值和減去一個最小值，達(dá)到限幅的作用。 圖 網(wǎng)絡(luò)五 網(wǎng)絡(luò)五是將剩下的總和求平均，從而得到設(shè)計中想的到的溫度值。 圖 網(wǎng)絡(luò)六 網(wǎng)絡(luò)六的作用是將所有使用過的寄存器初始化。 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 12 數(shù)據(jù)濾波的方法有很多種，其中軟件濾波的方法包括：限幅濾波、中位值濾波法、算術(shù)平均濾波法、遞推平均濾波法、中位值平均濾波法、限幅平均濾波法、一階滯后濾波法、加權(quán)遞推平均濾波法、限幅消抖濾波法。圖 到圖 的程序圖使用的是限幅平均值濾波。整體思想是，將十次采集到的數(shù)據(jù)，先去掉一個最大值，然后去掉一個最小值，然后將剩下的 8 個數(shù)求和取平均值。 PID 控制程序設(shè)計 圖 PID控制程序 PID 控制程序在整個程序中是重要的組成部分，通過 PID 控制程序可以很好的控制加熱爐的工作狀態(tài)。通過 PID 控制程序可以很好的控制加熱爐的工作狀態(tài)。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。 本設(shè)計采用的是閉環(huán)控制系統(tǒng)。比例增益、積分時間、比例時間，根據(jù)回路定義表的要求分別存到 VD33 VD3 VD344 中。沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 13 WinCC 組態(tài) WinCC 的組態(tài)在人機界面的制作中是必不可少的過程，只有正確的將各個變量正確的組合到 WinCC 當(dāng) 中，我們才能正常的監(jiān)視加熱爐的工作狀態(tài)和實時的對加熱爐進(jìn)行控制。 變量組態(tài) 變量組態(tài)是通過 PC ACCESS 完成的， PC ACCESS 是專用于 S7200 PLC 的 OPC Server（服務(wù)器）軟件，它向 OPC 客戶端提供數(shù)據(jù)信息，可以與任何標(biāo)準(zhǔn)的 OPC Client（客戶端）通訊。變量組態(tài)完成后，可以用軟件自帶的 OPC 客戶測試端檢測其項目的變量是否通訊及配置是否正確。 變量組態(tài)在畫面組態(tài)前是相當(dāng)重要的工作，只有通過 OPC 客戶測試端檢測通訊正常后， WinCC 組態(tài)后的變量才能正常和 PLC 通訊。 OPC 的使用步驟：設(shè)置通訊訪問通道、創(chuàng)建 PLC、創(chuàng)建 Folder、創(chuàng)建Item、測試通訊質(zhì)量。當(dāng)測試通訊質(zhì)量顯示好時，說明了變量組態(tài)完成。變量組態(tài)如表 。 表 變量組態(tài)表 名稱 地址 數(shù)據(jù)類型 存取 T VD296 REAL RW INPUT VD200 REAL RW Kc VD332 REAL RW Ti VD340 REAL RW Td VD344 REAL RW P VD204 REAL RW 畫面組態(tài) 打開 WinCC Explorer 窗口 創(chuàng)建一個 WinCC 單用戶項目，在變量管理器添加新的驅(qū)動程序 OPC。在 OPC 項目管理器中添加 S7200 的系統(tǒng)參數(shù)。將所需要的變量全部添加到變量管理器中。然后在 WinCC 資源管理器中，右擊 “圖形沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 14 編輯器 ”，在彈出的菜單中，單擊 “新建畫面 ”選項，選擇新建畫面，系統(tǒng)默認(rèn)畫面名為 “”，雙擊擊 “”，進(jìn)入圖形編輯畫面。 進(jìn)入圖形編輯界面后，就要進(jìn)行圖形的編輯，首先是利用靜態(tài)文本顯示輸出值，這種窗口的數(shù)據(jù)只能看，不能進(jìn)行修改，所以只適用于我溫度輸出值顯示。而需要輸入數(shù)據(jù)的就使用輸入輸出文本。這種文本的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行實時的修改，并把修改的變量值傳送 PLC，例如溫度設(shè)定值， PID 算法的增益，積分時間，微分時間都需要用這種方式。然后再建立曲線圖，曲線圖主要用來進(jìn)行設(shè)定值與顯示值的對比。整個畫面組態(tài)完成后的圖如圖 所示。 圖 畫面組態(tài) 變量連接 S7200 與 WinCC 的通訊是 PPI 協(xié)議， PPI 協(xié)議是西門子 S7200 系列 PLC常用通信協(xié)議，但 WinCC 中沒有集成該協(xié)議，即 WinCC 不能直接監(jiān)控 S7200系列 PLC 組成的控制系統(tǒng)。 