【正文】 功能強(qiáng)大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，例如創(chuàng)建用戶程序、修改和編輯原有的用戶程序，編輯過程中編輯器具有簡(jiǎn)單語法檢查功能。但是想去掉微分回路就不能如法炮制了，因?yàn)槲⒎謺r(shí)間是可以被設(shè)置成 0 的，這樣就達(dá)到我們的目的了。 我們可以通過將積分時(shí)間（復(fù)位）設(shè)置成無窮大模式 INF，就可以去掉 PID 回路里面的積分動(dòng)作，即只留下 PD 作用。比較典型的就是 P（比例）控制或者是 PI（比例積分）控制回路。在第一次采樣的時(shí)候，測(cè)量值被初始化成 PVn1=PVn。西門子 S7200PLC 通過下列算式 ()來求解微分項(xiàng)： Mdn=Kc*Td/Ts*((SPnPVn)(SPn1PVn1)) () 如果設(shè)定值發(fā)生變化，那么由于它的微分作用就會(huì)引起一定程度的跳變，為了不引起跳變，我們可以讓把設(shè)定值不要發(fā)生變化，也就是令 Spn=Spn1，那么我們就可以用測(cè)量值的變化量來表示偏差的變化量。在這里，采樣時(shí)間就是再次算出輸出時(shí)間之間的間隔，而積分項(xiàng)對(duì)整個(gè)結(jié)果的影響的多少是由積分時(shí)間來決定的。我們習(xí)慣在第一次計(jì)算輸出以前把 MX 設(shè)成 Minitial，也就是通常所說的初值。我們需要在計(jì)算出 MIn之后，用它來把 MX 重新計(jì)算一遍。偏差（ e）是給定值（ SP）與設(shè)定值（ PV）之差，西門子S7200PLC 使用的求解比例的算式是 ()： MPn=Kc*（ SPnPVn） () 15 其中： MPn 我們要求的第 n 時(shí)刻的比例 Kc 增益 SPn 設(shè)定的在第 n 時(shí)刻采集到設(shè)定值 PVn 在第 n 時(shí)刻采集的測(cè)量值 偏差越大，積分值 MI 就越大，它們呈現(xiàn)一種正比例的關(guān)系。 CPU 所用的算式是 ()： Mn = MPn + MIn + MDn () PID 回路輸出 = 比例項(xiàng) + 積分項(xiàng) + 微分項(xiàng) 其中： Mn 第 n 采樣的時(shí)候的需要計(jì)算的數(shù)值 Min 第 n 采集樣本時(shí)候回路的積分項(xiàng)的數(shù)值 MDn 第 n 采集樣本時(shí)候回路的微分項(xiàng)的數(shù)值 比例項(xiàng) MP 是增益（ Kc）和偏差（ e）相乘得到的結(jié)果。因此，我們用一個(gè)算式來解決計(jì)算機(jī)算數(shù)的重復(fù)性。在計(jì)算機(jī)中是沒有必要保存所有的誤差項(xiàng)的。只有這樣才偏移地址 名稱 格式 類型 說明 0 過程變量（ PVn） 實(shí)數(shù) 輸入 ~ 之間 4 給定值（ SPn） 實(shí)數(shù) 輸入 ~ 之間 8 輸出值（ Mn） 實(shí)數(shù) 輸入 /輸出 ~ 之間 12 增益（ Kc 實(shí)數(shù) 輸入 比例常數(shù)，可正可負(fù) 16 采樣時(shí)間（ Ts） 實(shí)數(shù) 輸入 單位為 s，正數(shù) 20 采樣時(shí)間（ Ti） 實(shí)數(shù) 輸入 單位為 min，正數(shù) 24 微分時(shí)間（ Td） 實(shí)數(shù) 輸入 單位為 min，正數(shù) 28 積分項(xiàng)前值（ MX） 實(shí)數(shù) 輸入 /輸出 必須在 ~ 之間 32 過程變量前值（ PVn1） 實(shí)數(shù) 輸入 /輸出 必須在 ~ 之間 14 能保證計(jì)算控制式能被計(jì)算機(jī)識(shí)別并且處理。目前，應(yīng)用最多的 還是工程整定法：如經(jīng)驗(yàn)法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應(yīng)曲線法 。 表 4 PID 回路在 PLC 中的地址分配情況 、 PID 參數(shù)整定 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，是自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中相當(dāng)重要的一個(gè)問題。 、 PID 在 PLC 中的回路指令 西門子 S7200 系列 PLC 中使用的 PID 回路指令，見表 3。 