【正文】 4所示：圖34 壓力報警原理圖本設(shè)計采用成都維克安科技有限公司的氣體壓力報警器（全不銹鋼材質(zhì)120分貝報警器）。壓力報警器由電接點壓力表、警燈和電源適配器組成，當(dāng)監(jiān)測到壓力超過上限報警值、低于下限報警值、超出上限與下限設(shè)定的區(qū)間報警值時就會鳴笛報警；廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電站等工業(yè)部門測量對耐腐蝕較高的工藝流程中各種液體、氣體、蒸汽介質(zhì)的壓力報警。它的主要參數(shù)為：；工作電壓：AC 220V；報警音量：120dB。工作環(huán)境：溫度40到140℃。 系統(tǒng)硬件連接 在本設(shè)計中，S7200 PLC配置有一個模擬輸入模塊和兩個模擬輸出模塊，通過這些I/O接口模塊與所控反應(yīng)釜控制系統(tǒng)的輸入輸出相連，構(gòu)成硬件控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件連接框圖如圖35所示：圖35 系統(tǒng)硬件連接框圖系統(tǒng)模擬輸入模塊的具體接線圖如圖36所示： 圖36 輸入模塊連線圖系統(tǒng)模擬輸出的具體連線圖如圖37所示：圖37 模擬輸出模塊連線圖系統(tǒng)數(shù)字輸出的具體連線圖如圖38所示：圖38 數(shù)字輸出模塊連線圖CPU諸信號連線圖如圖39所示：圖39 CPU連線圖 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 控制流程圖設(shè)計PLC的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開放的，各廠家的PLC編程語言和指令系統(tǒng)的功能和表達(dá)式也不一致，因此各廠家的PLC互不兼容。IEC(國際電工委員會)是為電子技術(shù)的所有領(lǐng)域制定全球標(biāo)準(zhǔn)的世界性組織，IEC于1994年5月公布了PLC標(biāo)準(zhǔn)（IEC 61131），其中的第三部分是PLC的編程語言標(biāo)準(zhǔn)。IEC 611313詳細(xì)地說明了語法。語義和下述5種編程語言：順序功能圖、梯形圖、功能塊圖、指令表和結(jié)構(gòu)文本，如圖41所示： 圖41 PLC編程語言其中，梯形圖是使用得最多的PLC圖形編輯語言，具有直觀易懂的優(yōu)點，人們有時把梯形圖稱為電路或程序。本設(shè)計的軟件部分采用西門子STEP7軟件編寫系統(tǒng)的梯形圖控制程序。西門子STEP7的功能強大、使用方便、簡單易學(xué)。它除了為順序控制提供梯形圖編程外，還可以為過程控制提供完整的編程及調(diào)試支持。 主程序流程圖設(shè)計系統(tǒng)主程序主要包括三個子程序：升溫控制子程序、保溫控制子程序和報警子程序。首先，主程序要執(zhí)行初始化程序，包括打開攪拌機(jī)開關(guān)S8以及設(shè)置標(biāo)志位的初始狀態(tài)，然后CPU讀取模擬輸入通道的壓力采樣值，；同時CPU讀取模擬輸入通道輸入的溫度采樣值和壓力采樣信號，若小于或等于119℃則執(zhí)行升溫控制子程序，℃℃/s的速率上升，當(dāng)上升至接近120℃時，轉(zhuǎn)而執(zhí)行保溫控制子程序，再經(jīng)過保溫5分鐘后待反應(yīng)充分后停機(jī)。系統(tǒng)的主程序流程圖如圖42所示：圖42 主程序流程圖升溫階段子程序流程如圖43所示：圖43 升溫子程序序流程圖升溫控制階段采用串級PID控制算法。℃～℃。其中核心部分是微分加PID算法的設(shè)計。將反應(yīng)溫度取微分得到溫度變化率，與設(shè)定值比較經(jīng)過算法計算得溫度變化率的增量控制各閥相應(yīng)動作。 保溫子程序流程圖設(shè)計在溫度上升至120℃左右時，程序進(jìn)入保溫控制子程序。該階段控制程序的核心是PID控制程序。保溫階段的實現(xiàn)程序中主要采用了特殊指令中的PID指令。PID控制算法是工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛使用的一種控制算法，它結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)較為容易，在S7200 PLC中，PID算法可以通過一條指令來實現(xiàn)。