【正文】 回路 2n+2保存保存改變PID常數(shù)改變PID常數(shù)0 0 0 00 停止0 停止停止AT啟動(dòng)AT停止AT啟動(dòng)ATn+3 回路 1 PVn+4 回路 2 PVn+5 回路 1 SPn+6 回路 2 SPn+7 回路 1 十進(jìn)點(diǎn) 回路 2 十進(jìn)點(diǎn) 回路 1 設(shè)定差錯(cuò)號(hào)回路 2 設(shè)定差錯(cuò)號(hào)回路 1 狀態(tài)n+8完成保存?zhèn)鞲衅鞑铄e(cuò)0 致命控制錯(cuò)誤備用計(jì)算的PID常數(shù)設(shè)定差錯(cuò)停止0 0 0 控制輸出AT 0 AL1 AL2回路 2 狀態(tài)輸入n+9完成保存?zhèn)鞲衅鞑铄e(cuò)0 致命控制錯(cuò)誤備用計(jì)算的PID常數(shù)設(shè)定差錯(cuò)停止0 0 0 控制輸出AT 0 AL1 AL2輸 n+10 回路 3 SP 29 n+11 回路 4 SP回路3回路4回路3回路4回路 3 回路 4 回路 3 回路 4出n+12保存保存改變PID常數(shù)改變PID常數(shù)0 0 0 00 停止0 停止停止AT啟動(dòng)AT停止AT啟動(dòng)ATn+13 回路 3 PVn+14 回路 4 PVn+15 回路 3 PSn+16 回路 4 PSn+17 回路 3 十進(jìn)點(diǎn) 回路 4 十進(jìn)點(diǎn) 回路 3 設(shè)定差錯(cuò)號(hào)回路 4 設(shè)定差錯(cuò)號(hào)回路 3 狀態(tài)n+18完成保存?zhèn)鞲衅鞑铄e(cuò)0 致命控制錯(cuò)誤備用計(jì)算的PID常數(shù)設(shè)定差錯(cuò)停止0 0 0 控制輸出AT 0 AL1 AL2回路 4 狀態(tài)輸入n+19完成保存?zhèn)鞲衅鞑铄e(cuò)0 致命控制錯(cuò)誤備用計(jì)算的PID常數(shù)設(shè)定差錯(cuò)停止0 0 0 控制輸出AT 0 AL1 AL2 30 在 PLC 設(shè)計(jì)中最重要的部分是 PLC 程序的設(shè)計(jì)，本論文中采用歐姆龍公司出品的CXProgrammer 程序設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。本實(shí)驗(yàn)中采用工業(yè)控制中常用的 PID 算法進(jìn)行溫度控制。PID(Proportional Integral Derivative)即比例、積分、微分，是一項(xiàng)線性控制策略。PID 控制規(guī)律為： ()?????????)()(1)()(0tedKtetKtutip式中：K p——比例系數(shù)；Ki——積分時(shí)間常數(shù)；Kd——微分時(shí)間常數(shù)?？刂戚敵鲇扇糠纸M成：(a) 比例環(huán)節(jié)——根據(jù)偏差量成比例的調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制量，以此產(chǎn)生控制作用，減少偏差。比例系數(shù)的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，比例系數(shù)越大，系統(tǒng)響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但容易產(chǎn)生超調(diào)，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定；比例系數(shù)過(guò)小，會(huì)降低系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度，系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢，調(diào)節(jié)時(shí)間變長(zhǎng)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性變壞。(b) 積分環(huán)節(jié) ——用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù) Ki 的大小， Ki 越小，積分作用越強(qiáng)。需要注意的是積分作用過(guò)強(qiáng)，可能引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。(c) 微分環(huán)節(jié)——根據(jù)偏差量的變化趨勢(shì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制量，在偏差信號(hào)發(fā)生較大的變化以前，提前引入一個(gè)早期的校正信號(hào)，起到加快系統(tǒng)動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間的作用。