【正文】 在四年的大學生涯里，還得到眾多老師的關心支持和幫助，在此，謹向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意 !論文中不足之處還忘各位老師多多指正。今后的發(fā)展模式的多能化，面對不斷更新的產(chǎn)品，電氣設計與其他相關專業(yè)技術一樣都需要不斷地協(xié)調(diào)創(chuàng)新和完善。系統(tǒng)的工作中，其他電路構成。 在反饋控制部分的然間程序設計上主要采用 PID 控制算法，但由于過早地引入積分作用容易產(chǎn)生飽和，產(chǎn)生過大的超調(diào)量，預期的調(diào)節(jié)規(guī)律將遭到破壞。 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 5 系統(tǒng)軟件設計 21 圖 比例積分微分圖 調(diào)節(jié)器輸入輸出之間的比例 —— 積分 —— 微分關系如下： ( ) [ ( ) 1 / ( ) * ( ) / ]u t K p e t T i e t d t T d d e t d t? ? ? ? 式（ ） 其中 K p為比列系數(shù)， Ti 為積分時間常數(shù)， T d 為微分時間常數(shù)。在實際調(diào)試中，只能先大致設定一個經(jīng)驗值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。三種方法各有特點，其共同點都是通過實驗、然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。 PLC 的具體軟件主程序流程圖如圖 51所示。 圖 硬件總框圖攀枝花學院本科畢業(yè)設計 5 系統(tǒng)軟件設計 19 5 系統(tǒng)軟件設計 主要的工作流程圖 本系統(tǒng)采用 PLC 作為核心處理器件，把經(jīng)過溫度檢測電路 現(xiàn)場實時采集到的溫度數(shù)據(jù)，存入 PLC 的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，送 LED 顯示，并與預先設定值進行比較，然后由 PLC 輸出信號去控制加熱器。本系統(tǒng)中熱電阻的作用是，當爐溫過低時，控制熱電阻對其進行加熱。當電路檢測到溫度偏高或偏低時，電路會產(chǎn)生發(fā)光發(fā)聲報警。在需要降穩(wěn)時按下 X1 鍵再按確認。 該顯示中選通信號由 Y0， Y4 控制。 方案二：用 LED 數(shù)碼管來顯示。由于電壓輸出波形的不完整，含有高次諧波分量，對電網(wǎng)有一定的干擾。 I/O 端子排可很容易地整體拆卸。 主控模塊 PLC S7200 cup 224 集 成 14輸入 /10 輸出共 24個數(shù)字量 I/O點。 B. 變頻調(diào)速器的工 作原理 變頻器調(diào)速技術的基本原理是根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關系： n=60f（ 1s)/p，（式中 n、 f、 s、 p 分別是表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機轉(zhuǎn)差率、電機磁極對數(shù)）；通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉(zhuǎn)速的目的。國內(nèi)也有不少產(chǎn)品問世。這樣的調(diào)速方法就是變頻調(diào)速。具有較強的控制力?？蛇B接 7個擴展模塊，最大擴展至 168路數(shù)字量 I/O點或 35 路模擬量 I/O 點。 C 構造簡單，使用方便。其優(yōu)點是： A 測量精度高。 圖 爐溫控制系統(tǒng)的原理方框圖 各獨立模塊方案論證 溫度檢測模塊 溫度檢測電路的選擇 方案一：熱電阻是中 低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。此時系統(tǒng)會啟動風扇，控制吹風 冷卻裝置，從而使爐溫下降，知道重新等于給定值為止。此時系統(tǒng)會啟動熱電阻，控制加熱功率，從而使爐溫回升，直到重新等于給定值（即 ( ) ( )u t u r? ）為止。他是一個功耗，高性能 CMOS8位微控制器，經(jīng)過信號采集，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理來控制溫度。 方案二： 采用 PLC來作為整機的控制單元，組成框圖如圖 作中，經(jīng)過溫度檢測及變換電路把被測對象的溫度轉(zhuǎn)換成電壓信號，該電壓信號經(jīng)過 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后送入 PLC 中，與給定的對應所要控制的多組溫度值進行比較，找出現(xiàn)溫度值所在范圍，根據(jù) PLC 中設置的參數(shù)，通過信號轉(zhuǎn)化為變頻器的頻率，控制變頻調(diào)速裝置，帶動被控對象，并且把被控對象的轉(zhuǎn)速經(jīng)過變換電路和 D/A 轉(zhuǎn)換器反饋到 PLC 中，與輸出的轉(zhuǎn)速初值進行比較，其偏差被 PID 程序計算出后重新輸出，在規(guī)定的時間內(nèi)循環(huán)。 