【文章內(nèi)容簡介】 出值；Umax 為計算機輸出的最大值。在偏差較大時，采用 PID 控制算法，輸出最大控制電壓，以快速消除大偏差，實現(xiàn)時間最優(yōu)控制。 PID 控制在偏差較小時，采用 PID 算控制，可以抑制積分飽和，防止產(chǎn)生超調(diào)和振蕩，確保穩(wěn)態(tài)精度。. . . .. . 學習好幫手|e(k)eB| PD 控制 （24）|e(k)eB| PID 控制 （25）式中 eB 為積分分離門限值，并且有 eBeA。在 PID 控制時其調(diào)節(jié)規(guī)律為 （26）離散化后其差分方程為 （27） 數(shù)字 PID 時 （28） 參數(shù) T,Kp,T1,Td 可根據(jù)已知被控對象參數(shù)參照節(jié)約響應曲線選擇，最后結合實際確定。與積分對應的差分方程 （29） 式中 U1（L）為第 L1 次采樣之前積分項和 （210） 利用控制軟件實現(xiàn)增量式控制算法，并對控制量 U（L）輸出被控對象。. . . .. . 學習好幫手 采樣信號和控制量分析本系統(tǒng)共有一個模擬量（溫度）信號，從模擬量地址的 288 讀入 PLC。三個數(shù)字量控制固態(tài)繼電器。其余變量如表 所示。表 變量表序號 采樣信號名稱性質(zhì)（開關、模擬） 傳感器占用硬件資源 說明1 AI0 模擬量 熱電偶I288 從外界讀入的溫度信號2 DI0 開關量 啟動信號3 DI1 開關量 停止信號4 DI2 開關量 溫度繼電器高溫信號5 DI3 開關量 溫度繼電器低溫信號6 DI5 開關量 缺相報警輸入7 DI6 開關量 過載保護信號8 DO0 開關量 A 相固態(tài)繼電器控制信號9 DO1 開關量 B 相固態(tài)繼電器控制信號10 DO2 開關量 C 相固態(tài)繼電器控制信號11 DO3 開關量 缺相報警12 DO4 開關量 高溫指示燈13 DO5 開關量 低溫指示燈14 DO6 開關量 KA 線圈. . . .. . 學習好幫手第三章 試驗機溫度信號處理 試驗機溫度控制系統(tǒng)的構成試驗機爐廣泛用于冶金、石油化工、紡織印染等工業(yè)生產(chǎn)過程。因此對試驗機溫度的控制是必不可少的。作為被控對象，試驗機爐具有非線性、時變性、分布參數(shù)等特點。要實現(xiàn)對試驗機的控制，必須建立被控對象的數(shù)學模型，然后求取相應的控制器方程，例如自適應控制、隨機最優(yōu)控制、預測控制、解耦控制和變結構控制等。這類控制方法由于數(shù)學工具深奧，算法復雜，現(xiàn)場工程師難以理解和接受，因而這些先進控制算法的推廣受到制約。人們在實踐中知道，許多復雜的生產(chǎn)過程難以實現(xiàn)目標控制，但是熟練的操作工、技術人員和專家操作自如，而不要建立什么數(shù)學模型，就可以得到比較滿意的控制效果。設想把這些專家的經(jīng)驗和知識總結起來賦予計算機，讓計算機參與生產(chǎn)過程控制，這類系統(tǒng)一般稱為智能控制系統(tǒng)，它包含專家控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡控制。本文就沒有建立試驗機的數(shù)學模型，而是在設計出試驗機硬件原理圖的基礎上，直接采用算法簡單、效果好的單神經(jīng)元自適應 PID 智能控制算法和單神經(jīng)元自適應 PSD 智能控制算法。與傳統(tǒng)PID 控制算法相比，智能控制算法具有計算量小、控制器結構簡單、靜動態(tài)性能指標好的特，有較高的實用價值和理論價值。試驗機爐膛溫度是由多組爐絲的供電能量來調(diào)節(jié)的，它們分別由多套晶閘管調(diào)功器供電。調(diào)功器的輸出功率由改變過零觸發(fā)器的給定電壓來調(diào)節(jié)。為了控制爐溫，設計了一套電試驗機計算機控制系統(tǒng)，如圖所示。該系統(tǒng)以溫度控制為核心，包括模擬信號處理電路（熱電偶放大電路、線性光電隔離電路、多路模擬開關、環(huán)境溫度測量電路） 、A/D 轉(zhuǎn)換電路、RS232 接口電路、輸出光電隔離電路、控制輸出電路以及電源電路等幾部分組成。. . . .. . 學習好幫手 熱電偶測量電路的設計熱電偶是溫度測量中應用最普遍的測溫元件，它穩(wěn)定性好，測溫精度高，能滿足工業(yè)過程溫度測量的需要。它的輸出為電信號，可以遠傳，便于集中檢測和自動控制。熱電偶測溫原理是基于熱電效應。