課程設(shè)計(jì)報(bào)告基于PLC的PID溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程系課程設(shè)計(jì)報(bào)告摘要：可編程控制器(plc)是一種應(yīng)用非常廣泛的自動(dòng)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，具有控制能力強(qiáng)、操作靈活方便、可靠性高、適宜長期連續(xù)工作的特點(diǎn)，非常適合溫度控制的要求。通過西門子plc控制器，溫度傳感器將檢測到的實(shí)際溫度轉(zhuǎn)化為電壓信號，經(jīng)過模擬量輸入模塊輸入電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號并送到plc中進(jìn)行pid調(diào)節(jié)，pid控制器輸出量轉(zhuǎn)化成0-10v電壓信號，通過plc控制電壓信號的輸出量實(shí)現(xiàn)對溫度的穩(wěn)定動(dòng)態(tài)控制。同時(shí)利用組態(tài)軟件組態(tài)王設(shè)計(jì)一個(gè)人機(jī)界面（hmi），通過串行口與可編程控制器通信，對控制系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控，從而

2、使用戶操作更方便。關(guān)鍵字：西門子s7-200plc，pid控制，組態(tài)軟件，溫度控制abstract: plc is a kind of automatic control equipment which is widely used in the industrial manufacture. it merges the traditional control technology, computer and communication technologies with a strong ability to control, flexible operation, high reliabi

3、lity and suitable for long-term characteristics of continuous work. it is very suitable for temperature control requirements.this essay mainly introduces a design of temperature control system with simatic plc and configuration software kingview which is developed by beijing yakong company. in order

4、 to monitor the control system and process data in actual time, we designed hmi with the configuration software kingview. keyword: siemens s7-200plc, pid control, configuration software，temperature controli目 錄前言1plc和hmi基礎(chǔ)21.1.可編程控制器基礎(chǔ)21.1.1 可編程控制器的組成及工作原理21.1.2 可編程控制器的分類及特點(diǎn)41.2.人機(jī)界面基礎(chǔ)42.plc系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)52.

5、1.模塊設(shè)計(jì)52.1.1 em235模擬量擴(kuò)展模塊62.1.2溫度檢測與控制模塊82.2.pid控制器82.2.1 pid控制器基本概念82.2.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn)82.2.3 pid控制器的參數(shù)整定92.3 pid指令的使用注意事項(xiàng)92.3.1 pid控制器的選取92.2.2 pid參數(shù)的設(shè)定103.plc系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)113.1.軟件介紹113.1.1step7-micro/win參數(shù)設(shè)置（通訊設(shè)置）113.2.程序設(shè)計(jì)123.2.1 設(shè)計(jì)思路123.2.2 控制程序流程圖124.設(shè)計(jì)總結(jié)155.參考文獻(xiàn)16前言在現(xiàn)代工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，常常需要遠(yuǎn)程控制來實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場的控制，以及對數(shù)據(jù)的

6、處理分析。然而，隨著過程工業(yè)在過去的十幾年內(nèi)得到了巨大的發(fā)展，傳統(tǒng) 的數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)越來越難以滿足工業(yè)發(fā)展的要求。這是因?yàn)樵诠I(yè)控制等場合由于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)限制和高流量使得傳統(tǒng)的人工關(guān)系數(shù)據(jù)庫難以得到很好的效果。隨著工控體制的改革深入，溫度是最常見的過程參數(shù)之一。在冶金、化工、電力、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測和控制。由于其具有工況復(fù)雜、參數(shù)多變、運(yùn)行慣性大、控制滯后等特點(diǎn)，它對控制調(diào)節(jié)器要求極高。在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為pid控制。可編程控制器(plc)是一種應(yīng)用非常廣泛的自動(dòng)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、

