【正文】 ......................................................................................................... 19 ................................................................................................... 19 PID控制器的參數(shù)整定 ............................................................................................. 20 程序設(shè)計 ................................................................................................................. 21 結(jié)論 ................................................................................................................................. 24 參考文獻 ......................................................................................................................... 25 致 謝 ............................................................................................................................. 26 本科畢業(yè)設(shè)計 1 緒論 1 1 緒 論 課題背景、目的及意義 課題背景 隨著電子行業(yè)的飛速發(fā)展， IC 技 術(shù)的不斷提高， PLC 在國民經(jīng)濟生產(chǎn)各行業(yè)發(fā)揮了重要作用。在溫度控制方面， PLC 能夠代替以前常規(guī)的模擬調(diào)節(jié)器。我們波撇需要培養(yǎng)和訓(xùn)練能夠設(shè)計智能化，自動化設(shè)備的工程技術(shù)人才。爐溫控制就是其中的一個。本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，實用型強，有較高自能化，人性化特點 課題的目的及意義 本次畢業(yè)設(shè)計選擇“電爐溫度控制的 PLC控制設(shè)計”是為了更好地學(xué)習(xí)和研究 PLC 電氣設(shè)計的相關(guān)知識，掌握電路設(shè)計的方法和技巧。深入的了解電子元器件的使用方法，了解各個元器件的基本用法，能夠靈活敏捷的判斷電路中出現(xiàn)的故障，學(xué)會獨立設(shè)計，積累更多的設(shè)計經(jīng)驗，加強焊接能力和技巧，同時在實踐過程中鍛煉查閱，歸納 質(zhì)料的能力，提高理論知識聯(lián)系動手能力。激發(fā)我們大學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)合格的具有實踐動手能的創(chuàng)新型人才。系統(tǒng)由 PLC 通過對溫度檢測電路檢測到的溫度加以分析，與給定的對應(yīng)所要控制的多組溫度值進行比較，找出溫度值所在范圍，根據(jù) PLC 中設(shè)置的 PID 參數(shù)，輸出相應(yīng)溫度初值 對應(yīng)的受控對象電機的轉(zhuǎn)速初值，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換為模擬電壓，通過信號轉(zhuǎn)為變頻器的頻率，控制變頻調(diào)速裝置，帶動被控對象，并且把被控對象的轉(zhuǎn)速經(jīng)變換電路和 D/A 轉(zhuǎn)換器反饋到 PLC 中，與輸出的轉(zhuǎn)速初本科畢業(yè)設(shè)計 1 緒論 2 值進行比較，其偏差被 PID 程序計算后重新輸出，在規(guī)定的時間內(nèi)循環(huán)，從而實現(xiàn)對溫度的控制。它具有體積小、 功能強、程序設(shè)計簡單、靈活通用、維護方便的一系列的優(yōu)點，特別是它的高可靠性和較強的適應(yīng)惡劣工作環(huán)境的能力，更是得到了用戶的好評，因而在冶金、能源、化工、交通、電力等領(lǐng)域中的到了越來越廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（ PLC、機器人、 CAD/CAM） 的定義 國際電工委員會 (International Electrical Committee IEC),1987年的第三版對 PLC作了如下的定義 : PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。 可編程控制器實際上是一種工業(yè)控制計算機，它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機控制系統(tǒng)相似，甚至與之無異。近年來發(fā) 展極為迅速、應(yīng)用面極廣的工業(yè)控制裝置。 