將兩種不同的導體或半導體連成閉和回路，當兩點結點處溫度不同時回路將產(chǎn)生熱電勢，這種稱為熱電效應。當熱電偶材料一定時，熱電偶的總電勢 E(T,T0)成為溫度 T 和 T0 的函數(shù)差，即： （31）其中 T，T0 分別為兩個接點的溫度，T。當 T0 維持一定時，eAB(T0)等于常數(shù) C，則對于確定的熱電偶，其熱電熱只與溫度 T成單值函數(shù)關系，即： （32）熱電偶測量電路主要是由放大器 OPA2335 電路組成，當采集到的信號經(jīng)過的兩級放大后，經(jīng)過隔離電路消除干擾后，輸入 CD4051 進行多路選擇。熱電耦測量電路的原理圖如圖 所示。OPA2335 是由德州儀器公司生產(chǎn)的，它們具有業(yè)界最低的功耗，非常適合應用在手持式測試設備、醫(yī)療儀器、溫度測量、傳感器信號放大、電子刻度計、車用系統(tǒng)和電池供電儀表等對功率敏感的精密應用場合的一款零漂移運算放大器，OPA335 運算放大器采用微型 SOT23 封裝，具有低靜態(tài)電流(300uA)、單工作電源、軌對軌輸出擺幅在輸入電壓范圍的10mV 之內(nèi)。這些器件采用自動調(diào)零技術，具備超低補償電壓(一般為 1uV)，時間和溫度變化導致的漂移幾乎為零()。OPA2335 工作時采用單電源和雙電源，電壓范圍介于+(+/)和+(+/)之間。所有型號規(guī)定溫度范圍皆為40C 至+125C。. . . .. . 學習好幫手圖 熱電偶測量電路原理圖OPA2335 部分技術指標圖如下：圖 補償電壓分配圖 補償電壓漂流分配經(jīng)過放大的信號還要進行隔離以消除干擾，這里采用的是光耦合器，光耦合器亦稱光電隔離器，簡稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，以消除對信號的干擾，所以它在各種電路中得到廣泛的應用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（LED） ，使之發(fā)出一定波長. . . .. . 學習好幫手的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計算機數(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大增加計算機工作的可靠性。信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強，工作穩(wěn)定，無觸點，使用壽命長，傳輸效率高。光耦合器是 70 年代發(fā)展起來的新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級間耦合、驅(qū)動電路、開關電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠距離信號傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設備及微機接口中。在單片開關電源中，利用線性光耦合器可構成光耦反饋電路，通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比，達到精密穩(wěn)壓目的。用于傳遞模擬信號的光耦合器的發(fā)光器件為二極管、光接收器為光敏三極管。當有電流通過發(fā)光二極管時，便形成一個光源，該光源照射到光敏三極管表面上，使光敏三極管產(chǎn)生集電極電流，該電流的大小與光照的強弱，亦即流過二極管的正向電流的大小成正比。由于光耦合器的輸入端和輸出端之間通過光信號來傳輸，因而兩部分之間在電氣上完全隔離，沒有電信號的反饋和干擾，故性能穩(wěn)定，抗干擾能力強。發(fā)光管和光敏管之間的耦合電容?。?pf 左右） 、耐壓高( 左右)，故共模抑制比很高。輸入和輸出間的電隔離度取決于兩部分供電電源間的絕緣電阻。此外，因其輸入電阻?。s 10 歐姆） ，對高內(nèi)阻源的噪. . . .. . 學習好幫手聲相當于被短接。因此，由光耦合器構成的模擬信號隔離電路具有優(yōu)良的電氣性能。事實上，光耦合器是一種由光電流控制的電流轉(zhuǎn)移器件，其輸出特性與普通雙極型晶體管的輸出特性相似，因而可以將其作為普通放大器直接構成模擬放大電路，并且輸入與輸出間可實現(xiàn)電隔離。然而，這類放大電路的工作穩(wěn)定性較差，無實用價值。