【導(dǎo)讀】溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)。食品、機械、石油等工業(yè)中，具有舉足輕重的作用。對于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，燃料，控制方案也有所不同。廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等。工藝過程復(fù)雜多變，具有不確定性，因此對系統(tǒng)要求更為先進的控制技術(shù)和控制理論。信技術(shù)為一體的新型自動裝置。它具有抗干擾能力強，價格便宜，可靠性強，編程簡單，易學(xué)易用

　　

【正文】 令回路表 偏移地址 名稱 數(shù)據(jù)類型 說明 0 過程變量（ PVn） 實數(shù) 必須在 ~ 之間 4 給定值（ SPn） 實數(shù) 必須在 ~ 之間 8 輸出值（ Mn） 實數(shù) 必須在 ~ 之間 12 增益（ Kc 實數(shù) 比例常數(shù)，可正可負 16 采樣時間 （ Ts） 實數(shù) 單位為 s，必須是正數(shù) 20 采樣時間（ Ti） 實數(shù) 單位為 min，必須是正數(shù) 24 微分時間（ Td） 實數(shù) 單位為 min，必須是正數(shù) 28 積分項前值（ MX） 實數(shù) 必須在 ~ 之間 32 過程變量前值（ PVn1） 實數(shù) 必須在 ~ 之間 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)過測量的溫度信號被轉(zhuǎn)化為標準信號溫度值才是過程變量，所 以，這兩個數(shù)不在同一個數(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經(jīng)過 EM235 轉(zhuǎn)換后，是一個整數(shù)值，但 PID指令執(zhí)行的數(shù)據(jù)必須是實數(shù)型，所以需要把整數(shù)轉(zhuǎn)化成實數(shù)。使用指令 DTR就可以了。如本設(shè)計中，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 實數(shù)歸一化處理 因為 PID 中除了采樣時間和 PID 的三個參數(shù)外，其他幾個參數(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 ： )32020/( rawnoum RR ? （ ） 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、積分時間 Ti和和微分時間 Td，改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性，使系統(tǒng)的過渡過程達到最為滿意的質(zhì)量指標要求。一般可以通過理論計算來確定，但誤差太大。目前，應(yīng)用最多的還是工程整 定法：如經(jīng)驗法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應(yīng)曲線法。 經(jīng)驗法又叫現(xiàn)場湊試法，它不需要進行事先的計算和實驗，而是根據(jù)運行經(jīng)驗，利用一組經(jīng)驗基于 PLC 的溫度測控系統(tǒng)設(shè)計 23 參數(shù)，根據(jù)反應(yīng)曲線的效果不斷地改變參數(shù)，對于溫度控制系統(tǒng)，工程上已經(jīng)有大量的經(jīng)驗，其規(guī)律如表 表 溫度控制器參數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù) 被控變量 規(guī)律的選擇 比例度 積分時間（分鐘） 微分時間（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=基于 PLC 的溫度測控系統(tǒng)設(shè)計 25 第五章 組態(tài)編程 PLC 通信配置與 通信方式 串行數(shù)據(jù)傳送和并行數(shù)據(jù)傳送 1)并行數(shù)據(jù)傳送：并行數(shù)據(jù)傳送時所有數(shù)據(jù)位是同時進行的，以字或字節(jié)為單位傳送。并行傳輸速度快，但通信線路多、成本高，適合近距離數(shù)據(jù)高速傳送。 2)串行數(shù)據(jù)傳送：串行數(shù)據(jù)傳送時所有數(shù)據(jù)是按位 (bit)進行的。串行通信僅需要一對數(shù)據(jù)線就可以。在長距離數(shù)據(jù)傳送中較為合適。 PLC 網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)的方式絕大多數(shù)為串行方式，而計算機或 PLC 內(nèi)部數(shù)據(jù)處理、存儲都是并行的。若要串行發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，則要進行相應(yīng)的串行、并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，即在數(shù)據(jù)發(fā)送前，要把并行數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù) ；而在數(shù)據(jù)接收后，要把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)后再處理。 