構(gòu)建PID控制器時需預(yù)置其Kp,Ki和Kd。PID指令完成環(huán)節(jié)的運算，它需要給定量和反饋量，運算的結(jié)果是控制量，這就是提供給指令的基本參數(shù)。保溫子程序流程圖如圖44所示：圖44 保溫子程序流程圖 報警子程序流程圖設(shè)計為了保證生產(chǎn)過程安全，需要監(jiān)控必要生產(chǎn)數(shù)據(jù)，如若超過正常指標(biāo)即進(jìn)入報警，執(zhí)行相應(yīng)的排氣降溫工作。報警子程序的程序流程圖如圖35所示：圖45 報警子程序流程圖 控制梯形圖設(shè)計打開S7200編程軟件STEP7，進(jìn)入編程軟件界面。程序梯形圖如圖42所示：圖42 程序梯形圖第5章 監(jiān)控界面設(shè)計典型的監(jiān)控系統(tǒng)主要由前端監(jiān)視設(shè)備、傳輸設(shè)備、后端控制顯示設(shè)備這三大部分組成，其中后端設(shè)備可進(jìn)一步分為中心控制設(shè)備和分控制設(shè)備。前、后端設(shè)備有多種構(gòu)成方式，它們之間的聯(lián)系（也可稱作傳輸系統(tǒng)）可通過電纜、光纖或微波等多種方式來實現(xiàn)。本文的后端控制顯示設(shè)備即PC機(jī)。監(jiān)控界面本設(shè)計是監(jiān)控系統(tǒng)的重頭戲，它將直觀、方便、內(nèi)容豐富的生產(chǎn)信息傳遞給控制者，控制者可根據(jù)這些信息 對生產(chǎn)過程介入并進(jìn)行適時控制。隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高，計算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對工業(yè)自動化的要求越來越高，種類繁多的控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。在開發(fā)傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件時，當(dāng)工業(yè)被控對象一旦有變動，就必須修改其控制系統(tǒng)的源程序，導(dǎo)致其開發(fā)周期長；已開發(fā)成功的工控軟件又由于每個控制項目的不同而使其重復(fù)使用率很低，導(dǎo)致它的價格非常昂貴。本文選擇由北京三維力控科技有限公司開發(fā)的三維力控組態(tài)軟件。力控采用了多線程、COM組件等新技術(shù)，實現(xiàn)了實時多任務(wù)，軟件運行穩(wěn)定可靠，它具有適應(yīng)性強、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點。 系統(tǒng)仿真設(shè)計。Simulink仿真是交互式的，可以很隨意地改變模型的參數(shù)并且馬上就可以看到改變參數(shù)的結(jié)果。由于本控制對象為非線性、大滯后的過程，可以用一階系統(tǒng)表示其傳遞函數(shù)式51為： （式51）其中，為被控對象中不含純滯后部分的傳遞函數(shù)，為被控對象中純滯后部分的傳遞函數(shù)，為滯后時間?？杉僭O(shè)本對象的數(shù)學(xué)模型，式52為： （式52）首先，在輸入窗口鍵入simulink，新建一個model文件。建立PID控制回路如圖53所示： 圖53 PID控制回路圖由第二章中臨界比例度法對PID參數(shù)進(jìn)行整定，整定之后的各參數(shù)為：=，=，=。整定PID參數(shù)后建立串級控制回路如圖54所示：圖54 串級控制回路仿真圖最后，設(shè)置仿真時間及其他參數(shù)后開始仿真，觀察控制效果。為了使升溫控制回路和保溫控制控制回路切換時更加平滑，達(dá)到較理想的控制效果，需繼續(xù)不斷調(diào)整PID參數(shù)。系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖55所示：圖55 仿真結(jié)果仿真結(jié)論：℃/s范圍內(nèi)，%，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差≤1℃，符合控制要求。