究其原因主要有兩點：一是光耦合器的線性工作范圍較窄，且隨溫度變化而變化；二是光耦合器共發(fā)射極電流傳輸系數(shù) β 和集電極反向飽和電流 ICBO(即暗電流)受溫度變化的影響明顯。因此，在實際應用中，除應選用線性范圍寬、線性度高的光耦合器來實現(xiàn)模擬信號隔離外，還必須在電路上采取有效措施，盡量消除溫度變化對放大電路工作狀態(tài)的影響。 冷端溫度測量電路的設計冷端溫度測量電路主要考慮的是當對爐溫進行檢測的時候，外界的環(huán)境溫度對其造成一些干擾，如果不減去環(huán)境溫度，就會造成檢測到的信號不準確，即檢測到溫度大于實際的溫度。因此用集成溫度傳感器設計了冷端溫度測量電路，原理圖如圖 所示：圖 冷端溫度測量電路原理圖集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點，得到廣泛應用。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為 10mV/K，溫度 0℃時輸出為 0，溫度 25℃時輸出 。電流輸出型的靈敏度一般為 1μA/K。. . . .. . 學習好幫手冷端溫度測量電路主要是由 AD590 組成的，AD590 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源，由于 AD590 精度高、價格低、不需輔助電源、線性好，常用于測溫和熱電偶的冷端補償。AD590 是用來測量熱力學溫度、攝氏溫度、兩點溫度差、多點最低溫度、多點平均溫度的具體電路，可廣泛應用于不同的溫度控制場合。它的主要特性如下：（μA）等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度（開爾文）度數(shù)即 （33）式中 Ir 為流過器件 AD590 的電流 T—熱力學溫度，單位為 K。 的測溫范圍為55℃～+150℃。 的電源電壓范圍為 4V～30V。電源電壓可在 4V~6V 范圍變化，電流變化 1μA，相當于溫度變化 1K。AD590 可以承受 44V 正向電壓和 20V 反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。 710MΩ。AD590 共有 I、J、K、L、M 五檔，其中 M 檔精度最高，在55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為177?！?。通過以上特性可以看出 AD590 完全可以滿足需要。. . . .. . 學習好幫手第四章 PLC 系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術的飛速發(fā)展，計算機控制已經(jīng)廣泛地應用在所有的工業(yè)領域?，F(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求作出迅速反應，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、高質(zhì)量的產(chǎn)品。為了滿足這一要求，生產(chǎn)設備和自動化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性?？删幊绦蚩刂破鳎≒rogrammable Logic Controller）正是順應這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎的通用控制裝置。本章主要介紹西門子 S7300 系列 PLC 以及其它硬件的組成與選型。 PLC 的工作原理 PLC 的循環(huán)處理過程CPU 中的程序分為操作系統(tǒng)和用戶程序。操作系統(tǒng)用來處理 PLC 的起動、刷新輸入/輸出過程映像區(qū)、調(diào)用用戶程序、處理中斷和錯誤、管理存儲區(qū)和通信等任務。用戶程序由用戶生成，用來實現(xiàn)用戶要求的自動化任務。STEP7 將用戶程序和程序所需的數(shù)據(jù)放置在塊中，功能塊 FB 和功能 FC 相當于用戶編寫的子程序，系統(tǒng)功能 SFC 和系統(tǒng)功能塊 SFB 是操作系統(tǒng)提供給用戶使用的標準子程序，這些塊統(tǒng)稱為邏輯塊。PLC 采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式，這種運行方式也稱為掃描工作方式。OB1 是用于循環(huán)處理的組織塊，相當于用戶程序中的主程序，它可以調(diào)用別的邏輯塊，或被中斷程序