【正文】 ,沒有電接觸點(diǎn) ,所以它有一系列 MER 不具備的優(yōu)點(diǎn) ,即工作高可靠、長壽命(有資料表明 SSR 的開關(guān)次數(shù)可達(dá) 次 ,比一般 MER 的 10 高幾百倍) ，無動作噪聲。耐振耐機(jī)械沖擊，1098?安裝位置無限制，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。這些特點(diǎn)使 SSR 可在軍事(如飛行器、火炮、艦船、車載武器系統(tǒng)) 、化工、井下采煤和各種工業(yè)民用電控設(shè)備的應(yīng)用中大顯身手 ,具有超越 MER 的技術(shù)優(yōu)勢。交流型 SSR 由于采用過零觸發(fā)技術(shù) ,因而可以使 SSR 安全地用在計(jì)算機(jī)輸出接口上 ,不必為在接口上采用 MER 而產(chǎn)生的一系列對計(jì)算機(jī)的干擾而煩惱。此外 ,SSR 還有能承受在數(shù)值上可達(dá)額定電流十倍左右的浪涌電流的特點(diǎn)。山東科技大學(xué)自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，使用的是功率為 1500W、額定電壓為 220V 的電加熱壺，工作電流有, 因此根據(jù)實(shí)際需要我選擇用美國 OPTO22 公司的型號為 240D10 的交流型固態(tài)繼電器。其實(shí)際圖形和技術(shù)參數(shù)如圖 37圖 37 交流型固態(tài)繼電器1,2 為輸出（負(fù)載回路）最大 10A/250V AC. 3,4 為輸入（信號）332V DC. 加熱器技術(shù)參數(shù)如下：1）型號 WL—S152）額定電壓：220V、50Hz3）額定功率：1500W山東科技大學(xué)自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) S7300 實(shí)現(xiàn) PID 閉環(huán)控制的方法S7300 為用戶提供了功能強(qiáng)大、使用方便簡單的模擬量閉環(huán)控制功能。1．閉環(huán)控制模塊S7300 的 FM355 閉環(huán)控制模塊是智能化的 4 路通用閉環(huán)控制模塊，可以用于化工和過程控制，模塊上帶有 A/D 轉(zhuǎn)換器和 D/A 轉(zhuǎn)換器。2．閉環(huán)控制用的系統(tǒng)功能塊除了專用的閉環(huán)控制模塊外，S7300 也可用 PID 控制功能塊實(shí)現(xiàn) PID 控制。但是需要配置模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊（或數(shù)字量輸出模塊） 。連續(xù)控制器通過模擬量輸出模塊輸出模擬量數(shù)值，步進(jìn)控制器輸出開關(guān)量（數(shù)字量） ，例如二級或三級控制器可用數(shù)字量輸出模塊輸出脈沖寬度可調(diào)的方波信號。在 S7300PLC 中，通過調(diào)用系統(tǒng)功能塊 SFB4SFB42 或 SFB43。SFB41（CONT_C）用于連續(xù)控制方式，SFB42(CONT_S)用于步進(jìn)控制方式，SFB43(PULSEGEN)用于脈沖寬度控制方式。3．閉環(huán)控制軟件包安裝了標(biāo)準(zhǔn) PID 控制（Standard PID Control）軟件包后，文件夾“\Libraries\Standard Library\PID Controller”中的 FB41～FB43 用于 PID 控制，F(xiàn)B58~FB59 用于 PID 溫度控制。其中 FB41~FB43 和 SFB41~SFB43 兼容。模糊控制軟件包適合于對象模型難以建立 ，過程特性缺乏一致性，具有非線性，但是可以總結(jié)出操作經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（Neuronal Systems）適用于不完全了解其結(jié)構(gòu)和解決方法的控制問題。它可以用于自動化的各個(gè)層次，從單獨(dú)的閉環(huán)控制器到工廠的最優(yōu)控制。PID 自整定(PID Self Tuner)軟件包可以提供控制優(yōu)化支持?；诂F(xiàn)有的準(zhǔn)備知識結(jié)構(gòu)、現(xiàn)有的實(shí)際條件以及經(jīng)濟(jì)性，本設(shè)計(jì)采用的是 PLC 內(nèi)部所提供的 PID 控制功能模塊 FB41 來進(jìn)行 PID 閉環(huán)控制。 連續(xù) PID 控制器本次設(shè)計(jì)用的是以 FB41“CONT_C”（連續(xù)控制器）的輸出為連續(xù)變量?？梢杂肍B41“CONT_C”作為單獨(dú)的 PID 恒值控制器，或在多閉環(huán)控制中實(shí)現(xiàn)級聯(lián)控制器、混合控制器和比例控制器。控制器的功能基于模擬信號采樣控制器的 PID 控制算法。