、 PID 算法程序?qū)崿F(xiàn) 13 在 S7200PLC 中 PID 功能是通過 PID 指令功能塊來實(shí)現(xiàn)的。21()。 設(shè) u(k)為第 k 次采樣時(shí)刻控制器的輸出值 (采樣周期為 T),用一階向后差分代替微分，用矩形法 數(shù)值積分代替連續(xù)積分，將上式進(jìn)行離散化處理 ,可得離散的 PID 計(jì)算公式 ： )]1()([)()()]1()([)()()(00??????????????kekeKjeKkeKkekeTTjeTTkeKkukjdipkjdip () 式 ()為位置式 PID控制算法 , 其當(dāng)前采樣時(shí)刻的輸出與過去的狀態(tài)有關(guān) , 計(jì)算時(shí)要對(duì) e(k)進(jìn)行累加 , 運(yùn)算量大 , 因此實(shí)際應(yīng)用中一般采用增量 PID 控制算法。 e(t)為控制器的輸入 (常常是設(shè)定值與被控量之差 , 即e(t)=r(t)c(t))。 、 PID 控制算法原理 PID 控制本質(zhì)上是一個(gè)二階線性控制器 , 通過調(diào)整比例 ( P)、積分 ( I)和微分 ( D)三個(gè)參數(shù) , 使得大多數(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)獲得良好的閉環(huán)控制性能。這 12 就是說，在控制器中僅引入“ 比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，但是加入的微分項(xiàng)卻能夠避免較大的誤差出現(xiàn)，因?yàn)樗梢灶A(yù)測(cè)誤差變化的方向。 微分（ D）控制 在微分控制下，控制器的輸出的微分增加了，輸入誤差信號(hào)的微分同時(shí)也會(huì)增加。所以，比例 — 積分 (PI) 控制器可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。積分項(xiàng)會(huì)隨著時(shí)間的增加而增大。 積分（ I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的 積分成正比關(guān)系。但這樣會(huì)引起振蕩，特別是在遲滯環(huán)節(jié)比較大的時(shí)候，比例系數(shù) Kp 減小，振蕩發(fā)生的可能性就會(huì)減小，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)速度變慢。若產(chǎn)生偏差，控制器就發(fā)生作用調(diào)節(jié)控制輸出，使被控量向減小偏差的方向變化。 、 PID 控制算法的特點(diǎn) 比例（ P）控制 比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。 P、 I、D 各有自己的長處和缺點(diǎn)，它們一起使用的時(shí)候又和互相制約，但只有合理地選取 PID 值，就可以獲得較高的控制質(zhì)量。 、 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 、 PID 控制算法 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。 、 可控硅加熱裝置 本系統(tǒng)采用三相可控硅移相觸發(fā)裝置，輸入控制信號(hào)為 4～ 20mA 標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào) ，其移相觸發(fā)角與輸入控制電流成正比。 Pt 后的 100 表示它在 0℃時(shí)阻值為 100Ω，它的工作原理是當(dāng) Pt100在 0℃時(shí)阻值為 100Ω，在 100℃時(shí)它的阻值約為 .它的阻值會(huì)隨著溫度的上升而勻速增長。 Pt100 傳感器的精度高，熱補(bǔ)償性較好。 該系統(tǒng)對(duì)傳感器的要求是可以把將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，測(cè)量的水溫上限為 100℃，權(quán)衡之下 Pt100 電阻傳感器是 非常合適的。熱電偶、熱電勢(shì)是被用于溫度測(cè)量的最普遍的、目前在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的器件。 