【正文】 稱為微分項(xiàng) 上式中，積分項(xiàng)是包括第一個(gè)采樣周期到當(dāng)前采樣周期的所有誤差的累積值。計(jì)算中，沒 有必要保留所有的采樣周期的誤差項(xiàng)，只需要保留積分項(xiàng)前值，計(jì)算機(jī)的處理就是按照這種思想。故可利用 PLC 中的 PID 指令實(shí)現(xiàn)位置式 PID控制算法量。 PID 在 PLC 中的回路指令 西門子 S7200 系列 PLC 中使用的 PID 回路指令，見表 表 PID 回路指令 名稱 PID 運(yùn)算 指令格式 PID 指令表格式 PID TBL,LOOP 梯形圖 22 使用方法：當(dāng) EN端口執(zhí)行條件存在時(shí)候，就可進(jìn)行 PID 運(yùn)算 。指令的兩個(gè)操作數(shù) TBL 和 LOOP， TBL 是回路表的起始地址，本文采用的是 VB100，因?yàn)橐粋€(gè)PID 回路占用了 32 個(gè)字節(jié)，所以 VD100 到 VD132 都被占用了。 LOOP 是回路號(hào)，可以是 0～ 7，不可以重復(fù)使用。 PID 回路在 PLC 中的地址分配情況如表 所示。 表 PID 指令回路表 偏移地址 名稱 數(shù)據(jù)類型 說明 0 過程變量（ PVn） 實(shí)數(shù) 必須在 ~ 之間 4 給定值（ SPn） 實(shí)數(shù) 必須在 ~ 之間 8 輸出值（ Mn） 實(shí)數(shù) 必須在 ~ 之 間 12 增益（ Kc 實(shí)數(shù) 比例常數(shù)，可正可負(fù) 16 采樣時(shí)間（ Ts） 實(shí)數(shù) 單位為 s，必須是正數(shù) 20 采樣時(shí)間（ Ti） 實(shí)數(shù) 單位為 min，必須是正數(shù) 24 微分時(shí)間（ Td） 實(shí)數(shù) 單位為 min，必須是正數(shù) 23 28 積分項(xiàng)前值（ MX） 實(shí)數(shù) 必須在 ~ 之間 32 過程變量前值（ PVn1） 實(shí)數(shù) 必須在 ~ 之間 回路輸入輸出變量的數(shù)值轉(zhuǎn)換方法 本文中，設(shè)定的溫度是給定值 SP，需要控制的變量是爐子的溫度。但它不完全是過程變量 PV，過程變量 PV 和 PID回路輸出有 關(guān)。在本文中，經(jīng)過測(cè)量的溫度信號(hào)被轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)溫度值才是過程變量，所以，這兩個(gè)數(shù)不在同一個(gè)數(shù)量值，需要他們作比較，那就必須先作一下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。傳感器輸入的電壓信號(hào)經(jīng)過 EM235 轉(zhuǎn)換后，是一個(gè)整數(shù)值，但 PID指令執(zhí)行的數(shù)據(jù)必須是實(shí)數(shù)型，所以需要把整數(shù)轉(zhuǎn)化成實(shí)數(shù)。使用指令 DTR 就可以了。如本設(shè)計(jì)中，是從 AIW0 讀入溫度被傳感器轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。其轉(zhuǎn)換程序如下 : MOVW AIW0 AC0 DTR AC0 AC0 MOVR AC0 VD100 實(shí)數(shù)歸一化處理 因?yàn)?PID 中除了采樣時(shí)間和 PID 的三個(gè)參數(shù) 外，其他幾個(gè)參數(shù)都要求輸入或輸出值 ~ 之間，所以，在執(zhí)行 PID指令之前，必須把 PV和 SP的值作歸一化處理。使它們的值都在 ~ 之間。 單極性的 歸一化的公式 ： )32021/( ra wn o u m RR ? （ 35） (紅色部分 全是抄寫書本內(nèi)容，刪去此部分 ) PID 參數(shù)整定 PID 參數(shù)整定方法就是確定調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) P、積分時(shí)間 Ti 和和微分時(shí)間Td，改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特 性，使系統(tǒng)的過渡過程達(dá)到最為滿意的質(zhì)量指標(biāo)要求。一般可以通過理論計(jì)算來確定，但誤差太大。目前，應(yīng)用最多的還是工程整定法：如經(jīng)驗(yàn)法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應(yīng)曲線法。 