如果有需要的話，在軟件上 FB41 可以和 FB43 脈沖發(fā)生器進(jìn)行擴(kuò)展，產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制的輸出信號；在硬件上也可和 2PULSE 脈沖發(fā)生器進(jìn)行擴(kuò)展，同樣可以產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制的輸出信號。 設(shè)定值與過程變量的處理1．設(shè)定值的輸入浮點(diǎn)數(shù)格式的設(shè)定值（setpoint）用變量 SP_INT（內(nèi)部設(shè)定值）輸入（見圖 41）山東科技大學(xué)自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21圖 41 PID 算法結(jié)構(gòu)圖2．過程變量的輸入可以用兩種方式輸入過程變量（即反饋值）：1） 、用 PV_IN（過程輸入變量）輸入浮點(diǎn)格式的過程變量，此時(shí)開關(guān)量 PVPER_ON（外圍設(shè)備過程變量 ON）應(yīng)為 0 狀態(tài)。2） 、用 PV_PER（外圍設(shè)備過程變量）輸入外圍設(shè)備（I/O）格式的過程變量，即用模擬量輸入模塊輸出的數(shù)字值作為 PID 控制的過程變量，此時(shí)開關(guān)量 PVPER_ON 應(yīng)為 1 狀態(tài)。3．外圍設(shè)備過程變量轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)外圍設(shè)備（即模擬量輸入模塊）正常范圍的輸出值（%）為 27648（6C00H） ，功能 CRP_IN %~+%之間的浮點(diǎn)數(shù)格式的數(shù)值，CPR_IN 的輸出（以％為單位）用下式計(jì)算： PV_R=PV_PER100/27648（％）山東科技大學(xué)自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）224．外圍設(shè)備過程變量的標(biāo)準(zhǔn)化PV_NORM 功能用下面的公式將 CRP_IN 的輸出 PV_R 格式化： PV_NORM 的輸出＝PV_RPV_FAC＋PV_OFF式中，PV_FAC 為過程變量的系數(shù)，默認(rèn)值為 ；PV_OFF 為過程變量的偏移量，默認(rèn)值為 。PV_FAC 和 PV_OFF 用來調(diào)節(jié)過程輸入的范圍。如果設(shè)定值有物理意義，實(shí)際值（即反饋量）也可轉(zhuǎn)換為該物理值。 控制器輸出值的處理1．手動模式參數(shù) MAN_ON（手動值 ON）為 1 時(shí)為手動模式，為 0 時(shí)為自動模式。在手動模式中，控制變量（Manipulated Variable,即控制器的輸出值）被手動循選擇的值 MAN（手動值）代替。在手動模式時(shí)如果令微分項(xiàng)為 0，將積分部分（INT）設(shè)置為 LMNLMN_PDISV,可以保證手動到自動的無憂切換，即切換時(shí)控制器的輸出值不會突變，DISV 為擾動輸入變量。2．輸出限幅LMNLIMIT(輸出量限幅)功能用于將控制器輸出值（Manipulated Variable）限幅。LMNLIMIT 功能的輸入量超過控制器的輸出值的上極限 MN_HLM 時(shí)，信號位QLMN_HLM（輸出超出上限）變?yōu)?1 狀態(tài)；小于下極限值 LMN_LLM 時(shí)，信號位 QLMN_LLM（輸出超出下限）變?yōu)?1 狀態(tài)。3．輸出量的格式化處理LMN_NORM(輸出量格式化)功能用下述公式來將功能 LMNLIMIT 的輸出量 LMN_LIM 格式化：LMN=LMN_LIMLMN_FAC＋LMN_OFF式中，LMN 式格式化后浮點(diǎn)數(shù)格式的控制器輸出值；LMN_FAC 位輸出量的系數(shù)，默認(rèn)值位 ；LMN_OFF 位輸出量的偏移量，默認(rèn)值為 ；LMN_FAC 和 LMN_0FF 用來調(diào)節(jié)控制器輸出量的范圍。4．輸出量轉(zhuǎn)換為外圍設(shè)備（I/O）格式控制器輸出值如果要送給模擬量輸出模塊中的 D/A 轉(zhuǎn)換器，需要用“CPR_OUT”功能轉(zhuǎn)換為外圍設(shè)備(I/0)格式的變量 LMN_PER。轉(zhuǎn)換公式為：LMN_PER=LMN27648/100用參數(shù)賦值工具可以進(jìn)行參數(shù)檢查，給出錯誤消。 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與 PLC 編程 軟件編程方框圖PID 控制的程序方框圖應(yīng)在啟動時(shí)執(zhí)行的組織塊 OB100 中和在定時(shí)循環(huán)中斷 OB35 中調(diào)用 PID 功能塊 FB41。