【正文】 N Y N Y N 初始化溫度給定輸入值錯(cuò)誤 錯(cuò)誤報(bào)警A/D 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換值2047 斷偶報(bào)警標(biāo)度變換實(shí)際溫度顯示差值 e（k）=0給定值與實(shí)際溫度比較差值 e（k）10 恒溫指示南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17 Y N圖 31 系 統(tǒng) 程 序 流 程 圖 控 制 系 統(tǒng) 控 制 程 序 的 開(kāi) 發(fā)針 對(duì) 本 系 統(tǒng) 任 務(wù) 書(shū) 的 要 求 ， 要 求 控 制 系 統(tǒng) 實(shí) 現(xiàn) 恒 溫 控 制 的 功 能 ， 溫 度在 （ 280～ 700℃ ） 范 圍 內(nèi) 任 意 設(shè) 定 （ X10~X21 輸 入 給 定 值 ） ， 經(jīng) 過(guò) 積 分 分離 PID 調(diào) 節(jié) ， 實(shí) 現(xiàn) 恒 溫 控 制 ， 并 對(duì) 實(shí) 際 溫 度 進(jìn) 行 實(shí) 時(shí) LED 數(shù) 碼 顯 示 ， 同時(shí) 有 恒 溫 指 示 和 斷 偶 報(bào) 警 信 號(hào) 指 示 。 特 編 寫(xiě) 以 下 控 制 程 序 。 （ PLC 指 令 見(jiàn)附 錄 一 ， 總 程 序 見(jiàn) 附 錄 三 ） 。 溫 度 設(shè) 定本 設(shè) 計(jì) 系 統(tǒng) 利 用 十 鍵 數(shù) 字 輸 入 指 令 ， 設(shè) 定 恒 溫 給 定 值 。 程 序 如 圖 32所 示 。圖 32 讀 取 溫 度 給 定當(dāng) 溫 度 設(shè) 定 允 許 （ X1=1） 時(shí) ， 執(zhí) 行 十 鍵 輸 入 指 令 ， 輸 入 給 定 溫 度 值 ，送 D38， 當(dāng) 給 定 值 在 280～ 700℃ 范 圍 內(nèi) 時(shí) ， 將 給 定 值 （ D38） 再 送 D4 保存 。 否 則 輸 入 出 錯(cuò) 報(bào) 警 （ Y6=1） 。 A/D 轉(zhuǎn) 換 功 能 模 塊 的 控 制 程 序溫 度 檢 測(cè) 硬 件 電 路 給 定 的 A/D 轉(zhuǎn) 換 通 道 號(hào) CH2， 完 成 爐 溫 的 A/D 轉(zhuǎn) 換 。n=240數(shù)字調(diào)節(jié)器保存 n晶閘管觸發(fā)準(zhǔn)備等待中斷南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18為 了 提 高 抗 干 擾 能 力 ， 程 序 采 用 了 數(shù) 字 濾 波 措 施 ， 濾 波 方 法 是 取 8 次 輸 入的 平 均 值 作 為 檢 測(cè) 結(jié) 果 。在 此 過(guò) 程 中 設(shè) 定 爐 溫 的 模 擬 量 送 入 FX2N4AD 模 塊 的 2通 道 （ CH2） 。根 據(jù) 三 菱 公 司 的 用 戶(hù) 手 冊(cè) 中 的 模 塊 編 號(hào) 規(guī) 則 ， FX2N4AD 直 接 連 PLC 的 為0 號(hào) 模 塊 。 A/D 轉(zhuǎn) 換 功 能 的 PLC 程 序 如 圖 33 所 示 ：圖 33 A/D 轉(zhuǎn) 換 程 序當(dāng) 控 制 周 期 到 （ M331=1） 和 X2 為 ON 時(shí) ， 將 FX2N4AD 在 0位 置BFM30 中 的 識(shí) 別 碼 （ K2022） 送 D3， 若 識(shí) 別 碼 為 2022， 則 M1=1。 進(jìn) 而 將H3330 送 BFM0（ A/D 通 道 初 始 化 ） ， CH2 為 電 壓 輸 入 （ DC ： 10～ +10V） ，CH CH3 和 CH4 關(guān) 斷 ， 采 樣 次 數(shù) 缺 省 為 8 次 ， 正 常 速 度 ） 。 