【正文】 備公司(DEC)研制出了世界上第一臺可編程序控制器，并應(yīng)用于通用汽車公司的生產(chǎn)線上。1971年日本開始生產(chǎn)可編程控制器，而歐洲是1973開始的?？删幊炭刂破鲝恼Q生到現(xiàn)在經(jīng)歷了四次更新?lián)Q代，見表11。 表 11 器件 1位處理器 8位處理器及存儲器 高性能8位微處理器及位片式微處理器 16位、32位微處理器及高性能位片式微處理器整體式PLC一般由CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存和電源組成。本論文實(shí)物采用的是模塊式的PLC，不管哪種PLC，都是屬于總線式的開發(fā)結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成如圖21所示 [12]。 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(shí)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。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。 存儲器 存儲器（內(nèi)存）主要用語存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成部分。系統(tǒng)程序一般由廠 家編寫的，用戶不能修改；而用戶程序是隨PLC的控制對象而定的，由用戶根據(jù)對象生產(chǎn)工藝的控制要求而編制的應(yīng)用程序。PLC提供了各種工作電平、連接形式和驅(qū)動(dòng)能力的I/O模塊，有各種功能的I/O模塊供擁護(hù)選用。智能接口模塊是一獨(dú)立的計(jì)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。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。5）電源PLC大都采用高質(zhì)量的工作穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng) 的開關(guān)穩(wěn)壓電源，許多PLC電源還可向外部提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于向輸入接口上的接入電氣元件供電，從而簡化外圍配置。 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。本論文采用的是CUP224。S7200系列的基本單元如表31所示[13]。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。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。本論文才用的是K型熱電阻[14]。在這里，我們選用了西門子EM231 4TC模擬量輸入模塊。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。本設(shè)計(jì)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。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]。 STEP 7 Micro/WIN32軟件介紹該軟件功能強(qiáng)大，界面友好，并有方便的聯(lián)機(jī)功能。等軟件安裝好之后再進(jìn)行語言的切換。 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。見圖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)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在測量、通信、功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個(gè)具體模擬信號的電平進(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)測誤差變化的趨勢。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 稱為積分項(xiàng)；計(jì)算中，沒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，可以是0~7，不可以重復(fù)使用。表48 名稱 說明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) 但它不完全是過程變量PV，過程變量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)過檢測和轉(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)的過渡過程達(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)減小為原來的50～80％，再將積分時(shí)間置一個(gè)較大值，觀測響應(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)燈來顯示過程的狀態(tài)，分別是運(yùn)行燈，停止燈，溫度正常燈，溫度過高（警示燈）燈，和加熱 燈，可以通過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)行時(shí)間分鐘存放地址VD30 一個(gè)周期內(nèi)加熱時(shí)間存放地址VW36 表 54 名稱 過程變量（PVn） 給定值（SPn） 輸出值（Mn） 增益（Kc） 采樣時(shí)間（Ts） 采樣時(shí)間（Ti） 微分時(shí)間（Td） 積分項(xiàng)前值（MX） 過程變量前值（PVn1）主程序LD LPS , 1 , 1 // AR= VD30, // 如果溫度大于105℃S , 1 // LD LPSA // ，一般情況下保持ONS , 1LPPA // 按下關(guān)閉按扭，停止運(yùn)行AN R , 1LD AN LPSA , 1