【正文】 ，10輸出端子。根據(jù)控制方案及設(shè)備要求，建立所有現(xiàn)場(chǎng)控制元件與PLC編程元件的地址分配表。如表31所示：輸入/輸出元件地址分配表輸入輸出控制元件編程地址控制元件編程地址手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換變頻電動(dòng)機(jī)急停按鈕恒速電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)循環(huán)攪拌電動(dòng)機(jī)停止循環(huán)繼電器手動(dòng)送料A下料閥手動(dòng)送料B調(diào)節(jié)閥手動(dòng)攪拌模塊故障報(bào)警復(fù)位按鈕 表31 I/O分配表 PLC外部接線圖出狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)電源，打開(kāi)Y1閥，使液體A進(jìn)入，當(dāng)液體A到達(dá)中限位時(shí)關(guān)閉閥Y1；再打開(kāi)Y2閥，使液體B進(jìn)入，當(dāng)液體B到達(dá)中限位時(shí)，關(guān)閉閥Y2；然后啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)開(kāi)始攪拌，定時(shí)器延時(shí)60秒后，電機(jī)停止攪拌到達(dá)下限位，閥Y4關(guān)閉，操作完畢。循環(huán)此過(guò)程。網(wǎng)絡(luò)3的程序?qū)崿F(xiàn)了變頻電動(dòng)機(jī)M1的轉(zhuǎn)動(dòng)。第四章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)控制方案的要求物料A和物料B要用到S7200的PID控制指令。下面分別對(duì)物料A和物料B的控制方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。 PID控制就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量來(lái)進(jìn)行控制。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)、控制理論的其他技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這是應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即使我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合采用PID控制技術(shù)。 控制系統(tǒng)一般包括開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)，開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是指被控對(duì)象輸出對(duì)控制器的輸出沒(méi)有影響，在這中控制系統(tǒng)不依賴(lài)將被控制量反送回來(lái)已形成任何的閉環(huán)回路。閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)象會(huì)反送回來(lái)影響控制器的輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)，閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號(hào)與系統(tǒng)給定值信號(hào)相反則稱(chēng)為負(fù)反饋；若極性相同則成為正反饋。一般控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱(chēng)為負(fù)反饋控制系統(tǒng)。可見(jiàn)，閉環(huán)控制系統(tǒng)性能遠(yuǎn)優(yōu)于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)變頻電機(jī)M1的控制可采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。 PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。他是根據(jù)被控過(guò)程的特性，確定PID控制器的比例參數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有如下兩類(lèi)： ，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接使用，還必須經(jīng)過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。 二是工程整定法。它主要依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)試樣中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛應(yīng)用。PID控制器的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。這三種方法各有其特點(diǎn)，其中共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際中進(jìn)行最后的整定與完善。 現(xiàn)在一般采用臨界比例法。