異步方式與同步方式 根據(jù)串行通信數(shù)據(jù)傳輸方式的不同可以分為異步方式和同步方式。 1)異步方式：又稱起止方式。它在發(fā)送字符時，要先發(fā)送起始位，然后才是字符本身，最后是停止位。字符之后還可以加入奇偶校驗位。異步傳送較為簡單，但要增加傳送位，將影響傳輸速率。異步傳送是靠起始位和波特率來保持同步的。 2)同步方式：同步方式要在傳送數(shù)據(jù)的同時，也傳遞時鐘同步信號，并始終按照給定的時刻采集數(shù)據(jù)。同步方式傳遞數(shù)據(jù)雖提高了數(shù)據(jù)的傳輸速率，但對通信系統(tǒng)要求 較高。 PLC網(wǎng)絡(luò)多采用異步方式傳送數(shù)據(jù)。 網(wǎng)絡(luò)的通訊 PPI 協(xié)議 PPI 是一種主從設(shè)備協(xié)議：主設(shè)備給從屬裝置發(fā)送請求，從屬裝置進行響應(yīng)。從屬裝置不發(fā)出訊息，而是一直等到主設(shè)備發(fā)送請求或輪詢時才作出響應(yīng)。 主設(shè)備與從屬裝置的通訊將通過按 PPI 協(xié)議進行管理的共享連接來進行。 PPI 不限制與任何一個從屬裝置進行通訊的主設(shè)備的數(shù)目，網(wǎng)絡(luò)上最多可安裝 32 個主設(shè)備。 如果在用戶程序中激活 PPI 主設(shè)備模式，則 S7200 CPU 在處于 RUN（運行）模式時可用作主設(shè)備。激活 PPI 主設(shè)備模式之后，可使用“網(wǎng)絡(luò)讀取” 或“網(wǎng)絡(luò)寫入”指令從其它 S7200 讀取數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)寫入其它 S7200。當 S7200 用作 PPI 主設(shè)備時，它將仍然作為從屬裝置對來自其他主設(shè)備的請求進行響應(yīng)。 對于簡單的單臺主設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，編程站和 S7200 CPU 既可以通過 PPI 多臺主設(shè)備電纜連接，也可以通過安裝在編程站中的通訊處理器（ CP）卡連接。 在圖上部的范例網(wǎng)絡(luò)中，編程站（ STEP7Micro/WIN）是網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備。在圖下部的范例網(wǎng)絡(luò)中，人機界面（ HMI）設(shè)備（例如 TD 200、 TP或 OP）是網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備。 在兩個范例網(wǎng)絡(luò)中， S7200 CPU是對主設(shè)備的請求進行響應(yīng)的從屬裝置?；?PLC 的溫度測控系統(tǒng)設(shè)計 27 組態(tài)軟件 一種組態(tài)軟件只能適合某種領(lǐng)域的應(yīng)用。組態(tài)的概念最早出現(xiàn)在工業(yè)計算機控制中。如 DCS(集散控制系統(tǒng) )組態(tài)， PLC（可編程控制器）梯形圖組態(tài)。人機界面生成軟件就叫工控組態(tài)軟件。 SIMATIC Wincc是第一個使用最新的 32位技術(shù)的過程監(jiān)視系統(tǒng)，具有良好的開放性和靈活性。 當創(chuàng)建變量時，將變量分配某種數(shù)據(jù)類型取決于我們自己將怎么樣用該變量。 Wincc中通過 PC Access使變量與通訊驅(qū)動程序連接起來，雙擊點開 PC Access軟件，右擊 Microwin（ OPC/PPI cable/(PPI)），創(chuàng)建 NewPLC，繼續(xù)右擊創(chuàng)建所需的變量如下圖所示。完成后保存并編譯，通過即可。 畫面組態(tài) 繪制畫面 ， 測量值、設(shè)定值以及輸出值均由棒圖顯示，比例 Kc，積分 Ti，微分 Td,均采用輸入輸出域來顯示。在右邊窗口中選取趨勢曲線設(shè)定兩條曲線：設(shè)定值 SP 與測量值 PV。設(shè)置完成后，在 Wincc 資源管理器的左邊單擊“計算機”，在右邊的子窗口中，右擊所使用的計算機名稱，彈出的菜單中，單擊屬性選項，單擊“圖形運行系統(tǒng)”，可以確定運行畫面的外觀 以及設(shè)置起始畫面，單擊“瀏覽”按鈕，選擇剛才建立的圖形文件，在“窗口屬性”下，激活所需的選項即可。 首先設(shè)置好電腦與 PLC的正確通信，單擊通訊圖標則出現(xiàn)一個通訊窗口，如圖所示 。 接著點擊左下角的按鍵，選擇 PC/PPI 電纜圖標。 設(shè)置完成后雙擊刷新，等待完成后即完成了PLC與電腦的正確通信。 然后通過 PC Access 建立 NewPLC創(chuàng)建所需變量，保存編譯即可通信。 最后打開 Wincc，由 Wincc 與 PLC 之間建立的專門的通訊驅(qū)動程序，通過 PC Access 將變量進行傳遞，完成了變量在三者之 間的傳輸 。 基于 PLC 的溫度測控系統(tǒng)設(shè)計 29 第六章 程序調(diào)試 第一步：讓 PLC處于 RUN狀態(tài)； 第二步：在 Wincc上按運行按鈕，讓系統(tǒng)運行； 第三步：在 Wincc上按運行按鈕，此時 Wincc 上顯示當前的溫度值即測量值； 第四步：通過手動輸入改變設(shè)定值，輸入想要讓電爐內(nèi)溫度達到的值； 第五步：在計算機上的 STEP7Micro/WIN32 軟件上監(jiān)控，調(diào)節(jié) PID，到調(diào)節(jié)完成后，加熱器將根據(jù)輸出的電壓加熱到設(shè)定溫度。 