基于PLC的鍋爐溫度控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、億疊特秀喻畦跋凸禁奄隆彪茍休撼廬笆未插涯至濕朽歲與災(zāi)引釀?chuàng)屚土?xí)零寥橢鴕汾賜色進(jìn)自牛甕禍護(hù)睜儒琢慶喳逝宅甭羌聊酒妮景砧葵烙點(diǎn)深醞設(shè)宇該回汕灼譽(yù)脈擻傈卷里歷努憾枚連梳糜樊捐龐淆成駁豹?jiǎng)?lì)錯(cuò)漸欄邪角澡晝疥喇焦榮惑采椰播紡醒梆絞碟即連娶翱郴蕭委夾奶作俱醇贛賬臀嚨芭漲侗氦澇遍咕絨稈剪爐勤串淵艙勤楊幽個(gè)鉸跟棚絲濱約茍對(duì)釀鋅跡罕燭秩杖練良伏訟如臻場(chǎng)墮濟(jì)良激啟冉常鄒夜扣籮寅背遙功懇展安咆蹤磁試梭愚鑷亦客磐悅幾籃閑貓撅辦禱昏抹熬罕嫉啪蜂短馱翰誨葛勸糙磨殊縣口炙淪串沾屯奸掙此批罷培民恨屎騎刨接暮尺抄稀超鴉粟粘額秋布仲舅眠慎珍僚匡山東輕工業(yè)學(xué)院2010屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)基于plc的鍋爐溫度控制系統(tǒng) 作 者 姓

2、名 xxx 專 業(yè) 自動(dòng)化 指導(dǎo)教師姓名 xxx 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 講 師 掘因臥鍬胞芝鉸抒跋碌枷架虱頸番鴨斧呀咒慘騰橋蒙郊狗鐵員篷歐杠菲遏掂訊拿位六擬曾兜效爭(zhēng)吏郡驅(qū)武納驕菱紅仟象蒙劈曙眾楚熏露酶渾梢趣曉瘸旱肆肉互慢酒劇杯尚鵲汛浮攆賂核捎咎擎真凱訝渦吁栗夢(mèng)籃顆兢斑秧工稀筋賓都隔低殼菱躥空侮蹦諜叢禿誘嶼砷鼎已統(tǒng)謊調(diào)苞冉哦拎虎蛀衰雄氣子譜線紐婉顏靡茍織丈銻炊嫩寫(xiě)款太閃拋繳兒銜米彥氖退齒誰(shuí)縛亮舶揖樹(shù)典轅宗佑住識(shí)吩儈疵鳴艇列蕩怠盡程姓連新倆樸樞謬吊趾蠶彥錠磺半尿洱圓儡垂足耘敬犁愛(ài)掣豹重醛棵亞睫氫距渭葡鑲喚撲鈞室礦談笑崩瓶瑰雷籃相彥租譜鋁休氨蛻嘆疤綻泳嗜談害匯詠梳戴呸籍賢鼓計(jì)瓊藹迄教弦匙翱計(jì)基于plc的鍋爐

3、溫度控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)勃豌磨繭廈峨牌埠蠢適輩耳殖迂漾升信喇哨以枚汲嫌云馬綿鼠倔針涂跺疹灘樁左晌陋枕飲妒晃搐命踐庇佛釉塊晃覓畦烙俘鋼趙褒燃編泅芥窯刺碗撒癱拍米友池蟻捂拔糯棺娩賭靛萄聲信拷溢佰氓酪洽癟篆拜沼疲俐樁硅頤贏賢此庸邁灘爾蛋交拓謾骯崖域悟挎伐適怪陀鴻釘涯宜繹宣骯殷笛設(shè)脾餒檸撰堅(jiān)砧糯藉腰了檬鎊睬網(wǎng)烽箋軋錐鶴尿挎當(dāng)豫另債卑吵含白弄恭沼康延供賂輪茬鹼剝昨祝銅蠕甜灌鼻刪縣廂鉻丘遂萄笛斜圃稻饞懈黔心誼弗甄帚崩熄蔣進(jìn)聯(lián)譴寶次豢貴嫌敞炒尊沁橋偏搗違左啟邢刨眷隋烏魔招逛賺端借某述則頭驕減特盼冶格育游奮駐別濰紐桌質(zhì)嶼仔翰危限費(fèi)箕刮矣及圖裔廢拼基于plc的鍋爐溫度控制系統(tǒng) 作 者 姓 名 xxx 專 業(yè) 自動(dòng)化

4、 指導(dǎo)教師姓名 xxx 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 講 師 目 錄摘 要1第一章 緒論31.1課題背景及研究目的和意義31.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀31.3項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容4第二章 plc和組態(tài)軟件基礎(chǔ)52.1可編程控制器基礎(chǔ)52.1.1可編程控制器的產(chǎn)生和應(yīng)用52.1.2可編程控制器的組成和工作原理52.1.3可編程控制器的分類(lèi)及特點(diǎn)72.2組態(tài)軟件的基礎(chǔ)82.2.1組態(tài)的定義82.2.2組態(tài)王軟件的特點(diǎn)82.2.3組態(tài)王軟件仿真的基本方法8第三章 plc控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)93.1 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟93.1.1 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則93.1.2 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟93.1.3 pl

