【正文】 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶(hù)程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)程序存儲(chǔ)器和用戶(hù)RAM幾個(gè)部分組成，分別用來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)程序、用戶(hù)程序和輸入輸出狀態(tài)、中間運(yùn)算結(jié)果。電源電路對(duì)輸入交流電源進(jìn)行隔離、濾波、整流和穩(wěn)壓，為PLC系統(tǒng)提供各種所需的直流工作電源。CPU11E單元專(zhuān)用于將SYSMAC LINK單元或SYSMAC NET LINK單元連接到CPU上，對(duì)其它兩種CPU單元來(lái)說(shuō)，可以直接安裝在CPU左側(cè)的兩個(gè)槽位上或通過(guò)一個(gè)總線(xiàn)連接器接到CPU上。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作[15]。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。在使用者看來(lái)，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。如圖33為本次PLC的整體結(jié)構(gòu)圖：C200H—DA001C200H—TS101C200H—OC221C200H—ID212C200HPlc旋轉(zhuǎn)編碼器指示燈熱敏電阻Pt00調(diào)功器圖33溫度串級(jí)控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖 CPU模塊的選型CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。PLC中的CPU與存儲(chǔ)器配合，完成控制功能。PLC內(nèi)的I/O模板，除一般的DI/DO、AD/DA模板外，還發(fā)展了一系列特殊功能的I/O模板，這為PLC用于各行各業(yè)打開(kāi)了出路，如用于條形碼識(shí)別的ASCII/BASIC模板，用于反饋控制的PID模板，用于運(yùn)行控制、機(jī)械加工的高速計(jì)數(shù)模板、單軸位置控制模板、雙軸位置控制模板、凸輪定位器模板、射頻識(shí)別接口模板等，這在以后還會(huì)有很大發(fā)展。 系統(tǒng)硬件組成本課題選用歐姆龍公司的C200H系列的PLC及其擴(kuò)展模塊，該系列硬件采用積木式結(jié)構(gòu)。(2) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇由于本設(shè)計(jì)應(yīng)用的是電阻絲加熱爐，采用的是220V交流電源作為電阻絲的供應(yīng)電源，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是用來(lái)根據(jù)需要來(lái)調(diào)節(jié)電阻絲上的電壓從而達(dá)到控制加熱爐溫度的目的。本系統(tǒng)需要兩個(gè)溫度傳感器：一個(gè)安裝在夾套內(nèi)，另一個(gè)安裝在內(nèi)膽。被檢測(cè)參數(shù)性質(zhì)的不同、準(zhǔn)確度要求、響應(yīng)速度要求的不同以及對(duì)控制性能的要求的不同都影響檢測(cè)元件的選擇，要從工藝的合理性、經(jīng)濟(jì)性加以考慮。對(duì)被控參數(shù)迅速、準(zhǔn)確的測(cè)量是實(shí)現(xiàn)高性能控制的重要前提。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 CPUEPROMRAM擴(kuò)展存儲(chǔ)器輸入模塊輸出模塊I/O接口通信接口 總 線(xiàn)用戶(hù)輸入 設(shè)備用戶(hù)輸出 設(shè)備外部設(shè)備計(jì)算機(jī)或其它PLC圖32 PLC硬件構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式(模塊式)兩種。常用的外圍設(shè)備通常有編程器、盒式磁帶機(jī)、打印機(jī)、EPROM寫(xiě)入器等?？偩€(xiàn)根據(jù)其功能可分為電源總線(xiàn)、控制總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和數(shù)據(jù)總線(xiàn)。編程器是可編程控制器的外圍設(shè)備[13]。PLC硬件組成及PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分別如圖31和圖32所示。圖31可編程控制器控制系統(tǒng)框圖PLC的實(shí)質(zhì)就是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，屬于過(guò)程控制計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支。如圖31可編程控制器控制系統(tǒng)框圖。它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中最重要、應(yīng)用最多的控制設(shè)備[12]。