【正文】 最后，再次向所有關(guān)心和幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友表示由衷的謝意 !同時衷心地感謝在百 忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授 !祝愿你們工作愉快、身體健康 ! 29 參考文獻(xiàn) [1]. 吳為民，王仁麗．溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展概況．工業(yè)爐， 2020， 24(2)， 1820． [2]. 張愛筠，張琳琳，賀楠．溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計與市場研究．商業(yè)經(jīng)濟(jì)， 2020， (2)， 5758． [3]. 金凱鵬 ,胡即明 .基于模糊 PID 算法遠(yuǎn)程溫度控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) [J].微計算機(jī)信息 ,2020,22:70～ 71 [4]. 賈旭陽，喻金科，利英珍，等． PLC 在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用．甘肅科技， 2020， 25(4)， 1415． [5]. 鄭昌瑜 ．溫度控制實(shí)驗對象的設(shè)計：［碩士學(xué)位論文］．合肥：合肥工業(yè)大學(xué)， 2020． [6]. 陳宗縣．溫度檢測電路的設(shè)計．軟件導(dǎo)刊， 2020， (3)， 2930． [7]. 周梅芳 ,金向平 ,陳偕雄 .基于 PLC 的智能 PID 控制方法及其應(yīng)用 [J].化工自動化及儀表 , 2020,30 (6) :46～ 48 [8]. 徐兵．過程控制．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020． 1248． [9]. 馬瑩 ,鄭文斌 .基于 PLC 和組態(tài)軟件的加熱爐溫度控制系統(tǒng) [J].中國科技信息 ,2020, 21:64～ 67 [10]. 張芬．鍋爐水溫控制系統(tǒng)的 PID 調(diào)節(jié)．科技信息， 2020， (16)： 542543． [11]. 強(qiáng)寶民，肖晟． S7200 PLC 在 PID閉環(huán)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用．現(xiàn)代電子技術(shù)， 2020， (14)， 173175． [12]. 張淑娟，劉典．基于 PLC 的溫室溫度 PID 控制系統(tǒng)設(shè)計．科技信息， 2020， (30)， 383． [13]. 廖常初． PLC 編程及應(yīng)用．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020． 85196． [14]. 吳作明．工控組態(tài)軟件與 PLC 應(yīng)用技術(shù)．北京：北京航空航天大學(xué)， 2020． 1113． [15]. Ed Brinksma, Angelika Mader, Ansgar Fehnker . Verification and optimization of a PLC control schedule. International Journal on Software Tools for Technology Transfer (STTT), 2020, 4(1): 2123. 30 附錄 主程序： 31 中斷： 32 33 子程序 1： 34 35 36 37 子程序 2： 38 39 40 子程序 3： 。 衷心感謝各校領(lǐng)導(dǎo)、院領(lǐng)導(dǎo)、系領(lǐng)導(dǎo)以及輔導(dǎo)員，感謝你們這幾年來對我的幫助和關(guān)懷。感謝您在此期間所給予我的殷切關(guān)懷和諄諄教誨。在此我要向幫助過我的老師、同學(xué)、朋友和親人們表示深深的感謝，感謝你們對我的關(guān)愛和幫助。 （ 3）深入研究模糊 PID 的 PLC 實(shí)現(xiàn)，并將其應(yīng)用到溫度控制系統(tǒng)中，精確的調(diào)試以 PLC為內(nèi)核的溫度控制系統(tǒng)。 時至今日，模糊 PID 控制的理論及應(yīng)用還需要進(jìn)一步的發(fā)展和研究，尤其 是將其運(yùn)用于溫度控制系統(tǒng)，還需進(jìn)一步研究，要解決和發(fā)展的問題還很多 : （ 1）研究出適合溫度控制系統(tǒng)的模糊 PID 參數(shù)整定結(jié)構(gòu)，包括其模糊結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)算法和學(xué)習(xí)策略。