【文章內容簡介】 題目設計要求，因此采用方案二實現本設計. PLC的組成框圖本系統(tǒng)的基本工作原理：假定實際爐溫等于給定爐溫，這時，反饋值與給定值相同，電爐處于規(guī)定的恒溫狀態(tài)。如果增加工件，電爐負荷加大，給定值暫時不變，爐溫就要下降，使得給出溫度下降，則有，經過溫度檢測以及變換電路把對側對象轉換成電壓信號，該電壓信號經D/A變換器轉換為數字信號后送入PLC中，與給定的對應所要控制的多組溫度值進行比較，得知系統(tǒng)處于欠溫度狀態(tài)。此時系統(tǒng)會加大占空比信號，控制加熱功率，從而使爐溫回升，直到重新等于給定值（即）為止。如果負荷減小，則爐溫升高。u(t)隨之加大，使得。經過溫度檢測及變換電路把被測對象的溫度轉換成電壓信號，該電壓信號經D/A變換器轉換為數字信號后送入PLC中，與給定的對應所要控制的多組溫度值進行比較，得知系統(tǒng)處于過溫度狀態(tài)。此時系統(tǒng)會啟動風扇，控制吹風冷卻裝置，從而使爐溫下降，知道重新等于給定值為止。由此看出系統(tǒng)是通過熱電偶測量被控量，并反饋到系統(tǒng)的輸入端，從而形成了閉合回路，此反饋信號通過比較線路與給定值進行加法或減法運算，獲得偏差信號，系統(tǒng)再根據偏差信號的大小和方向進行調節(jié)。所以，爐溫控制系統(tǒng)是一個按偏差調節(jié)的閉環(huán)系統(tǒng)。 各獨立模塊方案論證 溫度檢測模塊采用西門子S7200，它集成14個輸入/10輸出共24個數字量I/O點。可連接7個擴展模塊，最大擴展至168路數字量I/O點或35路模擬量I/O點。16K字節(jié)程序和數據存儲空間。5個獨立的30kHz高速計數器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個R5485通訊編程口，具有PPI通訊協議，MPI通訊協議和自由方式通訊能力，I/O端能容易的整體拆卸。具有較強的控制力。使用西門子S7200，其提供一個4點12位模擬量輸入和溫度傳感輸入模塊，輸入為DC5~+5v和0~20mA電壓或電流。 主控模塊PLCS7200 cup 224 集成14輸入/10輸出共24個數字量I/O點?？蛇B續(xù)7個擴展模塊，最大擴展至168路數字量I/O點或35路模擬量I/O點，16K字節(jié)程序和數據存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個R5485通訊/編程口，具有PPI通訊協議，MPI通訊協議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強控制能力的控制器。 CUP 224模塊接線圖 CPU224 AC/DC/繼電器輸入接線型式簡圖 24V DC 24VDC輸出 功率輸出電路及其控制原理的分析加熱絲輸出功率大小的調節(jié)，可以使用移相調壓電路，也可以采用占空比開關電路進行控制。在采用移想調壓電路時，即將計算到的控制量經D/A 變換，控制可控硅的移相觸發(fā)電路，實現輸出電壓的無極調節(jié)。由于電壓輸出波形的不完整，含有高次諧波分量，對電網有一定的干擾。采用占空比開關電路控制，即考慮可控硅控制電壓和被控的交流電壓之間以及電熱絲產生的熱量和所家的電壓之間的非線性，通過調節(jié)周期時間內的通電時間來調節(jié)輸出功率的大小，可以避免D/A轉換和信號放大造成的不必要的誤差，也可以通過可控硅的過零觸發(fā)電路避免對電網的諧波干擾。在本系統(tǒng)中采用占空比開關電路控制。 溫度調節(jié)模塊 本系統(tǒng)中風扇的作用是，當爐溫過高時控制風扇對其進行降溫。當系統(tǒng)處于過溫度狀態(tài)，此時系統(tǒng)會啟動風扇，控制吹風冷卻裝置，從而使爐溫下降，知道重新等于給定值為止。本系統(tǒng)中熱電阻的作用是，當爐溫過低時，控制熱電阻對其進行加熱。