【正文】 第 49 頁 附錄 C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16ABCD16151413121110987654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eED a t e : 3 1 M a y 20 0 5 S he e t o f F i l e : E : \ 我的論文 \ 論文資料 \ M y D e s i g n .d db D r a w n B y:A A ANABCS M 1 ( 1 段爐通電 )K M 1SB K M 1 K M 2K M 3S M 3K M 2S M 5K M 3K M 5S M 2 ( 1 段爐斷電 )S M 4S M 6K M 1K M 2K M 3S 1+ S 1 S 2+ S 2S 3+ S 3S S RC P U 2 2 4 X P D C / D C / D C1M 1 L + Q 0. 0 Q 0. 1 Q 0. 2 Q 0. 3 Q 0. 4 Q 0. 5 2M 2 L +Q 0. 6 Q 0. 7 M L+ A+ A B+ B C+ C D+ DM L+E M 2 3 11M I 0 .0 I 0 .1 I 0 .2 I 0 .3 I 0 .4通信開關(guān)報警復(fù)位PC 機S 1+ S 1 S 3+ S 32 4 V 穩(wěn)壓電源一Q 1. 0K。Integration rate f39。)。 xlabel(39。r39。 figure(2)。rin,yout39。)。 xlabel(39。r39。b39。 figure(1)。 error_1=error(k)。y_1=yout(k)。 y_3=y_2。u_2=u_1。 u_4=u_3。 end if u(k)=0 u(k)=0。 end u(k)=kp*error(k)+kd*(error(k)error_1)/ts+ki*f(k)*ei。 else f(k)=0。 第 48 頁 elseif abs(error(k))Bamp。 M=2。B=。ki=。%kp=。kd=12。% output transfer function error(k)=rin(k)yout(k)。 rin(k)=1。 ei=0。 error_1=0。y_2=0。u_5=0。u_3=0。) u_1=0。) [num,den]=tfdata(dsys,39。,80) dsys=c2d(sys,ts,39。 sys=tf([1],[60,1],39。 close all。在設(shè)計中，不僅學(xué)到了很多新的知識，更重要的是培養(yǎng)了我獨立動手設(shè)計以及在自學(xué)能力，這是畢業(yè)設(shè)計最大的收獲。本系統(tǒng)可進(jìn)行如下完善，首先使用 Delphi 編寫上位機監(jiān)視系統(tǒng)，形成完整的監(jiān)控系統(tǒng)，其次在控制算法中可根據(jù)偏差大小進(jìn) 行多種控制算法的選擇，以達(dá)到最合理的控制效果，相信通過以上改善，系統(tǒng)將得到更好的控溫效果，可操作性將提高。 本設(shè)計針對實驗室三段電阻爐控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，基本上完成上下位機的設(shè)計，達(dá)到了溫度控制和溫度顯示的功能。從對變速積分 PID 控制算法和普通 PID 控制算法的 MATLAB 仿真可知，變速積分 PID 控制算法具有超調(diào)小，過渡時間短等優(yōu)點，又考慮三段電阻爐內(nèi)溫度不均， 需進(jìn)行解耦，故算法中使用了帶有解耦控制輸出的變速積分 PID 控制算法。本設(shè)計上位機基于 Windows XP 操作系統(tǒng)，使用 STEP7Micro/ 進(jìn)行變 速積分 PID 控制算法的編寫，下位機以 PLC 作為控制器，進(jìn)行電阻爐溫的控制。一般而言，精密溫控系統(tǒng)的好壞主要取決于系統(tǒng)的 3 個方面，即溫度探測儀器 (如金屬電阻溫度計、熱電偶等 ) 的特性、系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)采取的控溫方式方法。而溫度控制系統(tǒng)是變參數(shù)、有時滯和具有隨機干擾的動態(tài)系統(tǒng)，往往很難得到滿意的控制效果，理想的精密溫度控制系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)精度高、響應(yīng)速度快、參數(shù)易于調(diào)整 、操作靈活方便、溫度穩(wěn)定性好等特點 ,傳統(tǒng)的控制方法很難一次全部實現(xiàn)。 