【正文】 的需要計算的項 Kc 增益 en 采樣時刻n回路的偏差值 en1 回路的偏差值的前一個值 ex 采樣時刻x的回路偏差值 Ki 積分項的比例常數(shù) Mintial 回路輸出的初始值 Kd 微分項的比例常數(shù) 上面的式子表明，∑ex就是表示從開始到即時的采樣周期里面誤差項的和的函數(shù)，也就是“積分項”；“微分項”就是所求的采樣函數(shù)以及其前一次的采樣函數(shù)；而“比例項”就是所求的當前的采樣函數(shù)。 PID算法的數(shù)字化處理 如果我們想要計算出輸出值，就必須把連續(xù)算式轉化成周期采樣的偏差算式。PID參數(shù)整定方法就是確定調節(jié)器的比例系數(shù)P、積分時間Ti和和微分時間Td，一般可以通過理論計算來確定，但誤差太大。 PID回路指令名稱PID運算指令格式PID指令表格式PID TBL,LOOP梯形圖 。通過定時(按照采樣時間T)執(zhí)行PID功能塊, 按照PID運算規(guī)律, 根據(jù)當時的給定、比例積分微分數(shù)據(jù), 計算出控制量[馬明等 ，基于PLC的真空擠磚機進料濕度控制系統(tǒng)的設計[J].機械設計與制造，]。 由式()可得: () () 其中 式()、()是增量PID算法的計算公式, 系統(tǒng)的采樣周期T選定后, 一旦確定了Kp、Ti、Td, 只要使用前后3次測量的溫度偏差值即可由式()、()求出控制量[楊靖等，基于PID算法的S7200 PLC鍋爐水溫控制系統(tǒng)[J].機床電器， 2010 .37(6) ]。Kp、Ti、Td 分別為控制器的比例放大系數(shù)、積分時間常數(shù)、微分時間常數(shù)。 PID控制器的理想計算公式為: () 公式()中: u(t)為控制器的輸出。[14]但是微分控制會放大高頻噪聲, 降低系統(tǒng)的信噪比,導致系統(tǒng)抑制干擾的能力下降，也就是說微分控制不能消除余差。而自動控制系統(tǒng)在對于誤差的控制來說，會出現(xiàn)別的不必要的問題，比如波動，更嚴重的會失穩(wěn)。但具有滯后特點，不能快速對誤差進行有效的控制。因此，就算誤差很小，積分項也會慢慢變大，由它推動控制器的輸出增大，使穩(wěn)態(tài)誤差慢慢減小至零。為了消除控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。比例控制的缺點是不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，必須要有積分控制來輔助。偏差減小的速度由比例系數(shù) Kp來決定，Kp越大偏差減小的越快[李鐵術等，基于PID控制的模糊自適應動力定位技術[J]. 彈箭與制導學報 ，]。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系[高彬娜，數(shù)字PID控制在運動控制系統(tǒng)中的應用[J].中國電子科學研究院學報，]。人們在應用的過程中積累了許多的經(jīng)驗，對PID的研究現(xiàn)在已經(jīng)達到了一個比較高的程度。PID控制在工業(yè)領域的應用已經(jīng)有很多年了，現(xiàn)在依然廣泛地被應用。主站設備包括：帶有 STEP7Micro/WIN的編程設備HMI設備（觸摸面板、文本顯示或操作員面板），從站設備包括：S7200CPU擴展機架（例如EM277）也可以通過編程將S7200CPU作為PPI主站來激活。從站設備并不啟動消息，而是一直等到主站設備發(fā)送請求或輪詢響應。然而，其它 SIMATIC S7控制器（例如S7300和S7400）或操作員面板均可與PPI網(wǎng)絡中的S7200進行通訊。 本次設計使用的是西門子的PPI總線，PPI（ 點對點接口） 是一種專為SIMATIC S7200而開發(fā)的集成接口。 PPI總線 現(xiàn)場總線大部分都是應用于過程自動化、醫(yī)藥、制造等領域，有著非常多的種類。 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，輸入控制信號為4～20mA標準電流信號，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℃時阻值為100Ω，它的工作原理是當Pt100在0℃時阻值為100Ω，在100℃。