需要注意的是微分作用過(guò)強(qiáng)，可能引起系統(tǒng)的振蕩 [25]。PID 調(diào)解器接收微伏放大器輸出的支流偏差信號(hào)，給出比例(P)、積分(I) 、微分(D)調(diào)解規(guī)律給可控硅觸發(fā)器，以控制爐絲的加熱功率，使?fàn)t溫保持在所需的溫度控制精度范圍內(nèi)。所以進(jìn)行 PID 控溫運(yùn)算的關(guān)鍵是進(jìn)行 PID 參數(shù)的整定。本設(shè)備的 PID 程序如圖 、圖 和圖 。 31 圖 PID 控制程序 1圖 PID 控制程序 2圖 PID 控制程序 32 程序中代碼解釋說(shuō)明：圖 中的代碼的作用是把 D1070(熱板的溫度)中的數(shù)據(jù)和 D1030(設(shè)定的溫度)中的數(shù)據(jù)作為輸入，D1074 中的數(shù)據(jù)作為 PID 運(yùn)算的輸出。圖 中的代碼是默認(rèn)的 PID 參數(shù)設(shè)定值傳輸?shù)较鄳?yīng)的內(nèi)存單元。圖 中的代碼是把當(dāng)前實(shí)驗(yàn)設(shè)定的 PID 參數(shù)傳送到相應(yīng)的內(nèi)存單元。PID 輸入數(shù)據(jù)為 D1070，第一參數(shù)為 D1030，輸出為 1074。比例帶 D1031 設(shè)置為5；積分常數(shù) D1032 設(shè)置為 100；微分常數(shù) D1033 設(shè)置為 0；采樣周期 D1034 設(shè)置為100；D1035 設(shè)置為amp。2，表示：當(dāng)輸入字與控制字相同時(shí)輸出為 0，每個(gè)采樣周期執(zhí)行一次，采取反向控制；D1035 設(shè)置為amp。1044，表示：操作量輸入輸出范圍為 12 位，取樣周期倍數(shù)指定，不進(jìn)行限位控制。 固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器(Solid State Relays，縮寫(xiě) SSR)是一種全部由固態(tài)電子元件組成的新型無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)。它由分立元器件、膜固定電阻網(wǎng)絡(luò)和芯片，采用混合工藝組裝來(lái)實(shí)現(xiàn)控制回路(輸入電路) 與負(fù)載回路(輸出電路) 的電隔離及信號(hào)耦合，由固態(tài)器件實(shí)現(xiàn)負(fù)載的通斷切換功能，內(nèi)部無(wú)任何可動(dòng)部件。(1) 固態(tài)繼電器的工作原理及結(jié)構(gòu)SSR 按使用場(chǎng)合可以分成交流型和直流型兩大類(lèi)，它們分別在交流或直流電源上做負(fù)載的開(kāi)關(guān)。圖 是交流型的 SSR 工作原理框圖。圖 交流型固態(tài)繼電器工作原理框圖圖 中的部件①～④構(gòu)成交流 SSR 的主體，從整體上看，SSR 只有兩個(gè)輸入端(A 和 B)及兩個(gè)輸出端(C 和 D)，是一種四端器件。工作時(shí)只要在 A、B 上加上一定的控制信號(hào)，就可以控制 C、D 兩端之間的“通”和 “斷” ，實(shí)現(xiàn)“開(kāi)關(guān)”的功能。其中耦合電路的功能是為 A、B 端輸入的控制信號(hào)提供一個(gè)輸入 /輸出端之間的通道，但又 33 在電氣上斷開(kāi) SSR 中輸入端和輸出端之間的 (電) 聯(lián)系，以防止輸出端對(duì)輸入端的影響。耦合電路用的元件是“光耦合器” ，它動(dòng)作靈敏、響應(yīng)速度高、輸入/輸出端間的絕緣(耐壓)等級(jí)高。由于輸入端的負(fù)載是發(fā)光二極管，這使 SSR 的輸入端很容易做到與輸入信號(hào)電平相匹配，在使用可直接與計(jì)算機(jī)輸出接口相接，即受“1”與“0”的邏輯電平控制。觸發(fā)電路的功能是產(chǎn)生合乎要求的觸發(fā)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電路④工作，但由于開(kāi)關(guān)電路在不加特殊控制電路時(shí)，將產(chǎn)生射頻干擾并以高次諧波或尖峰等污染電網(wǎng)，為此特設(shè)“過(guò)零控制電路” 。所謂“過(guò)零”是指，當(dāng)加入控制信號(hào)，交流電壓過(guò)零時(shí)，SSR 即為通態(tài)。而當(dāng)斷開(kāi)控制信號(hào)后，SSR 要等待交流電的正半周與負(fù)半周的交界點(diǎn)(零電位) 時(shí)， SSR 才為斷態(tài)。