【正文】 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會順利完成。除了敬佩 范 老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。對 范 老師的感激之情是無法用言語表達(dá)的。所以，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性強(qiáng)。 結(jié)論 本文介紹了一種利用 S7200 型 PLC 的模糊控制 、 PWM 控制、 PID控制等 技術(shù)來實(shí)現(xiàn)砌塊養(yǎng)護(hù)窯的自動控制系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件配置以及軟件設(shè)計(jì)流程圖，并介紹了編 程中的關(guān)鍵問題。從模擬信號轉(zhuǎn)向 PWM 可以極大地延長通信距離。 PWM的一個優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模 轉(zhuǎn)換。由于它的這些特點(diǎn)，模糊控制正在得到越來越廣泛的應(yīng)用。 (7) 將 PLC 裝于專門的電柜中，要注意 PLC 四周留有 50mm 以上的凈空間，保 證良好的通風(fēng)環(huán)境。低電平信號線應(yīng)與其它信號線分開。 （ 2） 必要時需選用帶有屏蔽層的輸入輸出信 號電纜，并注意一端接地。本設(shè)計(jì)所采用的控制算法是根據(jù)PID 算法，用 PID 的輸出值來控制電動閥的開通大小，從而控制養(yǎng)護(hù)窯的溫度。本設(shè)計(jì)中采用的控制算法，是利用 PID 控制算法控制進(jìn)氣量，成為 PID 控制。 PID 控制的流程圖設(shè)計(jì) （ 1）總體思路： 因?yàn)楸鞠到y(tǒng)用來控 制規(guī)模相同的 2 個養(yǎng)護(hù)窯，所以控制程序采用分塊結(jié)構(gòu)。定時中斷程序，則利用 PID 算法計(jì)算出各個養(yǎng)護(hù)窯進(jìn)氣電磁閥開閉的占空比，并將該占空比的數(shù)值傳送到對應(yīng)的變量區(qū)。主程序 0B1 分別調(diào)用 SBR0， SBR1 子塊程序，對 2 個養(yǎng)護(hù)窯分別控制。 為了實(shí)現(xiàn)控制算法，在程序設(shè)計(jì)中，每個養(yǎng)護(hù)窯安排了 8 個延時斷開定時器（ TON），產(chǎn)生 4 種不同占空比的脈沖。 如果檢測溫度高于設(shè)定值的 80%，且低于 設(shè)定值的 90%，則進(jìn) 氣 閥門打開的占空比為 50%。在系統(tǒng)總起動之后，主程序 只要不斷查詢各個子程序的起動條件，并根據(jù)啟動條件去決定是否調(diào)用溫控程序即可，流程圖如下： （ 3）控制算法： 系統(tǒng)的控制核心采用 S7200 型 PLC，外加輸入輸出模塊構(gòu)成自動控制系統(tǒng)，控制算法有多種。主程序 0B1 分別調(diào)用 SBR0， SBR1 子塊程序，對 2 個養(yǎng)護(hù)窯分別控制。 mm2 黃綠雙色線接到電動機(jī) PE 線。 1mm2 黃 綠雙色線接到接地銅排上。 如按鈕板和電器安裝板的連接，按鈕板上有 SB0~SB HL1~HL6等 14 個元件，根據(jù) I/O 接口圖， SB0~SB7 有一端相連為 1， HL1~HL12 有一端相連為 100。它是根據(jù)電器位置的合理性和經(jīng)濟(jì)性的原因安排的。如圖 51 所示 圖 51 第三種方案：內(nèi)部布置圖，由隔離開關(guān) QS，熔斷器 FU，干線斷路器 QF1，支線斷路器 QF QF QF4，中間繼電器 KM KM2，熱繼電器 FR FR2， PLC 模塊，溫度顯示模塊， EM231 和 EM232 擴(kuò)展模塊組成。所以選用 CPU22 EM231 四路模擬輸入模塊和 EM232 兩路模擬量輸出模塊。 第一 、二種方案：根據(jù)統(tǒng)計(jì)， 模擬量輸入 2 個，開關(guān)量輸入輸出共16 個； I/O 口共 18 個。%、 177。 SBWR/Z 系列一體化溫度變送器模塊是一種現(xiàn)場安裝式溫度變送單元。該產(chǎn)品 Pt 100傳感器由用戶自己配備，變送器內(nèi)有線性化和長線補(bǔ)償功能，出廠時按照 Pt100國標(biāo)分度表校正，完全達(dá)到 。 ● 80℃超溫保護(hù)： 散熱器溫度大于 80℃177。 ●負(fù)載電源 : 50Hz 單相 110VAC/220VAC/380VAC 移相范圍： 0～170176。 （ 4）調(diào)節(jié)精度受限，用介質(zhì)受限。選擇溫度變送器，熱敏電阻，硅調(diào)壓器，電磁閥及電動閥。 微分環(huán)節(jié)的作用是阻止偏差的變化，偏差變化越快，微分調(diào)節(jié)器的輸出也越大，并能在偏差變大之前進(jìn)行修正。因此 TI 必須根據(jù)控制的具體要求來選定。在調(diào)節(jié)過程中，只要偏差存在，積分環(huán)節(jié)的輸出就會不斷增大，直至偏差 e(t)=0，輸出 u(t)才可能維持某一常量，使系統(tǒng)在設(shè)定值 r(t)不變的條件下趨于穩(wěn)態(tài)。偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用使控制量向著減小偏差的方向變化。 