【正文】 程 為 ： ])(1)()([)( ???dteTdtteKtuip式 中 ， e（ t） 為 t 時 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 間 常 數(shù) 、 積 分 時 間 常 數(shù) 和diPK比 例 時 間 常 數(shù) ； e（ k） 為 本 次 采 樣 時 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 數(shù) ， 本 次 設(shè) 計 選 取T≈ s≈ ≈ 其 中 ， 為 純 比 例 控 制 時 的 臨 界 振 蕩 周 期 。 將 它 們 代 入 式 （ 31） 。 即 有sTPiK5?pd4因 此 ， 對 四 個 參 數(shù) 的 整 定 便 簡 化 成 了 對 一 個 參 數(shù) 的 整 定 。 因 而 使p調(diào) 試 較 為 簡 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 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 ， 系 統(tǒng) 全 速 升 溫 ， 令 u（ k）=240， 240 為 一 個 控 制 周 期 （ ） 的 工 頻 電 源 周 波 數(shù) 。當(dāng) e（ k） 5℃ 時 ， 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)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（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 ， 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 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 。開始e（k）=Q0Qe（k）10Yu(k)=240N計算 PD 項(xiàng)u（k）=u(k1)+kp[e(k)e(k1)]+kd[e(k)2e(k1)+e(k2)]e(k)5YN計算 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)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（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 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)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（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 零 觸 發(fā) ，觸 發(fā) 器 的 組 成 如 圖 38 所 示 。圖 38 過 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 ， 置 晶 閘 管 允 許 觸 發(fā) 標(biāo) 志 為 1。 準(zhǔn) 備 程 序 在 每個 控 制 周 期 執(zhí) 行 一 次 。 當(dāng) 電 源 正 半 波 到 來 時 （ 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 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 時 （ 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 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 完 整 的 電 壓 波 形 。 程 序還 完 成 晶 閘 管 已 導(dǎo) 通 周 波 數(shù) 計 數(shù) 工 作 ， 當(dāng) 已 導(dǎo) 通 周 波 數(shù) 等 于 n 時 ， 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 39 和 圖 310 所 示 。