的特點 PLC之所以越來越受到控制界人士的重視，是和它的優(yōu)點分不開的 : ① 功能齊全，它的適用性極強，幾乎所有的控制要求，它均能滿足； ② 應(yīng)用靈活， 其標準的積木式硬件結(jié)構(gòu)，以及模塊化的軟件設(shè)計，使得它不僅可以適應(yīng)大小不同、功能繁復(fù)的控制要求，而且可以適應(yīng)各種工藝流程變更較多的場合 ； ③ 操作方便，維修容易，穩(wěn)定可靠。 本科畢業(yè)設(shè)計 2 可編程控制器（ PLC）概況 4 的發(fā)展 1968年美國 GM（通用汽車）公司提出取代繼電器控制裝置的要求，并公開招標提出十項標準 : ① 編程方便，現(xiàn)場可修改程序； ② 維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)； ③ 可靠性高于繼電器控制裝置； ④ 體積小于繼電器控制裝置； ⑤ 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機； ⑥ 成本可與繼電器控制裝置競爭； ⑦ 輸入可以是交流 115V； ⑧ 輸出為交流 115V, 2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等； ⑨ 在擴展時，原系統(tǒng)只要很小變更； ⑩ 用戶程序存儲器容量至少能擴展到 4K。這種新型的工業(yè)控制裝置簡單易懂、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長，很快在美國其它工業(yè)領(lǐng)域推廣使用。 PLC 的基本組成及各部分作用 PLC 是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機系統(tǒng)基本相同。 整體式 PLC 是將中央處理單元 (CPU)、存儲器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構(gòu)成主機。主機中， CPU 是 PLC 的核心， 1/0單元是連接 CPU 與現(xiàn)場設(shè)備之間的接口電路，通信接口用于 PLC與編程器和上位機等外部設(shè)備的連接。裝有 CPU 單元的底板稱為 CPU底板，其它稱為擴展底板。 中央處理單元 (CPU) CPU 在 PLC 中的作 用類似于人體的神經(jīng)中樞，它是 PLC 的運算、控制中心。 ③ 用掃描的方式接收輸入信號，送入 PLC 的數(shù)據(jù)寄存器保存起來 。 ⑤ 將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。通用微處理器的價格便宜， 通用性強，還可以借用微機成熟的實時操作系統(tǒng)、豐富的軟硬件資源。單片機由于集成度高、體積小、價格低和可擴充性好，很適合在小型 PLC上使用，也廣泛地用于 PLC的智能 UO 模塊。位片式微處理器是獨立于微型機的另一分支。用 幾個位片級聯(lián)，可以組成任意字長的微處理器。位片式結(jié)構(gòu)可以使用多個微處理器，將控制任務(wù)劃分為若干個可以并行處理的部分，幾個微處理器同時進行處理。 存儲器 根據(jù)存儲器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下 3種 : ① 系統(tǒng)程序存儲器 :和各種計算機一樣， PLC 也有其固定的監(jiān)控程序、解釋程序，它們決定了 PLC 的功能，稱為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序存儲器 就是用來存放這部分程序的。由于用戶程序需要經(jīng)常改動、調(diào)試，故用戶程序存儲器多為可隨時讀寫的 RAM。當(dāng)用戶程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動時，可將用戶程序?qū)懭? 前較先進的 PLC(如歐姆龍公司的 CPMIA 型 PLC)采用快閃存儲器作用戶程序存儲器，快閃存儲器可隨時讀寫，掉電時數(shù)據(jù)不會丟失，不需用后備電池保護。這部分數(shù)據(jù)存儲在 RAM 中，以適應(yīng)隨機存取的要求。元件映象寄存器用來存儲 PLC 的開關(guān)量輸入 /輸出和定時器、計數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部繼電器的 ON/OFF 狀態(tài)。它存儲 用戶程序執(zhí)行時的某些可變參數(shù)值，如定時器和計數(shù)器的當(dāng)前值和設(shè)定值。根據(jù)需要，部分數(shù)據(jù)在停電時用后備電池維持其當(dāng)前值，在停電時可保持數(shù)據(jù)的存儲器區(qū)域稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。 PLC 通過 I/0 單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場相聯(lián)系。通過接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠識別和處理的信號，并存到輸入映像寄存器。輸出映像寄存器由輸出點對應(yīng)的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器、指示燈被控設(shè)備的執(zhí)行元件 . 