執(zhí)行 OB35 的時(shí)間間隔（ms，即 PID 控制的采樣周期 CYCLE）在 CPU 屬性設(shè)置對話框的循環(huán)山東科技大學(xué)自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23中斷選項(xiàng)卡中設(shè)置，在本設(shè)計(jì)中 OB35 定時(shí)中斷的執(zhí)行間隔時(shí)間設(shè)置為 100ms。調(diào)用功能塊 FB41 時(shí)應(yīng)指定相應(yīng)的背景數(shù)據(jù)塊。功能塊的參數(shù)保存在背景數(shù)據(jù)塊中，可以通過數(shù)據(jù)塊的編號、偏移地址或符號地址來訪問背景數(shù)據(jù)塊。軟件流程圖見圖 42,首先應(yīng)將鍋爐實(shí)際溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，和設(shè)定溫度值進(jìn)行比較，得到偏差 ER。通過 FB41 進(jìn)行 PID 運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果通過 FC106 轉(zhuǎn)化為一個(gè)整型值輸出。圖 42 軟件流程圖ET200S 是一種模塊式 DP 從站，它的輸入?yún)^(qū)域和輸出區(qū)域是可變的，可以用 STEP7 組態(tài)軟件 HW Config 定義它們。它需要一塊 ET200S 接口模塊（IM 151）來實(shí)現(xiàn)與 S7300 主站的通信。在組態(tài) STEP7 時(shí)自動分配它的輸入/輸出地址，就像訪問主站內(nèi)部的輸入/輸出模塊一樣，DP 主站 S7300 可以通過這些地址直接訪問 DP 從站 ET200S。下圖 43 為 DP 主站 S7300 和 DP 從站 ET200S 的硬件組態(tài)圖：山東科技大學(xué)自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）24 圖 43 S7300 和 ET200S 的硬件組態(tài)圖下圖 44 為調(diào)用 FB41:圖 44 調(diào)用 FB41山東科技大學(xué)自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）25下圖 45 為數(shù)據(jù)塊 DB1圖 45 數(shù)據(jù)塊 DB1 調(diào)試結(jié)果當(dāng)設(shè)定值為 60℃，實(shí)際控制變量的曲線圖如圖 46 所示：山東科技大學(xué)自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）26圖 46 控制變量的曲線圖對上圖進(jìn)行分析：①超調(diào)量： ＝61， =60)(maxtC??? 10%%10%?????c?超調(diào)量達(dá)到了閉環(huán)控制系統(tǒng)的指標(biāo)要求。②控制精度：當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)最終能夠?qū)⒈豢刈兞浚▽?shí)際控制溫度）鉗制在℃范圍內(nèi)，控制精度較高，比較符合預(yù)期要求。 （當(dāng)時(shí)環(huán)境溫??1602???Ct度為 28℃） 。山東科技大學(xué)自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）27第五章 系統(tǒng)安裝雖然 PLC 具有很高的可靠性，并且有很強(qiáng)的抗干擾能力，但在過于惡劣的環(huán)境或安裝使用不當(dāng)?shù)惹闆r下，都有可能引起 PLC 內(nèi)部信息的破壞而導(dǎo)致控制混亂，甚至造成內(nèi)部元件損壞。為了提高 PLC 系統(tǒng)的運(yùn)行的可靠性，安裝時(shí)應(yīng)注意以下幾方面的問題。(1) 環(huán)境溫度適宜通常 PLC 允許的環(huán)境溫度約在 0～55186。C。安裝時(shí)不要把發(fā)熱量大的元件放在 PLC 的下方；PLC 四周要有足夠的通風(fēng)散熱空間；不要把 PLC 安裝在陽光直接照射或離暖氣、加熱器、大功率電源等發(fā)熱器件很近的場所。(2) PLC 工作環(huán)境PLC 工作環(huán)境的空氣相對濕度一般要求小于 85%，以保證 PLC 的絕緣性能。濕度太大會影響模擬量輸入/輸出裝置的精度。(3) 注意環(huán)境污染不一把 PLC 安裝在有大量污染物（如灰塵、油煙、鐵粉等）、腐蝕性氣體和可燃性的場所，尤其是有腐蝕性氣體的地方，易造成元件及印刷線路板的腐蝕。(4) 遠(yuǎn)離振動和沖擊源安裝 PLC 的控制柜應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離有強(qiáng)烈振動和沖擊的場所，尤其是連續(xù)、頻繁的振動。