【正文】 在 這 幾 個(gè) 月 的 學(xué) 習(xí) 生活 中 ， 夏 老 師 、 路 老 師 淵 博 的 學(xué) 識(shí) ， 實(shí) 干 的 作 風(fēng) 和 寬 厚 的 師 長(zhǎng) 作 風(fēng) ， 令 我 在生 活 、 學(xué) 習(xí) 和 思 想 上 都 受 益 匪 淺 。 而 PLC及 工 控 機(jī) 作 為 工 業(yè) 控 制 的 設(shè) 備 基 礎(chǔ) ， 通 過 技術(shù) 的 不 斷 革 新 ， 在 工 業(yè) 控 制 中 的 地 位 日 益 加 強(qiáng) ， 并 且 成 為 工 業(yè) 控 制 技 術(shù) 進(jìn) 步的 主 要 工 具 。過 程 控 制 系 統(tǒng) 開 發(fā) 工 具 功 能 的 不 斷 完 善 ， 使 過 程 控 制 將 具 有 更 廣 闊 的 應(yīng)用 前 景 ， 對(duì) 我 國(guó) 國(guó) 民 生 產(chǎn) 生 活 各 個(gè) 領(lǐng) 域 的 自 動(dòng) 化 水 平 的 提 高 都 有 著 重 要 的 意義 。 隨 著 可 編 程 序 控 制 器 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ，PLC已 越 來(lái) 越 多 地 應(yīng) 用 于 對(duì) 模 擬 量 的 控 制 ， 所 以 應(yīng) 增 加 D/A,A/D轉(zhuǎn) 換 及 運(yùn) 算功 能 的 仿 真 。（ 4） 過 零 觸 發(fā) 晶 閘 管 實(shí) 現(xiàn) 電 功 率 的 控 制 。（ 2） PLC編 程 實(shí) 現(xiàn) 積 分 分 離 PID算 法 。同 時(shí) ， 控 制 系 統(tǒng) 現(xiàn) 場(chǎng) 對(duì) 變 量 的 變 換 有 著 直 觀 的 顯 示 作 用 。PLC完 成 對(duì) 系 統(tǒng) 現(xiàn) 場(chǎng) 的 控 制 過 程 。 如 圖 314 所 示 。 同 時(shí) 令 觸 發(fā) 脈 沖 個(gè) 數(shù) 為 0， 系 統(tǒng) 將 不 對(duì) 電 阻 爐加 熱 。 恒溫指示程序當(dāng) 實(shí) 際 溫 度 與 溫 度 給 定 值 相 等 時(shí) ， 系 統(tǒng) 發(fā) 出 恒 溫 指 示 信 號(hào) （ Y4=1，綠 燈 亮 ） 。D12D121 和 D120 中的數(shù)據(jù)分別從 Y10~Y1Y14~Y17 和 Y20~Y23 端南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）25口輸出。南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）24圖 311 數(shù) 字 觸 發(fā) 器 程 序 顯 示 程 序本 設(shè) 計(jì) 系 統(tǒng) 用 三 個(gè) LED 數(shù) 碼 管 （ 含 BCD 譯 碼 器 ） 顯 示 溫 度 （ 本 系 統(tǒng)設(shè) 定 溫 度 范 圍 為 280~700℃ ） ， 需 要 先 將 實(shí) 際 溫 度 轉(zhuǎn) 換 成 BCD 碼 ， 從Y10~Y23 端 口 輸 出 ， BCD 碼 經(jīng) 過 BCD 譯 碼 器 譯 碼 ， 由 七 段 LED 完 成 顯示 功 能 。 直 到 D25 為 0 止 。 X0 為 電 源 周 波 信 號(hào) 輸 入 端 ， 當(dāng) 允 許 晶 閘 管 觸 發(fā) 時(shí) ， 當(dāng) X0 的 上 升 沿（ 下 降 沿 ） 到 時(shí) Y0（ Y1） 輸 出 1， 延 時(shí) 半 個(gè) 周 波 時(shí) 間 后 Y0（ Y1） 輸 出0， 即 在 Y0（ Y1） 端 口 產(chǎn) 生 正 脈 沖 去 觸 發(fā) 晶 閘 管 導(dǎo) 通 。