Pt100傳感器的精度高，熱補償性較好。 該系統(tǒng)對傳感器的要求是可以把將溫度信號轉化為電流信號，測量的水溫上限為100℃，權衡之下Pt100電阻傳感器是非常合適的。熱電偶、熱電勢是被用于溫度測量的最普遍的、目前在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用的器件。 RTGK2型過程控制系統(tǒng)結構圖 熱電式傳感器 熱電式傳感器能夠把溫度的變化轉換成電流、電壓變化的裝置就是我們所說的熱電式傳感器。 RTGK2型系統(tǒng)實驗對象組成結構 。，這也可以用來實現(xiàn)調解規(guī)律。4．為了選擇出最佳調節(jié)方案，我們可以把每一個可變參數(shù)放在各種設計方案中演示比較。3．能對調節(jié)系統(tǒng)造成擾動的主要有兩方面。 RTGK2型系統(tǒng)主要特點1．需要調整的參數(shù)有四個：流量，壓力，液位，溫度。 （8）整理技術文件。 （6）模擬調試。 （4）I/O點數(shù)分配。 （2）確定輸入輸出設備。（4）考慮到以后控制任務的變化，所以當我們在挑選合適的PLC型號、PLC的輸入/輸出點數(shù)和需要的存儲器種類以及容量的時候，都要考慮到控制系統(tǒng)的多變性，多留出一點輸入/輸出點數(shù)和存儲器容量。（2）在不影響控制系統(tǒng)精度的前提下，盡量減少PLC系統(tǒng)硬件費用。我們可以通過選擇DIP開關去決定所需要的熱電偶的型號。它允許S7200PLC連接微小的模擬量信號，電壓信號控制在在177。OFF OFF ONONOFF OFF OFF 雙極性 DIP開關對EM235極性影響EM235開關 單/雙極性選擇增益選擇衰減選擇SW1SW2SW3SW4SW5SW6 EM235模擬量擴展模塊的接線方法 電壓信號按正、負極直接接入X＋和X－；電流信號則需要將RX和X＋短接后接入電流輸入信號的“＋”端；未連接傳感器的通道要將X＋和X－短接。由于EM235都是在程序訪問模擬點的時候把輸入的模擬量信號轉換成阿拉伯數(shù)字。 EM235模塊有12位模擬量，輸入速度迅速，價錢低廉，應用廣泛。 EM 235模擬量輸入/輸出模塊 在溫度控制系統(tǒng)中，溫度傳感器把檢測到的溫度信號轉換成420mA的電流信號，系統(tǒng)需要配置模擬量的輸入模塊把電流信號轉換成數(shù)字信號再送入PLC中進行處理[陳義鋒，PLC的應用及控制系統(tǒng)設計[J].湖南農(nóng)機：學術版 ，]。 西門子S7200CPU主要性能指標 性能指標 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 外形尺寸 90806290806280621908062本機數(shù)字量I/O6個輸入/4個輸出8個輸入/6個輸出14個輸入/10個輸出6個輸入/4個輸出 程序空間 2048字 2048字 4096字 4096字 數(shù)據(jù)空間 1024字 1024字 2560字 2560字用戶存儲器類型 E2 PROM E2 PROM E2 PROM E2 PROM 擴展模塊數(shù)量 不能擴展 2個模塊 7個模塊 7個模塊 數(shù)字量I/O128輸入/128輸出128輸入/128輸出128輸入/128輸出128輸入/128輸出 模擬量I/O 無 16輸入/16輸出 32輸入/32輸出 32輸入/32輸出定時器/計數(shù)器 256/256 256/256 256/256 256/256 內部繼電器 256 256 256 256布爾指令執(zhí)行速度 通信口數(shù)量1（RS485） 1(RS485) 1(RS485)2(RS485) 根據(jù)控制系統(tǒng)實際所需端子數(shù)目，考慮PLC端子數(shù)目要有一定的預留量，為以后新設備的介入或設備調整留有余地，CPU224 有14 路輸入/10路輸出，一共有24個I/O點，存儲容量比起CPU221和CPU222擴大了一倍,它可以有7個擴展模塊,有內置時鐘，并且CPU224高速計數(shù)處理能力也很強，是S7200產(chǎn)品中使用得最多的一個。