【正文】 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(dāng)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(zhuǎn)化成周期采樣的偏差算式。PID參數(shù)整定方法就是確定調(diào)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。 表3 PID回路指令名稱PID運(yùn)算指令格式PID指令表格式PID TBL,LOOP梯形圖PID回路在PLC中的地址分配情況如表4所示。通過定時(按照采樣時間T)執(zhí)行PID功能塊, 按照PID運(yùn)算規(guī)律, 根據(jù)當(dāng)時的給定、比例積分微分?jǐn)?shù)據(jù), 計算出控制量。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。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。但是微分控制會放大高頻噪聲, 降低系統(tǒng)的信噪比,導(dǎo)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(yán)重的會失穩(wěn)。但具有滯后特點，不能快速對誤差進(jìn)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。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。人們在應(yīng)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(dá)到了一個比較高的程度。PID控制在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)有很多年了，現(xiàn)在依然廣泛地被應(yīng)用。輸出交流電壓用來控制電加熱器的端電壓，從而實現(xiàn)水箱溫度的連續(xù)控制。Pt100的測溫范圍是200℃～+420℃，經(jīng)過調(diào)節(jié)器的溫度變送器，可將溫度信號轉(zhuǎn)換成4～20mA直流信號。其阻值會隨著溫度的變化而改變。Pt100鉑熱電阻簡稱為：Pt100鉑電阻。它們的傳感原理都是相似的，熱電偶可以把變化的溫度變換成電勢，而熱電阻則是把變化的溫度相應(yīng)的轉(zhuǎn)換成電阻。目前有很多種熱電式傳感器，最常見就是把溫度的變化量相對的轉(zhuǎn)變成電勢和電阻。 （8）整理技術(shù)文件。 （6）模擬調(diào)試。 （4）I/O點數(shù)分配。 （2）確定輸入輸出設(shè)備。（4）考慮到以后控制任務(wù)的變化，所以當(dāng)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(fèi)用。我們可以通過選擇DIP開關(guān)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 雙極性表2 DIP開關(guān)對EM235極性影響EM235開關(guān) 單/雙極性選擇增益選擇衰減選擇SW1SW2SW3SW4SW5SW6 圖7 EM235模擬量擴(kuò)展模塊的接線方法電壓信號按正、負(fù)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。因此，模擬量輸入指令的基本時間是把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字所花費(fèi)的時間也計算在內(nèi)的。EM235模塊可以在149μs的時間段內(nèi)把輸入模塊的模擬量信號轉(zhuǎn)換成為與其對應(yīng)的阿拉伯?dāng)?shù)字值。在本設(shè)計中考慮到系統(tǒng)擴(kuò)展的問題，可以用EM235模擬量輸入/輸出模塊用來對CPU進(jìn)行擴(kuò)展。因此選用的S7200型PLC的主模塊為CPU224。圖6 SYMATIC S7200PLC CPU的模塊面板示意圖 西門子S7200PLC包括CPU22CPU22CPU224和CPU226這4種型號的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、存儲器、輸入/輸出端子、通信等出故障時，它可以給出相應(yīng)的指示或做出相應(yīng)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(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化控制的需求，其設(shè)計緊湊，價格低廉，并且具有良好的可擴(kuò)展性以及強(qiáng)大的指令功能，可代替繼電器在簡單的控制場合，也可以用于復(fù)雜的自動化控制系統(tǒng)。PLC編程簡單，易于通信和聯(lián)網(wǎng)、用于水暖控制能提高性能價格比，如果從長遠(yuǎn)觀點來看，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。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，還能實現(xiàn)跟外界的通訊以及對分支、自診斷和中斷進(jìn)行處理，大大提高了工作效率。為實現(xiàn)這個設(shè)想，美國數(shù)字設(shè)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(shè)計一款結(jié)合了計算機(jī)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(shù)進(jìn)步，出現(xiàn)了現(xiàn)在在工業(yè)生產(chǎn)自動化中占領(lǐng)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。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖4，系統(tǒng)程序框圖如圖5。系統(tǒng)硬件框圖結(jié)構(gòu)如圖3所示:圖3 基于PLC的太陽能水溫控制系統(tǒng)方框圖設(shè)計中的被控對象是水箱內(nèi)的溫度，利用Pt100鉑熱電阻傳感器來檢測被控對象（即太陽能水箱的溫度），經(jīng)過溫度變送器給S7200PLC的EM235模塊送入測量到的水箱溫度轉(zhuǎn)換的1～5V的電壓信號。 計算機(jī)PLCS7200AE2000B型過程控制裝置圖2 系統(tǒng)硬件圖按照設(shè)計的具體要求，所有需要設(shè)計的環(huán)節(jié)，都需要逐一進(jìn)行分析。通過在實驗臺上動手操作和觀察，實時觀察水箱內(nèi)的水溫水位控制的運(yùn)行情況，得到完整的實時曲線。三、設(shè)計方案論證本設(shè)計是以西門子S7200PLC為主控制器，來實現(xiàn)太陽能水箱水溫水位的自動控制。二、控制要求圖1 陽能浴室的結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)太陽能浴室的結(jié)構(gòu)示意圖圖1，具體控制要求如下：、水溫部分： 當(dāng)溫度探測器PT100從太陽能熱水箱中才寄出溫度后，進(jìn)過變送器，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和線性化，最后輸出紋420mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號，再經(jīng)由以250Ω的電阻，將之轉(zhuǎn)換成15V的標(biāo)準(zhǔn)電壓輸出，以此與PLC里面的設(shè)定溫度進(jìn)行PID運(yùn)算控制加熱晶閘管的通斷。選用PLC控制，它具有速度快，可靠性高，體積小，功能全，編程簡單的特點。太陽能熱水器是太陽能熱利用中商業(yè)化程度最高 、應(yīng)用最普遍的技術(shù) 。用內(nèi)部編程“軟元件”取代繼電器邏輯控制電路中大量的時間繼電器和中間繼電器，簡化控制線路、有效提高系統(tǒng)的可靠性，是PLC的突出特點。在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，有必要而且有可能采用新技術(shù)對原電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，以提高可靠性，并實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制，提高太陽能熱水器穩(wěn)定性。從發(fā)展角度看，城市家庭生活熱水的供給不應(yīng)由業(yè)主考慮，而應(yīng)與建筑設(shè)計開發(fā)同時進(jìn)行。 draw out the control system electrical schematics and wiring diagrams.Through the transformation of the solar water heater temperature and water level control system with PID, greatly enhance the response speed and stability of the system, the system structure is simple, quick and easy repair and maintenance, improve reliability, and en