【正文】 控制度，是指計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制（簡稱DDC）與模擬控制器的控制效果之比。（2）在曲線上最大斜率處作切線，求得被控對象的純滯后時(shí)間τ= =。具體方法如下：（1）斷開系統(tǒng)的反饋，令PID控制器為KC=1的比例控制器，在系統(tǒng)輸入端加一個(gè)階躍給定信號，測量并畫出廣義被控對象（包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)）的開環(huán)階躍響應(yīng)曲線。因此如何選擇一組較好的PID參數(shù)初始值是PID參數(shù)整定中的關(guān)鍵問題。要想消除這種錯(cuò)誤，在下一次執(zhí)行PID運(yùn)算之前，應(yīng)改變引起運(yùn)算錯(cuò)誤的輸入值，而不是更新輸出值。PID指令對回路表中的某些輸入值不進(jìn)行范圍檢查，應(yīng)保證過程變量、給定值、積分和與上一次的過程變量不超限。進(jìn)入RUN方式后PID指令首次有效時(shí)，沒有檢測到能位的正跳變，就不會執(zhí)行無擾動的切換操作。3） 令積分和（MX）=輸出值（Mn）。PID指令對回路表內(nèi)的值進(jìn)行下列操作，保證檢測到能流從0到1的正跳變時(shí)，從手動方式無擾動地切換到自動方式：1） 令給定值（SPn）=過程變量（PVn）。類似于計(jì)數(shù)器指令，PID指令有一個(gè)能流記憶位，用該位檢測到EN輸入端的能流從0到1的正跳變時(shí)，指令將執(zhí)行一系列的操作，使PID從手動方式切換到自動方式。但是TS太小會增加CPU的運(yùn)算工作量，相鄰兩次采樣的差值幾乎沒有什么變化，所以也不宜將TS取得過小。選取采樣周期TS時(shí)，應(yīng)使它遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)階越響應(yīng)的純滯后時(shí)間或上升時(shí)間。微分時(shí)間常數(shù)TD增大時(shí)，超調(diào)量減小，動態(tài)性能得到改善，但是抑制高頻干擾的能力下降。根據(jù)誤差變化的速度（即誤差的微分），微分部分提前給出較大的調(diào)節(jié)作用。但是積分作用的動作緩慢，可能給系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性帶來不良影響，因此很少單獨(dú)使用。控制器中的積分作用與當(dāng)前誤差的大小和誤差的歷史情況都有關(guān)系，只要誤差不為零，控制器的輸出就會因積分作用而不斷變化，一直要到誤差消失，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，積分部分才不再變化。比例系數(shù)KC越大，比例調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度越高。在整定參數(shù)時(shí)首先應(yīng)把握住PID參數(shù)與系統(tǒng)動態(tài)、靜態(tài)性能之間的關(guān)系。主要設(shè)備：熱電偶或熱電阻，PLC，電加熱管等。PID調(diào)節(jié)控制的原理基于下面的方程式，它描述了輸出M(t)作為比例項(xiàng)、積分項(xiàng)和微分項(xiàng)的函數(shù)關(guān)系。 PID調(diào)節(jié)比例、積分、微分調(diào)節(jié)（即PID調(diào)節(jié)）是閉環(huán)模擬量控制中的傳統(tǒng)調(diào)節(jié)規(guī)律。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。 閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對象的輸出（被控制量）會反送回來影響控制器的輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器﹑傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接口。智能控制的典型實(shí)例是模糊全自動洗衣機(jī)等。 PID調(diào)節(jié)概念及基本原理目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。計(jì)數(shù)器分為三種類型：l CTU：增計(jì)數(shù)器；l CTD：減計(jì)數(shù)器；l CTUD：增/減計(jì)數(shù)器。 定時(shí)器梯形圖符號定時(shí)器與分辨率的關(guān)系：接通延時(shí)定時(shí)器、有記憶接通延時(shí)定時(shí)器和斷開延時(shí)定時(shí)器有3個(gè)分辨率，分別對應(yīng)不用的定時(shí)器號。S7200 CPU提供三種定時(shí)器分辨率：l 1 ms；l 10 ms；l 100 ms。l TOF（斷開延時(shí)定時(shí)器）：輸入端通電時(shí)輸出端接通，輸入端斷開時(shí)定時(shí)器延時(shí)斷開。