電源部分 PLC 一般使用 220V 的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為 PLC 的中央處理器、存儲器等電路提供 5V, +12V, +24V 的直流電源，使 PLC 能正常工作。對于模塊式 PLC，有的采用單獨電源模塊，有的將電 源與 CPU 封裝到一個模塊中。 通信接口 為了實現(xiàn)“人一機”或“機一機”之間的對話， PLC 配有多種通信接口。當(dāng) PLC 與打印機相連時，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印 。當(dāng)與其他 PLC 相連時，可以組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)路，實現(xiàn)更大規(guī)模的控制 。 編程器 編程器的作用是提供用戶進行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。簡易型的編程器只能聯(lián)機編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機器語言助記符后，才能輸入。智能型的編程器又稱為圖形編程器，它可以聯(lián)機編程，也可以脫機編程，具有 LCD 或 CRL 圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過屏幕本科畢業(yè)設(shè)計 2 可編程控制器（ PLC）概況 7 對話。程序被下載到 PLC，也可以將 PLC 中的程序上傳到計算機?，F(xiàn)在很多 PLC 已不再提供編程器，而是提供微機編程軟件了，并且配有相應(yīng)的通信連接電纜。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。 ③ 運動控制 PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。 ④ 數(shù)據(jù)處理 PLC具有數(shù)學(xué)運算 (含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算 )、數(shù)據(jù)傳送 、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。 ⑤ 通信及聯(lián)網(wǎng) PLC通信包括 PLC間的通信及 PLC與其它智能設(shè)備間的通信。 本科畢業(yè)設(shè)計 2 可編程控制器（ PLC）概況 8 但是，可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實際應(yīng)用時，其硬件需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進行設(shè)計編制。其中前兩種語言用得較多，流程圖語言也在許多場合被采用。 梯形圖語言 梯形圖與繼電控制的區(qū)別 梯形圖結(jié)構(gòu)沿用繼電控制原理圖的形式，采用了常開觸點、常閉觸點、線圈和功能快等結(jié)構(gòu)的圖形語言。二者的區(qū)別在于繼電控制原理圖使用的是硬件繼電器和定時器，靠硬件連接組成控制線路，而 PLC 梯形圖使用的是內(nèi)部繼電器、定時器和計數(shù)器，靠軟件實現(xiàn)控制。如圖所示是繼電器線路圖和與其等效 PLC 的梯形圖。按下啟動按鈕 SB1，繼電器 KM 的線圈通電，其常開觸點 KM 合，由于常開觸點 KM 與啟動按鈕 SB1 并聯(lián)，即使松開啟動按鈕 SB1，已經(jīng)閉合的常開觸點 KM 仍然能使繼電器 KM的線圈通電，這個常開 觸點稱做“自鎖”觸點。圖（ b）中 X0 為常開觸點， X1 為常閉觸點， Y0表示輸出，其工作狀態(tài)受 X0、 X1 信號控制，邏輯上與圖（ a）相同，但是 SB SB2 均為物理實體，而 X0、 X1 等表示的可能是外部開關(guān)（或硬開關(guān)），也可能是內(nèi)部開關(guān)或觸點（內(nèi)部軟繼電器觸點）。 PLC 執(zhí)行順序與梯形圖的編寫順序一致。每一邏輯行必須從起始母線開始畫起，終止母線可以省略。這些觸點可以是 PLC 的輸入觸點或內(nèi)部繼電器觸點，也可以是內(nèi)部繼電器、定時器 /計數(shù)器的狀態(tài)。這是因為每一觸點的狀態(tài)存入 PLC 內(nèi)的存儲單元中，可以反復(fù)讀 /寫。這是 PLC優(yōu)于傳統(tǒng)控制的優(yōu)點之一。 PLC 的輸出元素用圓圈表示。同一輸出變量只能使用一次。 ⑥ 程序結(jié)束時要有結(jié)束符，一般用“ END”表示。也可以將梯形圖轉(zhuǎn)化成助記符語言，經(jīng)編程器逐句輸入 PLC。用梯形圖變成雖然直觀、 簡便，但要求PLC配置較大的顯示器方可輸入圖形符號，這在有些小機型上長難以滿足，故需借助助記符語言。編寫時，一般先根據(jù)要求編制梯形圖，然后再根據(jù)梯形圖轉(zhuǎn)換成助記符語言。 LDI：取反指令，常用于常閉觸點與母線連接。 單個觸點串聯(lián)指令 AND：與指令。 ANI：與反指令。 觸點并聯(lián)指令 OR：或指令。 本科畢業(yè)設(shè)計 4 模塊方案的選擇與論證