電 源 在 一 個(gè) 控 制 周 期 （ ） 有 240 個(gè) 周 波 ， 而 u（ k） 的 最 大 亦 也240， 因 此 ， 晶 閘 管 在 一 個(gè) 控 制 周 期 的 導(dǎo) 通 周 波 數(shù) n 與 控 制 量 u（ k） 的 關(guān)系 為n=u（ k）脈 沖 輸 出 通 道 要 求 PLC 輸 出 的 觸 發(fā) 脈 沖 為 正 脈 沖 ， 故 程 序 先 使南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23Y0（ 或 Y1） 由 0 變 1， 延 時(shí) 約 后 （ 半 個(gè) 周 波 時(shí) 間 ） ， 再 將 Y0（ 或Y1） 置 0， 在 Y0（ 或 Y1） 端 形 成 一 個(gè) 寬 約 的 正 脈 沖 。 程 序還 完 成 晶 閘 管 已 導(dǎo) 通 周 波 數(shù) 計(jì) 數(shù) 工 作 ， 當(dāng) 已 導(dǎo) 通 周 波 數(shù) 等 于 n 時(shí) ， 表 示 本控 制 周 期 內(nèi) 向 電 阻 絲 輸 送 的 能 量 已 達(dá) 到 控 制 要 求 ， 將 晶 閘 管 允 許 觸 發(fā) 標(biāo) 志 清0， Y0、 Y1 不 再 輸 出 觸 發(fā) 脈 沖 。 當(dāng) 電 源 正 半 波 到 來(lái) 時(shí) （ 由 低 電 平 變 高 電 平 ） ，)(sgn若 晶 閘 管 允 許 觸 發(fā) 標(biāo) 志 為 1， 則 在 Y0 端 產(chǎn) 生 一 個(gè) 觸 發(fā) 脈 沖 ， 經(jīng) 光 電 隔 離 和功 率 放 大 后 觸 發(fā) 晶 閘 管 VT1 導(dǎo) 通 ， 使 電 源 正 半 波 加 到 電 阻 絲 上 。圖 38 過 零 數(shù) 字 觸 發(fā) 器 組 成工 作 原 理 如 下 ： 數(shù) 字 觸 發(fā) 器 準(zhǔn) 備 程 序 將 控 制 量 u（ k） 變 換 為 晶 閘 管 的導(dǎo) 通 周 波 數(shù) n， 且 當(dāng) n0 時(shí) ， 置 晶 閘 管 允 許 觸 發(fā) 標(biāo) 志 為 1。開始e（k）=Q0Qe（k）10Yu(k)=240N計(jì)算 PD 項(xiàng)u（k）=u(k1)+kp[e(k)e(k1)]+kd[e(k)2e(k1)+e(k2)]e(k)5YN計(jì)算 PD+I 項(xiàng)u(k)=u(k)+kie(k)u(k)u(k1)e(k1)e(k2)e(k)e(k1)保存 u(k)結(jié)束南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21圖 37 數(shù)字控制器程序 數(shù)字觸發(fā)器程序設(shè)計(jì) 數(shù) 字 觸 發(fā) 器 組 成 與 原 理數(shù) 字 觸 發(fā) 器 按 照 調(diào) 節(jié) 器 輸 出 的 控 制 量 控 制 輸 送 給 電 阻 爐 的 能 量 。 若 e（ k） 小 于 5 時(shí) 則 進(jìn) 行 PID 算 式 運(yùn) 算 （ 實(shí) 現(xiàn) 式 （ 42） ） 。將 實(shí) 際 溫 度 （ D5） 與 設(shè) 定 值 （ D4） 比 較 得 到 的 差 值 e（ k） 存 于D32。iK南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20溫 度 數(shù) 字 調(diào) 節(jié) 器 程 序 框 圖 如 圖 36 所 示 。當(dāng) e（ k） 5℃ 時(shí) ， 按 式 （ 32） 進(jìn) 行 PID 調(diào) 節(jié) 。 恒 溫 控 制 程 序?yàn)?了 減 少 超 調(diào) 和 消 除 振 蕩 現(xiàn) 象 ， 當(dāng) 自 由 升 溫 小 于 給 定 的 恒 溫 值 10℃ ，系 統(tǒng) 就 開 始 進(jìn) 行 恒 溫 控 制 ， 恒 溫 控 制 采 用 積 分 分 離 PID 調(diào) 節(jié) 。 即 有sTPiK5?pd4因 此 ， 對(duì) 四 個(gè) 參 數(shù) 的 整 定 便 簡(jiǎn) 化 成 了 對(duì) 一 個(gè) 參 數(shù) 的 整 定 。