7、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，具有控制能力強(qiáng)、操作靈活方便、可靠性高、適宜長期連續(xù)工作的特點(diǎn)，非常適合溫度控制的要求?；趐lc 的溫度控制系統(tǒng)以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單、功能強(qiáng)大、能耗低等優(yōu)點(diǎn)深受許多用戶的青睞，在工業(yè)溫度控制場合得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，人機(jī)界面的出現(xiàn)可以使用戶對控制系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控，包括參數(shù)監(jiān)測、信息處理、在線優(yōu)化、報(bào)警提示、數(shù)據(jù)記錄等功能，從而使控制系統(tǒng)變得簡單易懂、操作人性化。1.plc和hmi基礎(chǔ) 可編程邏輯控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡稱plc（programmable logic controller），它使用了可編程序的記憶以存儲(chǔ)指令，用來執(zhí)行諸如邏輯

8、、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和演算等功能，并通過數(shù)字或模擬的輸入和輸出，以控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。1.1. 可編程控制器基礎(chǔ)1.1.1 可編程控制器的組成及工作原理plc從組成形式上一般分為整體式和模塊式兩種，但在邏輯結(jié)構(gòu)上基本相同。無論是整體式還是模塊式，從硬件結(jié)構(gòu)看，plc都是由cpu、存儲(chǔ)器、i/o接口單元及擴(kuò)展接口和擴(kuò)展部件、外設(shè)接口及外設(shè)和電源等部分組成，各部分之間通過系統(tǒng)總線連接。plc的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：輸入接口中央處理單元cpu輸出接口電源存儲(chǔ)單元 圖1 plc基本結(jié)構(gòu)圖1） cpu（中央處理器） cpu是plc的核心，由運(yùn)算器、控制器、寄存器、系統(tǒng)總線，外圍芯片、總線接口及有關(guān)電

9、路構(gòu)成。它的功能是接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和plc內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等，是plc不可缺少的組成單元。主要功能包括以下幾個(gè)方面。（1）接收從編程器或者計(jì)算機(jī)輸入的程序和數(shù)據(jù)，并送入用戶程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。（2）監(jiān)視電源、plc內(nèi)部各個(gè)單元電路的工作狀態(tài)。（3）診斷編程過程中的語法錯(cuò)誤，對用戶程序進(jìn)行編譯。（4）在plc進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取指令，并分析、執(zhí)行該指令。（5）采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的數(shù)據(jù)，并存入指定的寄存器中。（6）按程序進(jìn)行處理，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的

10、狀態(tài)和輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容。（7）根據(jù)輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的有關(guān)內(nèi)容，將結(jié)果送到輸出接口。（8）響應(yīng)中斷和各種外圍設(shè)備（如編程器、打印機(jī)等）的任務(wù)處理請求。2） i/o接口 plc是通過各種i/o接口模塊與外界聯(lián)系的，按i/o點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，i/o模塊可多可少，但其最大數(shù)受cpu所能管理的基本配置能力的限制，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。i/o模塊集成了plc的i/o電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。plc的對外功能主要是通過各種i/o接口模塊于外界聯(lián)系來實(shí)現(xiàn)的。輸入模塊和輸出模塊是plc與現(xiàn)場i/o裝置或設(shè)備之間的連接部件，起著plc與外部設(shè)備之間的

11、傳遞信息的作用。i/o模塊分為開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、模擬量輸入和模擬量輸出等模塊。3）存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器（內(nèi)存）主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是plc不可缺少的組成單元。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。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控程序，一般采用只讀存儲(chǔ)器（rom），具有掉電不丟失信息的特性。用戶程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)用戶根據(jù)工藝要求或者控制功能設(shè)計(jì)的控制程序，早期一般采用隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器（ram），需要后備電池在掉電后保存程序。目前則傾向于采用電可擦除的只讀存儲(chǔ)器（eeprom）或閃存(flash memory)，免去了后備電池的麻煩。4）電源模塊 plc中的電源，是為plc各模塊的集

