【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 出值；Umax 為計(jì)算機(jī)輸出的最大值。在偏差較大時(shí)，采用 PID 控制算法，輸出最大控制電壓，以快速消除大偏差，實(shí)現(xiàn)時(shí)間最優(yōu)控制。 PID 控制在偏差較小時(shí)，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(xué)習(xí)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(shí)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(shí) （28） 參數(shù) T,Kp,T1,Td 可根據(jù)已知被控對(duì)象參數(shù)參照節(jié)約響應(yīng)曲線選擇，最后結(jié)合實(shí)際確定。與積分對(duì)應(yīng)的差分方程 （29） 式中 U1（L）為第 L1 次采樣之前積分項(xiàng)和 （210） 利用控制軟件實(shí)現(xiàn)增量式控制算法，并對(duì)控制量 U（L）輸出被控對(duì)象。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手 采樣信號(hào)和控制量分析本系統(tǒng)共有一個(gè)模擬量（溫度）信號(hào)，從模擬量地址的 288 讀入 PLC。三個(gè)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(hào) 采樣信號(hào)名稱性質(zhì)（開關(guān)、模擬） 傳感器占用硬件資源 說(shuō)明1 AI0 模擬量 熱電偶I288 從外界讀入的溫度信號(hào)2 DI0 開關(guān)量 啟動(dòng)信號(hào)3 DI1 開關(guān)量 停止信號(hào)4 DI2 開關(guān)量 溫度繼電器高溫信號(hào)5 DI3 開關(guān)量 溫度繼電器低溫信號(hào)6 DI5 開關(guān)量 缺相報(bào)警輸入7 DI6 開關(guān)量 過(guò)載保護(hù)信號(hào)8 DO0 開關(guān)量 A 相固態(tài)繼電器控制信號(hào)9 DO1 開關(guān)量 B 相固態(tài)繼電器控制信號(hào)10 DO2 開關(guān)量 C 相固態(tài)繼電器控制信號(hào)11 DO3 開關(guān)量 缺相報(bào)警12 DO4 開關(guān)量 高溫指示燈13 DO5 開關(guān)量 低溫指示燈14 DO6 開關(guān)量 KA 線圈. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手第三章 試驗(yàn)機(jī)溫度信號(hào)處理 試驗(yàn)機(jī)溫度控制系統(tǒng)的構(gòu)成試驗(yàn)機(jī)爐廣泛用于冶金、石油化工、紡織印染等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。因此對(duì)試驗(yàn)機(jī)溫度的控制是必不可少的。作為被控對(duì)象，試驗(yàn)機(jī)爐具有非線性、時(shí)變性、分布參數(shù)等特點(diǎn)。要實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)機(jī)的控制，必須建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，然后求取相應(yīng)的控制器方程，例如自適應(yīng)控制、隨機(jī)最優(yōu)控制、預(yù)測(cè)控制、解耦控制和變結(jié)構(gòu)控制等。這類控制方法由于數(shù)學(xué)工具深?yuàn)W，算法復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)工程師難以理解和接受，因而這些先進(jìn)控制算法的推廣受到制約。人們?cè)趯?shí)踐中知道，許多復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程難以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)控制，但是熟練的操作工、技術(shù)人員和專家操作自如，而不要建立什么數(shù)學(xué)模型，就可以得到比較滿意的控制效果。設(shè)想把這些專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)總結(jié)起來(lái)賦予計(jì)算機(jī)，讓計(jì)算機(jī)參與生產(chǎn)過(guò)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(luò)控制。本文就沒有建立試驗(yàn)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，而是在設(shè)計(jì)出試驗(yàn)機(jī)硬件原理圖的基礎(chǔ)上，直接采用算法簡(jiǎn)單、效果好的單神經(jīng)元自適應(yīng) PID 智能控制算法和單神經(jīng)元自適應(yīng) 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(jì)算量小、控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靜動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)好的特，有較高的實(shí)用價(jià)值和理論價(jià)值。試驗(yàn)機(jī)爐膛溫度是由多組爐絲的供電能量來(lái)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(guò)零觸發(fā)器的給定電壓來(lái)調(diào)節(jié)。為了控制爐溫，設(shè)計(jì)了一套電試驗(yàn)機(jī)計(jì)算機(jī)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(hào)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(guān)、環(huán)境溫度測(cè)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(xué)習(xí)好幫手 熱電偶測(cè)量電路的設(shè)計(jì)熱電偶是溫度測(cè)量中應(yīng)用最普遍的測(cè)溫元件，它穩(wěn)定性好，測(cè)溫精度高，能滿足工業(yè)過(guò)程溫度測(cè)量的需要。它的輸出為電信號(hào)，可以遠(yuǎn)傳，便于集中檢測(cè)和自動(dòng)控制。熱電偶測(cè)溫原理是基于熱電效應(yīng)。將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連成閉和回路，當(dāng)兩點(diǎn)結(jié)點(diǎn)處溫度不同時(shí)回路將產(chǎn)生熱電勢(shì)，這種稱為熱電效應(yīng)。當(dāng)熱電偶材料一定時(shí)，熱電偶的總電勢(shì) 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(gè)接點(diǎn)的溫度，T。當(dāng) T0 維持一定時(shí)，eAB(T0)等于常數(shù) C，則對(duì)于確定的熱電偶，其熱電熱只與溫度 T成單值函數(shù)關(guān)系，即： （32）熱電偶測(cè)量電路主要是由放大器 OPA2335 電路組成，當(dāng)采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)的兩級(jí)放大后，經(jīng)過(guò)隔離電路消除干擾后，輸入 CD4051 進(jìn)行多路選擇。熱電耦測(cè)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(yīng)用在手持式測(cè)試設(shè)備、醫(yī)療儀器、溫度測(cè)量、傳感器信號(hào)放大、電子刻度計(jì)、車用系統(tǒng)和電池供電儀表等對(duì)功率敏感的精密應(yīng)用場(chǎng)合的一款零漂移運(yùn)算放大器，OPA335 運(yùn)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(duì)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(dòng)調(diào)零技術(shù)，具備超低補(bǔ)償電壓(一般為 1uV)，時(shí)間和溫度變化導(dǎo)致的漂移幾乎為零()。OPA2335 工作時(shí)采用單電源和雙電源，電壓范圍介于+(+/)和+(+/)之間。所有型號(hào)規(guī)定溫度范圍皆為40C 至+125C。