第 26 頁 結(jié) 論 在現(xiàn)代控制領(lǐng)域中 ,精密溫度控制是最重要的研究課題之一。程序清單如下： 主程序為： 第 25 頁 然后連接單相交流固體繼電器模塊，用 輸出端口連接固態(tài)繼電器的輸入端，220V 交流電通過調(diào)壓模塊連接一個 1000W 的燈泡，其連接圖如圖 所示。而單相交流固體繼電器模塊的輸入端則接 PLC 的 輸出端，進(jìn)行控制量輸出。 其程序設(shè)計如下 NETWORK1： LD //自由口通訊模式 第 24 頁 EU MOVB 1609, SMB30 XMT VB100, 0 NETWORK2： LD //PPI 從站模式 ED MOVB 1608, SMB30 由程序可以看出，當(dāng) 上升沿 時，進(jìn)行自由口通訊模式， PLC 將 VB101開始的 3 個溫度值發(fā)送至上位機，而當(dāng) 下降沿時，則恢復(fù) PPI 從站模式，此時下位機不能向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)，但是上位機可以下載程序到 PLC 中。 在程序中設(shè)置下 位機與上位機通訊方式為 PPI 和自由口通訊模式。 用 PC/PPI 電纜連接 PG/PC 和 CPU，將 CPU 前蓋內(nèi)的模式選擇開關(guān)設(shè)置為STOP，給 CPU 供電。將 CPU 至于 STOP（停止）模式可以恢復(fù) PPI 模式。通訊協(xié)議應(yīng)該符合通訊對象的要求或者由用戶決定。自由口模式的數(shù) 據(jù)字節(jié)格式總是有一個起始位和一個停止位，用戶可以選擇 7 位或者 8 位數(shù)據(jù)，也可以選擇是否有校驗以及是奇校驗還是偶校驗。 PPI 支持的通訊速率為 波特、 波特和 波特。 S7－ 200CPU 上集成的通訊口支持 PPI 通訊。從站不主動 第 23 頁 發(fā)信息，只是等待主站的要求，并且根據(jù)地址信息對要求作出響 應(yīng)。 PPI（點對點接口）是西門子專門為 S7－ 200 系統(tǒng)開發(fā)的通訊協(xié)議。本設(shè)計中要完成的功能是上位機（ PC 機）控制程序的下載和 PLC 每當(dāng)10s 定時來臨，將接收到的三段溫度值發(fā)送至上位機，供上位機監(jiān)控系統(tǒng)顯示。系統(tǒng)程序流程圖如圖 所示，程序中主要變量地址分配情況如表 所示。控制量輸出子程序流程圖如圖 所示。具體實現(xiàn)方法見附件 A。 第 20 頁 入 口根 據(jù) 每 段 溫 度 值 ， 計算 溫 度 偏 差 e ( k )由 e ( k ) 計 算 每 段 K i的變 系 數(shù) f [ e ( k ) ]調(diào) 用 控 制 算 法 子 程 序計 算 各 段 控 制 量 U ( k )返 回 圖 控制算法流程圖 控制輸出程序 根據(jù)控制算法得到的控制量的輸出，必須由輸出子程序來完成。在控制過程中，可以根據(jù)每一段的溫度偏差的大小，自動調(diào)整 IK 的變系數(shù) ))(( kef ，以此達(dá)到自動變換積分系數(shù)的目的，并得到較理想的控制量 )(kU 。其程序流程圖如圖 所示。 溫度采集程序設(shè)計 從熱電偶采集到的溫度信號為 0～ 41mV 的模擬量電壓信號，而 PLC 程序中要用到的是數(shù)字量 信號，故在設(shè)計中在熱電偶和 PLC 之間使用具有熱電偶輸入的 EM231TC 模擬量輸入模塊 [11]，自動將 0～ 41mV 間的電壓信號轉(zhuǎn)換為 0～ 32021 間的數(shù)字量，供控制程序使用。本設(shè)計中系統(tǒng)控制程序設(shè)計包括溫度信號采集、變速積分 PID 控制算法程序、上下位機通信程序、控制信號輸出等模塊設(shè)計。 4. 推 薦使用的最小屏幕顯示分辨率為 1024768，小字體。 2. 只要 350M 硬盤空間。 STEP 7－ Micro/WIN 需要安裝、運行在使用 Microsoft（微軟）公司的 Windows操作系統(tǒng)的計算機上。 