12、成電路提供工作電源。電源可分直流和交流兩種類型，交流輸入220vac或110vac，直流輸入通常是24v。5）智能模塊 除了上述通用的i/o模塊外，plc還提供了各種各樣的特殊i/o模塊，如熱電阻、熱電偶、溫度控制、中斷控制、位置控制、以太網(wǎng)、遠(yuǎn)程i/o控制、打印機(jī)等專用型或智能型的i/o模塊，用以滿足各種特殊功能的控制要求。i/o模塊的類型、品種與規(guī)格越多，系統(tǒng)的靈活性越好，模塊的i/o容量越大，系統(tǒng)的適應(yīng)性就越強(qiáng)。6）編程設(shè)備常見的編程設(shè)備有簡易手持編程器、智能圖形編程器和基于pc的專用編程軟件。編程設(shè)備用于輸入和編輯用戶程序，對系統(tǒng)作些設(shè)定，監(jiān)控plc及plc所控制的系統(tǒng)的工作狀況。編程

13、設(shè)備在plc的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試、監(jiān)控運(yùn)行和檢查維護(hù)中是不可缺少的部件，但不直接參與現(xiàn)場的控制。plc本質(zhì)上就是一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)，其工作原理與普通計(jì)算機(jī)類似，具有計(jì)算機(jī)的許多特點(diǎn)。但其工作方式卻與計(jì)算機(jī)有著較大的不同，具有一定的特殊性。plc采用循環(huán)掃描的工作方式。工作時(shí)逐條順序掃描用戶程序，如果一個(gè)線圈接通或斷開，該線圈所有觸點(diǎn)不會(huì)立即動(dòng)作，需等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。1.1.2 可編程控制器的分類及特點(diǎn)根據(jù)plc的結(jié)構(gòu)形式，可將plc分為整體式和模塊式兩類。還有一些plc將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式plc。 還可以按i/o點(diǎn)數(shù)分類，根據(jù)plc的i/o點(diǎn)數(shù)的多少，可將plc分

14、為小型、中型、大型和超大型四類: io點(diǎn)數(shù)在256以下為小型plc； io點(diǎn)數(shù)在2561024為中型plc； io點(diǎn)數(shù)大于1024為大型plc； io點(diǎn)數(shù)在4000以上為超大型plc1.2. 人機(jī)界面基礎(chǔ)隨著社會(huì)的進(jìn)步，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)迅猛發(fā)展，控制系統(tǒng)功能越來越強(qiáng)大，控制過程也變得越來越復(fù)雜，系統(tǒng)操作最大透明化已經(jīng)成為一種需要。人機(jī)界面（hmi human machine interface）以其美觀易懂、操作人性化等顯著特點(diǎn)，正好滿足這種需求而得到廣泛的應(yīng)用。人機(jī)界面是指連接可編程控制器（plc）、變頻器、直流調(diào)速器、儀表等工業(yè)控制設(shè)備，利用顯示屏顯示，通過輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)等）

15、寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器信息交互的數(shù)字設(shè)備,由硬件和軟件兩部分組成。人機(jī)界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存貯單元等，其中處理器的性能決定了hmi產(chǎn)品的性能高低，是hmi的核心單元。根據(jù)hmi的產(chǎn)品等級不同，處理器可分別選用8位、16位、32位的處理器。hmi軟件分為兩部分，即運(yùn)行于hmi硬件中的系統(tǒng)軟件和運(yùn)行于pc機(jī)windows操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件（如組態(tài)王等）。用戶必須先使用組態(tài)軟件制作“工程文件”，再通過pc機(jī)和hmi 產(chǎn)品的串行通訊口，把編制好的“工程文件”下載到hmi的處理器中運(yùn)行。2. plc系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.