利用該方法進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：1)、首先與選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作。2)、僅加入比列控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期。3)、在一定的控制度下通過(guò)公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。PID控制器的主要優(yōu)點(diǎn) PID控制器成為應(yīng)用最廣泛的控制器，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：PID算法蘊(yùn)含了動(dòng)態(tài)控制過(guò)程中過(guò)去、現(xiàn)在、將來(lái)的主要信息，而且其配置幾乎最優(yōu)。其中，比列（P）代表了當(dāng)前的信息，起糾正偏差的作用，是過(guò)程反應(yīng)迅速。微分（D）在信號(hào)變化時(shí)有超前控制作用，代表將來(lái)的信息。在過(guò)程開(kāi)始是強(qiáng)迫過(guò)程進(jìn)行，過(guò)稱(chēng)結(jié)束時(shí)減小超調(diào)，克服振蕩，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加快系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程。積分（I）代表了過(guò)去積累的信息，他能消除靜差，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性。此三種作用配合得當(dāng)，可是動(dòng)態(tài)過(guò)程快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確，收到良好的效果。PID控制適應(yīng)性好，有較強(qiáng)的魯棒性，對(duì)各種工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，都可以在不同的程度上應(yīng)用。特別適于“一階慣性環(huán)節(jié)+純滯后”和“二階慣性環(huán)節(jié)+純滯后”的過(guò)程控制對(duì)象。PID算法簡(jiǎn)單明了，各控制參數(shù)相對(duì)較為獨(dú)立，參加的選定較為簡(jiǎn)單，形成了完整的設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)整方法，很容易為工程技術(shù)人員所掌握。PID控制根據(jù)不同的控制要求，針對(duì)自身的缺陷進(jìn)行了不少改進(jìn)，形成了一些列改進(jìn)的PID算法。例如，為了克服微分帶來(lái)的高頻干擾的濾波PID控制，為了克服大偏差是出現(xiàn)飽和超調(diào)的PID積分分離控制，為了補(bǔ)償控制對(duì)象非線性因素的可變?cè)鲆鍼ID控制等。這些改進(jìn)算法在一些應(yīng)用場(chǎng)合取得了很好的效果。同時(shí)當(dāng)今智能控制理論的發(fā)展，又形成了許多智能PID控制方法。PID算法PLC的PID控制器設(shè)計(jì)是以連續(xù)系統(tǒng)PID控制規(guī)律為基礎(chǔ)，經(jīng)采樣將其數(shù)字化寫(xiě)成離散形式PID控制方程，再根據(jù)離散方程進(jìn)行控制程序設(shè)計(jì)。典型的PID算法包括3項(xiàng)，比例項(xiàng)、積分項(xiàng)和微分項(xiàng)。即：輸出＝比例項(xiàng)＋積分項(xiàng)＋微分項(xiàng)。計(jì)算機(jī)在周期性地采樣并離散化后進(jìn)行PID運(yùn)算，算法如下：　　Mn=Kc*（SPnPVn）+Kc*（Ts/Ti）*（SPnPVn）+Mx+Kc*（Td/Ts） *（PVn1PVn）比例項(xiàng)Kc*（SPnPVn）：能及時(shí)地產(chǎn)生與偏差（SPnPVn）成正比的調(diào)節(jié)作用，比例系數(shù)Kc越大，比例調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定精度越高，但Kc過(guò)大會(huì)使系統(tǒng)的輸出量振蕩加劇，穩(wěn)定性降低。積分項(xiàng)Kc*（Ts/Ti）*（SPnPVn）+Mx：與偏差有關(guān)，只要偏差不為0，PID控制的輸出就會(huì)因積分作用而不斷變化，直到偏差消失，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，所以積分的作用是消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，但積分的動(dòng)作較慢，給系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定帶來(lái)不良影響，很少單獨(dú)使用。積分時(shí)間常數(shù)Ti增大，積分作用越強(qiáng)，消除穩(wěn)態(tài)誤差的速度減慢。微分項(xiàng)Kc*（Td/Ts）*（PVn1PVn）：根據(jù)誤差變化的速度（即誤差的微分）進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有超前和預(yù)測(cè)的特點(diǎn)。微分時(shí)間常數(shù)Td增大時(shí)，超調(diào)量減少，動(dòng)態(tài)性能得到改善，但Td過(guò)大，系統(tǒng)輸出量在接近穩(wěn)態(tài)時(shí)可能上升緩慢。