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手圖 熱電偶測(cè)量電路原理圖OPA2335 部分技術(shù)指標(biāo)圖如下：圖 補(bǔ)償電壓分配圖 補(bǔ)償電壓漂流分配經(jīng)過(guò)放大的信號(hào)還要進(jìn)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(jiǎn)稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，以消除對(duì)信號(hào)的干擾，所以它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)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(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED） ，使之發(fā)出一定波長(zhǎng). . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)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(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，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(qiáng)的共模抑制能力。所以，它在長(zhǎng)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(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件，可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無(wú)影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無(wú)觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高。光耦合器是 70 年代發(fā)展起來(lái)的新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級(jí)間耦合、驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。在單片開關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過(guò)調(diào)節(jié)控制端電流來(lái)改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。用于傳遞模擬信號(hào)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(dāng)有電流通過(guò)發(fā)光二極管時(shí)，便形成一個(gè)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(qiáng)弱，亦即流過(guò)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(guò)光信號(hào)來(lái)傳輸，因而兩部分之間在電氣上完全隔離，沒有電信號(hào)的反饋和干擾，故性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。發(fā)光管和光敏管之間的耦合電容小（2pf 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，因其輸入電阻小（約 10 歐姆） ，對(duì)高內(nèi)阻源的噪. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手聲相當(dāng)于被短接。因此，由光耦合器構(gòu)成的模擬信號(hào)隔離電路具有優(yōu)良的電氣性能。事實(shí)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(gòu)成模擬放大電路，并且輸入與輸出間可實(shí)現(xiàn)電隔離。然而，這類放大電路的工作穩(wěn)定性較差，無(wú)實(shí)用價(jià)值。究其原因主要有兩點(diǎn)：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(shí)際應(yīng)用中，除應(yīng)選用線性范圍寬、線性度高的光耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)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(duì)放大電路工作狀態(tài)的影響。 冷端溫度測(cè)量電路的設(shè)計(jì)冷端溫度測(cè)量電路主要考慮的是當(dāng)對(duì)爐溫進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，外界的環(huán)境溫度對(duì)其造成一些干擾，如果不減去環(huán)境溫度，就會(huì)造成檢測(cè)到的信號(hào)不準(zhǔn)確，即檢測(cè)到溫度大于實(shí)際的溫度。因此用集成溫度傳感器設(shè)計(jì)了冷端溫度測(cè)量電路，原理圖如圖 所示：圖 冷端溫度測(cè)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(diǎn)，得到廣泛應(yīng)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(shí)輸出為 0，溫度 25℃時(shí)輸出 。電流輸出型的靈敏度一般為 1μA/K。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手冷端溫度測(cè)量電路主要是由 AD590 組成的，AD590 是美國(guó)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(jià)格低、不需輔助電源、線性好，常用于測(cè)溫和熱電偶的冷端補(bǔ)償。AD590 是用來(lái)測(cè)量熱力學(xué)溫度、攝氏溫度、兩點(diǎn)溫度差、多點(diǎn)最低溫度、多點(diǎn)平均溫度的具體電路，可廣泛應(yīng)用于不同的溫度控制場(chǎng)合。它的主要特性如下：（μA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)即 （33）式中 Ir 為流過(guò)器件 AD590 的電流 T—熱力學(xué)溫度，單位為 K。 的測(cè)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(dāng)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(huì)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(guò)以上特性可以看出 AD590 完全可以滿足需要。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手第四章 PLC 系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在所有的工業(yè)領(lǐng)域?，F(xiàn)代社會(huì)要求制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求作出迅速反應(yīng)，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(shè)備和自動(dòng)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(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)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(guò)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(lái)處理 PLC 的起動(dòng)、刷新輸入/輸出過(guò)程映像區(qū)、調(diào)用用戶程序、處理中斷和錯(cuò)誤、管理存儲(chǔ)區(qū)和通信等任務(wù)。用戶程序由用戶生成，用來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶要求的自動(dòng)化任務(wù)。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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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(yùn)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(dāng)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