16、1. 模塊設(shè)計(jì) 系統(tǒng)模塊功能圖如下所示圖2 溫度檢測與控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖本溫度控制系統(tǒng)中，傳感器（電熱偶）將檢測到的溫度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號經(jīng)過溫度模塊后，與設(shè)定溫度值進(jìn)行比較，得到偏差，此偏差送入plc控制器按pid算法進(jìn)行修正，返回對應(yīng)工況下的固態(tài)繼電器導(dǎo)通時(shí)間，調(diào)節(jié)電熱絲的有效加熱功率，從而實(shí)現(xiàn)對爐子的溫度控制?？刂葡到y(tǒng)方框圖如下所示plc控制器em235熱電阻溫度模塊熱電偶 圖3 控制系統(tǒng)方框圖2.1.1 em235模擬量擴(kuò)展模塊em235是最常用的模擬量擴(kuò)展模塊，它實(shí)現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。下面以em235為例講解模擬量擴(kuò)展模塊接線圖，如圖。圖4 em235接線圖圖演示

17、了模擬量擴(kuò)展模塊的接線方法，對于電壓信號，按正、負(fù)極直接接入x和x；對于電流信號，將rx和x短接后接入電流輸入信號的“”端；未連接傳感器的通道要將x和x短接。對于某一模塊，只能將輸入端同時(shí)設(shè)置為一種量程和格式，即相同的輸入量程和分辨率。下表說明如何用dip開關(guān)設(shè)置em235擴(kuò)展模塊，開關(guān)1到6可選擇輸入模擬量的單/雙極性、增益和衰減。em235開關(guān) 單/雙極性選擇增益選擇衰減選擇sw1sw2sw3sw4sw5sw6on單極性off 雙極性off off x1off onx10 onoff x100onon無效onoff off 0.8off onoff 0.4off off on0.2 圖 5

18、 em235開關(guān)由上表可知，dip開關(guān)sw6決定模擬量輸入的單雙極性，當(dāng)sw6為on時(shí)，模擬量輸入為單極性輸入，sw6為off時(shí)，模擬量輸入為雙極性輸入。sw4和sw5決定輸入模擬量的增益選擇，而sw1，sw2，sw3共同決定了模擬量的衰減選擇。根據(jù)上表6個(gè)dip開關(guān)的功能進(jìn)行排列組合，所有的輸入設(shè)置如下表：單極性滿量程輸入分辨率sw1 sw2sw3 sw4 sw5 sw6 onoffoffonoffon0到50mv 12.5v offonoffonoffon0到100mv 25v onoffoffoffonon0到500mv125ua offonoffoffonon0到1v 250vonof

19、foffoffoffon0到5v1.25mv onoffoffoffoffon0到20ma 5aoffonoffoffoffon0到10v 2.5mv 雙極性滿量程輸入分辨率sw1 sw2sw3sw4sw5sw6onoff off onoff off 25mv 12.5v off onoff onoff off 50mv 25voff off ononoff off 100mv 50v onoff off off onoff 250mv 125voff onoff off onoff 500 250voff off onoff onoff 1v 500v onoff off off off o

20、ff 2.5v 1.25mv off onoff off off off 5v 2.5mv off off onoff off off 10v 5mv 6個(gè)dip開關(guān)決定了所有的輸入設(shè)置。也就是說開關(guān)的設(shè)置應(yīng)用于整個(gè)模塊，開關(guān)設(shè)置也只有在重新上電后才能生效。因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)設(shè)備采用的是單極性電流信號輸入，所以應(yīng)用滿量程輸入為“0到20ma”的檔位，sw1至sw6檔位位置為“上，下，下，下，下，上”。2.1.2溫度檢測與控制模塊該模塊采用24v直流電源輸入，輸入信號為em235模擬量輸出口vo和m0，輸出的為電流信號接入em235的c+和c-。加熱控制設(shè)備為熱電阻，檢測設(shè)備為與熱電阻緊貼著的熱電偶。2

21、.2. pid控制器2.2.1 pid控制器基本概念pid控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差,利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量來進(jìn)行控制。當(dāng)被控對象的結(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)、控制理論的其它技術(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)場調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用pid控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí),最適合采用pid控制技術(shù)。2.2.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn) 控制系統(tǒng)一般包括開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)(open-loop control system)是指被控對象的輸出(被控制量)對控制器(contro