定時(shí)器分為三種類型：l TON（接通延時(shí)定時(shí)器）：輸入端通電后，定時(shí)器延時(shí)接通。三、比較指令比較指令用來比較兩個(gè)數(shù)值，結(jié)果反映了比較表達(dá)式是否成立。該指令僅在一個(gè)周期內(nèi)有效。如果上個(gè)程序掃描周期是“0”，本周期是“1”，則它后面的邏輯狀態(tài)在本周期的剩余掃描時(shí)間內(nèi)為“1”，該指令僅在一個(gè)周期內(nèi)有效。（|NOT|）的作用是改變它前面邏輯運(yùn)算結(jié)果的狀態(tài)，把“1”變成“0”，或把“0”變成“1”。觸點(diǎn)是對二進(jìn)制位的狀態(tài)測試，測試的結(jié)果用于進(jìn)行位邏輯運(yùn)算；線圈是用來改變二進(jìn)制位的狀態(tài)，其狀態(tài)根據(jù)它前面的邏輯運(yùn)算結(jié)果而定。 OR指令梯形圖 AND指令梯形圖在梯形圖中每個(gè)編程元素應(yīng)按一定的規(guī)則加標(biāo)字母數(shù)字串，不同的編程元素常用不同的字母符號和一定的數(shù)字串來表示。常閉觸點(diǎn)對應(yīng)的存儲器地址位為0狀態(tài)時(shí)，該觸點(diǎn)閉合。PLC的梯形圖從上至下按行繪制，兩側(cè)的豎線類似電器控制圖的電源線，稱作母線，每一行從左至右，左側(cè)總是安排輸入接點(diǎn)，并且把并聯(lián)接點(diǎn)多的支路靠近最左端。簡單的編程元素只占用1條支路（例如常開/常閉接點(diǎn)，繼電器線圈等），有些編程元素要占用多條支路（例如矩陣功能）。PLC的梯形圖使用的是內(nèi)部繼電器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器等，控制功能是由軟件實(shí)現(xiàn)的；而電器控制系統(tǒng)的繼電器梯形圖是用電線將控制元件連接起來，是硬連接，控制功能是硬件實(shí)現(xiàn)的。圖(b)是將圖(a)的繼電器控制梯形圖轉(zhuǎn)化為PLC控制的梯形圖，從圖(a)和圖(b)可以看出如何將繼電器控制系統(tǒng)中的電器控制梯形圖轉(zhuǎn)變?yōu)镻LC控制系統(tǒng)的梯形圖。 梯形圖編程基礎(chǔ)梯形圖表達(dá)式是在原電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器梯形圖基礎(chǔ)上演變而來的，它與電氣操作原理圖相呼應(yīng)，它形象、直觀和實(shí)用，為電氣技術(shù)人員所熟悉，是PLC的主要編程語言。系統(tǒng)控制模塊雖然可以獨(dú)立運(yùn)行，但是沒有PID參數(shù)模塊的制約便不能達(dá)到要求；PID控制模塊屬于子程序，必須依靠存在的主程序才能運(yùn)行，所以二者是統(tǒng)一結(jié)合在一起的。整個(gè)程序有多個(gè)功能相對獨(dú)立的模塊組成，模塊化程序結(jié)構(gòu)清晰，便于調(diào)試，分為系統(tǒng)控制模塊、PID數(shù)據(jù)檢測和傳送模塊和PID算法模塊。在此次設(shè)計(jì)中采用梯形圖（LAD）語言。只要CPU掃描周期的影響可以忽略，則不需要循環(huán)語句，就能重復(fù)執(zhí)行相應(yīng)的操作。 PLC控制程序的編程思想PLC運(yùn)行方式與一般的計(jì)算機(jī)不同，它的工作分為三個(gè)階段進(jìn)行，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段，完成上述三個(gè)階段稱為一個(gè)掃描周期。 軟件設(shè)計(jì)分析軟件設(shè)計(jì)是電爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在設(shè)計(jì)中要遵循結(jié)構(gòu)簡練、易讀易改的原則，盡量減少程序量，采用模塊化設(shè)計(jì)，充分利用PLC中的各種指令優(yōu)化程序，保證溫度的精度。近年來，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)和通信技術(shù)的進(jìn)步，PLC的性能價(jià)格比逐年提高，使用PLC控制電爐的溫度，是一種投資小、見效快、可靠性高的好方法。使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、安全、可靠。只要把按鈕，限位開關(guān)，光電開關(guān)，無觸點(diǎn)行程開關(guān)等電器元件作為輸入信號，而把制動器，接觸器等功率輸出元件接到輸出端，就完成了全部接線任務(wù)，在功能上，加熱管數(shù)量發(fā)生變化時(shí)，只要對I/O端口進(jìn)行擴(kuò)展即可。選用PLC控制電爐溫度，其軟件主要采用模塊化設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)電爐溫度控制的各部分功能，這恰恰符合現(xiàn)在工業(yè)發(fā)展趨勢。這是一個(gè)5入2出的系統(tǒng)，所以可選用西門子S7200 的CPU，型號為222。 