、 47 總 結(jié)本畢業(yè)論文根據(jù)設(shè)計要求完成了一套基于S7200PLC的連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器溫度系統(tǒng)的設(shè)計。首先闡述其研究背景、研究現(xiàn)狀及發(fā)展和研究的意義。在對設(shè)計對象有充分了解之后，對控制方案進(jìn)行了論證選擇。然后依據(jù)選定的控制方案，設(shè)計相應(yīng)的硬件設(shè)備并進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計，最后對所設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行MATLAB仿真。從仿真結(jié)果可以看出，本設(shè)計達(dá)到了預(yù)定的目標(biāo)，能實現(xiàn)良好的控制效果。在做本畢業(yè)設(shè)計的過程中，我充分復(fù)習(xí)了大學(xué)四年學(xué)過的知識，特別是如自動控制原理、過程控制系統(tǒng)、計算機(jī)控制系統(tǒng)、S7200 PLC編程及應(yīng)用等專業(yè)知識。把理論知識應(yīng)用于實際系統(tǒng)，深化了對所學(xué)知識的理解。除運用學(xué)過知識外，還學(xué)習(xí)運用了化工方面的相關(guān)知識，同時也進(jìn)一步熟練掌握了像PLC編程軟件和Matlab仿真軟件的應(yīng)用。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我不僅鞏固了理論知識，同時提高了運用知識解決實際問題的能力。畢業(yè)設(shè)計的種種難題使我認(rèn)識自我，發(fā)現(xiàn)自己的不足之處，使我有了改善的方向和目標(biāo)，是我人生中重要的一課，使我受益良多。致 謝我的畢業(yè)論文是在呂秀江老師的精心指導(dǎo)和大力支持下完成的，他淵博的知識開闊的視野給了我深深的啟迪，論文凝聚著她的血汗，他以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和敬業(yè)精神深深的感染了我，對我的工作學(xué)習(xí)產(chǎn)生了深淵的影響，在此我向他表示衷心的謝意。這四年來感謝長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院自動化系的老師對我專業(yè)思維及專業(yè)技能的培養(yǎng)，他們在學(xué)業(yè)上的心細(xì)指導(dǎo)為我工作和繼續(xù)學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)，在這里我要像諸位老師深深的鞠上一躬！老師們在這四年來，在思想以及生活上給予我鼓舞與關(guān)懷讓我走出了很多失落的時候，“明師之恩，誠為過于天地，重于父母”，對老師們的感激之情我無法用語言來表達(dá)！感謝這三年來我的朋友以及自動化090911班的同學(xué)們對我的學(xué)習(xí)，生活和工作的支持和關(guān)心。四年來我們真心相待，和睦共處，不是兄弟勝是兄弟！正是一路上有你們我的求學(xué)生涯才不會感到孤獨，馬上就要各奔前程了，希望你們有好的前途，失敗不要灰心，你的背后還有自動化090911班這個大家庭！最后我要感謝我的父母，你們生我養(yǎng)我，縱有三世也無法回報你們，要離開你們出去工作了，我在心里默默的祝福你們平安健康，我不會讓你們失望的，會好好工作回報社會的。參 考 文 獻(xiàn)[1] 鐘國情, 何應(yīng)堅等. 四氮唑乙酸生產(chǎn)過程計算機(jī)控制[M]. 北京：高等教育出版社，1998，3032 (社會科學(xué)版). 2002.[2] 馮斌，須文波等. 反應(yīng)釜系統(tǒng)的模糊串聯(lián)策略[N]. 無錫：輕工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 1999，7275 2007. 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Automatica,. 49 附錄1：攪拌釜微機(jī)控制系統(tǒng)的原理圖 52 附錄2：攪拌釜微機(jī)控制系統(tǒng)梯形圖程序