經(jīng)驗(yàn)法又叫現(xiàn)場(chǎng)湊試法，它不需要進(jìn)行事先的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，而是根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，利用一組經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，根據(jù)反應(yīng)曲線的效果不斷地改變參數(shù)，對(duì)于溫度控制系統(tǒng)，工程上已經(jīng)有大量的經(jīng)驗(yàn)，其規(guī)律如表 所示 表 溫度控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 24 被控變量 規(guī)律的選擇 比例度 積分時(shí)間（分鐘） 微分時(shí)間（分鐘） 溫度 滯后較大 20～60 3～ 10 ～ 3 根據(jù)反復(fù)的試湊，調(diào)處比較好的結(jié)果是 P=15， I=， D= S7200 程序設(shè)計(jì)流程圖 25 圖 設(shè)計(jì)流程圖 （圖名不太合適） 內(nèi)存地址分配與 PID 指令回路表 26 內(nèi)存地址分配 （其它值的存放呢） 表 內(nèi)存地址分配 地址 說明 VD0 實(shí)際溫度存放 VD4 設(shè)定溫度存放 VD30 實(shí)際溫度的存放 PID 指令回路表 表 內(nèi)存地址分配 地址 名稱 說明 VD100 過程變量（ PVn） 必須在 ~ 之間 VD104 給定值（ SPn） 必須在 ~ 之間 VD108 輸出值（ Mn） 必須在 ~ 之間 VD112 增益（ Kc 比例常數(shù)，可正可負(fù) VD116 采樣時(shí)間（ Ts） 單位為 s，必須是正數(shù) VD120 采樣時(shí)間（ Ti） 單位為 min，必須是正數(shù) VD124 微分時(shí)間（ Td） 單位為 min，必須是正數(shù) VD128 積分項(xiàng)前值（ MX） 必須在 ~ 之間 VD132 過程變量前值（ PVn1） 必須在 ~ 之間 S7200 程序設(shè)計(jì)梯形圖 初次上電 1)讀入模擬信號(hào)，并把數(shù)值轉(zhuǎn)化顯示水箱的當(dāng)前電壓 2)判斷爐溫是否在正常范圍，打亮正常運(yùn)行指示燈 /溫度越上限報(bào)警指示燈 27 28 啟動(dòng) /停止階段 啟動(dòng)過程：按下啟動(dòng)按鈕后，開始標(biāo)志位 置位， 復(fù)位。打開運(yùn)行指示燈 ，熄滅并 停止指示燈 初始化 PID。開始運(yùn)行子程序 0。 停止過程：按下停止按鈕后，開始標(biāo)志位 復(fù)位，點(diǎn)亮 停止指示燈 ，熄滅運(yùn)行指示燈。并把輸出模擬量 AQW0 清零，停止水箱繼續(xù)加熱。停止調(diào)用子程序 0，仍然顯示水箱溫度。 29 停止時(shí)模擬量輸出清零，防止水箱繼 續(xù)升溫。 30 調(diào)用子程序。 子程序 1）輸入設(shè)定溫度 2）把設(shè)定溫度、 P 值、 I值、 D 值都導(dǎo)入 PID 3）每 100ms 中斷一次子程序進(jìn)行 PID 運(yùn)算 31 導(dǎo)入 DIP。 32 中斷程序。 中斷程序， PID 的計(jì)算 1）模擬信號(hào)的采樣處理，歸一化導(dǎo)入 PID 2） DIP 程序運(yùn)算 3）輸出 DIP運(yùn)算結(jié)果，逆轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào) 33 缺少完整的程序和仿真調(diào)試結(jié)果，這部分必須有 34 結(jié) 論 本課題設(shè)計(jì)了基于 PLC 的電銅洗滌水箱溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)。 PLC（可編程控制器） 以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、體積小、能耗低等顯著特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的自動(dòng)控制之中。 PID 閉環(huán)控制是控制系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛的一種控制算法，對(duì)大部分控制對(duì)象都有良好的控制效果。組態(tài)軟件組態(tài)王因其簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)，在 HMI設(shè)計(jì)中深受用戶的喜歡而得到廣泛的使用。 