pid為 了 減 少 在 線 整 定 參 數(shù) 的 數(shù) 目 ， 常 常 假 定 約 束 條 件 ， 以 減 少 獨(dú) 立 變 量 的個(gè) 數(shù) ， 本 次 設(shè) 計(jì) 選 取T≈ s≈ ≈ 其 中 ， 為 純 比 例 控 制 時(shí) 的 臨 界 振 蕩 周 期 。 將 其 離 散 化 ，得 )]}2()1(2)[)()]1(){[)1() ??????? kekekeku dip式 中 ， T、 、 、 分 別 為 采 樣 周 期 、 微 分 時(shí) 間 常 數(shù) 、 積 分 時(shí) 間 常 數(shù) 和diPK比 例 時(shí) 間 常 數(shù) ； e（ k） 為 本 次 采 樣 時(shí) Q0 與 Q 之 差 。 用 于 恒 溫 控 制 的 調(diào) 節(jié) 器 有 多 種 形 式 ，如 大 林 算 法 、 PD 調(diào) 節(jié) 、 PID 調(diào) 節(jié) 、 開 關(guān) 調(diào) 節(jié) 等 ， 本 系 統(tǒng) 選 用 實(shí) 際 中 切 實(shí) 可行 的 積 分 分 離 PID 調(diào) 節(jié) ， 它 能 有 效 地 減 小 系 統(tǒng) 的 超 調(diào) 和 穩(wěn) 態(tài) 誤 差 。 標(biāo) 度 變 換 功 能 的 PLC 程 序 如 圖 35 所 示 ： 圖 35 標(biāo)度變換程序 恒溫控制程序（PID）設(shè)計(jì) PID 算 法根 據(jù) 給 定 的 工 藝 要 求 ， 溫 度 控 制 分 為 三 段 ： 自 由 升 溫 段 、 恒 溫 段 和 自 然降 溫 段 。 從 而 得 到 實(shí) 際 的 溫 度 的 數(shù) 值 而 送入 D5， 同 時(shí) 將 所 得 的 余 數(shù) 與 ℃ 所 對(duì) 應(yīng) 的 數(shù) 字 量 (約 等 于 2)進(jìn) 行 比 較 ，如 果 大 于 2， 則 將 D5 中 的 數(shù) 加 一 ， 反 之 則 不 變 。 當(dāng) 計(jì) 時(shí) 10ms 到 ， 系 統(tǒng) 執(zhí)行 I610 中 斷 服 務(wù) 程 序 ， 控 制 周 期 計(jì) 數(shù) 器 （ D27） 加 1， 將 D27 與 480 比 較 ，若 相 等 則 M331 為 ON（ 計(jì) 時(shí) 到 ） ， 同 時(shí) 將 控 制 周 期 計(jì) 數(shù) 器 （ D27） 清0。控 制 周 期 計(jì) 時(shí) 中 斷 服 務(wù) 程 序 （ I610） 如 圖 34 所 示 。 然 后 再 將BFM29 的 狀 態(tài) 信 息 分 別 寫 到 M25～ M10（ 16 位 ） 中 ， 若 無(wú) 錯(cuò) （ M10=0） 和數(shù) 字 輸 出 值 正 常 （ M20=0） ， 則 BFM 6 的 內(nèi) 容 （ CH2 通 道 的 平 均 輸 入 采 樣 值 ）將 傳 送 到 PLC 的 D0 中 。 A/D 轉(zhuǎn) 換 功 能 的 PLC 程 序 如 圖 33 所 示 ：圖 33 A/D 轉(zhuǎn) 換 程 序當(dāng) 控 制 周 期 到 （ M331=1） 和 X2 為 ON 時(shí) ， 將 FX2N4AD 在 0位 置BFM30 中 的 識(shí) 別 碼 （ K2022） 送 D3， 若 識(shí) 別 碼 為 2022， 則 M1=1。在 此 過 程 中 設(shè) 定 爐 溫 的 模 擬 量 送 入 FX2N4AD 模 塊 的 2通 道 （ CH2） 。 A/D 轉(zhuǎn) 換 功 能 模 塊 的 控 制 程 序溫 度 檢 測(cè) 硬 件 電 路 給 定 的 A/D 轉(zhuǎn) 換 通 道 號(hào) CH2， 完 成 爐 溫 的 A/D 轉(zhuǎn) 換 。圖 32 讀 取 溫 度 給 定當(dāng) 溫 度 設(shè) 定 允 許 （ X1=1） 時(shí) ， 執(zhí) 行 十 鍵 輸 入 指 令 ， 輸 入 給 定 溫 度 值 ，送 D38， 當(dāng) 給 定 值 在 280～ 700℃ 范 圍 內(nèi) 時(shí) ， 將 給 定 值 （ D38） 再 送 D4 保存 。 