22、ller)的輸出沒有影響，在這種控制系統(tǒng)中,不依賴將被控制量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loop control system)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對象的輸出(被控制量)會(huì)反送回來影響控制器的輸出,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,若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反,則稱為負(fù)反饋( negative feedback)；若極性相同，則稱為正反饋。一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)?？梢?，閉環(huán)控制系統(tǒng)性能遠(yuǎn)優(yōu)于開環(huán)控制系統(tǒng)。pid就是應(yīng)用最廣泛的閉環(huán)控制器。如圖2.1所示系統(tǒng)是用于電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)的pid閉環(huán)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)目標(biāo)設(shè)

23、定值為期望的加熱爐溫度，閉環(huán)控制器的反饋值通過溫度傳感器測得，并經(jīng)a/d變換轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；目標(biāo)設(shè)定值與溫度傳感器的反饋信號相減，其差送入pid控制器，經(jīng)比例、積分、微分運(yùn)算，得到疊加的一個(gè)數(shù)字量；該數(shù)字量經(jīng)過上限、下限限位處理后進(jìn)行d/a變換，輸出一個(gè)電壓信號去控制固態(tài)繼電器，以控制加熱爐的溫度。該系統(tǒng)的pid控制器一般采用plc提供的專用模塊（本系統(tǒng)采用fb58模塊），也可以采用編程的方法（如plc編程、高級語言編程或組態(tài)軟件編程等）生成一個(gè)數(shù)字pid控制器。同時(shí)，其它功能如a/d、d/a都由plc實(shí)現(xiàn)，加熱爐的反饋信號直接送plc采集，控制固態(tài)繼電器的電壓信號也由plc送出，從而控制加熱爐

24、的溫度。 圖6電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例2.2.3 pid控制器的參數(shù)整定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。它是根據(jù)被控過程的特性，確定pid控制器的比例系數(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,概括起來有如下兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接使用,還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定法。它主要依賴于工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。pid控制器參數(shù)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

25、。這三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后的調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行pid控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié),直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(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公式計(jì)算得到pid控制器的參數(shù)。2.3 pid指令的使用注意事項(xiàng)2.3.1 pid控制器的選取pid控制器的性能和處理速度只與所采用的cpu的性能有關(guān)。對于任意給定的cpu，控制器的

26、數(shù)量和每個(gè)控制器被調(diào)用的頻率是相互矛盾的?？刂骗h(huán)執(zhí)行的速度，也即在每個(gè)時(shí)間單元內(nèi)操作值必須被更新的頻率決定了可以安裝的控制器的數(shù)量。對要控制的過程類型沒有限制，遲延系統(tǒng)（溫度、液位等）和快速系統(tǒng)（流量、電機(jī)轉(zhuǎn)速等）都可以作為被控對象。過程分析時(shí)應(yīng)注意：控制過程的靜態(tài)性能（比例）和動(dòng)態(tài)性能（時(shí)間延遲、死區(qū)和重設(shè)時(shí)間等）對被控過程控制器的構(gòu)造和設(shè)計(jì)以及靜態(tài)（比例）和動(dòng)態(tài)參量（積分和微分）的維數(shù)選取有著很大的影響。準(zhǔn)確地了解控制過程的類型和特性數(shù)據(jù)是非常必要的?？刂破鬟x取時(shí)應(yīng)注意：控制環(huán)的特性由被控過程或被控機(jī)械的物理特性決定，并且設(shè)計(jì)中可以改變的程度不是很大。只有選用了最適合被控對象的控制器并使其