STEP－ Micro/WIN 用于 S7－ 200系列 PLC 的程序編輯，支持三種編程模式： LAD（梯形圖）、 FBD（功能模塊）和STL（語句表），便于用戶選用； Micro/WIN 還提供程序在線編輯、調(diào)試、監(jiān)控，以及 CPU 內(nèi)部數(shù)據(jù)的監(jiān)視、修改功能； Micro/WIN 支持符號表編輯和符號尋址，用戶可以為數(shù)據(jù)指定易懂的文字符號名； Micro/WIN 還支持子程序、中斷程序的編輯，提供集成庫程序功能，以及用戶定義的庫程序； Micro/WIN 還集成了 TD200 向?qū)А? S720PLCEM231EM235單相交流固體繼電器單相交流固體繼電器單相交流固體繼電器NP C 機電阻絲熱電偶A相C相B相控制量輸出采集溫度信號PC/PI電纜WP系列智能顯示屏Q0.1M 圖 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖 第 18 頁 4 多段電阻爐溫度控制的程序設(shè)計 通過第三章的介紹，本設(shè)計硬件方案選取，器件型號等已基本確定，本章將針對系統(tǒng)軟件部分進(jìn)行設(shè)計程序，分別從程序運行環(huán)境、控制算法程序設(shè)計、監(jiān)控系統(tǒng)程序的設(shè)計和上下位機通信等方面進(jìn)行介紹。 在 節(jié)中，對三段電阻爐的一段工作情況進(jìn)行了說明，本小節(jié)將給出整個三段電阻爐溫度控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖，因每段硬件構(gòu)成相同，故其工作原理類似于一段 工作原理。上位機為 PC 機，進(jìn)行溫度控制系統(tǒng)的監(jiān)控和程序的加載；下位機以 S7200PLC 為控制器，配以 EM231TC、 第 17 頁 EM23單相交流固體繼電器模塊、熱電偶、溫度顯示屏等設(shè)備構(gòu)成。 因為 EM235 輸出的模擬量是控制全隔離單相交流調(diào)壓模塊 ， 所以在輸出端要連接電壓負(fù)載端子，而其輸入是從 WP 系列顯示屏接過來的，在本設(shè)計中采用單極性，量程為 0~5V 的電壓輸入類型，全隔離單相交流調(diào)壓模塊兩段分別接電壓發(fā)送器的兩端。 為了使 DIP 開關(guān)設(shè)置起作用，用戶需要給 PLC 和 /或用戶的電源斷電再通電。 對于 EM231 8TC 模塊， SW1～ SW3 用于選擇熱電偶類型， SW4 用于選擇斷線檢測方向， SW5 用于選擇測量單位， SW6 用于選擇是否進(jìn)行冷端補償。 熱電偶模塊需要用戶通過 DIP 開關(guān)進(jìn)行選擇熱電偶的類型、斷線檢查、測量單位、冷端補償和開路故障方向，用戶可以很方便地通過位于模塊下部的組態(tài) DIP 開關(guān)進(jìn)行以上選擇。 EM231 熱電偶模塊提供一個方便的，隔離的接口，用于七種熱電偶類型： J， K，E， N， S， T， 和 R 型，它也允許連接微小的模擬量信號 （ 177。 80mV， 輸入分辨率為 ℃ /℉ ，測量原理為 SigmaDelta， 到傳感器的導(dǎo)線長度最大為 100米，導(dǎo)線回路電阻最大為 100 歐姆，噪聲抑制為 85dB， 50Hz/60Hz/400Hz，輸入濾波 第 16 頁 衰減為 3dB， 21kHz，冷接點誤差為 177。 ? 穩(wěn)定時間：電壓 s?100 ，電流 ms2 。 ? 電流： mA20~0 。 2. EM235，模擬量混合輸入 /輸出（ AI/AO）模板 ? 模擬量輸入 4 路，模擬量輸出 1 路。 ? 轉(zhuǎn)化時間 ： s?250? 。其相關(guān)參數(shù)如下： 1. EM231， 4 路 12 位模擬量輸入（ AI）模板 ? 差分輸入，輸入范圍：電壓： VV 5~0,10~0 ， VV 5, ?? 。 EM231TC / EM235 模塊參數(shù)及接線 系統(tǒng)中為完成對溫度信號的模擬量輸入功能的實現(xiàn)，采用 EM231TC 作為模擬量輸入模塊。 S7200PLC 硬件系統(tǒng)的配置方式采用整體式加積木式，即主機中包含一定數(shù)量的輸入 /輸出（ I/O）點，同時還可以擴(kuò)展 I/O 模塊和各種功能模塊。 P L C單 相交 流固 體繼 電 器2 2 0 V1 M 圖 單相交流固體繼電器接線圖 西門子 S7200 系列 PLC 概述 SIMATIC S7－ 200 系列可編程控制器是德國西門子 (Siemens)公司生產(chǎn)的具有很高性能價格比的微型可控制編程器，由于它具有結(jié)構(gòu)小巧，運行速度快，價格低廉及功能多用途廣等，因此在 工業(yè)企業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。 本設(shè)計中采用單相交流固體繼電器，為普通裝置式過零型繼電 器，其型號為 SSR－ 220D40 型，因為采用恒流源型，故在輸入端不需要接電阻，只需 3～ 32V 電壓即可觸發(fā)繼電器導(dǎo)通。 交流固體繼電器目前已廣泛應(yīng)用于計算機外圍接口裝置，電爐加熱恒溫系統(tǒng)，數(shù)控機械，遙控系統(tǒng)、工業(yè)自動化裝置；信號燈、閃爍器、照明舞臺燈光控制系統(tǒng)；儀器儀表、醫(yī)療器械、復(fù)印機、自動洗衣機；自動消 防、