以上所介紹的均是本設計中出現(xiàn)的，當然在 PLC 設計中不僅僅只有這些指令，還包括很多。數(shù)據(jù)輸入端接點的通 /斷狀態(tài)決定移位寄存器首位的狀態(tài)。 置位與復位指令 SET 指令用于對邏輯線圈 M、輸入繼電器 Y、狀態(tài) S 的置位； RST 指令用于對邏輯線圈 M、輸入繼電器 Y、狀態(tài) S 的復位，對數(shù)據(jù)寄存器 D 和變址寄存器 V、 Z的清零，還用于對計時器 T 和計數(shù)器 C 邏輯線圈的復位，使它們的當前計時 值和計數(shù)值清零。與左母線相連的塊按照觸點并聯(lián)方式編寫語句，依次相聯(lián)的塊叫做子塊。每個子塊左邊的第一個觸點用 LD 或 LDI指令，其余串聯(lián)的觸點用 AND 或 ANI 指令。 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 4 模塊方案的選擇與論證 11 ORI：或反指令。 ANI：與反指令。 LDI：取反指令，常用于常閉觸點與母線連接。用梯形圖變成雖然直觀、簡便，但要求PLC 配置較大的顯示器方可輸入圖形符號，這在有些小機型上長難以滿足，故需借助助記符語言。 ⑥ 程序結束時要有結束符，一般用“ END”表示。 PLC 的輸出元素用圓圈表示。這是因為每一觸點的狀態(tài)存入 PLC 內(nèi)的存儲單元中，可以反復讀 /寫。每一邏輯行必須從起始母線開始畫起，終止母線可以省略。圖（ b）中 X0 為常開觸點， X1為常閉觸點， Y0 表示輸出，其工作狀態(tài)受 X0、 X1 信號控 制，邏輯上與圖（ a）相同，但是 SB SB2均為物理實體，而 X0、 X1 等表示的可能是外部開關（或硬開關），也可能是內(nèi)部開關或觸點（內(nèi)部軟繼電器觸點）。如圖所示是繼電器線路圖和與其等效 PLC 的梯形圖。 梯形圖語言 梯形圖與繼電控制的區(qū)別 梯形圖結構沿用繼電控制原理圖的形式，采用了常開觸點、常閉觸點、線圈和功能快等結構的圖形語言。 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 2 可編程控制器（ PLC）概況 8 但是，可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應用，在實際應用時，其硬件需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進行設計編制。 ④ 數(shù)據(jù)處理 PLC具有數(shù)學運算 (含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算 )、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。 PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。程序被下載到 PLC，也可以將 PLC 中的程序上傳到計算機。簡易型的編程 器只能聯(lián)機編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機器語言助記符后，才能輸入。當與其他 PLC 相連時，可以組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)路，實現(xiàn)更大規(guī)模的控制 。 通信接口 為了實現(xiàn)“人一機”或“機一機”之間的對話， PLC 配有多種通信接口。輸出映像寄存器由輸出點對應的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要 的強電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器、指示燈被控設備的執(zhí)行元件 . 電源部分 PLC 一般使用 220V 的交流電源，內(nèi)部的開關電源為 PLC 的中央處理器、存儲器等電路提供 5V, +12V, +24V 的直流電源，使 PLC能正常工作。 PLC 通過 I/0 單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場相聯(lián)系。它存儲用戶程序執(zhí)行時的某些可變參數(shù)值，如定時器和計數(shù)器的當前值和設定值。這部分數(shù)據(jù)存儲在 RAM 中，以適應隨機存取的要求。由于用戶程序需要經(jīng)常改動、調(diào)試，故用戶程序存儲器多為可隨時讀寫的 RAM。位片式結構可以使用多個微處理器，將控制任務劃分為若干個可以并行 處理的部分，幾個微處理器同時進行處理。位片式微處理器是獨立于微型機的另一分支。通用微處理器的價格便宜， 通用性強，還可以借用微機成熟的實時操作系統(tǒng)、豐富的軟硬件資源。 ③ 用掃描的方式接收輸入信號，送入 PLC的數(shù)據(jù)寄存器保存起來 。裝有 CPU 單元的底板稱為 CPU 底板，其它稱為擴展底板。 整體式 PLC 是將中央處理單元 (CPU)、存儲器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構成主機。