【正文】 數(shù)值 。 其轉(zhuǎn)換程序如下 : MOVW AIW0, AC1 DTR AC1, AC1 MOVR AC1, VD100 2) 實數(shù)的歸一化處理 因為 PID 中除了采樣時間和 PID 的三個參數(shù)外，其他幾個參數(shù)都要求輸入或輸出值 ~ 之間，所以，在執(zhí)行 PID 指令之前，必須把 PV和 SP 的值作歸一化處理。使用指令 DTR 就可以了。 18 傳感器輸入的電壓信號經(jīng)過 EM231 轉(zhuǎn)換后，是一個整數(shù)值，他的值大小是實際溫度 的把 A/D 模擬量單元輸出的整數(shù)值的 10 倍。在本文中，經(jīng)過測量的溫度信號被轉(zhuǎn)化為標準信號溫度值才是過程變量，所以，這兩個數(shù)不在同一個數(shù)量值，需要他們作比較，那就必須先作一下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。 表 48 PID 指令回路表 偏移地址 名稱 數(shù)據(jù)類型 說明 0 過程變量（ PVn） 實數(shù) 必須在 ~ 之間 4 給定值（ SPn） 實數(shù) 必須在 ~ 之間 8 輸出值（ Mn） 實數(shù) 必須在 ~ 之間 12 增益（ Kc） 實數(shù) 比例常數(shù)，可正可負 16 采樣時間（ Ts） 實數(shù) 單位為 s，必須是正數(shù) 20 采樣時間（ Ti） 實數(shù) 單位為 min，必須是正數(shù) 24 微分時間（ Td） 實數(shù) 單位為 min，必須是正數(shù) 28 積分項前值（ MX） 實數(shù) 必須在 ~ 之間 32 過程變量前值（ PVn1） 實數(shù) 必須在 ~ 之間 1) 回路輸入輸出變量的數(shù)值轉(zhuǎn)換方法 本文中，設(shè)定的溫度是給定值 SP，需要控制的變量是爐子的溫度。 LOOP 是回路號，可以是 0~7，不可以重復使用。 表 47 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 使用方法：當 EN 端口執(zhí)行條件存在時候，就可進行 PID 運算。西門子 S7200 系列 PLC 中使用的是 PID 回路指令。故可利用 PLC 中的 PID 指令實現(xiàn)位置式PID 控制算法 量 [18]。其離散化的規(guī)律 如表 45 所示 ： 16 表 45 模擬與離散形式 模擬形式 離散化形式 )()()( tctrte ?? )()()( nrne ?? dTtde)( T nene )1()( ?? ?t dtte0 )( ?? ?? ? nini ieTTie 00 )()( 所以 PID 輸出經(jīng)過離散化后，它的輸出方程為 : ? ?000)()()()1()()()()(unununuuneneTTieTTneKnudiPnidiP??????????? ????? ?? () 式 中 ， )()( neKnu PP ? 稱為比例項； ???niipi ieTTKnu0 )()( 稱為積分項 ； ? ?)1()()( ??? neneTTKnu dpd 稱為微分項； 上式中，積分項 ??ni e1 i)(是包括第一個采樣周期到當前采樣周期的所有誤差的累積值 [17]。 dT —— 微分系數(shù) D。 Kp —— 比例系數(shù) P。 PID 控制算法 圖 41 帶 PID 控制器的閉控制系統(tǒng)框圖 如圖 41 所示， PID 控制器可調(diào)節(jié)回路輸出，使系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。避免較大的誤差出現(xiàn)，微分控制不能消除余差。 在微分控制 (D)中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 在積分控制 (I)中，控制器的輸出與 輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。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， PID的研究已經(jīng)到達一個比較高的程度。在微控制階段，占空比就根據(jù)溫差不停地變化。程序采用的是粗調(diào)和微控兩段式控制方式。采樣后，根據(jù)溫差的大小進行 PID調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)化得到一個加熱時間（ 010 秒）作為下一個加熱周期的加熱時間。PWM 信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有 (ON)，要么完全無 (OFF) [16]。 PWM 是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通信端口的設(shè)置，同樣的，我們用到的地址是 1，如圖 39 所示 。系統(tǒng)塊更改后需要下載到CPU中，新的設(shè)置才能生效。見圖 37 所示。 