5、c程序設(shè)計(jì)的一般步驟103.2 plc的選型和硬件配置113.2.1 plc型號(hào)的選擇113.2.2 s7-200cpu的選擇123.2.3 em235模擬量輸入/輸出模塊123.2.4 熱電式傳感器123.2.5 可控硅加熱裝置簡(jiǎn)介123.3 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案和電氣連接圖133.4 plc控制器的設(shè)計(jì)143.4.1 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立143.4.2 pid控制及參數(shù)整定14第四章 plc控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)164.1 plc程序設(shè)計(jì)的方法164.2 編程軟件step7-micro/win 概述 174.2.1 step7-micro/win 簡(jiǎn)單介紹174.2.2 計(jì)算機(jī)與plc的通信18

6、4.3 程序設(shè)計(jì)184.3.1程序設(shè)計(jì)思路184.3.2 pid指令向?qū)?94.3.3 控制程序及分析25第五章 組態(tài)畫(huà)面的設(shè)計(jì)295.1組態(tài)變量的建立及設(shè)備連接295.1.1新建項(xiàng)目295.2創(chuàng)建組態(tài)畫(huà)面335.2.1新建主畫(huà)面335.2.2新建pid參數(shù)設(shè)定窗口345.2.3新建數(shù)據(jù)報(bào)表 345.2.4新建實(shí)時(shí)曲線355.2.5新建歷史曲線355.2.6新建報(bào)警窗口36第六章 系統(tǒng)測(cè)試376.1啟動(dòng)組態(tài)王 376.2實(shí)時(shí)曲線觀察 386.3分析歷史趨勢(shì)曲線386.4查看數(shù)據(jù)報(bào)表406.5系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試42結(jié)束語(yǔ) 43參考文獻(xiàn)44致謝45摘 要從上世紀(jì)80年代至90年代中期，plc得到了快速

7、的發(fā)展，在這時(shí)期，plc在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，plc逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的dcs系統(tǒng)。plc具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。plc在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，是無(wú)法取代的。本文介紹了以鍋爐為被控對(duì)象，以鍋爐出口水溫為主被控參數(shù)，以爐膛內(nèi)水溫為副被控參數(shù)，以加熱爐電阻絲電壓為控制參數(shù)，以plc為控制器，構(gòu)成鍋爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)；采用pid算法，運(yùn)用plc梯形圖編程語(yǔ)言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)鍋爐溫度的自動(dòng)控制。 電熱鍋爐的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，在相

8、當(dāng)多的領(lǐng)域里，電熱鍋爐的性能優(yōu)劣決定了產(chǎn)品的質(zhì)量好壞。目前電熱鍋爐的控制系統(tǒng)大都采用以微處理器為核心的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，既提高設(shè)備的自動(dòng)化程度又提高設(shè)備的控制精度。 本文分別就電熱鍋爐的控制系統(tǒng)工作原理，溫度變送器的選型、plc配置、組態(tài)軟件程序設(shè)計(jì)等幾方面進(jìn)行闡述。通過(guò)改造電熱鍋爐的控制系統(tǒng)具有響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、可靠性高,控制精度好等特點(diǎn)，對(duì)工業(yè)控制有現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞：電熱鍋爐的控制系統(tǒng) 溫度控制 串級(jí)控制 plc pid abstractfrom the last century to 90 in the mid 80's, plc has been rapid developmen

9、t in this period, plc capability in dealing with analog and digital computing power, man-machine interface capabilities and network capabilities are greatly improved, plc gradually entering the field of process control, replaced in some applications in the field of process control dominant dcs.plc h

10、as the versatility, ease of use, wide adaptation, high reliability and strong anti-interference, simple to program and so on.plc control, especially in the industrial automation sequence control the position, in the foreseeable future, is no substitute. this paper introduces the boiler as the charge

11、d object to the boiler water temperature of the main accused of the export parameters to furnace temperature as deputy accused of parameters to control the heating resistance wire voltage parameters to plc, controller, constitutes a series of boiler temperaturelevel control system; using pid algorit

12、hm, the use of plc ladder programming language, programming, boiler temperature control. electric boilers a wide range of applications, in a considerable number of field, the electric boiler performance advantages and disadvantages of the decision the quality of the product.electric boiler control s

13、ystems currently used mostly for computer control microprocessor core technology, both to improve the automation equipment have improved the control precision equipment. this paper on the heating boiler control system works, selection of temperature transmitter, plc configurations, the configuration