、 熱電式傳感器 熱電式傳感器能夠把溫度的變化轉(zhuǎn)換成電流、電壓變化的裝置就是我們所說的熱電式傳感器。 （ 7）現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào) 試。 （ 5） PLC 程序設(shè)計(jì)。 （ 3）選擇合適 PLC。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 （ 1）控制要求分析。 （ 3）控制系統(tǒng)要使用和維護(hù)方便，同時(shí)降低系統(tǒng)的危險(xiǎn)性。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 （ 1）根據(jù)工藝流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮 PLC 功能，最大限度地滿足需要控制的裝置的控制要求。 80mV 以內(nèi)。 10 表 2 DIP 開關(guān)對(duì) EM235 極性影響 EM235 模塊具有 4 個(gè)模擬信號(hào)輸入通道以及 1 個(gè)模擬信號(hào)的輸出通道。 圖 7 EM235 模擬量擴(kuò)展模塊的接線方法 電壓信號(hào)按正、負(fù)極直接接入 X＋和 X－；電流信號(hào)則需要將 RX 和 X＋短接后接入電流輸入信號(hào)的“＋”端；未連接傳感器的通道要將 X＋和 X－短接。因此，模擬量輸入指令的基本時(shí)間是把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字所花費(fèi)的時(shí)間也計(jì)算在內(nèi)的。 EM235 模塊可以在 149μ s 的時(shí)間段內(nèi)把輸入模塊的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成為與其對(duì)應(yīng)的阿拉伯?dāng)?shù)字值。在本設(shè)計(jì)中 考慮到系統(tǒng)擴(kuò)展的問題，可以用 EM235 模擬量輸入 /輸出模塊用來對(duì) CPU進(jìn)行擴(kuò)展。 因此選用的 S7200 型 PLC 的 主模塊為 CPU224。 8 圖 6 SYMATIC S7200PLC CPU 的模塊面板示意圖 西門子 S7200PLC 包括 CPU22 CPU22 CPU224 和 CPU226 這 4 種型號(hào)的 CPU，它們的主要性能指標(biāo)如表 1 所示。 CPU模塊還可以進(jìn)行自我診斷，即當(dāng)電源、存儲(chǔ)器、輸入 /輸出端子、通信等出故障時(shí)，它可以給出相應(yīng)的指示或做出相應(yīng)的動(dòng)作。 、 S7200PLC 的 CPU 模塊 CPU模塊是 PLC 控制系統(tǒng)的核心，它控制著整個(gè) PLC 控制系統(tǒng)有序地進(jìn)行。 S7200 系列 PLC 是由德國西門子公 司生產(chǎn)的一種超小型系列可編程控制器，它能夠滿足多種自動(dòng)化控制的需求，其設(shè)計(jì)緊湊，價(jià)格低廉，并且具有良好的可擴(kuò)展性以及強(qiáng)大的指令功能，可代替繼電器在簡(jiǎn)單的控制場(chǎng)合，也可以用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。 PLC 編程簡(jiǎn)單，易于通信和聯(lián)網(wǎng)、用于水暖 控制能提高性能價(jià)格比，如果從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)來看，其壽命長，故障率低，易于維修，所以選用。德國的西門子 PLC 對(duì)于大中小型的自動(dòng)控制都可適用，使用范圍極為廣泛。其中德國和美國是以大型 PLC 而聞名，日本則主要是生產(chǎn)小型 PLC。從 1970之后，微電子技術(shù)一直在向更高端發(fā)展，大規(guī)模的集成電路（簡(jiǎn)稱 LSI）和微型處理器也被運(yùn)用到了 PLC 中，這大大增強(qiáng)了 PLC 的功能，使得 PLC 在原來的基礎(chǔ)上還可以進(jìn)行處理數(shù)據(jù)、算術(shù)運(yùn)算，還能實(shí) 現(xiàn)跟外界的通訊以及對(duì)分支、自診斷和中斷進(jìn)行處理，大大提高了工作效率。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)設(shè)想，美國數(shù)字設(shè)備公司 (DEC 公司