【正文】 最后還要向文中引用到其學(xué)術(shù)論著及研究成果的眾多學(xué)者前輩與同行鳴謝，也感謝將為本文審稿的所有老師，你們提出的寶貴意見將使我受益匪淺!9．附錄 系統(tǒng)圖紙 外文文獻(xiàn)翻譯Programmable logic controllerA programmable logic controller (PLC) or programmable controller is a digital puter used for automation of electromechanical processes, such as control of machinery on factory assembly lines, amusement rides, or lighting fixtures. PLCs are used in many industries and machines. Unlike generalpurpose puters, the PLC is designed for multiple inputs and output arrangements, extended temperature ranges, immunity to electrical noise, and resistance to vibration and impact. Programs to control machine operation are typically stored in batterybacked or nonvolatile memory. A PLC is an example of a real time system since output results must be produced in response to input conditions within a bounded time, otherwise unintended operation will result. The PLC was invented in response to the needs of the American automotive manufacturing industry. Programmable logic controllers were initially adopted by the automotive industry where software revision replaced the rewiring of hardwired control panels when production models changed. Before the PLC, control, sequencing, and safety interlock logic for manufacturing automobiles was acplished using hundreds or thousands of relays, cam timers, and drum sequencers and dedicated closedloop controllers. The process for updating such facilities for the yearly model changeover was very time consuming and expensive, as electricians needed to individually rewire each and every relay. In 1968 GM Hydramatic (the automatic transmission division of General Motors) issued a request for proposal for an electronic replacement for hardwired relay systems. The winning proposal came from Bedford Associates of Bedford, Massachusetts. The first PLC, designated the 084 because it was Bedford Associates39。但是由于時間的關(guān)系，控制系統(tǒng)還有很多可以完善的地方都沒有進(jìn)行進(jìn)一步完善。加強(qiáng)了自己的理論知識，為今后的學(xué)習(xí)和工作打下了良好的基礎(chǔ)。在這半年的畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，我受益很多，畢業(yè)設(shè)計(jì)是對本科生的一個知識的總結(jié)過程，包含著很多需要我們學(xué)習(xí)的東西：綜合能力，畫圖能力，查閱文獻(xiàn)的能力，統(tǒng)籌編輯的能力等等。在設(shè)計(jì)繼電器控制系統(tǒng)時，必須在控制線路（接線程序）設(shè)計(jì)完成后，才能進(jìn)行控制大的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工。(3) 選擇PLC。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟：(1) 根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求。 GPT過程連接外螺紋規(guī)格M20(或定制)；DPT過程連接內(nèi)螺紋規(guī)格M12。