這種設(shè)計(jì)能防止高次諧波的干擾和對(duì)電網(wǎng)的污染。吸收電路是為防止從電源中傳來(lái)的尖峰、浪涌(電壓)對(duì)開(kāi)關(guān)器件雙向可控硅管的沖擊和干擾(甚至誤動(dòng)作)而設(shè)計(jì)的，一般是用“RC”串聯(lián)吸收電路或非線性電阻(壓敏電阻器)。直流型的 SSR 與交流型的 SSR 相比，無(wú)過(guò)零控制電路，也不必設(shè)置吸收電路，開(kāi)關(guān)器件一般用大功率開(kāi)關(guān)三極管，其它工作原理相同。不過(guò)，直流型 SSR 在使用時(shí)應(yīng)注意：①負(fù)載為感性負(fù)載時(shí)，如直流電磁閥或電磁鐵，應(yīng)在負(fù)載兩端并聯(lián)一只二極管，二極管的電流應(yīng)等于工作電流，電壓應(yīng)大于工作電壓的 4 倍。②SSR 工作時(shí)應(yīng)盡量把它靠近負(fù)載，其輸出引線應(yīng)滿足負(fù)荷電流的需要。③使用電源屬經(jīng)交流降壓整流所得的，其濾波電解電容應(yīng)足夠大。(2) 固態(tài)繼電器的特點(diǎn)SSR 成功地實(shí)現(xiàn)了弱信號(hào)(Vsr) 對(duì)強(qiáng)電(輸出端負(fù)載電壓)的控制。由于光耦合器的應(yīng)用，使控制信號(hào)所需的功率極低(約十余毫瓦就可正常工作)，而且 Vsr 所需的工作電平與 TTL、HTL、CMOS 等常用集成電路兼容，可以實(shí)現(xiàn)直接聯(lián)接，特別易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的編程控制。這使 SSR 在數(shù)控和自控設(shè)備等方面得到廣泛應(yīng)用。相對(duì)于以往的“線圈―簧片觸點(diǎn)式”繼電器(Electromechanical Relay ，縮寫(xiě) EMR)，SSR 沒(méi)有任何可動(dòng)的機(jī)械零件，工作中也沒(méi)有任何機(jī)械動(dòng)作，具有超越 EMR 的優(yōu)勢(shì)，如反應(yīng)快、可靠度高、壽命長(zhǎng)(SSR 的開(kāi)關(guān)次數(shù)比一般 EMR 的高出百倍)、無(wú)動(dòng)作噪聲、耐震、耐機(jī)械沖擊、安裝位置無(wú)限制、很容易用絕緣防水材料灌封做成全密封形式、而且具有良好的防潮防霉防腐性能、在防爆和防止臭氧污染方面的性能也極佳。此外，因?yàn)楣虘B(tài)繼電器的控制信號(hào)所需的功率極低，因此可以用弱信號(hào)控制強(qiáng)電流。本論文中所采用的是直流型固態(tài)繼電器。輸入電壓為直流 3～14V ，輸出電壓為380V，輸出電流為 20A。 34 觸摸屏本論文中兩臺(tái)設(shè)備均使用北京昆侖通態(tài) TPC7062K 型觸摸屏，該型號(hào)是一套以嵌入式低功耗 CPU 為核心（主頻 400MHz）的高性能嵌入式一體化觸摸屏。該產(chǎn)品設(shè)計(jì)采用了 7 英寸高亮度 TFT 液晶顯示屏（分辨率 800480）。65535 色 TFT，并配有豐富的圖形庫(kù)。四線電阻式觸摸屏（分辨率 10241024） 。64M SDRAM 和 128M FLASH 存儲(chǔ)空間。 配備一個(gè) RS232 接口，一個(gè) RS485 接口，兩個(gè) USB 接口和一個(gè) RJ45 以太網(wǎng)接口；同時(shí)還預(yù)裝了微軟嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng) （中文版）和 MCGS 嵌入式組態(tài)軟件（運(yùn)行版）。通過(guò)該觸摸屏可以觀察實(shí)時(shí)的控制溫度、記錄溫度、粉塵溫度、環(huán)境溫度值，并能查看實(shí)時(shí)溫度曲線，此外還可設(shè)定溫度、預(yù)熱時(shí)間、預(yù)熱開(kāi)啟度、最大開(kāi)啟度、接近開(kāi)啟度、接近溫度差、控制溫度校正偏差、記錄溫度校正偏差、粉塵溫度校正偏差、環(huán)境溫度校正偏差、比例系數(shù)和積分系數(shù)等參數(shù)，并具有報(bào)警指示，提示出錯(cuò)原因(如電源異常、刻度超過(guò)、模式設(shè)定錯(cuò)誤、O/G 錯(cuò)誤、硬件錯(cuò)誤、變換值異常、平均次數(shù)設(shè)定錯(cuò)誤、指令錯(cuò)誤等)。本論文中觸摸屏程序使用昆侖通態(tài)自帶的 MCGS 嵌入版組態(tài)軟件來(lái)編寫(xiě)，使用界面和參數(shù)設(shè)置界面如圖 ，圖 ，圖 ，圖 ，圖 ，圖 所示。