這種新型的工業(yè)控制裝置簡單易懂、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長，很快在美國其它工業(yè)領域推廣使用。 的特點 PLC之所以越來越受到控制界人士的重視，是和它的優(yōu)點分不開的 : ① 功能齊全，它的適用性極強，幾乎所有的控制要求，它均能滿足； ② 應用靈活， 其標準的積木式硬件結構，以及模塊化的軟件設計，使得它不僅可以適應大小不同、功能繁復的控制要求，而且可以適應各種工藝流程變更較多的場合； ③ 操作方便，維修容易，穩(wěn)定可靠。 可編程控制器實際上是一種工業(yè)控制計算機，它的硬件結構與一般微機控制系統(tǒng)相似，甚至與之無異。系統(tǒng)由 PLC 通過對溫度檢測電路檢測到的溫度加以分析，與給定的對應所要控制的多組溫度值進行比較，找出溫度值所在范圍，根據(jù) PLC 中設置的 PID 參數(shù)，輸出相應溫度初值對應的受控對象電機的轉(zhuǎn)速初值，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換為模擬電壓，通過信號轉(zhuǎn)為變頻器的頻率，控制變頻調(diào)速裝置，帶動被控對象，并且把被控對象的轉(zhuǎn)速經(jīng)變換電路和 D/A 轉(zhuǎn)換 器反饋到 PLC 中，與輸出的轉(zhuǎn)速初攀枝花學院本科畢業(yè)設計 1 緒論 2 值進行比較，其偏差被 PID 程序計算后重新輸出，在規(guī)定的時間內(nèi)循環(huán)，從而實現(xiàn)對溫度的控制。深入的了解電子元器件的使用方法，了解各個元器件的基本用法，能夠靈活敏捷的判斷電路中出現(xiàn)的故障，學會獨立設計，積累更多的設計經(jīng)驗，加強焊接能力和技巧，同時在實踐過程中鍛煉查閱，歸納質(zhì)料的能力，提高理論知識聯(lián)系動手能力。爐溫控制就是其中的一個。在 溫度控制方面， PLC 能夠代替以前常規(guī)的模擬調(diào)節(jié)器。本文中被控對象是電爐，在 爐溫自動控制系統(tǒng)中，爐溫經(jīng)過熱電偶檢測和溫度變送器的轉(zhuǎn)換，變?yōu)橄鄳碾? 壓信號，送往 PLC控制器，再經(jīng)過模擬量輸入 /輸出模塊（ A/D）轉(zhuǎn)換為數(shù)字量， 并由 程序?qū)⒔o定的溫度值與測量值比較，然后根據(jù)偏差大小按比例調(diào)節(jié)規(guī)律，計 算出校正量。通過模擬量輸入 /輸出模塊的輸出控制作用，消除爐溫的偏差，從 而使爐溫達到并穩(wěn)定在給定的數(shù)值上。目前，我國在這些方面的技術水平與歐美等擁有先進制造技術的國家還有一定的差距。本設計介紹了利用 PLC 進行爐溫控制系統(tǒng)的基本組成，工作原理，程序設計和系統(tǒng)的抗干擾措施。 通過親自獨立設計培養(yǎng)訓練我們大學生應用所學專業(yè)知識解決實際工程實踐問題的技能，鞏固所學專業(yè)知識，拓寬知識面 。本系統(tǒng)簡潔，靈活，可擴展性好， 具有電路設計簡單，精度高，控制效果好的優(yōu)點 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 2 可編程控制器（ PLC）概況 3 2 可編程控制器（ PLC）概況 可編程控制器的概述 可編程序控制器 (Programmable Controller)通常也可簡稱為可編程控制器 ,英文縮寫為 PC 或 PLC,是以微處理器為基礎 ,綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置?？删幊绦蚩刂破髦饕?CPU(中央處理單元 )存儲器 (RAM和 EPROM),輸入 /輸出模塊 (簡稱為 I/O模塊 )、編程器和電源五大部分組成。盡管 PLC有各種型號，但都可以適應惡劣的工業(yè)應用環(huán)境，耐熱、防潮、抗震等性能也很好，一般 平均無故障率可達幾萬小時。隨著集成電路技術和計算機技術的發(fā)展，現(xiàn)在已有了第五代 PLC產(chǎn)品。另外還有獨立的 1/0 擴展單元與主機配合使用。 CPU 底板與擴展底板之間通過電纜連接，距離一般不超過 PLC，都可以根據(jù)需要進行配置與組合。 ④ PLC 進入運行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作 。 2) 單片機，如 8051 等。它主要追求運算速度快，它以 4 位為一片。這種高運算速度與可以適應用戶需要的指令系統(tǒng)相結合，很適合于以順序掃描方式工作的 PLC 使用。由于 RAM 掉電會丟失數(shù)據(jù)，因此使用 RAM作用戶程序存儲器的 PLC，都有后備電池 (鏗電池 )保護 RAM，以免電源掉電時，丟失用戶程序。在 PLC的工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)，開辟有元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。它還用來存放 A/0 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)