【正文】 2)PLC中的存儲(chǔ)器一般包括系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器兩部分。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。按 I/O點(diǎn)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。PLC還提供了各種各樣的特殊的I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、高速計(jì)算器、位置控制、以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線、溫度控制、中斷控制、聲音輸出、打印機(jī)等專用 型或智能型模塊，用以滿足各種特殊功能的控制要求。4)編程裝置編程器作用是將用戶編寫的程序下載至PLC的用戶程序存儲(chǔ)器，并利用編程器檢查、修改和調(diào)試用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行過(guò)程，顯示PLC狀態(tài)、內(nèi)部器件 及系統(tǒng)的參數(shù)等。目前PLC制造廠家大都開發(fā)了計(jì)算機(jī)輔助PLC編程支持軟件， 當(dāng)個(gè)人計(jì)算機(jī)安裝了PLC編程支持軟件后，可用作圖形編程器，進(jìn)行用戶程序的編輯、修改，并通過(guò)個(gè)人計(jì)算機(jī)和PLC之間的通信接口實(shí)現(xiàn)用戶程序的雙向傳 送、監(jiān)控PLC運(yùn)行狀態(tài)等。 PLC的電源將外部供給的交流電轉(zhuǎn)換成供CPU、存儲(chǔ)器等所需的直流電，是整個(gè)PLC的能源供給中心。第三章其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲(chǔ)卡、寫入器、文本顯示器等。它具有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)。 傳感器熱電偶是一種感溫元件，它直接測(cè)量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo) 準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶我國(guó)從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)， 并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。 EM 231模擬量輸入模塊傳感器檢測(cè)到溫度轉(zhuǎn)換成0～41mv的電壓信號(hào)，系統(tǒng)需要配置模擬量輸入模塊把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再送入PLC中進(jìn)行處理。EM231熱電偶模塊提供一個(gè)方便的，隔離的接口，用于七種熱電偶類型：J、K、E、N、S、T和R型，它也允許連接微小的模擬量信號(hào)(177。EM231模塊需要用戶通過(guò)DIP開關(guān)進(jìn)行選擇的有：熱電偶的類型、斷線檢查、測(cè)量單位、冷端補(bǔ)償和開路故障方向，用戶可以很方便地通過(guò)位于模塊下部的組 態(tài)DIP開關(guān)進(jìn)行以上選擇，如圖32所示。對(duì)于EM231 4TC模塊，SW1～SW3用于選擇熱電偶類型，見(jiàn)表33 。為了使DIP開關(guān)設(shè)置起作用，用戶需要給PLC的電源斷電再通電。 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(jì)開發(fā)的。用戶可以利用該軟件開發(fā)程序，也可以實(shí)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 7MWIN32 在開始安裝的時(shí)候是選擇語(yǔ)言界面，這時(shí)候沒(méi)有選擇中文的，但可以先選擇其他語(yǔ)言，見(jiàn)圖35。 在安裝的最后，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)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(gè)時(shí)候在彈出來(lái)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(jiàn)圖36。見(jiàn)圖37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。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。 通信端口設(shè)置 第四章 控制算法描述 PWM技術(shù)脈寬調(diào)制（PWM）是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在測(cè)量、通信、功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。本論文中采樣周期和加熱周期都是10秒。例如 溫差大，加熱時(shí)間就大，溫差小，那么加熱時(shí)間就小。在粗控調(diào)階段，占空比恒為一。 PID控制程序設(shè)計(jì)模擬量閉環(huán)控制較好的方法之一是PID控制，PID在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)有60多年，現(xiàn)在依然廣泛地被應(yīng)用。比例控制(P)是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其特點(diǎn)是具有快速反應(yīng)，控制及時(shí)，但不能消除余差。積分控制可以消除余差，但具有滯后特點(diǎn)，不能快速對(duì)誤差進(jìn)行有效的控制。微分控制具有超前作用，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)。PID控制，P、I、D各有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，它們一起使用的時(shí)候又和互相制約，但只有合理地選取PID值，就可以獲得較高的控制質(zhì)量[17]。