當系統(tǒng)處于欠溫狀態(tài)時系統(tǒng)會啟動熱電阻，控制加熱功率，從而使爐溫回升，直到重新等于給定值為止。4 系統(tǒng)軟件設計 主要的工作流程本系統(tǒng)采用PLC作為核心處理器件，把經過溫度檢測電路現場實時采集到的溫度數據，存入PLC的內部數據存儲器，送LED顯示，并與預先設定值進行比較，然后由PLC輸出信號去控制加熱器。進行溫度控制程序的設計應考慮如下幾個問題：實時采集溫度、溫度顯示、與上位PLC通信程序、警告和處理。軟件設計主要有：主程序、初值設定子程序、溫度讀取子程序、顯示子程序和輸出控制子程序等。初值設定子程序完成對溫度初值的設定及數據保存；溫度讀子程序完成對溫度傳感器數據的讀取、并通過液晶顯示子程序顯示溫度值等等。 數字PID的數學建模典型的數字P1D控制系統(tǒng)如圖3所示，圖中SP(t)是給定值PV(t)為反饋量，C(t)為輸出值，PID控制器的輸入輸出關系可表示為： 在PLC控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)通過PID控制指令實現的。進入PLC的連續(xù)時間信號，必須經過采樣和整量化后，變成數字量，方能進入存儲器和寄存器，而在PLC中的計算和處理，不論是積分還是微分，只能用數值計算去逼近。當采樣周期相當短時，用求和代替積分，用差商代替微商，使PID算法離散化，將描述連續(xù)時間PID算法的微分方程，變?yōu)槊枋鲞B續(xù)時間PID算法的差分方程。PID的子程序流程圖如圖3所示，根據實際檢測到得溫度值和設定溫度比較，求出相應的溫度偏差值E，根據E與a的比較判斷采用PID算法或是PD算法，隨后進行算法處理，求出控制值。在計算機控制系統(tǒng)中使用的是數字PID調節(jié)，離散化時，令 ， 式中T是采樣周期，顯然，上述周期T必須足夠短，才能保證有足夠的精度。因此數字PID調節(jié)器，表達式如下： 由控制理論可知：離散化采樣頻率越高，采樣后失去的信息越少，相應的控制性能也越好。其主要采用主程序調用子程序通過中斷返回采樣值，循環(huán)調用進行，Y電阻爐加熱采集溫度值，讀入PID源地址檢測是否有偏差PID控制控制參數讀入目的地址，驅動執(zhí)行器結束開始 現場總線控制系統(tǒng)（FCS）介紹 系統(tǒng)簡介 本現場總線控制系統(tǒng)是基于PROFIBUS和工業(yè)以太網通訊協議、在傳統(tǒng)過程控制實驗裝置的基礎上升級而成的新一代過程控制系統(tǒng)。整個實驗裝置分為上位控制系統(tǒng)和控制對象兩部分，： 上位控制系統(tǒng) 系統(tǒng)組成本實驗裝置由被控對象和上位控制系統(tǒng)兩部分組成。系統(tǒng)動力支路分兩路：一路由三相（380V交流）磁力驅動泵、氣動調節(jié)閥、直流電磁閥、PA電磁流量計及手動調節(jié)閥組成；另一路由變頻器、三相磁力驅動泵（220V變頻）、渦輪流量計及手動調節(jié)閥組成。 被控對象被控對象由不銹鋼儲水箱、圓筒形有機玻璃水箱和敷塑不銹鋼管路組成。水箱：包括上水箱和儲水箱。 上水箱采用淡藍色圓筒型有機玻璃，不但堅實耐用，而且透明度高，便于學生直能接觀察到液位的變化和記錄結果。上水箱尺寸為：d=25cm,h=20 cm；水箱有三個槽，分別是緩沖槽，工作槽，出水槽。儲水箱尺寸為：長寬高=68cm52㎝43㎝。儲水箱內部有兩個橢圓形塑料過濾網罩，防止兩套動力支路進水時有雜物進入泵中。 管道：整個系統(tǒng)管道采用敷塑不銹鋼管組成，所有的水閥采用優(yōu)質球閥，徹底避免了管道系統(tǒng)生銹的可能性。有效提高了實驗裝置的使用年限。其中儲水箱底有一個出水閥，當水箱需要更換水時，將球閥打開讓水直接排出。檢測裝置壓力傳感器、變送器：采用SIEMENS帶PROFIBUSPA通訊協議的壓力傳感器和工業(yè)用的擴散硅壓力變送器，擴散硅壓力變送器含不銹鋼隔離膜片，同時采用信號隔離技術，