SV(n)PI(P)調(diào)節(jié)器D/A執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象測(cè)量元件A/DCV(n)MV(n)PV(n)MV(t)PV(t)圖23 PLC閉環(huán)系統(tǒng)方框圖3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 可編程控制器可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它們分別與誤差、誤差的積分和微分成正比，如果取其中的一項(xiàng)或兩項(xiàng) 就可以組成P、PI或PD調(diào)節(jié)器[11]。(1) 閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖PLC閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖如23所示，設(shè)定好PI(P)參數(shù)，運(yùn)行PI(P)控制程序，就能求出輸出的控制值，實(shí)現(xiàn)過(guò)程的串級(jí)控制。 參數(shù)的計(jì)算在本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，主要是控制加熱爐內(nèi)膽水的溫度，使其始終維持在某一恒定的值。當(dāng)采用PID控制器還達(dá)不到工藝要求的控制品質(zhì)時(shí)，則需要考慮其它的控制方案。它適用于控制通道時(shí)間常數(shù)或容量滯后較大、控制要求較高的場(chǎng)合[10]。因此，對(duì)于控制通道的時(shí)間常數(shù)或容量滯后較大的場(chǎng)合，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小動(dòng)態(tài)偏差等可選用比例微分控制規(guī)律。積分能消除余差，它適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、被控參數(shù)不允許有余差的場(chǎng)合。它適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、控制要求不高、被控參數(shù)允許在一定的范圍內(nèi)有余差的場(chǎng)合。ba 圖22 1/4 衰減曲線(xiàn)示意圖對(duì)于反應(yīng)較快的對(duì)象，例如：加熱爐給水流量、管道壓力、爐膛負(fù)壓等，要嚴(yán)格看出l/4 衰減曲線(xiàn)或s=3/4衰減率是困難的，這時(shí)，往往只能定性的識(shí)別，以波動(dòng)次數(shù)為準(zhǔn)，對(duì)于要求衰減率為3/4 的系統(tǒng)，一般以向上波動(dòng)二次，向下波動(dòng)一到二次為宜[9]。經(jīng)過(guò)大量整定實(shí)踐證明，工程整定法行之有效，故得到了廣泛應(yīng)用。所謂調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，就是選擇合適的比例帶積分時(shí)間和微分時(shí)間，使自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作在最佳的狀態(tài)。相應(yīng)的，每個(gè)控制系統(tǒng)都有一個(gè)特定的控制規(guī)律。系統(tǒng)的工作原理圖如圖21所示：圖21 加熱爐串級(jí)系統(tǒng)框圖 控制算法的選擇和計(jì)算控制算法即所謂的計(jì)算機(jī)控制，就是按照規(guī)定的算法進(jìn)行控制，因此，控制算法的正確與否直接影響控制系統(tǒng)的品質(zhì)，甚至決定整個(gè)系統(tǒng)的成敗。副參數(shù)的選擇應(yīng)使副回路的時(shí)間常數(shù)小，這樣可使等效過(guò)程的時(shí)間常數(shù)大大減小，提高響應(yīng)速度，改善系統(tǒng)的控制品質(zhì)。對(duì)于主參數(shù)的選擇和主回路的設(shè)計(jì)，基本上可以按照單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行。副控制器選P控制規(guī)律，也由PLC可編程控制器實(shí)現(xiàn)[8]。選用PID或PI控制規(guī)律，由PLC可編程控制器實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)控制器串聯(lián)連接，主控制器的輸出作為副回路的給定量，副控制器的輸出去控制執(zhí)行元件。綜上所述，本設(shè)計(jì)定采用閉環(huán)控制方式。這種控制方式能夠檢測(cè)輸出、計(jì)算誤差并用以糾正誤差，其輸出會(huì)通過(guò)某種途徑變換后反饋給輸入端以備對(duì)下一次輸出結(jié)果的調(diào)整。開(kāi)環(huán)控制是指控制裝置與被控對(duì)象之間只有按順序工作，沒(méi)有反向聯(lián)系的控制過(guò)程，按照這種方式組成的系統(tǒng)稱(chēng)為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是系統(tǒng)的輸出量不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的控制作用發(fā)生影響、沒(méi)有自動(dòng)修正或補(bǔ)償?shù)哪芰ΑＳ捎赑LC具有高可靠性、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，而在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[7]。其原因是在串級(jí)控制系統(tǒng)中增加了一個(gè)包含二次擾動(dòng)的副回路，使系統(tǒng)改善了被控過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率；對(duì)二次干擾有很強(qiáng)的克服能力；提高了對(duì)一次擾動(dòng)的克服能力和對(duì)回路參數(shù)變化的自適應(yīng)能力。