信號輸出特性：電流型輸出：DC/4～20mA，最大負(fù)載電阻測算(含傳輸線內(nèi)阻)：Rmax= ( V 12 ) /（其中V為供電電壓）。(1)壓力傳感器的選型現(xiàn)場所需要測量的壓力參數(shù)有主機(jī)進(jìn)水壓力、儲氣罐氣體壓力。 (2)保護(hù)功能 　 過載能力為200％額定負(fù)載電流，持續(xù)時間3秒和150％額定負(fù)載電流，持續(xù)時間60秒；過電壓、欠電壓保護(hù)；變頻器、電機(jī)過熱保護(hù)；接地故障保護(hù)，短路保護(hù)；閉鎖電機(jī)保護(hù)，防止失速保護(hù)；采用PIN編號實(shí)現(xiàn)參數(shù)連鎖。 (1)主要特征 200V240V 177?？商峁?biāo)準(zhǔn)值為24V DC的輸入和輸出電壓。圖51 控制系統(tǒng)主電路圖 PLC選型本系統(tǒng)中共有3臺電機(jī)、3個電磁閥、7個壓力傳感器、12個溫度傳感器，啟動停止等開關(guān)控制信號共19個，共有64個I/O點(diǎn)、它們構(gòu)成了被控對象。同時熱繼電器可以實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)的過熱保護(hù)。在PLC的220V輸入電源前也需要接入自動空氣開關(guān)，保證PLC的正常運(yùn)行。即判斷為外部故障。經(jīng)PLC內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換為200～1000數(shù)字信號，而當(dāng)傳感器損壞或斷線時，將不能給PLC輸出信號，PLC所檢測到的輸入信號數(shù)字值將低于200。TD：微分時間。參數(shù)編號地址偏移量（字節(jié)）變量名變量類型備注150PVnIN調(diào)節(jié)量254SPnIN給定量358MnIN/OUT控制量462KCIN比例增益566TSIN采樣時間（s）670TIIN積分時間（min）774TDIN微分時間（min）878MXIN/OUT累積偏移量982PVn1IN/OUT上一次調(diào)節(jié)量表41 控制參數(shù)表41中變量名說明如下：SPn：第n采樣時刻的給定值。另外一類參數(shù)必須在調(diào)用PID指令時才填入控制表格。 S7300系列PLC中的CPU313提供了用于閉環(huán)控制PID運(yùn)算指令，用戶只需在PLC的內(nèi)存中填寫一張PID控制參數(shù)表（見表41）再執(zhí)行指令：“PID Table Loop”即可完成PID運(yùn)算，其中操作數(shù)Table表使用變量存儲器VBx來指明控制參數(shù)表的表頭字節(jié)；操作數(shù)Loop只可選擇07的整數(shù)，表示本次PID閉環(huán)控制所針對的環(huán)路編號，最多8路。PID控制的原理基于下面的算式： (43)其中： M(t)： PID回路的輸出，是時間的函數(shù)。根據(jù)偏差e(n)和偏差變化率ec(n)值的不同，在線適當(dāng)調(diào)節(jié)參數(shù)KP、KI和KD值，可以有效提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和精度，減小超調(diào)并縮短響應(yīng)時間，提高系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。KD值影響系統(tǒng)動態(tài)特性；它主要抑制響應(yīng)誤差的變化，如果KD過大，會使響應(yīng)過分提前制動，從而延長系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間。對連續(xù)時間類型，PID控制方程的標(biāo)準(zhǔn)形式為： （41）式(41)中，u(t)為PID控制器的輸出，與執(zhí)行器的位置相對應(yīng)；t為采樣時間；KP 為控制器的比例增益；e(t)為PID控制器的偏差輸入，即給定值與測量值之差；TI為控制器的積分時間常數(shù)；TD為控制器的微分時間常數(shù)。利用模糊控制理論的特性，結(jié)合傳統(tǒng)的PID控制理論，構(gòu)造模糊 PID控制器，可實(shí)現(xiàn)控制器參數(shù)的自動調(diào)整[3]。其中，模糊PID控制技術(shù)扮演了十分重要的角色，并且仍將成為未來研究與應(yīng)用的重點(diǎn)技術(shù)之一。在工業(yè)控制中，PID (Proportion Integral Differential)控制是工業(yè)控制中最常用的方法。該過程最多分5個階段。在PLC和上位機(jī)之間的通訊中，PLC通過以太網(wǎng)模塊CP3431接入工業(yè)以太網(wǎng)，上位機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備有動作或者出現(xiàn)故障時能夠彈出提示消息并記錄存儲下來。在設(shè)計(jì)中增加了故障指示和故障報警輸出，變頻器本身具有短路保護(hù)、過載保護(hù)等功能，只需把變頻器的故障輸出點(diǎn)、接觸器、熱繼電器等輔助觸點(diǎn)接到 PLC 即可。為了保護(hù)空壓機(jī)及變頻器，1空壓機(jī)的 KM1 與 KM2之間進(jìn)行了電氣互鎖。這樣的切換過程，有效的減少空壓機(jī)的頻繁啟停，同時在實(shí)際管網(wǎng)對供氣壓力波動做出反應(yīng)之前，由于變頻器迅速調(diào)節(jié)，使氣壓平穩(wěn)過渡，從而有效的避免了井下風(fēng)動工具供氣不足的情況發(fā)生。