然 后 再 將BFM29 的 狀 態(tài) 信 息 分 別 寫(xiě) 到 M25～ M10（ 16 位 ） 中 ， 若 無(wú) 錯(cuò) （ M10=0） 和數(shù) 字 輸 出 值 正 常 （ M20=0） ， 則 BFM 6 的 內(nèi) 容 （ CH2 通 道 的 平 均 輸 入 采 樣 值 ）將 傳 送 到 PLC 的 D0 中 。本 程 序 設(shè) 計(jì) 以 為 一 個(gè) 控 制 周 期 ， 當(dāng) 控 制 周 期 到 才 讀 取 A/D 轉(zhuǎn) 換結(jié) 果 。控 制 周 期 計(jì) 時(shí) 中 斷 服 務(wù) 程 序 （ I610） 如 圖 34 所 示 。圖 34 計(jì) 時(shí) 中 斷 程 序南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19I610 為 每 計(jì) 時(shí) 10ms 便 自 動(dòng) 執(zhí) 行 一 次 中 斷 。 當(dāng) 計(jì) 時(shí) 10ms 到 ， 系 統(tǒng) 執(zhí)行 I610 中 斷 服 務(wù) 程 序 ， 控 制 周 期 計(jì) 數(shù) 器 （ D27） 加 1， 將 D27 與 480 比 較 ，若 相 等 則 M331 為 ON（ 計(jì) 時(shí) 到 ） ， 同 時(shí) 將 控 制 周 期 計(jì) 數(shù) 器 （ D27） 清0。 標(biāo) 度 變 換 程 序另 外 針 對(duì) 本 次 設(shè) 計(jì) 所 選 擇 的 功 能 模 塊 FX2N4AD 的 輸 入 輸 出 特 性 ， 有280～ 700℃ 經(jīng) 零 點(diǎn) 遷 移 后 所 對(duì) 應(yīng) 的 數(shù) 字 量 為 0～ 2047（ 0～ 10V 對(duì) 應(yīng) 的 數(shù) 字量 ） ， 通 過(guò) 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 得 到 的 溫 度 的 數(shù) 字 量 存 入 D0， 根 據(jù) 此 特 性 ， 輸 入 數(shù) 據(jù)對(duì) 應(yīng) 的 模 擬 量 應(yīng) 該 為 數(shù) 字 量 占 2047 的 百 分 比 ， 即 實(shí) 際 溫 度 =（ 700280）*數(shù) 字 量 /2047+280≈ 數(shù) 字 量 *21/102+280。 從 而 得 到 實(shí) 際 的 溫 度 的 數(shù) 值 而 送入 D5， 同 時(shí) 將 所 得 的 余 數(shù) 與 ℃ 所 對(duì) 應(yīng) 的 數(shù) 字 量 (約 等 于 2)進(jìn) 行 比 較 ，如 果 大 于 2， 則 將 D5 中 的 數(shù) 加 一 ， 反 之 則 不 變 。 所 得 結(jié) 果 再 加 上 280， 就完 成 了 對(duì) 采 樣 溫 度 值 的 標(biāo) 度 變 換 。 標(biāo) 度 變 換 功 能 的 PLC 程 序 如 圖 35 所 示 ： 圖 35 標(biāo)度變換程序 恒溫控制程序（PID）設(shè)計(jì) PID 算 法根 據(jù) 給 定 的 工 藝 要 求 ， 溫 度 控 制 分 為 三 段 ： 自 由 升 溫 段 、 恒 溫 段 和 自 然降 溫 段 。 自 然 降 溫 無(wú) 需 控 制 和 檢 測(cè) 溫 度 ， 自 由 升 溫 只 需 監(jiān) 視 爐 溫 是 否 到 達(dá) 恒溫 值 ， 只 有 恒 溫 段 需 要 控 制 與 檢 測(cè) 爐 溫 。 