許多控制系統(tǒng)內(nèi)，可能只需要P、I、D中的一種或兩種控制類(lèi)型。如可能只要求比例控制或比例與積分控制，通過(guò)設(shè)置參數(shù)可對(duì)回路進(jìn)行控制類(lèi)型進(jìn)行選擇。、物料A的控制方式: 物料A是固態(tài)物料，從料斗下來(lái)落到傳送帶1上，傳送帶1是由變頻電機(jī)M1驅(qū)動(dòng)的，當(dāng)物料A下落到電子皮帶秤上時(shí)，通過(guò)給電子皮帶秤上的壓力傳感器確定一個(gè)物料量數(shù)值，然后通過(guò)物料下落到電子皮帶秤上秤得的數(shù)據(jù)與給定數(shù)值進(jìn)行比較得到一個(gè)給料信號(hào)，然后將這個(gè)給料信號(hào)傳送到PLC的A/D模擬量模塊中，通過(guò)PLC的D/A模擬量模塊來(lái)給給料電機(jī)上的變頻器一個(gè)控制信號(hào)，通過(guò)這個(gè)控制信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制物料A的給了的大小。最后由電子皮帶秤將物料A輸送到攪拌器中。變頻調(diào)速電機(jī)M1的轉(zhuǎn)速大小由電子皮帶秤所帶的秤重傳感器所反饋的4—20mA電流信號(hào)通過(guò)PLC中的A/D和D/A模塊把反饋信號(hào)送到變頻器中去，通過(guò)這一反饋信號(hào)讓變頻器來(lái)調(diào)節(jié)M1電機(jī)的轉(zhuǎn)速，已達(dá)到調(diào)節(jié)物料A的給料量的目的。調(diào)速電機(jī)M1的控制方式可選用閉環(huán)控制方式，： 變頻電機(jī)M1控制框圖： 本系統(tǒng)采用PLC的PID控制功能實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻電機(jī)M1轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)控制。 、物料B的控制方式 原料B是液體，打開(kāi)電磁閥，原料B開(kāi)始進(jìn)料到攪拌機(jī)中，其料量的多少通過(guò)電磁流量計(jì)中的流量傳感器Q來(lái)測(cè)量。在測(cè)量時(shí)通過(guò)給流量計(jì)傳感器一個(gè)給定值（給定值由物料A和物料B的比例來(lái)定）和測(cè)量值進(jìn)行比較，將比較結(jié)果傳輸?shù)絇LC的A/D模擬量模塊中去，再通過(guò)PLC的D/A模擬量模塊將控制信號(hào)傳到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥中，通過(guò)控制信號(hào)來(lái)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，從而達(dá)到控制物料B的進(jìn)量大小。 變頻電機(jī)M1接線圖對(duì)原料B的控制主要通過(guò)對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)， 該控制構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，同物料A的控制模式一樣也采用PLC的PID控制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)物料B量的實(shí)時(shí)控制。： 、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)的要求，保證操作人員的現(xiàn)場(chǎng)控制能力，設(shè)計(jì)“手動(dòng)”和“自動(dòng)”兩種控制方式裝換。本次選用S7200CPU224 PLC,研制了一套符合攪拌系統(tǒng)生產(chǎn)工藝要求的PLC控制裝置。充分利用PLC本身資源，大大減少設(shè)備故障和設(shè)備的占地面積，充分發(fā)揮系統(tǒng)的高性能。 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥與PLC的連接 按系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)控制開(kāi)關(guān)按鈕包括手動(dòng)/自動(dòng)裝換開(kāi)關(guān)、急停按鈕、手動(dòng)下料和輸送開(kāi)關(guān)等。為便于整個(gè)工藝流程操作管理的集中，在自動(dòng)控制時(shí)，設(shè)計(jì)了即可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行近地“啟動(dòng)”與“停止”，共有4個(gè)按鈕。此外，還包括手動(dòng)送料A、手動(dòng)送料B、手動(dòng)攪拌等輸入信號(hào)、系統(tǒng)輸入共9個(gè)輸入端子。系統(tǒng)輸出包括下料閥、調(diào)節(jié)閥、變頻電機(jī)等共6個(gè)輸出端子。因此選用S7200CPU224PLC,本機(jī)共有14個(gè)輸入/10個(gè)輸出端子，考慮以后技術(shù)升級(jí)或者擴(kuò)展需要，同時(shí)還需要增加A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊，為此選用的EM231是4模擬量輸入模塊，EM232是2模擬量輸出模塊。根據(jù)控制方案及設(shè)備要求，建立所有現(xiàn)場(chǎng)控制元件的地址分配表。輸入/輸出元件端口分配表見(jiàn)表1。控制元件編程地址控制元件編