以加熱爐串級(jí)控制系統(tǒng)為例，在控制過(guò)程中，副回路起著對(duì)爐出口溫度的“粗調(diào)”作用，而主回路則完成對(duì)爐出口溫度的“細(xì)調(diào)”任務(wù)。學(xué)習(xí)參考2 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 概述在生產(chǎn)過(guò)程中，一些復(fù)雜的環(huán)節(jié)往往需要進(jìn)行串級(jí)控制，串級(jí)控制就是具有雙回路的控制。2）介紹了本課題的總體方案設(shè)計(jì)，主要論述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則，系統(tǒng)的工作原理和系統(tǒng)的主要組成。副調(diào)節(jié)器具有“粗調(diào)”的作用，主調(diào)節(jié)器具有“細(xì)調(diào)”的作用，從而使其控制品質(zhì)得到進(jìn)一步提升[6]。二次擾動(dòng)：作用在副被控過(guò)程上的，即包括在副回路范圍內(nèi)的擾動(dòng)。副回路由副變量檢測(cè)變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過(guò)程構(gòu)成；主回路由主變量檢測(cè)變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過(guò)程和主過(guò)程構(gòu)成。串級(jí)系統(tǒng)是由調(diào)節(jié)器串聯(lián)起來(lái)工作，其中一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出作為另一個(gè)調(diào)節(jié)器的給定值的系統(tǒng)。PLC技術(shù)在溫度監(jiān)控系統(tǒng)上的應(yīng)用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)等?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC)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。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)溫度控制系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，因此，高精度、智能化、人性化的溫度控制系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)外必然發(fā)展的趨勢(shì)。目前，我國(guó)在這方面總體水平處于20世紀(jì)80年代中后期的水平，成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適用于一般的溫度系統(tǒng)的控制，難以控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變溫度系統(tǒng)控制。目前，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方向發(fā)展。有的還具有自學(xué)習(xí)功能[3]。5）溫度控制器普遍具有參數(shù)整定功能。3）能適用于受控系統(tǒng)過(guò)程復(fù)雜、參數(shù)時(shí)變的溫度控制系統(tǒng)的控制。它們主要有以下特點(diǎn)：1）適應(yīng)于大慣性、大滯后等復(fù)雜的溫度控制體統(tǒng)的控制。本課題通過(guò)對(duì)加熱爐進(jìn)行模型辨識(shí)，建立典型加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；使用PLC實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)加熱爐的自動(dòng)化能夠提高加熱爐運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和勞動(dòng)生產(chǎn)率、改善勞動(dòng)條件、減少運(yùn)行人員。近年來(lái)智能控制技術(shù)正逐步被應(yīng)用到加熱爐溫度控制中。國(guó)際上對(duì)加熱爐的優(yōu)化控制開(kāi)始于70年代，我國(guó)從80年代才開(kāi)始對(duì)這方面進(jìn)行研究。而PLC本身優(yōu)異的性能使基于PLC控制的溫度控制系統(tǒng)變的經(jīng)濟(jì)、高效、穩(wěn)定且維護(hù)方便。近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，并且各企業(yè)重視節(jié)源效益，對(duì)加熱爐生產(chǎn)工藝的不斷完善和優(yōu)化，加熱爐生產(chǎn)自動(dòng)化控制水平也相應(yīng)提高和不斷深入。它也是一個(gè)復(fù)雜的控制對(duì)象，影響加熱爐溫度恒定的因素很多，因此對(duì)加熱爐進(jìn)行控制是工業(yè)過(guò)程的一個(gè)重要而且困難的問(wèn)題[1]。 using PID algorithm, the use of PLC ladder programming language, programming, electric furnace temperature control.Elect