27、適應(yīng)過程的響應(yīng)時(shí)間，才能得到較高的控制質(zhì)量。不用通過編程就可以生成控制器的大部分功能（構(gòu)造、參數(shù)設(shè)置和在程序中的調(diào)用等），前提是必須已經(jīng)掌握step 7的編程基礎(chǔ)知識(shí)。2.2.2 pid參數(shù)的設(shè)定 pid調(diào)節(jié)器參數(shù)是根據(jù)控制對象的慣量來確定的。大慣量如大烘房的溫度控制，一般p可在10以上，i=3-10，d=1左右。小慣量如一個(gè)小電機(jī)帶一個(gè)水泵進(jìn)行壓力閉環(huán)控制，一般只用pi控制，p=1-10，i=0.1-1，d=0，這些要在現(xiàn)場調(diào)試時(shí)進(jìn)行修正，主要是靠經(jīng)驗(yàn)及對生產(chǎn)工藝的熟悉，參考對測量值的跟蹤與設(shè)定值的曲線，從而調(diào)整p、i、d的大小。下面具體說明經(jīng)驗(yàn)法的整定步驟：（1）讓調(diào)節(jié)器參數(shù)的積分系數(shù)i=

28、0，微分系數(shù)d=0，控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，由小到大改變比例系數(shù)p，讓擾動(dòng)信號作階躍變化，觀察控制過程，直到獲得滿意的控制過程為止。（2）取比例系數(shù)p為當(dāng)前的值乘以0.83，由小到大增加積分系數(shù)i，同樣讓擾動(dòng)信號作階躍變化，直至得到滿意的控制過程。（3）積分系數(shù)i保持不變，改變比例系數(shù)p，觀察控制過程有無改善，如有改善則繼續(xù)調(diào)整，直到滿意為止。否則，將原比例系數(shù)p增大一些，再調(diào)整積分系數(shù)i，力求改善控制過程。如此反復(fù)試湊，直到找到滿意的比例系數(shù)p和積分系數(shù)i為止。（4）引入適當(dāng)?shù)奈⒎窒禂?shù)d，此時(shí)可適當(dāng)增大比例系數(shù)p和積分系數(shù)i。和前述步驟相同，微分系數(shù)的整定也需反復(fù)調(diào)整，直到控制過程滿意為止。需

29、要注意的是：仿真系統(tǒng)所采用的pid調(diào)節(jié)器與傳統(tǒng)的工業(yè)pid調(diào)節(jié)器有所不同，其各個(gè)參數(shù)之間是相互隔離的，因而互不影響，用其觀察調(diào)節(jié)規(guī)律十分方便。經(jīng)驗(yàn)法實(shí)質(zhì)上是一種試湊法，它是在生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來的行之有效的方法，并在現(xiàn)場中得到了廣泛的應(yīng)用。經(jīng)驗(yàn)法簡單可靠，但需要有一定的現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，整定時(shí)易帶有主觀片面性。當(dāng)采用pid調(diào)節(jié)器時(shí)，由于有多個(gè)整定參數(shù)，反復(fù)試湊的次數(shù)增多，因此增加了得到最佳整定參數(shù)的難度。經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)整定法的整定，本系統(tǒng)的pid控制器整定參數(shù)值為：比例系數(shù)=120，積分時(shí)間=30.0，微分時(shí)間=5.0。 3.plc系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1. 軟件介紹step7-micro/win編程軟件是基于

30、windows的應(yīng)用軟件，由西門子公司專為s7-200系列可編程控制器設(shè)計(jì)開發(fā)，它功能強(qiáng)大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時(shí)也可以實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。它是西門子s7-200用戶不可缺少的開發(fā)工具?，F(xiàn)在加上中文程序后，可在全中文的界面下進(jìn)行操作，用戶使用起來更加方便。step7-micro/win簡單介紹以step7-micro/win創(chuàng)建程序，為接通step 7-micro/win，可雙擊step 7-micro/win圖標(biāo)，或選擇開始（start） simatic step 7 micro/win 4.0菜單命令。如圖4-1所示，step 7-micro/win項(xiàng)目窗口將提供用于創(chuàng)建

