【正文】 作用由小變到大，觀察各次響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。經(jīng)驗法又叫現(xiàn)場湊試法，它不需要進(jìn)行事先的計算和實驗，而是根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗，利用一組經(jīng)驗參數(shù)，根據(jù)反應(yīng)曲線的效果不斷地改變參數(shù)，對于溫度控制系統(tǒng)，工程上已經(jīng)有大量的經(jīng)驗，其規(guī)律如表 412 所示。一般可以通過理論計算來確定，但誤差太大。 SpanOfMRestnscal )(??（） S7200 不提供直接將實數(shù)一步轉(zhuǎn)化成整數(shù)的指令，必須先將實數(shù)轉(zhuǎn)化成雙整數(shù)，再將雙整數(shù)轉(zhuǎn)化成整數(shù)?；芈返妮敵鲋凳窃?~ 之間，是一個標(biāo)準(zhǔn)化了的實數(shù)，在輸出變量傳送給 D/A 模擬量單元之前，必須把回路輸出變量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的整數(shù)。另外一種實現(xiàn)方法就是，在歸一化的時候，值域大小可以縮小 10 倍，那么，填寫目標(biāo)溫度的時候就可以把實際值直接寫進(jìn)去 [19]。panS ——值域大小，為最大允許值減去最小允許值，單極性為 極性為 6400。歸一化的公式如 : （??estpanrawnoumOfSRR??/）式中, ——標(biāo)準(zhǔn)化的實數(shù)值；noumR ——未標(biāo)準(zhǔn)化的實數(shù)值 。其轉(zhuǎn)換程序如下:MOVW AIW0, AC1DTR AC1, AC1MOVR AC1, VD1002) 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。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(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(fù)使用。表 47 PID 回路指令名稱 PID 運(yùn)算指令格式 PID指令表格式 PID TBL，LOOP梯形圖使用方法：當(dāng) EN 端口執(zhí)行條件存在時候，就可進(jìn)行 PID 運(yùn)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：15表 45 模擬與離散形式模擬形式 離散化形式)()(tcrte??)()(ncrne??dTT1?te0)( ???nini ee00)()(所以 PID 輸出經(jīng)過離散化后，它的輸出方程為: ()??0 0)()( )1())( unun uneTieeKdiPnid??? ??????????式 中， 稱為比例項；)()(neKuPP 稱為積分項； ?ipiTn0 稱為微分項；??)1())(?neKudpd上式中，積分項 是包括第一個采樣周期到當(dāng)前采樣周期的所有誤差的??ni1)(累積值 [17]。 iT ——微分系數(shù) D。)(t ——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(dá) 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(dá)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(jìn)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(jìn) 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。10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(rèn)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(hù)不可缺少的開發(fā)工具 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)9表 33 熱電偶類型選擇熱電偶類型 SWI SW2 SW3J（默認(rèn)） 0 0 0K 0 0 1T 0 1 0E 0 1 1R 1 0 0S 1 0 1N 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)正向標(biāo)定 0SW5 熔斷方向負(fù)定方向 1啟動斷線測量電流 0SW6 斷線禁止斷線測量電流 1攝氏 0SW7 測量單位華氏 1冷端補(bǔ)償啟用 0SW8 冷端啟用冷端補(bǔ)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(jìn)行斷線檢測，SW7 用于選擇測量單位，SW8 用于選擇是否進(jìn)行冷端補(bǔ)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(biāo) 準(zhǔn) 化 熱 電 偶 在 使 用 范圍 或 數(shù) 量 級 上 均 不 及 標(biāo) 準(zhǔn) 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(biāo) 準(zhǔn) 熱 電 偶 和 非 標(biāo) 準(zhǔn) 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。7第三章 硬件配置和軟件環(huán)境 西門子 S7200S7200 系列 PLC 可提供 4 種不同的基本單元和 6 種型號的擴(kuò)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(jī)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/O6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(dǎo) 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(jī)一樣，CPU 是微機(jī) PLC 的核心，主要由運(yùn)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 模塊、內(nèi)存模塊、電源模塊、底版或機(jī)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(yùn)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]?？删幊炭刂破髯詥柺酪詠恚l(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 。4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(jī)，英 文 全 稱 ： Programmable Controller， 為 了 和 個 人 計 算 機(jī) (PC)區(qū) 分 ， 一 般 稱 其 為 PLC。第七章，進(jìn)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(jìn)行了闡述，并介紹當(dāng)前溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r。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3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(fù)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(jìn)國家相比有著較大差距。但是，F(xiàn)CS 還沒有完全成熟，它才剛剛進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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，F(xiàn)CS 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?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）綜合了數(shù)字通信技術(shù)、計算機(jī)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(qiáng)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(jī)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)或無法實現(xiàn)的 [7]。影響燃燒的因素十分復(fù)雜，較正確的數(shù)學(xué)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(dá)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(jī)（IPC ）即工業(yè)用個人計算機(jī)。相對于IPC，DCS ， FSC 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(jī)，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(jī)械或工作程序?；趩纹瑱C(jī)的溫度控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，工作精度高。單片機(jī)的發(fā)展歷史雖不長，但它憑著體積小，成本低，功能強(qiáng)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(fù)雜，隨著