今后我將進(jìn)一步的改進(jìn)本設(shè)計的各個功能，使其性能更加完善，讓用戶使用起來感覺更加滿意。 本文通過利用西門子 S7200 實(shí)現(xiàn)過程控制系統(tǒng)實(shí)驗裝置中的溫度模糊控制 ,這一算法的改進(jìn)給 PID 參數(shù)在線調(diào)整提供了很大的方便 ,與常規(guī)的 PID 控制相比 ,模糊 PID 控制克服了溫度控制的時變、非線性等不利因素的影響 , 具有魯棒性強(qiáng)、動態(tài)性能好等特點(diǎn)。這表明對于溫度過程控制系統(tǒng) ,采用模糊 PID 控制可以取得更好的性能 ,基本實(shí)現(xiàn)對控制系統(tǒng)的快速、準(zhǔn)確控制。通過運(yùn)行在組態(tài)王中建立的模型 ,可以得到如圖 53 的響應(yīng)特性曲線。 (2) 點(diǎn)擊啟動控制，觀察溫度曲線窗 口，五分鐘后，窗口如圖 52 所示，在實(shí)時曲線中記錄的曲線為實(shí)際溫度值。將程序下載到 PLC 中，并且啟動組態(tài)界面，進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境，依次點(diǎn)擊工程下載和啟動運(yùn)行，若沒出錯信息，則通訊成功，可以進(jìn)行測試。 25 組態(tài)測試 通過以上工作，控制系統(tǒng)已基本建立起來了。在該窗口中，我們可以觀察到溫度實(shí)時數(shù)據(jù)曲線。在這個人機(jī)界面上，我們可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)啟動 /停止的切換實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時顯示和溫度曲線顯示等功能。 工藝流程監(jiān)控： ○ 1 系統(tǒng)運(yùn)行窗口 進(jìn)入的主窗口如圖 51，在系統(tǒng)運(yùn)行窗口中。 (2)實(shí)時數(shù)據(jù)處理 24 系統(tǒng)運(yùn)行期間，要求系統(tǒng)能實(shí)時監(jiān)控流程，且有時會根據(jù)工藝需要，修改控制參數(shù)，或是由于突發(fā)事件，需要對系統(tǒng)進(jìn)行必要的操作，這要求組態(tài)軟件必須可以隨時發(fā)出各種控制信號控制和監(jiān)視工藝流程。其主要功能有實(shí)時處 理、繪出實(shí)時溫度曲線、記錄，具體如下： (1)安全機(jī)制 在現(xiàn)實(shí)的工業(yè)控制系統(tǒng)中，為防止意外事故的發(fā)生，往往會禁止非工作人員的操作，因為這些非專業(yè)人員不了解工作內(nèi)容，極為容易引發(fā)誤操作而發(fā)生事故。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。 組態(tài) 王 軟件 也為試驗者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗者實(shí)時現(xiàn)場監(jiān)控。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。 表 47 PID 回路表 偏移量 域 說明 T+0 反饋量（ PVn） T+4 給定值（ SPn） T+8 輸出值 （ Mn） T+12 增益（ Kc） 比列常數(shù)，可正可負(fù) T+16 采樣時間 （ Ts） 單位為 s，且正數(shù) T+20 積分時間（ Ti） 單位為 min，且正數(shù) T+24 微分時間（ Td） 單位為 min，且正數(shù) 22 (1) 主程序如圖 45 所示 圖 45主程序 (2) 中斷程序如圖 46 所示 圖 46 中斷程序 23 5 組態(tài)軟件設(shè)計以及系統(tǒng)分析 組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)正以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計算機(jī)軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。程序如圖 44所示。 Kp 的查詢表程序為 SBR2,如圖 43 所示 圖 43 子程序 SBR2 反模糊化程序 把由表 41 查出的控制量模糊論域中的值 Z p i j ( 即 VD500～ VD548 中的值 )乘以比 例因子 K1 便可以得到實(shí)際的比例系數(shù) Kp*=K1 χ Zpij,實(shí)際的積分時間 Ti*= K2 χ Ziij,實(shí)際的微分時間 Td*=K3 χ Zdij。