圖 粉塵層主窗口界面 35 圖 粉塵層控溫界面圖 粉塵層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù) 36 圖 粉塵云主窗口界面圖 粉塵云控溫界面 37 圖 粉塵云實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù) 可控硅模塊本論文中使用的是淄博江來(lái)電器有限公司生產(chǎn)的全控單項(xiàng)交流模塊 MZKDJL40(見(jiàn)圖 )，它是晶閘管智能控制模塊，內(nèi)含自動(dòng)調(diào)節(jié)電路、晶閘管和移相觸發(fā)電路，具有對(duì)電力進(jìn)行調(diào)節(jié)、自動(dòng)控制的功能。廣泛應(yīng)用于直流電機(jī)調(diào)速、交流調(diào)壓，工業(yè)加熱調(diào)溫，工業(yè)電氣自動(dòng)化，各類(lèi)電氣控制及各類(lèi)用途的電源（電鍍、調(diào)溫、勵(lì)磁、調(diào)光等）。 38 圖 MZKDJL40 可控硅模塊晶閘管的導(dǎo)通和截止這兩個(gè)工作狀態(tài)是由陽(yáng)極電壓 U、陽(yáng)極電流 I 及控制極電流IG 決定的，而這幾個(gè)量又是互相有聯(lián)系的。在實(shí)際應(yīng)用上常用實(shí)驗(yàn)曲線來(lái)表示它們之間的關(guān)系，這就是晶閘管的伏安特性曲線。圖 所示的伏安特性曲線是在 IG=0 的條件下作出的。當(dāng)晶閘管的陽(yáng)極和陰極之間加正向電壓時(shí)，由于控制極未加電壓，晶閘管內(nèi)只有很小的電流流過(guò)，這個(gè)電流稱(chēng)為正向漏電流。這時(shí)，晶閘管陽(yáng)極和陰極之間表現(xiàn)出很大的內(nèi)阻，處于阻斷(截止)狀態(tài)，如圖 第一象限中曲線的下部所示。當(dāng)正向電壓增加到某一數(shù)值時(shí)，漏電流突然增大，晶閘管由阻斷狀態(tài)突然導(dǎo)通。晶閘管導(dǎo)通后，就可以通過(guò)很大電流，而它本身的管壓降只有 1V 左右，因此特性曲線靠近縱軸而且陡直。晶閘管由阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的電壓稱(chēng)為正向轉(zhuǎn)折電壓 UBO。在晶閘管導(dǎo)通后，若減小正向電壓，正向電流就逐漸減小。當(dāng)電流小到某一數(shù)值時(shí)，晶閘管又從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為阻斷狀態(tài)，這時(shí)所對(duì)應(yīng)的最小電流稱(chēng)為維持電流 IH。當(dāng)晶閘管的陽(yáng)極和陰極之間加反向電壓時(shí)（控制極仍不加電壓），其伏安特性與二極管類(lèi)似，電流也很小，稱(chēng)為反向漏電流。當(dāng)反向電壓增加到某一數(shù)值時(shí)，反向漏電流急劇增大，使晶閘管反向?qū)?，這時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓稱(chēng)為反向轉(zhuǎn)折電壓 UBR。從圖 的晶閘管的正向伏安特性曲線可見(jiàn)，當(dāng)陽(yáng)極正向電壓高于轉(zhuǎn)折電壓時(shí)元件將導(dǎo)通。但是這種導(dǎo)通方法很容易造成晶閘管的不可恢復(fù)性擊穿而使元件損壞，在正常工作時(shí)是不采用的。晶閘管的正常導(dǎo)通受控制極電流 IG 的控制。為了正確使用晶閘管，必須了解其控制極特性。 39 當(dāng)控制極加正向電壓時(shí)，控制極電路就有電流 IG，晶閘管就容易導(dǎo)通，其正向轉(zhuǎn)折電壓降低，特性曲線左移?？刂茦O電流愈大，正向轉(zhuǎn)折電壓愈低，如圖 所示。 實(shí)際規(guī)定，當(dāng)晶閘管的陽(yáng)極與陰極之間加上 6V 直流電壓，能使元件導(dǎo)通的控制極最小電流（電壓）稱(chēng)為觸發(fā)電流（電壓）。由于制造工藝上的問(wèn)題，同一型號(hào)的晶閘管的觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流也不盡相同。如果觸發(fā)電壓太低，則晶閘管容易受干擾電壓的作用而造成誤觸發(fā)；如果太高，又會(huì)造成觸發(fā)電路設(shè)計(jì)上的困難。因此，規(guī)定了在常溫下各種規(guī)格的晶閘管的觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流的范圍。例如對(duì) KP50 型 的晶閘管，觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流分別為≤ 和 8~150mA。圖 晶閘管的伏安特性曲線 40 圖 控制極電流對(duì)晶閘管轉(zhuǎn)折電壓的影響利用晶閘管的上述特性可以組成晶閘管整流電路，再加上相應(yīng)的保護(hù)電路