S7200 OPC Server 是西門子公司推出的專為解決上位機監(jiān)控 S7200 系列 PLC 控制系統(tǒng)的接口軟件。因此， WinCC 可以通過該軟件與 S7200 系列 PLC 很方便的建立通信。 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 15 在 WinCC 變量管理器中添加一個新的驅(qū)動程序，新的驅(qū)動程序選擇，在 OPC GROUP 中新建一個連接，打開屬性，選擇 OPC Group Setting， OPC 服務(wù)器名稱為 。然后在新添加的連接中新建變量，變量的 Item Name 與 S7200 系列 PLC 中用于監(jiān)控的變量名對應(yīng)。變量連接的基本步驟如下： 1)用 STEP7 MICROWIN 完成 S7200 的工程建立和編程，其中必須為 OPC準(zhǔn)備好符號表。注意符號表名稱以及表中變量名都禁用中文，這是 OPC 的要求。 2)安裝 PC ACCESS，然后導(dǎo)入前面建立的 S7200 符號表，同時定義 PC access 到 S7200 的通訊。這在 PG/PC INTERFACE 中完成。具體通過 PPI，或MPI，或 PROFIBUS，或以太，或 MODEM 均可以，根據(jù)所用硬件定。 3)進(jìn)入 WinCC，添加 OPC 驅(qū)動，定義 OPC 的屬性時點擊瀏覽。瀏覽路徑是 LOCAL/SIMATIC S7200 OPC SERVER，由此按提示將導(dǎo)入到 PC ACCESS中的變量添加到 WinCC。 4)進(jìn)入 WinCC 完成其他組態(tài)，即可引用 S7200 中的變量。 變量連接后，運行 WinCC，相應(yīng)的變量的值就會在 WinCC 上很好的顯示出來，顯示結(jié)果如圖 . 圖.2 變量顯示圖 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 16 程序調(diào)試 PLC 調(diào)試方法與結(jié)果 PLC 程序的調(diào)試分為模擬調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試兩個調(diào)試過程，在此之前首先對PLC 外部接線作仔細(xì)檢查，外部接線一定要準(zhǔn)確無誤。也可以用事先編寫好的試驗程序?qū)ν獠拷泳€做掃描通電檢查來查找接線故障。 將編寫完成的程序逐條仔細(xì)檢查，并改正寫入時出現(xiàn)的錯誤。寫完程序過后，首先編譯檢查錯誤，看使用的語句中是否有違反 PLC 規(guī)定的用法 。 下面就是檢查是否有邏輯錯誤，看整個程序的運行狀況怎么樣，能否達(dá)到預(yù)期的效果。 程序是分塊寫的，首先寫的是數(shù)據(jù)采集塊，數(shù)據(jù)采集就是主要是將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，經(jīng)過一系列的數(shù)據(jù)變換使的 最后的顯示值和所測量的溫度值一致。然后寫的是數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)輸出程序也包括了 PID 運算程序，寫好后就是出現(xiàn)了數(shù)據(jù)溢出的情況，后來分析發(fā)現(xiàn)是 PID 算法內(nèi)的數(shù)據(jù)搞錯了。最后進(jìn)行了數(shù)據(jù)濾波程序的編寫 。通過多天的程序調(diào)試和修改，通過狀態(tài)表監(jiān)視，整個程序基本符合設(shè)計要求。為人機界面的編寫做好了準(zhǔn)備。 WinCC 調(diào)試方法與結(jié)果 WinCC 配合 S7PLCSIM 調(diào)試程序的步驟： STEP7編程軟件中生成項目，編寫用戶程序。 WINCC組態(tài)軟件中生成項目，組態(tài)變量，建立和編輯反映用戶程序工作過程的過 程畫面。 STEP7的 SIMATIC管理器工具條中的圖標(biāo)，打開 S7PLCSIM窗口，將程序下載到仿真 PLC中。 WINCC與 S7PLCSIM的通訊連接。 ，檢查用戶程序是否能正確執(zhí)行。 WinCC 的調(diào)試 主要 是 查各個變量是否準(zhǔn)確無誤的連接上了，是否能正常的通訊， WinCC 人機界面的制作還算比較順利，除了曲線設(shè)置出了點問題外，其他都還能正常通訊，通過變量的連接，可以通過 WinCC 實時的修改 PID 參數(shù)，得到控制曲線，通過多次的調(diào)整 WinCC 最后成功的完成了。沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 PID 參數(shù)的整定 準(zhǔn)確地選擇 PID 調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和它的參數(shù)，能使系統(tǒng)在受到擾動后仍保持穩(wěn)定，并將靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差保持在最小值。在整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)之前，應(yīng)首先確定調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，對于具有平衡性質(zhì)的控制對象或生產(chǎn)過程應(yīng)選擇有積分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)器；對于純滯后性質(zhì)的控制對象，在調(diào)節(jié)器中往往應(yīng)加入微分環(huán)節(jié)。調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇，必須考慮到具體的工程的工藝控制要求，并結(jié)合實驗、經(jīng)驗和湊試等方法進(jìn)行整定。 整定方法 控制器參數(shù)的整定，就是按照已 定的控制方案，求取使控制質(zhì)量最好的控制器參數(shù)值。具體來說，就是確定最合適的控制器比例度 P、積分時間 TI，和微分時間 TD。控制器參數(shù)整定的方法很多，主要有兩大類，一類是理論計算的方法，另一類是工程整定法。 工程整定法主要包括： 1)穩(wěn)定邊界法（臨界比例度法） 穩(wěn)定邊界法屬于閉環(huán)整定方法，根據(jù)純比例控制系統(tǒng)臨界振蕩試驗所得數(shù)據(jù)（臨界比例度 Pm和振蕩周期 Tm），按經(jīng)驗公式求出調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。 2)衰減曲線法 衰減曲線法也屬于閉環(huán)整定方法，但不需要尋找等幅振蕩狀態(tài)，只需尋找最佳衰減振蕩狀態(tài)即可。 3)響應(yīng)曲線法 響應(yīng)曲線法屬于開環(huán)整定方法。以被控對象控制通道的階躍響應(yīng)為依據(jù)，通過經(jīng)驗公式求取調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)整定值。 4)經(jīng)驗法 經(jīng)驗法是憑經(jīng)驗湊試。 其關(guān)鍵是 “看曲線，調(diào)參數(shù) ”。在閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，憑經(jīng)驗先將控制器參數(shù)放在一個數(shù)值上，通過改變給定值施加干擾，在記錄儀上觀察過渡過程曲線，根據(jù) P、 TI 、 TD 對過渡過程的影響為指導(dǎo)，對比例度 P 、積分時間 TI 和微分時間 TD 逐個整定，直到獲得滿意的曲線為止。 我在這次參數(shù)整定過程中采用的是臨界比例度法，利用該方法進(jìn)行 PID 控制器參數(shù)的整定步驟如下： 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 (1)首 先預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作； (2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期； (3)在一定的控制度下通過公式計算得到 PID 控制器的參數(shù)。 最主要還是靠經(jīng)驗及工藝的熟悉，參考測量值跟蹤與設(shè)定值曲線，從而調(diào)整 P、 I、 D 的大小。 整定結(jié)果及分析 當(dāng)加熱爐剛啟動加熱時，由于測到的爐溫為常溫， sppv＝△ U為正值且較大，△ U為 PID 調(diào)節(jié)器的輸入，此時 PID 調(diào)節(jié)器中 P 起主要作用，使 PLC 為最大電壓給加熱爐加熱。當(dāng)加熱爐溫度達(dá)到 30℃以上 時， sppv＝△ U為負(fù)值，經(jīng)PID 調(diào)節(jié)，使 PLC 輸出電壓減小，加熱爐溫度降低。當(dāng)溫度正好達(dá)到 30℃時，△ U為零 PID 不調(diào)節(jié)，此時 PLC 輸出的電壓正好平衡