必要時(shí)可以采取相應(yīng)措施來減輕振動和沖擊的影響，以免造成接線或插件的松動。(5) 遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源PLC 應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源，如大功率晶閘管裝置、高頻設(shè)備和大型動力設(shè)備等，同時(shí) PLC應(yīng)該遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁場和強(qiáng)放射源，以及易產(chǎn)生強(qiáng)靜電的地方。(6) 正確的接地良好的接地是 PLC 安全可靠運(yùn)行的重要條件。為了抑制干擾，PLC 最好單獨(dú)接地，與其他設(shè)備分別使用各自的接地裝置。(7) 安全保護(hù)當(dāng) PLC 輸入設(shè)備短路時(shí)，為了避免 PLC 內(nèi)部輸出元件損壞，應(yīng)該在 PLC 外部的輸出回路中裝上熔斷器，進(jìn)行短路保護(hù)。 山東科技大學(xué)自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）28第六章 結(jié)束語 本文總結(jié)本文研究的是溫度控制系統(tǒng)，下面將論文的主要工作作一個(gè)簡要的總結(jié)：1. 首先本文介紹了大時(shí)滯、大慣性溫度控制系統(tǒng)的相關(guān)的理論基礎(chǔ)，并且針對溫度控制系統(tǒng)的這一特性從理論上重點(diǎn)闡述了當(dāng)今溫度控制的常用的控制方法——PID（比例、微分、積分）的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)、算法和各個(gè)參數(shù)的具體作用，為本次研究的課題打下了理論基礎(chǔ)。2. 其次本文確定了本次研究的課題的硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案并結(jié)合實(shí)際對所涉及的相關(guān)硬件設(shè)備進(jìn)行了比較深入、具體的分析和選型，為本次研究的課題構(gòu)建了一個(gè)設(shè)計(jì)合理的硬件設(shè)計(jì)平臺。3. PID 控制算法作為本次研究課題——溫度控制系統(tǒng)的核心算法，本文具體闡述了 PID控制算法在 PLC 中的具體實(shí)現(xiàn)方法。利用 S7300 內(nèi)部所提供的閉環(huán)控制軟件包FB41“CONT_C”來具體實(shí)現(xiàn)了 PID 的閉環(huán)控制功能，為保證溫度控制系統(tǒng)能夠精確控制提供了結(jié)構(gòu)合理的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)。4. 最后，作為 PID 控制系統(tǒng)中的重點(diǎn)同時(shí)也是難點(diǎn)的 PID 控制器的參數(shù)整定環(huán)節(jié)，本文給了較多篇幅的詳細(xì)論述，詳細(xì)介紹了 PID 控制器參數(shù)整定的工程整定法：控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)法、臨界比例度法、衰減曲線法和反映曲線法。并且通過采用控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)法對本次設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)整定和調(diào)試，結(jié)果顯示本次設(shè)計(jì)的溫度系統(tǒng)能夠在一定條件下達(dá)到了較好的控制效果。通過以上所做的工作，本文解決了傳統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)的體積大，耗電多，效率不高而且容易出現(xiàn)故障，控制精度不高，不能保證正常的工業(yè)生產(chǎn)等問題。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好，效果不錯，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，為以后進(jìn)一步的研究工作并向?qū)嵱没茝V打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 展望溫度、壓力，流量和液位是四種最常見的過程變量。其中溫度是一個(gè)非常重要的過程變量，因?yàn)樗苯佑绊懭紵⒒瘜W(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形，結(jié)晶以及空氣流動等物理和化學(xué)過程。溫度控制不好就可能引起生產(chǎn)安全，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量等一系