整個控制過程如下：用氣需求↑ —— 管路氣壓↓—— 壓力設(shè)定值與反饋值的差值↑ —— PID輸出↑ —— 變頻器輸出頻率↑ —— 空壓機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速↑ —— 供氣流量↑—— 管路氣壓趨于穩(wěn)定特別注意：為防止電機(jī)頻繁起制動和變速，在壓力容差范圍內(nèi)，變頻器的輸出頻率不變。依次關(guān)閉各臺空壓機(jī)。(2)自動運(yùn)行方式在自動運(yùn)行方式下開始啟動運(yùn)行時，首先打開冷卻水閥，關(guān)閉供氣閥，1空壓機(jī)變頻交流接觸器吸合，電機(jī)與變頻器連通（啟動過程如圖43）變頻器輸出頻率從0Hz開始上升，此時壓力變送器檢測壓力信號反饋PLC，由PLC經(jīng)PID運(yùn)算后控制變頻器的頻率輸出；如壓力不夠，則頻率上升至50Hz，延時一定時間后，將1空壓機(jī)切換為工頻，2空壓機(jī)變頻交流接觸器吸合，變頻啟動2空壓機(jī)，頻率逐漸上升，直至供氣壓力達(dá)到設(shè)定壓力，依次類推增加空壓機(jī)。當(dāng)空壓機(jī)在運(yùn)行的過程中出現(xiàn)機(jī)體溫度過高，潤滑油溫度過高，風(fēng)包溫度過高，分包壓力過高及潤滑油壓力過高，斷水等故障時，系統(tǒng)會發(fā)出聲光報警信號，提示有關(guān)的工作人員及時地排除故障。啟動前，將變頻器的機(jī)組開關(guān)置于欲工作的機(jī)組，工作方式選擇置于變頻位置，將 PLC 的控制開關(guān)置于運(yùn)行狀態(tài)，按下啟動按鈕，機(jī)組運(yùn)行?，F(xiàn)場壓力變送器檢測管網(wǎng)出口壓力，并與給定值比較，經(jīng)PID指令運(yùn)算，得到頻率信號，調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，以調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到所需壓力的目的。其用來實(shí)現(xiàn)電氣部分的控制。~。 　　在STEP 7中，用項(xiàng)目來管理一個自動化系統(tǒng)的硬件和軟件。單極性模擬量量程的上下限(100%和0%)分別對應(yīng)于模擬值27648和0。模擬量輸入模塊用于將模擬量信號轉(zhuǎn)換為CPU內(nèi)部處理用的數(shù)字信號，其主要組成部分是A/D轉(zhuǎn)換器。S7300的CPU模塊大致可以分為以下幾類：CPU集成的I/O集成的技術(shù)功能集成的接口CPU 312－－MPCPU 312C數(shù)字量計(jì)數(shù)MPICPU 313C數(shù)字量，模擬量計(jì)數(shù)MPICPU 313C2 PtP數(shù)字量計(jì)數(shù)PtP，MPICPU 313C2 DP數(shù)字量計(jì)數(shù)DP，MPICPU 314－－MPCPU 314C2 PtP數(shù)字量，模擬量計(jì)數(shù)，定位PtP，MPICPU 314C2 DP數(shù)字量，模擬量計(jì)數(shù)，定位DP，MPCPU 3152DP－－DP，MPICPU 3182DP－－DP，MPI S7300的CPU模塊分類 S7300的模擬量輸入模塊在生產(chǎn)過程中有大量的連續(xù)變化的模擬量需要用PLC來測量或控制。在所有的模式中，都可以通過MPI接口與其他設(shè)備通信。一條導(dǎo)軌共有11個槽號：1號槽至11號槽，其中4號槽至11號槽可以隨意放置除電源、CPU和IM以外的其他模塊。每個模塊都有一個總線連接器，后者插在各模塊的背后。以上兩個主要原因，使得PLC的I/O響應(yīng)比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)慢得多，其響應(yīng)時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個掃描周期甚至更長。在此期間，CPU按照I/O映像區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。(2)用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。 　掃描過程(1)輸入采樣階段　　在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。PLC掃描用戶程序的時間一般均小于100ms，因此。另外，PLC的接線十分方便，只需將輸入信號的設(shè)備（如按鈕、開關(guān)等）與PLC的輸入端子相連，將接受控制的執(zhí)行元件（接觸器、電磁閥等）與輸出端子相連即可。（3）編程簡單、使用方便PLC在基本控制方面采用梯形圖語言進(jìn)行編程，這種梯形圖是與繼電器控制電路圖相呼應(yīng)的，形式簡單、直觀性強(qiáng)，廣大電氣人員容易接受。PLC能承受電網(wǎng)電壓的變化，可直接由交流市電供電，直接取自電控箱電源。通過選配相應(yīng)的控制模塊便可適用于各種不同的工業(yè)控制系統(tǒng)。PLC與變頻器組成聯(lián)合控制系統(tǒng)，可提高交流電動機(jī)的自動化控制水平。（5）順序（步進(jìn)）控制在工業(yè)控制中，選用PLC實(shí)現(xiàn)順序控制，可以采用IEC規(guī)定的用于順序控制的標(biāo)準(zhǔn)化語言——順序