電爐輸入部分 本次設(shè)計(jì)的電爐，擬用兩個(gè)加熱管進(jìn)行加熱控制，輸入部分包括：總停止，1號加熱管啟動，2號加熱管啟動，1號加熱管急停和2號加熱管急停。電爐PLC控制系統(tǒng)由用戶輸入部分、PLC、輸出部分組成。YY了解被控系統(tǒng)選擇PLC型號確定硬件配置分配I/O設(shè)計(jì)外部硬件鏈接圖設(shè)計(jì)梯形圖程序?qū)懭?、檢查程序模擬調(diào)試滿足要求？現(xiàn)場總調(diào)試滿足要求？交付使用設(shè)計(jì)制作控制柜、現(xiàn)場安裝接線NN PLC設(shè)計(jì)過程的示意圖電爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要基于PLC。溫控系統(tǒng)主要由溫度傳感器、溫度調(diào)節(jié)儀、執(zhí)行裝置、被控對象四個(gè)部分組成。隨著現(xiàn)代工藝的改變，接口功能更加完善，更易于與計(jì)算機(jī)接口連接，也可以很方便的將PLC與各種不同的外部控制設(shè)備連接，省略了接口電路的設(shè)計(jì)。 題目分析以往的電加熱鍋爐的控制大多采用繼電器、接觸器控制，控制功能簡單，電加熱管容易損壞，系統(tǒng)在可靠性和優(yōu)化控制上存在一定的不足，針對這些問題，采用可編程序控制器（PLC）對它的控制部分進(jìn)行了改良。PLC對用戶程序進(jìn)行循環(huán)掃描可分為三個(gè)階段進(jìn)行，即輸出采樣階段，程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。開關(guān)撥到RUN時(shí)，CPU運(yùn)行；開關(guān)撥到STOP時(shí)，CPU停止；開關(guān)撥到TERM時(shí)，不改變當(dāng)前操作模式。初始化CPU自診斷通信信息處理與外部設(shè)備交換信息執(zhí)行用戶程序輸入輸出信息處理 PLC的工作過程PLC的工作過程與CPU的操作方式有關(guān)。 PLC的工作原理PLC上電后，在系統(tǒng)程序的監(jiān)視下，周而復(fù)始地按一定的順序?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)部的各種任務(wù)進(jìn)行查詢、判斷和執(zhí)行，這個(gè)過程實(shí)質(zhì)上是按順序環(huán)掃描的過程。PLC通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機(jī)以及其他的PLC或計(jì)算機(jī)相連。用于將擴(kuò)展單元與基本單元相連，使PLC的配置更加靈活。小型整體式可編程序控制器內(nèi)部有一個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓電源。、輸出接口它是PLC與外界連接的接口。用戶存儲器包括用于程序存儲器（程序區(qū)）和功能存儲器（數(shù)據(jù)區(qū)）兩部分。系統(tǒng)存儲器用來存放由PLC產(chǎn)生廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在ROM內(nèi)，用戶不能直接更改。隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC所用的CPU芯片也越來越高檔。計(jì)算機(jī)或PLC等用戶輸入設(shè)備特殊功能單元I/O擴(kuò)展單元用戶輸出設(shè)備中央處理器（CPU）電源存儲器系統(tǒng)程序存儲器用戶程序存儲器外設(shè)接口輸入單元輸出單元I/O擴(kuò)展口主機(jī) 整體式PLC的組成示意圖通信單元輸出單元輸入單元CPU單元只能I/O單元PLC或計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)現(xiàn)場過程編程器 組合式PLC的組成示意圖 PLC各主要組成部分的作用（CPU）CPU是PLC的核心，它按PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能指揮PLC有條不紊的工作。所以PLC與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)十分相似，也具有中央處理器（CPU）、存儲器、輸入輸出（I/O）接口、電源等。例如，西門子S7200系列PLC。它除了基本單元外還有擴(kuò)展模塊和特殊功能模塊，配置比較方便。例如，西門子S7300、400系列PLC。模塊式PLC配置靈活，裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。：模塊式結(jié)構(gòu)是將PLC各部分分成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如模塊電源、CPU模塊、I/O模塊和各種功能模塊。擴(kuò)展單元內(nèi)只有I/O和電源。一般小型PLC采用這種結(jié)構(gòu)。：整體式PLC是將電源、I/O部件都集中在一