偏差e和輸入量r、輸出量c的關(guān)系: ()控制器的輸出為: ——PID回路的輸出。 ——微分系數(shù)D。 ()數(shù)字計(jì)算機(jī)處理這個(gè)函數(shù)關(guān)系式，必須將連續(xù)函數(shù)離散化，對(duì)偏差周期采樣后，計(jì)算機(jī)輸出值。 模擬與離散形式模擬形式所以PID輸出經(jīng)過(guò)離散化后，它的輸出方程為:， 稱為積分項(xiàng)； 計(jì)算中，沒(méi)有必要保留所有的采樣周期的誤差項(xiàng)，只需要保留積分項(xiàng)前值，計(jì)算機(jī)的處理就是按照這種思想。西門子S7200系列PLC中使用的是PID回路指令。表47 PID運(yùn)算指令格式 PID TBL，LOOP梯形圖使用方法：當(dāng)EN端口執(zhí)行條件存在時(shí)候，就可進(jìn)行PID運(yùn)算。LOOP是回路號(hào)，可以是0~7，不可以重復(fù)使用。表48 名稱 說(shuō)明0 實(shí)數(shù) 給定值（SPn） ~8 實(shí)數(shù) 增益（Kc） 比例常數(shù)，可正可負(fù)16 實(shí)數(shù) 采樣時(shí)間（Ti） 單位為min，必須是正數(shù)24 實(shí)數(shù) 積分項(xiàng)前值（MX） ~32 實(shí)數(shù) 但它不完全是過(guò)程變量PV，過(guò)程變量PV和PID回路輸出有關(guān)。溫度輸入變量的數(shù)10倍據(jù)轉(zhuǎn)化。但PID指令執(zhí)行的數(shù)據(jù)必須 是實(shí)數(shù)型，所以需要把整數(shù)轉(zhuǎn)化成實(shí)數(shù)。如本設(shè)計(jì)中，是從AIW0讀入溫度被傳感器轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。 AC1, AC1MOVR AC1, VD1002) 實(shí)數(shù)的歸一化處理因?yàn)镻ID中除了采樣時(shí)間和PID的三個(gè)參數(shù)外，~，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。: （）式中, ——標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)數(shù)值； ——補(bǔ)償值或偏置。本文中采用的是單極性，故轉(zhuǎn)換公式為: （）因?yàn)闇囟冉?jīng)過(guò)檢測(cè)和轉(zhuǎn)換后，得到的值是實(shí)際溫度的10倍，所以為了SP值和PV值在同一個(gè)數(shù)量值，我們輸入SP值的時(shí)候應(yīng)該是填寫一個(gè)是實(shí)際溫度10倍的 數(shù)，即想要設(shè)定目標(biāo)控制溫度為100℃時(shí)，需要輸入一個(gè)1000。3)~，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化了的實(shí)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)。 （） S7200不提供直接將實(shí)數(shù)一步轉(zhuǎn)化成整數(shù)的指令，必須先將實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)化成雙整數(shù)，再將雙整數(shù)轉(zhuǎn)化成整數(shù)。 AC1, AC1DTI AC1, VW34 PID參數(shù)整定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(shí)間Ti和和微分時(shí)間Td，改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，使系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程達(dá)到最為滿意的質(zhì)量指標(biāo)要 求。目前，應(yīng)用最多的還是工程整定法：如經(jīng)驗(yàn)法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應(yīng)曲線法。 表 412溫度控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)被控變量 比例度 微分時(shí)間（分鐘）溫度 20~60 ~3實(shí)驗(yàn)湊試法的整定步驟為先比例，再積分，最后微分。 2）整定積分環(huán)節(jié)先將步驟1）中選擇的比例系數(shù)減小為原來(lái)的50～80％，再將積分時(shí)間置一個(gè)較大值，觀測(cè)響應(yīng)曲線。 3）整定微分環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)先置微分時(shí)間TD=0，逐漸加大TD，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，反復(fù)試湊至獲得滿意的控制效果和PID控制參數(shù)[20]。 第五章 程序設(shè)計(jì)PLC采用的是的S7200，CPU是224系列，采用了5個(gè)燈來(lái)顯示過(guò)程的狀態(tài)，分別是運(yùn)行燈，停止燈，溫度正常燈，溫度過(guò)高（警示燈）燈，和加熱 燈，可以通過(guò)5個(gè)燈的開關(guān)狀況判斷加熱爐內(nèi)的大概情況。根據(jù)PID輸出值來(lái)控制下一個(gè)周期內(nèi)（10s）內(nèi)的加熱時(shí)間和非加熱時(shí)間。1) 硬件連線如圖51所示。地址 功能 按下開關(guān)，設(shè)備開始運(yùn)行 按下開關(guān)，設(shè)備停止運(yùn)行 按下開關(guān)，終止加熱 燈亮表示設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài) 燈亮表示設(shè)備處于停止?fàn)顟B(tài) 燈亮表示爐溫在正常范圍內(nèi) 燈兩表示爐溫過(guò)高，處于危險(xiǎn)狀態(tài) 燈亮表示加熱爐正處于加熱階段3）程序地址分配如表53所示。 表 53 說(shuō)明VD0 用戶設(shè)定積分常數(shù)I存放地址VD8 目標(biāo)設(shè)定溫度存放地址VD16 系統(tǒng)運(yùn)