溫 度 設(shè) 定本 設(shè) 計(jì) 系 統(tǒng) 利 用 十 鍵 數(shù) 字 輸 入 指 令 ， 設(shè) 定 恒 溫 給 定 值 。 特 編 寫 以 下 控 制 程 序 。 另 外 ， 內(nèi) 存 分 配 如 表 31 所 示 ：表 31 內(nèi) 存 分 配 表內(nèi) 存 器 特 定 意 義 內(nèi) 存 器 特 定 意 義南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15D0 A/D 轉(zhuǎn) 換 數(shù) 字 量 結(jié) 果 D30 u(k)D4 溫 度 給 定 值 Q0 D31 u(k1)D5 爐 溫 Q D32 e(k)D25 觸 發(fā) 周 波 數(shù) n D33 e(k1)D26 晶 閘 管 允 許 觸 發(fā) 標(biāo) 志 D34 e(k2)D27 采 樣 周 期 計(jì) 數(shù) 器 D35 pKD100~D121 數(shù) 據(jù) 緩 沖 區(qū) D36 dD29 斷 偶 計(jì) 數(shù) 器 D37 iD38 十 鍵 輸 入 指 定 存 儲(chǔ) 元 件 系 統(tǒng) 程 序 流 程 圖系 統(tǒng) 程 序 流 程 圖 如 圖 31 所 示 。 程 序 設(shè) 計(jì)本 設(shè) 計(jì) 系 統(tǒng) 采 用 三 菱 FX 系 列 PLC 控 制 。 打 開 File（ 文 件 ） 菜 單 下 的 Printer Setup（ 打 印 機(jī) 設(shè) 置 ）子 菜 單 即 可 進(jìn) 行 打 印 設(shè) 置 。（ 5） 軟 元 件 監(jiān) 控打 開 Monitor/Test（ 監(jiān) 控 /測(cè) 試 ） 菜 單 下 的 Entry device monitor（ 進(jìn) 入 元 件 遙 控 ） ， 選 擇 所 要 的 監(jiān) 控 的 軟 元 件 ， 即 可 監(jiān) 控 各 軟 元 件 。 打 開 PLC 菜 單 下 的 transferswrite(寫 出 )， 輸 入 程 序 步 數(shù) ， 按 確 定 即 可 下 載 程 序 到 PLC 上 。雙 擊 Option（ 選 項(xiàng) ） 菜 單 下 的 Program Check（ 程 序 檢 查 ） ， 進(jìn) 入 程序 檢 查 環(huán) 境 ， 即 可 對(duì) 程 序 進(jìn) 行 檢 查 ， 包 括 三 項(xiàng) ： 檢 查 軟 元 件 有 無(wú) 錯(cuò) 誤 、 檢 查輸 出 軟 元 件 和 檢 查 各 回 路 有 無(wú) 錯(cuò) 誤 。?使 用 Edit（ 編 輯 ） 菜 單 下 的 Cut（ 剪 切 ） 、 Undo（ 撤 消 鍵 入 ） 、Paste（ 粘 貼 ） 、 Copy（ 復(fù) 制 ） 和 Delete（ 刪 除 ） 等 欄 目 ， 可 對(duì) 軟 元 件 進(jìn) 行剪 切 、 復(fù) 制 和 粘 貼 等 操 作 。 然 后 選 擇 View（ 視 圖 ） 菜 單 中 的 Tool bar（ 工具 欄 ） 、 Status（ 狀 態(tài) 欄 ） 、 Function bar（ 功 能 鍵 ） 和 Palette（ 功 能 圖 ）四 欄 。 （ 若 想 打 開 已 有 文 件 ， 打 開 File（ 文 件 ）菜 單 下 的 Open（ 打 開 ） 子 菜 單 ， 選 擇 正 確 的 文 件 和 PLC 型 號(hào) 后 ， 按 回 車 鍵即 可 。（ 1） 編 程?雙 擊 圖 標(biāo) ， 即 可 進(jìn) 入 編 程 環(huán) 境 。 編 程 與 通 信 軟 件 的 使 用三 菱 FX 系 列 PLC 通 信 軟 件 名 稱 為 Fxgpwin， 它 供 對(duì)FX0/FX0S、 FX FX2/FX2C、 FX1S、 FX1N 和 FX2N/FX2NC 系 列 三 菱 PLC 以及 監(jiān) 控 PLC 中 各 軟 元 件 的 實(shí) 時(shí) 狀 態(tài) 。 因 此 ， 利 用 計(jì) 算 機(jī) 進(jìn) 行 PLC 編 程 和 通 信 更 具優(yōu) 勢(shì) 。