用 于 恒 溫 控 制 的 調(diào) 節(jié) 器 有 多 種 形 式 ，如 大 林 算 法 、 PD 調(diào) 節(jié) 、 PID 調(diào) 節(jié) 、 開(kāi) 關(guān) 調(diào) 節(jié) 等 ， 本 系 統(tǒng) 選 用 實(shí) 際 中 切 實(shí) 可行 的 積 分 分 離 PID 調(diào) 節(jié) ， 它 能 有 效 地 減 小 系 統(tǒng) 的 超 調(diào) 和 穩(wěn) 態(tài) 誤 差 。南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20PID 調(diào) 節(jié) 器 的 位 置 式 控 制 方 程 為 ： ])(1)()([)( ???dteTdtteKtuip式 中 ， e（ t） 為 t 時(shí) 刻 給 定 的 恒 溫 值 Q0 與 實(shí) 際 爐 溫 Q 之 差 。 將 其 離 散 化 ，得 )]}2()1(2)[)()]1(){[)1() ??????? kekekeku dip式 中 ， T、 、 、 分 別 為 采 樣 周 期 、 微 分 時(shí) 間 常 數(shù) 、 積 分 時(shí) 間 常 數(shù) 和diPK比 例 時(shí) 間 常 數(shù) ； e（ k） 為 本 次 采 樣 時(shí) Q0 與 Q 之 差 。令 （ 31）iPiT?TKdpd?則 有 式 （ 32） )]2()(2)[)()]1()[)1() ??????? kekekeKku dip式 中 ， 、 、 分 別 為 調(diào) 節(jié) 器 的 比 例 、 積 分 、 微 分 系 數(shù) (待 定 參 數(shù) )。pid為 了 減 少 在 線 整 定 參 數(shù) 的 數(shù) 目 ， 常 常 假 定 約 束 條 件 ， 以 減 少 獨(dú) 立 變 量 的個(gè) 數(shù) ， 本 次 設(shè) 計(jì) 選 取T≈ s≈ ≈ 其 中 ， 為 純 比 例 控 制 時(shí) 的 臨 界 振 蕩 周 期 。 將 它 們 代 入 式 （ 31） 。 即 有sTPiK5?pd4因 此 ， 對(duì) 四 個(gè) 參 數(shù) 的 整 定 便 簡(jiǎn) 化 成 了 對(duì) 一 個(gè) 參 數(shù) 的 整 定 。 因 而 使p調(diào) 試 較 為 簡(jiǎn) 單 方 便 。 恒 溫 控 制 程 序?yàn)?了 減 少 超 調(diào) 和 消 除 振 蕩 現(xiàn) 象 ， 當(dāng) 自 由 升 溫 小 于 給 定 的 恒 溫 值 10℃ ，系 統(tǒng) 就 開(kāi) 始 進(jìn) 行 恒 溫 控 制 ， 恒 溫 控 制 采 用 積 分 分 離 PID 調(diào) 節(jié) 。 系 統(tǒng) 的 控 制算 法 如 下 ：當(dāng) 爐 溫 Q 大 于 給 定 恒 溫 值 10℃ 時(shí) ， 系 統(tǒng) 全 速 升 溫 ， 令 u（ k）=240， 240 為 一 個(gè) 控 制 周 期 （ ） 的 工 頻 電 源 周 波 數(shù) 。當(dāng) e（ k） 5℃ 時(shí) ， 按 式 （ 32） 進(jìn) 行 PID 調(diào) 節(jié) 。除 上 述 兩 種 情 況 外 ， 系 統(tǒng) 均 進(jìn) 行 PD 調(diào) 節(jié) ， 去 掉 （ 32） 中 的 e（ k） 。iK南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21溫 度 數(shù) 字 調(diào) 節(jié) 器 程 序 框 圖 如 圖 36 所 示 。溫 度 數(shù) 字 調(diào) 節(jié) 器 的 PLC 程 序 框 圖 和 梯 形 圖 分 別 如 圖 37 所 示 。將 實(shí) 際 溫 度 （ D5） 與 設(shè) 定 值 （ D4） 比 較 得 到 的 差 值 e（ k） 存 于D32。 若 e（ k） 大 于 10， 則 送 240 給 D30（ u（ k） ） ； 若 e（ k） 小 于 10 而大 于 5 時(shí) ， 則 進(jìn) 行 PD 算 式 運(yùn) 算 （ 去 掉 （ 42） 中 的 積 分 項(xiàng) e（ k） 的 剩iK余 項(xiàng) ） 。 