電 源 在 一 個 控 制 周 期 （ ） 有 240 個 周 波 ， 而 u（ k） 的 最 大 亦 也240， 因 此 ， 晶 閘 管 在 一 個 控 制 周 期 的 導(dǎo) 通 周 波 數(shù) n 與 控 制 量 u（ k） 的 關(guān)系 為n=u（ k）脈 沖 輸 出 通 道 要 求 PLC 輸 出 的 觸 發(fā) 脈 沖 為 正 脈 沖 ， 故 程 序 先 使南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）24Y0（ 或 Y1） 由 0 變 1， 延 時 約 后 （ 半 個 周 波 時 間 ） ， 再 將 Y0（ 或Y1） 置 0， 在 Y0（ 或 Y1） 端 形 成 一 個 寬 約 的 正 脈 沖 。圖 39 晶 閘 管 觸 發(fā) 準(zhǔn) 備 程 序 圖 310 數(shù) 字 觸 發(fā) 程 序數(shù) 字 觸 發(fā) 器 功 能 的 PLC 程 序 如 下 圖 311 所 示 ：當(dāng) X2 為 ON 時 ， 將 u（ k） 送 D25 作 觸 發(fā) 周 波 數(shù) n， 將 其 與 0 比 較 ，若 n 大 于 0， 則 置 位 D26（ 觸 發(fā) 允 許 標(biāo) 志 ） 允 許 觸 發(fā) 并 將 Y0 和 Y1 置1。 X0 為 電 源 周 波 信 號 輸 入 端 ， 當(dāng) 允 許 晶 閘 管 觸 發(fā) 時 ， 當(dāng) X0 的 上 升 沿（ 下 降 沿 ） 到 時 Y0（ Y1） 輸 出 1， 延 時 半 個 周 波 時 間 后 Y0（ Y1） 輸 出0， 即 在 Y0（ Y1） 端 口 產(chǎn) 生 正 脈 沖 去 觸 發(fā) 晶 閘 管 導(dǎo) 通 。 同 時 每 完 成 一 個 周波 觸 發(fā) ， 將 D25 減 1。 直 到 D25 為 0 止 。 D25 為 0 而 采 樣 周 期 未 到 D26被 清 0， 系 統(tǒng) 將 不 再 對 晶 閘 管 輸 出 觸 發(fā) 脈 沖 。南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）25圖 311 數(shù) 字 觸 發(fā) 器 程 序 顯 示 程 序本 設(shè) 計 系 統(tǒng) 用 三 個 LED 數(shù) 碼 管 （ 含 BCD 譯 碼 器 ） 顯 示 溫 度 （ 本 系 統(tǒng)設(shè) 定 溫 度 范 圍 為 280~700℃ ） ， 需 要 先 將 實(shí) 際 溫 度 轉(zhuǎn) 換 成 BCD 碼 ， 從Y10~Y23 端 口 輸 出 ， BCD 碼 經(jīng) 過 BCD 譯 碼 器 譯 碼 ， 由 七 段 LED 完 成 顯示 功 能 。顯 示 程 序 如 圖 312 所 示 ：圖 312 顯 示 程 序?qū)?shí)際溫度（D5）除以 100 得到百位數(shù)，存放 D122 中；同理，所得的余數(shù)（D103）除以 10 得到十位數(shù)存放 D121 中；余數(shù) D105 為個位數(shù)存放 D120中。D12D121 和 D120 中的數(shù)據(jù)分別從 Y10~Y1Y14~Y17 和 Y20~Y23 端南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）26口輸出。經(jīng)譯碼器譯成相應(yīng)的段碼，送七段 LED 顯示。 恒溫指示程序當(dāng) 實(shí) 際 溫 度 與 溫 度 給 定 值 相 等 時 ， 系 統(tǒng) 發(fā) 出 恒 溫 指 示 信 號 （ Y4=1，綠 燈 亮 ） 。 恒 溫 指 示 程 序 如 圖 313 所 示 ：圖 313 恒 溫 顯 示 程 序?qū)?實(shí) 際 溫 度 值 （ D5） 與 溫 度 設(shè) 定 值 （ D4） 進(jìn) 行 比 較 ， 如 果 相 等 則 令Y4 為 ON， 恒 溫 指 示 燈 亮 。 同 時 令 觸 發(fā) 脈 沖 個 數(shù) 為 0， 系 統(tǒng) 將 不 對 電 阻 爐加 熱 。 報 警 程 序?qū)?A/D 轉(zhuǎn) 換 的 數(shù) 字 量 與 2047 比 較 ， 若 連 續(xù) 兩 次 檢 測 到 A/D 轉(zhuǎn) 換 的 數(shù)字 量 大 于 2047， 則 表 示 斷 偶 ， 系 統(tǒng) 輸 出 斷 偶 報 警 信 號 ， Y5 為 ON， 亮 紅燈 。 如 圖 314 所 示 。