該溫度控制系統(tǒng)也有一些有不足的地方需要改進(jìn)，編程時(shí)我們用了編程軟件自帶的 PID 指令向?qū)K，這樣雖然方便，但是使得控制系統(tǒng)超調(diào)量和 調(diào)節(jié)時(shí)間都稍微偏大，若不直接調(diào)用該模塊，而是自己編寫 PID控制子程序的話，控制效果可能會(huì)更好。還有人機(jī)界面內(nèi)容不夠豐富，若再加上報(bào)表系統(tǒng)、打印功能的話，那就更完美了。 日后，隨著對(duì) PLC 硬件系統(tǒng)和通信方式的深入了解，還可以豐富遠(yuǎn)程控制指令，以應(yīng)對(duì)運(yùn)行過程中的各種突發(fā)事件，增加其他 PLC，通過構(gòu)建復(fù)雜的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)大型的工業(yè)控制，使該系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)更加穩(wěn)定可靠，性能更加完善。 35 致 謝 經(jīng)過幾個(gè)月的查資料、整理材料、設(shè)計(jì)和寫論文，今天終于可以順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)了 ，想了很久，要寫下這一段謝詞，表示可以進(jìn)行畢業(yè)答辯了，自己想想這學(xué)期間的點(diǎn)點(diǎn)滴滴立刻涌上心頭，時(shí)光匆匆飛逝，四年多的努力與付出，隨著論文的完成，終于讓學(xué)生在大學(xué)的生活，得以劃下了完美的句點(diǎn)。 設(shè)計(jì)得以完成，要感謝的人實(shí)在太多了，首先要感謝張靜老師，因?yàn)檎撐氖窃趶埨蠋煹南ば闹笇?dǎo)下完成的。本設(shè)計(jì)從選題到完成，每一步都是在張老師的指導(dǎo)下完成的，傾注了張老師大量的心血。 張老師指引我的設(shè)計(jì)的方向和架構(gòu)，指正出其中誤謬之處，使我有了思考的方向，他的循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪，他的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲 不茍的作風(fēng)，將一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣。張老師要指導(dǎo)很多同學(xué)的設(shè)計(jì)，加上本來就有的教學(xué)任務(wù)，工作量之大可想而知，但在一次次的教導(dǎo)中，使我在設(shè)計(jì)之外明白了做學(xué)問所應(yīng)有的態(tài)度。 在此，謹(jǐn)向張老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！謝謝張老師在我設(shè)計(jì)的過程中給與我的極大地幫助。同時(shí)，設(shè)計(jì)的順利完成，離不開其它各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助。在整個(gè)的設(shè)計(jì)中，各位老師、同學(xué)和朋友積極的幫助我查資料和提供有利于論文寫作的建議和意見。在他們的幫助下，設(shè)計(jì)得以不斷的完善，最終幫助我完整的寫完了整個(gè)論文。另外，要感謝在大學(xué)期間所 有傳授我知識(shí)的老師，是你們的悉心教導(dǎo)使我有了良好的專業(yè)課知識(shí)，這也是設(shè)計(jì)得以完成的基礎(chǔ)。通過此次的設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多知識(shí)，跨越了傳統(tǒng)方式下的教與學(xué)的體制束縛，在設(shè)計(jì)過程中，通過查資料和搜集有關(guān)的文獻(xiàn)，培養(yǎng)了自學(xué)能力和動(dòng)手能力，并且由原先的被動(dòng)的接受知識(shí)轉(zhuǎn)換為主動(dòng)的尋求知識(shí)，這可以說是學(xué)習(xí)方法上的一個(gè)很大的突破。在以往的傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式下，我們可能會(huì)記住很多的書本知識(shí)，但是通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們學(xué)會(huì)了如何將學(xué)到的知識(shí)轉(zhuǎn)化為自己的東西，學(xué)會(huì)了怎么更好的處理知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合的問題。 總之，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程，我收獲 了很多，即為大學(xué)四年劃上了一個(gè)完美的句號(hào)，也為將來的人生之路做好了一個(gè)很好的鋪墊。