11 圖 35 語言選擇界面 在安裝的最后，會出現(xiàn)一個界面，按照硬件的配置，我們需要用 232 通信電纜，采用 PPI 的通信方式，所以要選擇 PPI/PC Cable(PPI)，這個時候在彈出來的窗口中選擇端口地址，通信模式，一般選擇默認就可以了，見圖 36。用戶可以利用該軟件開發(fā)程序，也可以實現(xiàn)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)，該軟件是 SIMATIC S7200 擁護不可缺少的開發(fā)工具 安裝 STEP 7MWIN32 在開始安裝的時候是選擇語言界面，對于版本 來說，這時候沒有選擇中文的，但可以先選擇其他語言，見圖 35。 圖 32 EM231模塊 DIP開關(guān) 10 表 33 熱電偶類型選擇 熱電偶類型 SWI SW2 SW3 J（默認） 0 0 0 K 0 0 1 T 0 1 0 E 0 1 1 R 1 0 0 S 1 0 1 N 1 1 0 +/80mv 1 1 1 表 34 熱電偶其他設(shè)置 DIP 開關(guān) 功能 開 /關(guān)狀態(tài) SW5 熔斷方向 正向標定 0 負定方向 1 SW6 斷線 啟動斷線測量電流 0 禁止斷線測量電流 1 SW7 測量單位 攝氏 0 華氏 1 SW8 冷端啟用 冷端補償啟用 0 冷端補償禁止 1 STEP 7 Micro/WIN32 軟件介紹 STEP 7MWIN32 編程軟件是基于 Windows 的應(yīng)用軟件，是西門子公司專門為 SIMTIC S7200 系列 PLC 設(shè)計開發(fā)的。 SW4沒有使用， SW5 用于選擇斷線檢測方向， SW6 用于選擇是否進行斷線檢測， SW7用于選擇測量單位， SW8 用于選擇是否進行冷端補償，見表 34[15]。本設(shè)計采用的是 K 型熱電偶，結(jié)合其 他的需要，我們設(shè)置 DIP 開關(guān)為 00100000。80mV范圍 )，所有連到模塊上的熱電偶必須是相同類型，且最好使用帶屏蔽的熱電偶傳感器。在這里，我們選用了西門子 EM231 4TC 模擬量輸入模塊。本論文才用的是 K 型熱電阻 [14]。非標準化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標準化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。 S7200 系列的基本單元如表 31 所示 [13]。本論文采用的是 CUP224。 8 第三章 硬件配置和軟件環(huán)境 實驗配置 西門子 S7200 S7200 系列 PLC 可提供 4 種不同的基本單元和 6 種型號的擴展單元。 5）電源 PLC 的電源將外部供給的交流電轉(zhuǎn)換成供 CPU、存儲器等所需的直流電，是整個 PLC 的能源供給中心。常見的編程器有簡易手持編程器、智能圖形編程器和基于 PC 的專用編程軟件。智能接口模塊是一獨立的計算機系統(tǒng)，它有自己的 CPU、系統(tǒng)程序、存儲器及與 PLC 系統(tǒng)總線相連接的接口。按 I/O點數(shù)確 定模塊的規(guī)格和數(shù)量， I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 PLC 所能管理的配置能力，即底版的限制 。 3) 輸入輸出模塊 輸入模塊和輸出模塊通常稱為 I/O 模塊或 I/O 單元。 PLC中的存儲器一般包括系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器兩部分。 CPU控制著 PLC 工作，通 過讀取、解釋指令，指導 PLC 有條不紊的工作。 圖 21 PLC的組成 1) CPU（中央處理器） 和一般的微機一樣， CPU是微機 PLC 的核心，主要由運算器、控制器、寄存器以及實現(xiàn)他們之間聯(lián)系的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線構(gòu)成。模塊式 PLC 一般由 CPU 模塊、 I/O 模 6 塊、內(nèi)存模塊、電源模塊、底版或機架組成。 表 11 可編程控制器功能表 代次 器件 功能 第一代 1 位處理器 邏輯控制功能 第二代 8 位處理器及存儲器 產(chǎn)品系列化 第三代 高性能 8 位微處理器及位片式微處理器 處理速度提高，向多功能及聯(lián)網(wǎng)通信發(fā)展 第四代 16 位、 32 位微處理器及高性能位片式微處理器 邏輯、運動、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)功能的多功能 可編程控制器的基本組成 PLC 從組成形式上一般分為整體式和模塊式兩種。如今，世界各國的一些著名的電氣工廠幾乎都在生產(chǎn)可編程控制器 [11]。 可編程控制器自問世以來，發(fā)展極為迅速。 1968 年，美國的汽車制造公司通用汽車公司 (GM)提出了研制一種新型控制器的要求，并從用戶角度提出新一代控制器應(yīng)具備十大條件，立即引起了開發(fā)熱潮。其性能優(yōu)越，已被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。 