31、控制程序的便利工作空間。工具欄將提供快捷鍵按鈕，用于經(jīng)常使用的菜單命令，可顯示或隱藏工具欄的任何按鈕。瀏覽條給出了多組圖標(biāo)，用于訪問step 7-micro/win的不同編程特性。指令樹將顯示用于創(chuàng)建控制程序的所有項(xiàng)目對象和指令。可將單個(gè)的指令從指令樹拖放到程序中，或雙擊某個(gè)指令，以便將其插入到程序編輯器中光標(biāo)的當(dāng)前位置。程序編輯器包括程序邏輯和局部變量表，可在其中分配臨時(shí)局部變量的符號名。子程序和中斷程序在程序編輯器窗口的底部均按標(biāo)簽顯示。單擊標(biāo)簽可在子程序、中斷程序和主程序之間來回變換。3.1.1 step7-micro/win參數(shù)設(shè)置（通訊設(shè)置） 本項(xiàng)目中plc要與電腦正確通信，安裝完s

32、tep7-micro/win編程軟件且設(shè)置好硬件后，可以按下列步驟進(jìn)行通訊設(shè)置。 （1）在step7-micro/win運(yùn)行時(shí)單擊通訊圖標(biāo)，或從“視圖”菜單中選擇選項(xiàng)“通信”，則會(huì)出現(xiàn)一個(gè)通信對話框。 （2）在對話框中雙擊pc/ppi電纜的圖標(biāo)，將出現(xiàn)pg/pc接口對話框或者直接單擊“檢視”欄中單擊“設(shè)置pg/pc接口”也行。（3）單擊properties按鈕，將出現(xiàn)接口屬性對話框，檢查各參數(shù)的屬性是否正確，其中通信波特率默認(rèn)值為9.6kbps。3.2. 程序設(shè)計(jì)3.2.1 設(shè)計(jì)思路plc運(yùn)行時(shí)，通過特殊繼電器sm0.1產(chǎn)生初始化脈沖進(jìn)入pid初始化參數(shù)子程序及初始化子程序，通過特殊繼電器sm

33、0.0進(jìn)入輸出子程序。在初始化子程序中，利用mov指令給smb34賦值100，即每100ms進(jìn)入一次中斷int_0，在中斷中讀取模擬量輸入口aiw4的模擬數(shù)據(jù)，并除以32000.0做數(shù)字量轉(zhuǎn)換。送入vd200與預(yù)設(shè)值做pid運(yùn)算后通過輸入子程序aqw0輸出。3.2.2 控制程序流程圖啟動(dòng)pid初始化參數(shù)初始化子程序調(diào)用pid運(yùn)算輸出子程序開始輸入中斷程序圖7 控制程序流程圖 3.2.3程序a.主程序ld sm0.1call pid初始化參數(shù)call 初始化子程序ld sm0.0call 輸出子程序b.主程序直接調(diào)用三個(gè)子程序，pid初始化參數(shù)，初始化子程序，輸出子程序?qū)?yīng)地址分別為sbr1,s

34、br2,sbr0。ld sm0.0pid vb200, 0movr vd208, ac0*r 32000.0, ac0round ac0, ac0dti ac0, ac0movw ac0, aqw0調(diào)用pid運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果vd208通過數(shù)值轉(zhuǎn)化后，經(jīng)過aqw0導(dǎo)出。c. pid初始化參數(shù)子程序ld sm0.0movr 0.4, vd204movr 5.8, vd212movr 0.1, vd216movr 30.0, vd220movr 5.0, vd224通過mov指令，查詢pid參數(shù)地址表，對pid參數(shù)進(jìn)行初始化設(shè)置。該程序設(shè)定值為0.4，比例系數(shù)為5.8，積分系數(shù)為30，微分系數(shù)為5。d.初始化子程序ld sm0.0movb 100, smb34atch int_0, 10enild sm0.0itd aiw4, ac1dtr ac1, ac1movr ac1, vd200/r 32000.0, vd200itd aiw0, ac2dtr ac2, ac2movr ac2, vd300/r 320.0, vd3003.2.3 調(diào)試程序利用step7-micro/win軟件中的程序監(jiān)控，在狀態(tài)表的地址中分別輸入aiw4和aqw0，連接硬件，觀察輸入輸