設(shè) e 和 ec的論域元素分別為 X、 Y,則輸出量比例 Kp 的位置為 :表首地址 +[7(X+3)+(Y+3)],表首地址為 VD500。將查詢表元素逐行依次存儲在 PLC 的 VD500～ VD548 中。 模糊控制表程序 模糊控制查詢表是經(jīng)模糊推理與逆模糊化運(yùn)算獲得的一個 7*7(基于上述對語言變量論域范圍的設(shè)定 )的二維矩陣。在正常運(yùn)行過程中 ,的基本論域取值比上述范圍要小得多 ,模糊量化的論域取為 [3,+3],e 對應(yīng)的模糊化論域如表 41 所示。 S7200 的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 ,理論上模糊控制器的輸入的取值范圍可能為 0～ 32020。 模糊 PID 控制的 PLC 實(shí)現(xiàn) 程序設(shè)計流程 PLC 程序設(shè)計流程圖如圖 41 所示。該軟件功能強(qiáng)大，界面友好，并有方便的聯(lián)機(jī)功能。 （ 5） 模擬量輸 出 模塊 PLC 模擬量輸出模塊 主要系數(shù)包括 模塊通道 、 輸出范圍 、 溫度精度 、 外部電源 、 I/O 點(diǎn)要求 等等 ， 本文 選用了西門子 EM232模擬量輸入模塊。 （ 4） 模擬量輸入模塊 傳感器檢測到溫度轉(zhuǎn)換成電壓信號，系統(tǒng)需要配置模擬量輸入模塊把電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再送入 PLC 中進(jìn)行處理。常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。 （ 2）電熱絲 電熱絲 主要有 鎳鉻電熱絲，鐵鉻鋁電熱絲，鎳鉻合金扁帶，鎳鉻、鎳鉻鐵電阻電熱合金，自控溫伴熱帶，并聯(lián)恒功率伴熱帶等， 本文采用的是 彈簧狀電熱絲 。本論文采用的是 CUP226。 實(shí)驗配置和軟件環(huán)境 （ 1） 西門子 S7200 S7200 系列 PLC 可提供 4 種不同的基本單元和 6 種型號的擴(kuò)展單元。模塊式 PLC 一般由 CPU 模塊、 I/O 模塊、內(nèi)存模塊、電源模塊、底版或機(jī)架組成。 可編程控制器的基本組成 PLC 從組成形式上一般分為整體式和模塊式兩種。 1971 年 日本開始生產(chǎn)可編程控制器，而歐洲是 1973 開始的。 1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)研制出了世界上第一臺可編程序控制器，并應(yīng)用于通用汽車公司的生產(chǎn)線上。 20 世紀(jì) 60 年代，計算機(jī)技術(shù)開始應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，但由于價格高、輸入輸出電路不匹配、編程難度大，未能在工業(yè)領(lǐng)域中獲得推廣?？删幊炭刂破?(PLC)是繼承計算機(jī)、自動控制 16 技 術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動裝置。 3) 輸出反模糊化 15 具體實(shí)現(xiàn)上述控制算法的關(guān)鍵在于解決輸入量等級量化程序梯形圖設(shè)計和查表獲取模糊控制量的查表程序梯形圖設(shè)計。當(dāng)誤差為負(fù)大且誤差變化為正大或正中時 , 控制量不宜再增加 , 應(yīng)取控制 量的變化為 0 , 以免出現(xiàn)超調(diào)。例如 , 當(dāng)溫度值低很多 ( 低于目標(biāo)值 ) , 且溫度值有進(jìn)一步快速降低的趨勢時 , 比例系數(shù) Kp 增大 , 應(yīng)加大加熱器電壓。 表 31 Kp的模糊規(guī)則 Kp ec e NB NM NS ZE PS PM PB NB PB PB PM PM PS ZE ZE NM PB PB PM PS PS ZE NS NS PM PM PM PS ZE NS NS ZE PM PM PS ZE NS NM NM PS PS PS ZE NS NS NM NM PM PS ZE NS NM NM NM NB PB ZE ZE NM NM NM NB NB 13 表 32 Ti的模糊規(guī)則 Ti ec e NB NM NS ZE PS PM PB NB NB NB NM NM NS ZE ZE NM NB NB NM NM NS ZE ZE NS NB NM NS NS ZE PS PS ZE NM NM NS ZE PS PM PB PS NM NS Z