【正文】 在四年的大學(xué)生涯里，還得到眾多老師的關(guān)心支持和幫助，在此，謹(jǐn)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(shè)計與其他相關(guān)專業(yè)技術(shù)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(gòu)成。 在反饋控制部分的然間程序設(shè)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(yù)期的調(diào)節(jié)規(guī)律將遭到破壞。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 5 系統(tǒng)軟件設(shè)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(guān)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(shè)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(jìn)行整定。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)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(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 19 5 系統(tǒng)軟件設(shè)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(yù)先設(shè)定值進(jìn)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(dāng)爐溫過低時，控制熱電阻對其進(jìn)行加熱。當(dāng)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(rèn)。 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(shù)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(guān)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(dá)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。可連接 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(gòu)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(fēng)扇，控制吹風(fēng) 冷卻裝置，從而使?fàn)t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?fàn)t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(yīng)所要控制的多組溫度值進(jìn)行比較，找出現(xiàn)溫度值所在范圍，根據(jù) PLC 中設(shè)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(jìn)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(shè)計中出現(xiàn)的，當(dāng)然在 PLC 設(shè)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(fù)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(fù)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(fù)位，使它們的當(dāng)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(xué)院本科畢業(yè)設(shè)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(jié)束時要有結(jié)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(fù)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(guān)（或硬開關(guān)），也可能是內(nèi)部開關(guān)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的圖形語言。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)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(yīng)用，在實際應(yīng)用時，其硬件需根據(jù)實際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計編制。 ④ 數(shù)據(jù)處理 PLC具有數(shù)學(xué)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(dāng)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(yīng)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(shè)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(guān)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(dāng)前值和設(shè)定值。這部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲在 RAM 中，以適應(yīng)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(jié)構(gòu)可以使用多個微處理器，將控制任務(wù)劃分為若干個可以并行 處理的部分，幾個微處理器同時進(jìn)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(gòu)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(lǐng)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(yīng)用靈活， 其標(biāo)準(zhǔn)的積木式硬件結(jié)構(gòu)，以及模塊化的軟件設(shè)計，使得它不僅可以適應(yīng)大小不同、功能繁復(fù)的控制要求，而且可以適應(yīng)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(jié)構(gòu)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(yīng)所要控制的多組溫度值進(jìn)行比較，找出溫度值所在范圍，根據(jù) PLC 中設(shè)置的 PID 參數(shù)，輸出相應(yīng)溫度初值對應(yīng)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(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 1 緒論 2 值進(jìn)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(xué)會獨立設(shè)計，積累更多的設(shè)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?yīng)的電 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?fàn)t溫達(dá)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(shù)水平與歐美等擁有先進(jìn)制造技術(shù)的國家還有一定的差距。本設(shè)計介紹了利用 PLC 進(jìn)行爐溫控制系統(tǒng)的基本組成，工作原理，程序設(shè)計和系統(tǒng)的抗干擾措施。 通過親自獨立設(shè)計培養(yǎng)訓(xùn)練我們大學(xué)生應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識解決實際工程實踐問題的技能，鞏固所學(xué)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(shè)計簡單，精度高，控制效果好的優(yōu)點 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)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(chǔ) ,綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)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(yīng)惡劣的工業(yè)應(yīng)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(dá)幾萬小時。隨著集成電路技術(shù)和計算機技術(shù)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(jìn)行配置與組合。 ④ PLC 進(jìn)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(jìn)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(yīng)用戶需要的指令系統(tǒng)相結(jié)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(hù) 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)