KpK IK D被控對象r ( t )+—e ( t ) u ( t ) y ( t )+++ 模擬 PID控制系統(tǒng)原理圖 Principle diagram of analogue PID control system 該系統(tǒng)由模擬 PID 控制器和被控對象組成。按偏差的比例、積分和微分進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)器，簡稱為 PID 調(diào)節(jié)器，是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)成熟且應(yīng)用廣泛的一種調(diào)節(jié)器。電池模塊插在存儲器模塊的卡槽中。 ● EEPROM 存儲器模塊（選件） 可作為修改與拷貝程序的快速工具（無需編程器），并可進(jìn)行輔助軟件歸檔工作。 ● CPU 222/224/224XP/226 可方便地用數(shù)字量和模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展。 ● 本機(jī)模擬最輸入 /輸出點(diǎn) CPU 224XP 具有 2 個輸入點(diǎn)， 1 個輸出點(diǎn)。 ● CPU 單元設(shè)計(jì) 集成的 24V 負(fù)載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器），CPU 221， 222 具有 180mA 輸出， CPU 224， CPU 224XP， CPU 226 分別輸出 280， 400mA。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。 SIMATIC S7200 系列 PLC 適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。 根據(jù)上述的要求和西門子 S7200 的控制性能的優(yōu)點(diǎn)所以本設(shè)計(jì)選用西門子 S7200 作為編程軟件； SIMATIC S7200 PLC 功能介紹 SIMATIC S7200 系列 PLC 適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān) 測及控制的自動化。 (3)．很好的適應(yīng)了遠(yuǎn)距離通訊（ 1100 米左右），抗干擾能力強(qiáng)，控制性能優(yōu)越。所以選用 CPU22 EM231 四路模擬輸入模塊和EM232 兩路模擬量輸出模塊。 PLC選型時主要考慮如下幾個方面： 1） 多少個開關(guān)量輸入，電壓分別為多少； 2） 有多少個開關(guān)量輸出，輸出功率為多少； 3） 有多少個模擬量輸入輸出點(diǎn)； 4） 是否有特殊控制要求，如高速計(jì)數(shù)器等； 5） 機(jī)房與現(xiàn)場的最遠(yuǎn)距離為多遠(yuǎn)； 6） 現(xiàn)場對 PLC 的響應(yīng)速度有何要求（掃描速度）； 7） 內(nèi)存的估計(jì)； 8） I/O 模塊配置及系統(tǒng)電源容量校驗(yàn)。 第四章 控制電路的設(shè)計(jì) 控制方式的選擇 在養(yǎng)護(hù)窯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，控制系統(tǒng)的核心采用可編程序控制器（ PLC），這是因?yàn)椋嚎刂葡到y(tǒng)的工作環(huán)境非常惡劣，工作環(huán)境潮濕 ,塵土較多 ,工作溫度高于常溫，由于 PLC 的輸入／輸出 系統(tǒng)功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)于各種形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量信號的輸入和輸出 ； PLC 的硬件結(jié)構(gòu)全部采用模塊化結(jié)構(gòu)，可以適應(yīng)大小規(guī)模不同、功能復(fù)雜程度及現(xiàn)場環(huán)境各異的各種控制要求 ，為控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)提供了方便、快捷的途徑，可以大大縮短整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、調(diào)試周期，節(jié)約系統(tǒng)投資 ； PLC 維護(hù)操作方便，擴(kuò)展容易 ， 具有較好的性能和較高的可靠性，能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下正常運(yùn)行 ， 一般平均無故障時間可達(dá)幾萬小時以上 ， PLC 具有較高的性能／價格比 。 ⑸ . 繼電器的線圈能長期耐受 110%的額定電壓。 3). 技術(shù)數(shù)據(jù) ⑴ . 繼電 器基本參數(shù)及線圈阻值表 1。 ⑵ . 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 本繼電器為電磁式快速動作之中間繼電器，繼電器由鐵芯，磁軛板，動片，線圈及觸點(diǎn)系統(tǒng)等四部分所組成。其主要用途為：當(dāng)其他繼電器的觸頭對數(shù)或觸頭容量不夠時，可借助中間繼電器來擴(kuò)展它們的觸頭或觸頭容量，起到信號中繼作用。