基于plc與組態(tài)王的溫度控制系統(tǒng)畢業(yè)論文-文庫(kù)吧資料
2025-06-28 22:37本頁(yè)面
【正文】 整定法，工程技術(shù)人員無(wú)需知道對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，無(wú)需具備理論計(jì)算所需的理論知識(shí)，就可以在控制系統(tǒng)中直接進(jìn)行整定，因而簡(jiǎn)單、實(shí)用，在實(shí)際工程中被廣泛使用。理論計(jì)算整定法是在已知被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)選取的質(zhì)量指標(biāo)，通過理論計(jì)算（微分方程、根軌跡、頻率法等），來(lái)求得最佳的整定參數(shù)。控制器參數(shù)整定方法很多。完成了上述內(nèi)容后，該溫度控制系統(tǒng)就已經(jīng)確定了。將三種方式加以組合在一起，就是比例積分微分（PID）控制,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 ut=Kpet+1TI0tetdt+TDdetdt （13）式13中：為比例系數(shù)，為積分時(shí)間常數(shù)，為微分時(shí)間常數(shù)。微分作用是對(duì)偏差的變化速度加以響應(yīng)的，因此，只要偏差一有變化，控制器就能根據(jù)變化速度的大小，適當(dāng)改變其輸出信號(hào)，從而可以及時(shí)克服干擾的影響，抑制偏差的增長(zhǎng)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。比例控制是一種最基本的控制規(guī)律，具有反應(yīng)速度快，控制及時(shí)，但控制結(jié)果有余差等特點(diǎn)。 K0=?y∞?u （12） 由階躍響應(yīng)法求得， =；=；=。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，方框圖如圖5所示。表3 K型熱電偶分度表 I/O點(diǎn)分配及電氣連接圖（１）該溫度控制系統(tǒng)中I/O點(diǎn)分配表和整個(gè)硬件連接圖如表4和圖4所示。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)熱電偶有S、B、E、K、R、J、T七種類型，在本系統(tǒng)中，我們選用了K型熱電偶（分度表如表3所示），其測(cè)溫范圍大約是0～1000℃。該系統(tǒng)中需要用傳感器將溫度轉(zhuǎn)換成電壓，且爐子的溫度最高達(dá)幾百度,所以我們選擇了熱電偶作為傳感器。其中最常用于測(cè)量溫度的是熱電偶和熱電阻，熱電偶是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢(shì)變化,而熱電阻是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化。圖2 DIP配置EM231 熱電式傳感器 熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)化為電量變化的裝置。5VONOFF177。表中，ON為接通，OFF為斷開。,0~20mA分辨率：12 Bit轉(zhuǎn)換速度：250μS隔離：有耗電從CPU的DC 5V （I/O總線）耗電10mADIP開關(guān)SW1 0, SW2 0, SW3 1（以K型熱電偶為例）表2所示為如何使用DIP開關(guān)設(shè)置EM231模塊，開關(guān)2和3可選擇模擬量輸入范圍。表1 EM231技術(shù)指標(biāo)型號(hào)EM231模擬量輸入模塊總體特性 外形尺寸：80mm62mm 功耗：3W輸入特性本機(jī)輸入：4路模擬量輸入電源電壓：標(biāo)準(zhǔn)DC 24V/4mA輸入類型：0~10V，0~5V，177。EM231模塊需要用戶通過DIP開關(guān)進(jìn)行組態(tài)： SW1～SW3用于選擇熱電偶類型，SW4沒有使用，SW5用于選擇斷線檢測(cè)方向，SW6用于選擇是否進(jìn)行斷線檢測(cè)，SW7用于選擇測(cè)量單位，SW8用于選擇是否進(jìn)行冷端補(bǔ)償。EM231熱電偶模塊提供一個(gè)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(hào)(177。 EM231模擬量輸入模塊本溫度控制系統(tǒng)中，傳感器將檢測(cè)到的溫度轉(zhuǎn)換成0～41mv的電壓信號(hào)，系統(tǒng)需要配置模擬量輸入模塊把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再送入PLC中進(jìn)行處理。配有2個(gè)RS485通訊口，具有PPI，MPI和自由方式通訊能力， kbit/s，可用于較高要求的中小型控制系統(tǒng)[11]?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248點(diǎn)數(shù)字量或35點(diǎn)模擬量I/O。 S7200 CPU的選擇S7200系列的PLC有CPU22CPU22CPU22CPU224XP、CPU226等類型。計(jì)算機(jī)PLCEM231模塊固態(tài)繼電器熱電偶烤爐 圖1 系統(tǒng)框架圖 工作原理系統(tǒng)選用PLC CPU226為控制器， K型熱電偶將檢測(cè)到的實(shí)際爐溫轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)過EM231模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)并送到PLC中進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，PID控制器輸出量轉(zhuǎn)化成占空比，通過固態(tài)繼電器控制爐子加熱的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)爐子溫度的控制。第二章 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用S7200CPU226型PLC、EM231模擬量擴(kuò)展模塊、熱電式傳感器、固態(tài)繼電器、烤爐及其他控制設(shè)備組成。同時(shí)利用亞控公司的組態(tài)軟件“組態(tài)王”設(shè)計(jì)一個(gè)人機(jī)界面（HMI），通過串行口與可編程控制器通信，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控，從而使用戶操作更方便。從整體上分析和研究了控制系統(tǒng)的硬件配置、電路圖的設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)，控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立、控制算法的選擇和參數(shù)的整定，人機(jī)界面的設(shè)計(jì)等。PLC的應(yīng)用已成為一個(gè)世界潮流，在不久的將來(lái)PLC技術(shù)在我國(guó)將得到更全面的推廣和應(yīng)用。 可編程控制器(PLC)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)控制裝置。隨著我國(guó)加入WTO，我國(guó)政府及企業(yè)對(duì)此非常重視，對(duì)相關(guān)企業(yè)資源進(jìn)行了重組，相繼建立了一些國(guó)家、企業(yè)的研發(fā)中心，并通過合資、技術(shù)合作等方式，組建了一批合資、合作及獨(dú)資企業(yè)，使我國(guó)溫度儀表等工業(yè)得到迅速的發(fā)展[1]?？刂茀?shù)大多靠人工經(jīng)驗(yàn)及我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定。而適應(yīng)于較高控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟。 溫度控系統(tǒng)的現(xiàn)狀溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛,但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來(lái)講,總體發(fā)展水平仍然不高,同日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比仍然有著較大的差距。基于PLC 的溫度控制系統(tǒng)以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、能耗低等優(yōu)點(diǎn)深受許多用戶的青睞，在工業(yè)溫度控制場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。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PID控制。在冶金、化工、電力、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。近
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