若 e（ k） 小 于 5 時(shí) 則 進(jìn) 行 PID 算 式 運(yùn) 算 （ 實(shí) 現(xiàn) 式 （ 42） ） 。 最 后保 存 u（ k） ， 更 新 u（ k1） 、 e（ k1） 和 e（ k2） 以 備 下 次 運(yùn) 算 。開(kāi)始e（k）=Q0Qe（k）10Yu(k)=240N計(jì)算 PD 項(xiàng)u（k）=u(k1)+kp[e(k)e(k1)]+kd[e(k)2e(k1)+e(k2)]e(k)5YN計(jì)算 PD+I 項(xiàng)u(k)=u(k)+kie(k)u(k)u(k1)e(k1)e(k2)e(k)e(k1)保存 u(k)結(jié)束南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22圖 37 數(shù)字控制器程序 數(shù)字觸發(fā)器程序設(shè)計(jì) 數(shù) 字 觸 發(fā) 器 組 成 與 原 理數(shù) 字 觸 發(fā) 器 按 照 調(diào) 節(jié) 器 輸 出 的 控 制 量 控 制 輸 送 給 電 阻 爐 的 能 量 。 由 于 晶圖 36 數(shù) 字 控 制 器 程 序南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23閘 管 移 相 觸 發(fā) 存 在 很 大 的 諧 波 干 擾 “污 染 ”電 網(wǎng) ， 本 系 統(tǒng) 采 用 過(guò) 零 觸 發(fā) ，觸 發(fā) 器 的 組 成 如 圖 38 所 示 。圖 38 過(guò) 零 數(shù) 字 觸 發(fā) 器 組 成工 作 原 理 如 下 ： 數(shù) 字 觸 發(fā) 器 準(zhǔn) 備 程 序 將 控 制 量 u（ k） 變 換 為 晶 閘 管 的導(dǎo) 通 周 波 數(shù) n， 且 當(dāng) n0 時(shí) ， 置 晶 閘 管 允 許 觸 發(fā) 標(biāo) 志 為 1。 準(zhǔn) 備 程 序 在 每個(gè) 控 制 周 期 執(zhí) 行 一 次 。 當(dāng) 電 源 正 半 波 到 來(lái) 時(shí) （ 由 低 電 平 變 高 電 平 ） ，)(sgn若 晶 閘 管 允 許 觸 發(fā) 標(biāo) 志 為 1， 則 在 Y0 端 產(chǎn) 生 一 個(gè) 觸 發(fā) 脈 沖 ， 經(jīng) 光 電 隔 離 和功 率 放 大 后 觸 發(fā) 晶 閘 管 VT1 導(dǎo) 通 ， 使 電 源 正 半 波 加 到 電 阻 絲 上 。 當(dāng) 電 源 負(fù)半 波 到 來(lái) 時(shí) （ 由 高 電 平 變 低 電 平 ） ， 若 晶 閘 管 允 許 觸 發(fā) 標(biāo) 志 為 1，)(sgnku則 在 Y1 端 產(chǎn) 生 一 個(gè) 觸 發(fā) 脈 沖 ， 經(jīng) 光 電 隔 離 和 功 率 放 大 后 觸 發(fā) 晶 閘 管 VT2導(dǎo) 通 ， 使 電 源 負(fù) 半 波 加 到 電 阻 絲 上 ， 使 負(fù) 載 得 到 一 個(gè) 完 整 的 電 壓 波 形 。 程 序還 完 成 晶 閘 管 已 導(dǎo) 通 周 波 數(shù) 計(jì) 數(shù) 工 作 ， 當(dāng) 已 導(dǎo) 通 周 波 數(shù) 等 于 n 時(shí) ， 表 示 本控 制 周 期 內(nèi) 向 電 阻 絲 輸 送 的 能 量 已 達(dá) 到 控 制 要 求 ， 將 晶 閘 管 允 許 觸 發(fā) 標(biāo) 志 清0， Y0、 Y1 不 再 輸 出 觸 發(fā) 脈 沖 。 數(shù) 字 觸 發(fā) 器 程 序數(shù) 字 觸 發(fā) 器 程 序 由 兩 部 分 組 成 ： 準(zhǔn) 備 程 序 和 觸 發(fā) 程 序其 程 序 框 圖 如 圖 3