CPU模塊還可以進行自我診斷，即當電源、存儲器、輸入/輸出端子、通信等出故障時，它可以給出相應的指示或做出相應的動作。 S7200PLC的CPU模塊 CPU模塊是PLC控制系統(tǒng)的核心，它控制著整個PLC控制系統(tǒng)有序地進行。 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化控制的需求，其設計緊湊，價格低廉，并且具有良好的可擴展性以及強大的指令功能，可代替繼電器在簡單的控制場合，也可以用于復雜的自動化控制系統(tǒng)。PLC編程簡單，易于通信和聯(lián)網(wǎng)、用于水暖鍋爐控制能提高性能價格比，如果從長遠觀點來看，其壽命長，故障率低，易于維修，所以選用[劉運新，油輪輔鍋爐汽壓的PID控制[J].青島遠洋船員學院學報， ]。德國的西門子PLC對于大中小型的自動控制都可適用，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[謝柳紅，該如何振興國產(chǎn)PLC？[J].機電一體化， ]。從1970之后，微電子技術一直在向更高端發(fā)展，大規(guī)模的集成電路（簡稱LSI）和微型處理器也被運用到了PLC中，這大大增強了PLC的功能，使得PLC在原來的基礎上還可以進行處理數(shù)據(jù)、算術運算，還能實現(xiàn)跟外界的通訊以及對分支、自診斷和中斷進行處理，大大提高了工作效率。為實現(xiàn)這個設想，美國數(shù)字設備公司(DEC公司)在1969年研制出了世界上第一臺PLC。 1968年，美國汽車制造行業(yè)的巨頭——通用汽車公司(GM公司)打算設計一款結合了計算機的多功能、通用性好等優(yōu)點以及繼電氣控制系統(tǒng)物美價廉、輕松易懂的優(yōu)點的通用控制裝置。 隨著現(xiàn)代社會生產(chǎn)的發(fā)展和技術進步，出現(xiàn)了現(xiàn)在在工業(yè)生產(chǎn)自動化中占領重要地位的一種新的工控系統(tǒng)。在可編程序控制器出現(xiàn)以前，繼電器在工業(yè)生產(chǎn)中的控制占了主要地位。S7200PLC與MCGS組態(tài)軟件通訊，實現(xiàn)了系統(tǒng)的實時監(jiān)控。 : 基于PLC的鍋爐內膽水溫控制系統(tǒng)方框圖設計中的被控對象是鍋爐內膽的溫度，利用Pt100鉑熱電阻傳感器來檢測被控對象（即鍋爐內膽的溫度），經(jīng)過溫度變送器給S7200PLC的EM235模塊送入測量到的鍋爐內膽溫度轉換的0～5V的電壓信號。 上位機PLCS7200RTGK2型過程控制系統(tǒng) 系統(tǒng)硬件圖 按照設計的具體要求，所有需要設計的環(huán)節(jié)，都需要逐一進行分析。通過系統(tǒng)畫面組態(tài)、動態(tài)組態(tài)、和策略組態(tài)等，良好完成計算機動態(tài)實時監(jiān)控鍋爐內膽水溫控制的運行情況，得到完整的實時曲線和歷史曲線以及用棒圖顯示出設定值、測量值和輸出值。 本設計是以西門子S7200PLC為主控制器，來實現(xiàn)鍋爐內膽水溫的DCS自動控制。在形成商品化、控制參數(shù)自整定方面，我們還沒有開發(fā)出性能可靠的自整定軟件，控制系統(tǒng)的參數(shù)的確定大多都是依靠經(jīng)驗或者現(xiàn)場調試。 到現(xiàn)在為止，我國在溫度的測量控制方面仍然比較落后，總體水平處于20世紀80年代中后期水平，比起發(fā)達國家還是差別比較大，要想用于一些控制滯后、復雜、時變的溫度系統(tǒng)控制，還是有不小的困難。但是現(xiàn)在我們還沒有真正的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，比起其他國家，我國在技術上還是落后不少。作為發(fā)展中國家，相對于其他發(fā)達國家，我國的科學家們在1980年才開始在吸取其他國家技術的基礎上慢慢地學習并掌握針對單項環(huán)境因子的溫度室內微機技術。隨著科學技術的快速發(fā)展，溫度控制技術也隨之逐步提高，甚至有些