圖 314 報 警 程 序 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）27第四章 總結(jié)與展望 總 結(jié)本 文 主 要 是 針 對 “基 于 PLC的 模 擬 量 控 制 ”的 研 究 。PLC完 成 對 系 統(tǒng) 現(xiàn) 場 的 控 制 過 程 。 通 過 功 能 模 塊 實(shí) 現(xiàn) 了 對 模 擬 量 、 開 關(guān)量 、 脈 沖 量 的 轉(zhuǎn) 換 ， 從 而 達(dá) 到 了 對 上 述 變 量 的 控 制 ， 以 及 顯 示 、 報 警 等 功 能 。同 時 ， 控 制 系 統(tǒng) 現(xiàn) 場 對 變 量 的 變 換 有 著 直 觀 的 顯 示 作 用 。本 文 所 做 的 主 要 工 作 :（ 1） 溫 度 設(shè) 定 由 輸 入 端 口 獲 得 （ 十 進(jìn) 制 輸 入 ） ， 具 備 實(shí) 時 顯 示 和 報 警功 能 ， 人 機(jī) 界 面 良 好 。（ 2） PLC編 程 實(shí) 現(xiàn) 積 分 分 離 PID算 法 。（ 3） 基 于 PLC模 擬 量 控 制 和 過 程 控 制 實(shí) 現(xiàn) 溫 度 控 制 。（ 4） 過 零 觸 發(fā) 晶 閘 管 實(shí) 現(xiàn) 電 功 率 的 控 制 。由 于 本 人 能 力 尚 存 在 不 足 ， 同 時 時 間 、 條 件 的 限 制 令 本 次 系 統(tǒng) 的 開 發(fā) 尚存 在 著 不 足 ， 在 今 后 的 學(xué) 習(xí) 以 及 工 作 中 會 不 斷 克 服 障 礙 展 望由 于 PLC的 諸 多 優(yōu) 點(diǎn) ， 也 已 經(jīng) 在 工 控 領(lǐng) 域 得 到 了 廣 泛 引 用 ， 但 是 ， 還沒 有 形 成 系 統(tǒng) 化 、 理 論 化 的 開 發(fā) 方 法 。 隨 著 可 編 程 序 控 制 器 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ，PLC已 越 來 越 多 地 應(yīng) 用 于 對 模 擬 量 的 控 制 ， 所 以 應(yīng) 增 加 D/A,A/D轉(zhuǎn) 換 及 運(yùn) 算功 能 的 仿 真 。 同 時 ， 要 盡 量 抑 制 干 擾 ， 尤 其 是 控 制 回 路 之 外 的 干 擾 。過 程 控 制 系 統(tǒng) 開 發(fā) 工 具 功 能 的 不 斷 完 善 ， 使 過 程 控 制 將 具 有 更 廣 闊 的 應(yīng)用 前 景 ， 對 我 國 國 民 生 產(chǎn) 生 活 各 個 領(lǐng) 域 的 自 動 化 水 平 的 提 高 都 有 著 重 要 的 意義 。隨 著 微 機(jī) 的 軟 硬 件 技 術(shù) 和 網(wǎng) 絡(luò) 通 訊 技 術(shù) 的 飛 速 發(fā) 展 ， 工 業(yè) 自 動 化 領(lǐng) 域 發(fā)生 了 革 命 性 的 技 術(shù) 進(jìn) 步 。 而 PLC及 工 控 機(jī) 作 為 工 業(yè) 控 制 的 設(shè) 備 基 礎(chǔ) ， 通 過 技術(shù) 的 不 斷 革 新 ， 在 工 業(yè) 控 制 中 的 地 位 日 益 加 強(qiáng) ， 并 且 成 為 工 業(yè) 控 制 技 術(shù) 進(jìn) 步的 主 要 工 具 。南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）28致 謝本 文 是 在 夏 慶 觀 和 路 紅 老 師 的 悉 心 指 導(dǎo) 下 完 稿 的 。 在 這 幾 個 月 的 學(xué) 習(xí) 生活 中 ， 夏 老 師 、 路 老 師 淵 博 的 學(xué) 識 ， 實(shí) 干 的 作 風(fēng) 和 寬 厚 的 師 長 作 風(fēng) ， 令 我 在生 活 、 學(xué) 習(xí) 和 思 想 上 都 受 益 匪 淺 。 我 在 學(xué) 習(xí) 、 生 活 、 為 人 等 諸 多 方 面 都 得 到了 夏 老 師 和 路 老 師 熱 心 幫 助 和 教 導(dǎo) 。 夏 老 師 和 路 老 師 創(chuàng) 造 性 的 學(xué) 術(shù) 思 想 、 嚴(yán)謹(jǐn)