5 第二章 可編程控制器的概述 可編程控制器的產(chǎn)生 可編程控制器是一種工業(yè)控制計算機， 英文全稱： Programmable Controller，為了和個人計算機 (PC)區(qū)分，一般稱其為 PLC。 第 七 章 ，進行系統(tǒng)設(shè)計，檢驗 控制系統(tǒng)控制質(zhì)量。 第五章， 介紹了設(shè)計程序的設(shè)計思想和程序，包括 助記符語言表 和梯形圖。 第三章，介紹了 控制系統(tǒng)設(shè)計所采用的硬件連接、使用方法以及編程軟件的簡單介紹。 具體有以下幾方面的內(nèi)容： 第一章，對 PLC 系統(tǒng)應(yīng)用的背景進行了闡述， 并介紹當前溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況 。 目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方面快速發(fā)展 [10]。國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成果。但由于國外技術(shù)保密及我國開發(fā)工作的滯后，還沒有開發(fā)出性能可靠的自整定軟件。它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后、復雜、時變溫度系統(tǒng)控制。 溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進國家相比有著較大差距 。但是， FCS 還沒有完全成熟，它才剛剛進入實用化的現(xiàn)階段，另一方面，另一方面， 目前現(xiàn)場總線的國際標準共有 12 種之多，這給FSC 的廣泛應(yīng)用添加了很大的阻力?；诳偩€控制系統(tǒng)（ FCS）的溫度控制系統(tǒng)具有高精度，高智能，便于管理等特點， FCS 系統(tǒng)由于信息處理現(xiàn)場化，能直接執(zhí)行傳感、控制、報警和計算功能。 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（ FCS）綜合了數(shù)字通信技術(shù)、計算機 技術(shù)、自動控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能儀表等多種技術(shù)手段的系統(tǒng)?；?DCS 的溫度控制系統(tǒng)提供了生產(chǎn)的自動化水平和管理水平，能減少操作人員的勞動強度，有助于提高系統(tǒng)的效率 [8]。也可以說數(shù)據(jù)公路是分散控制系統(tǒng) DCS 的脊柱。與常規(guī)儀表相比具有豐富的監(jiān)控、協(xié)調(diào)管理功能等特點。但如果 單獨采用工控機作為控制系統(tǒng)，又有易干擾和可靠性差的缺點。參數(shù)自整定等各種靈活算法，以及“模糊判斷”功能，是常規(guī)儀表和人力難以實現(xiàn) 3 或無法實現(xiàn)的 [7]。影響燃燒的因素十分復雜，較正確的數(shù)學模型不易建立，以經(jīng)典的 PID 為基礎(chǔ)的常規(guī)儀表控制，已很難達到最佳狀態(tài)。它能夠適應(yīng)多種工業(yè)惡劣環(huán)境，抗振動、抗高溫、防灰塵，防電磁輻射。 工控機（ IPC）即工業(yè)用個人計算機。相對于 IPC， DCS，F(xiàn)SC 等系統(tǒng)而言， PLC 是具有成本上的優(yōu)勢。 PLC 是一種數(shù)字控制專用電子計算機，它使用了可編程序存儲器儲存指令，執(zhí)行諸如邏輯、順序、計時、計數(shù)與演算等功能，并通過模擬 和數(shù)字輸入、輸出等組件，控制各種機械或工作程序。 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，工作精度高。 單片機的發(fā)展歷史雖不長，但它憑著體積小，成本低，功能強大和可靠性高等特點，已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。期間，從低級到高級，從簡單到復雜，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和對溫度控制精度要求的不斷提高，溫度控制系統(tǒng)的控制技術(shù)得到迅速發(fā)展。 溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況 溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科研以及日常生活等領(lǐng)域占有重要的地位。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，解決了這個問題。 在組態(tài)概念出現(xiàn)之前，要實現(xiàn)某一任務(wù)，都是通過編寫程序來實現(xiàn)的。 PID 的使用已 經(jīng)有 60 多年了，有人稱贊它是控制領(lǐng)域的常青樹。但就其控制策略而