PLC 程序調(diào)試方法與結(jié)果 程序編寫完成后，按下程序監(jiān)控按鈕顯示程序已運行并對 PLC程序的監(jiān)控，以及在線的修改 PID各項參數(shù)值，如下圖 。通過現(xiàn)場湊試法調(diào)節(jié)出比較理想的 PID 調(diào)節(jié)值。最后經(jīng)過多次調(diào)節(jié)在設(shè)定值 SP（地址為 VD154）為 ，測量值（地址為 VD150）在 。各項參數(shù)比例 Kc（地址為 VD332）為 ，積分時間 Ti（地址為 VD332）為 ，微分時間 Td（地址為 VD340）為 . 根據(jù)趨勢曲線和棒圖顯示，再次改變設(shè)定值 SP，進行調(diào)節(jié)整定 PID，調(diào)節(jié)結(jié)果如下圖所示，設(shè)定值 SP 設(shè)定在 ，比例 Kc設(shè)定在 ，積分時間 Ti 設(shè)定在 ，微 分時間設(shè)定在 ，經(jīng)過一段時間的整定，測量值 PV在 60左右浮動，幅度在 。由圖上顯示看， 結(jié)果基本符合預(yù)期 。 結(jié)束語 31 結(jié)束語 本畢業(yè)設(shè)計的題目是基于 PLC的溫度測控系統(tǒng) 。 PLC（可編程控制器） 以其可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、功能強大、性價比高、體積小、能耗低等顯著特點廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的自動控制之中。 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，對大部分控制對象都有良好的控制效果。組態(tài)軟件因其簡單易用的特點，在 HMI設(shè)計中深受用戶的喜歡而得到廣泛的使用。 在西門子 S7200系列 PLC和組態(tài)軟件基礎(chǔ)上，我們成功設(shè)計出了溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)達到了快、準、穩(wěn)的效果，也達到了預(yù)期的目標。再加上由組態(tài) 軟件 的人機界面，整個系統(tǒng)操作簡單，控制方便，大大提高了系統(tǒng)的自動化程度和實用性。 日后，隨著對 PLC 硬件系統(tǒng)和通信方式的深入了解，還可以豐富遠程控制指令，以應(yīng)對運行過程中的各種突發(fā)事件，增加其他 PLC，通過構(gòu)建復(fù)雜的多級網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)大型的工業(yè)控制，使該系統(tǒng)運行時更加穩(wěn)定可靠，性能更加完善。 參考資料 32 參考資料 [1] 楊后川等 .西門子 S7200 PLC 編程速學(xué)與快速應(yīng)用 [M].北京 :電子工業(yè)出版社 ,2020. [2] SIMATIC S7200可編程序控制器系統(tǒng)手冊 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 ,2020. [3] 沈燦鋼 .Pt100熱電阻傳感器和 S7200 PLC在爐溫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) ,2020（ 2） . [4] 西門子（中國）有限公司 .深入淺出西門子 S7200PLC（第三版） [M].北京 :北京航空航天大學(xué)出版社 ,2020. [5] 陳建明 .電氣控制與 PLC應(yīng)用 [M].北京 :電子工業(yè)出版社 ,2020. [6] 鄭鳳翼 ,金沙 .圖解西門子 S7200系列 PLC應(yīng)用 88例 [M].北京 :電子工 業(yè)出版社 ,2020. [7] 毛聯(lián)杰 .S7300 系列 PLC 與組態(tài)軟件 Wincc 實現(xiàn)通信的方法 [J].國內(nèi)外機電一體化技術(shù) ,2020（ 4） . [8] 楊靖 ,雷聲勇 .基于 PID算法的 S7200 PLC鍋爐水溫控制系統(tǒng) [J].機床電器 ,2020（ 6） . [9] 戴仙金 .西門子 S7200系列 PLC應(yīng)用與開發(fā) [M].中國水利水電出版社 ,2020. [10] 葉建美 .基于 PLC 的瓦楞原紙模糊 PID 溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 [D].杭州 :浙江工業(yè)大學(xué) ,2020. [11] Kevin Collins , PLC Programming for Industrial Automation , Exposure Publishing (February 5, 2020) John R. Hackworth , Frederick D. Hackworth ,Programmable Logic Controllers: Programming Methods and Applications,Prentice Hall (April 21, 2020)