然后根據(jù)該額定電流來選擇熱繼電器的型號。 I301=I302 = 根據(jù)國標(biāo)選擇 KM KM2 為 CJ2016 熱繼電器的選擇 ： 熱繼電器是用于電動機(jī)或其它電氣設(shè)備、電氣線路的過載保護(hù)的保護(hù)電器。 也可根據(jù)所控制的電動機(jī)最大功率進(jìn)行選擇。 接觸器的結(jié)構(gòu)及工作原理 : 接觸器由磁系統(tǒng) ,觸頭系統(tǒng) ,滅弧系統(tǒng) ,釋放彈簧機(jī)構(gòu) ,輔助觸頭及基座等幾部分組成 . 接觸器的基本工作原理 :利用電磁原理通過控制電路和可動銜鐵的運(yùn)動來帶動觸頭控制主電路通短的 . 選擇接觸器的類型 ： 根據(jù)電路中負(fù)載電流的種類選擇。 2).選擇低壓斷路器應(yīng)滿足下列條件 ①低壓斷路器的額定電壓應(yīng)不低于保護(hù)線路的額定電壓 。 ５）對于保護(hù)電動機(jī)的熔斷器，應(yīng)注意電動機(jī)起動電流的影響， 熔斷器一般只作為電動機(jī)的短路保護(hù)，過載保護(hù)應(yīng)采用熱繼電器。 =8KW 其型號為 HD11100/31 ．低壓熔斷器選擇： １）根據(jù)使用條件確定熔斷器的類型。 11= Q30=179。其中單柱式刀閘在架 空母線下面直接將垂直空間用作斷口的電氣絕緣，因此，具有的明顯優(yōu)點(diǎn)，就是節(jié)約占地面積，減少引接導(dǎo)線，同時分合閘狀態(tài)特別清晰。 2)根據(jù)運(yùn)行需要，換接線路。如果上面公式能夠滿足，則該機(jī)允許直接啟動；如果不能滿足，則必須采取措施限制啟動電流。如采樣時間過短對外部信號的變化有可能檢測不到，而過長的采樣時間顯然不能滿足控制精度的要求。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化 “ 超前 ” ，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。因此，比例 +積分（ PI）控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這 個 控 制 系 統(tǒng) 是 有 穩(wěn) 態(tài) 誤 差 的 或 簡 稱 有 差 系 統(tǒng) （ System with Steadystate Error）。 （ 1） 比例（ P）控制： 比例控制是一種最簡單的控制方式。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。 圖 單周控制原理圖 單周控制在控制電路中不需要誤差綜合 ,它能在一個周期內(nèi)自動消除穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)誤差，使前一周期的誤差不會帶到下一周期。 單周控制法又稱積分復(fù)位控制（ Integration Reset Control，簡稱 IRC），是一種新型非線性 控制技術(shù)，其基本思想是控制開關(guān)占空比，在每個周期使開關(guān)變量的平均值與控制參考電壓相等或成一定比例。沖量既指窄脈沖的面積。 PWM 變頻電路具有以下特點(diǎn)： 1). 可以得到相當(dāng)接近正弦波的輸出電壓 2). 整流電路采用二極管，可獲得接近 1 的功率因數(shù) 3). 電路結(jié)構(gòu)簡單 4). 通過對輸出脈沖寬度的控制可改變輸出電壓，加快了變頻過程的動態(tài)響應(yīng) PWM 基本原理 : 脈寬調(diào)制（ PWM） : 控制方式就是對逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。這樣，使調(diào)壓和調(diào)頻兩個作用配合一致，且于中間直流環(huán)節(jié)無關(guān)，因而加快了調(diào)節(jié)速度，改善了動態(tài)性能。 178。 178。 178。 178?？刂破鞯聂敯粜苑治?，系統(tǒng)的可控性和可觀測性判定方法等。其中兩個重要的問題是 :如何獲得模糊規(guī)則及隸屬函數(shù)，這在目前完全憑經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行 。對模糊控制的改進(jìn)方法可大致的分為模糊復(fù)合控制，自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)模糊控制，以及模糊控制與智能化方法的結(jié)合等三個方面。但由于模糊規(guī)則是人們對過程或?qū)ο竽：畔⒌臍w納，對高階、非線性、大時滯、時變參數(shù)以及隨機(jī)干擾嚴(yán)重的復(fù)雜控制過程，人們的認(rèn)識往往比較貧乏或難以總結(jié)完整的經(jīng)驗(yàn)，這就使得單純的模糊控制在某些情況下很粗糙，難以適應(yīng)不同的運(yùn)行狀態(tài)，影響了控制效果。 模糊控制算法是基于啟發(fā)性的知識及語言決策規(guī)則設(shè)計(jì)的，這有利于模擬人工控制的過程和方法，增強(qiáng)控制系統(tǒng)的適應(yīng)能力，使之具有一定的智能水平。 由工業(yè)過程的定性認(rèn)識出發(fā)，比 較容易建立語言控制規(guī)則，因而模糊控制對那些數(shù)學(xué)模型難以獲取、動態(tài)特性不易掌握或變化非常顯著的對象非常適用。模糊控制器(Fuzzy Controller，即 FC)獲得巨大成功的主要原因在于它具有如