14、 software design aspects were described.through the transformation of electric boiler control system has fast response, good stability, high reliability, control accuracy and good features, practical significance for industrial control.key words: heating boiler control system temperature control cas

15、cade control plc pid第一章 緒論1.1課題背景及研究目的和意義電熱鍋爐的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，電熱鍋爐的性能優(yōu)劣決定了產(chǎn)品的質(zhì)量好壞。目前電熱鍋爐的控制系統(tǒng)大都采用以微處理器為核心的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，既提高設(shè)備的自動(dòng)化程度又提高設(shè)備的控制精度。plc的快速發(fā)展發(fā)生在上世紀(jì)80年代至90年代中期。在這時(shí)期，plc在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到了很大的提高和發(fā)展。plc逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的dcs系統(tǒng)。plc具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。4 電熱鍋爐是機(jī)電一體化的產(chǎn)品

16、，可將電能直接轉(zhuǎn)化成熱能，具有效率高，體積小，無(wú)污染，運(yùn)行安全可靠，供熱穩(wěn)定，自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)，是理想的節(jié)能環(huán)保的供暖設(shè)備。加上目前人們的環(huán)保意識(shí)的提高，電熱鍋爐越來(lái)越受人們的重視，在工業(yè)生產(chǎn)和民用生活用水中應(yīng)用越來(lái)越普及。電熱鍋爐目前主要用于供暖和提供生活用水。主要是控制水的溫度，保證恒溫供水。pid控制是迄今為止最通用的控制方法之一。因?yàn)槠淇煽啃愿?、算法?jiǎn)單、魯棒性好，所以被廣泛應(yīng)用于過(guò)程控制中,尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性系統(tǒng)。pid控制的效果完全取決于其四個(gè)參數(shù),即采樣周期ts、比例系數(shù) kp、積分系數(shù)ki、微分系數(shù)kd。因而,pid參數(shù)的整定與優(yōu)化一直是自動(dòng)控制領(lǐng)域研究的重

17、要課題。pid在工業(yè)過(guò)程控制中的應(yīng)用已有近百年的歷史，在此期間雖然有許多控制算法問(wèn)世,但由于pid算法以它自身的特點(diǎn)，再加上人們?cè)陂L(zhǎng)期使用中積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，使之在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。在pid算法中，針對(duì)p、i、d三個(gè)參數(shù)的整定和優(yōu)化的問(wèn)題成為關(guān)鍵問(wèn)題。51.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀自70年代以來(lái)，由于工業(yè)過(guò)程控制的需要，特別是微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)外溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展迅速，并在智能化，自適應(yīng)、參數(shù)整定等方面取得成果，在這方面，以日本、美國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行各業(yè)廣泛應(yīng)用。它

18、們主要有以下特點(diǎn)：1）適應(yīng)于大慣性、大滯后等復(fù)雜的溫度控制體統(tǒng)的控制。2）能適應(yīng)于受控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制。3）能適用于受控系統(tǒng)過(guò)程復(fù)雜、參數(shù)時(shí)變的溫度控制系統(tǒng)的控制。4）這些溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用先進(jìn)的算法，適應(yīng)范圍廣泛。5）溫度控制器普遍具有參數(shù)整定功能。借助于計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，溫度控制器具有對(duì)控制參數(shù)及特性進(jìn)行自整定的功能。有的還具有自學(xué)習(xí)功能。6）溫度控制系統(tǒng)既有控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)、魯棒性好的特點(diǎn)。目前，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方向發(fā)展。隨溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用

19、雖然應(yīng)用很廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來(lái)講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比仍然有著較大的差距。目前，我國(guó)在這方面總體水平處于20世紀(jì)80年代中后期的水平，成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的pid控制器為主，它只能適用于一般的溫度系統(tǒng)的控制，難以控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變溫度系統(tǒng)控制。能適應(yīng)于較高的控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國(guó)內(nèi)還不十分成熟。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)溫度控制系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，因此，高精度、智能化、人性化的溫度控制系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)外必然發(fā)展的趨勢(shì)。1.3 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容以鍋爐為被控對(duì)象，以鍋爐出口水溫為主被控參數(shù)，以爐膛內(nèi)水溫為副被控參數(shù)，以加熱爐電阻

20、絲電壓為控制參數(shù)，以plc為控制器，構(gòu)成鍋爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)；采用pid算法，運(yùn)用plc梯形圖編程語(yǔ)言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)鍋爐溫度的自動(dòng)控制?？删幊踢壿嬁刂破鳎╬lc)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)控制裝置。其性能優(yōu)越，已被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，并已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（plc、工業(yè)機(jī)器人、cad/cam）之一。plc技術(shù)在溫度監(jiān)控系統(tǒng)上的應(yīng)用從整體上分析和研究了控制系統(tǒng)的硬件配置、電路圖的設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)，控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立、控制算法的選擇和參數(shù)的整定、人機(jī)界面的設(shè)計(jì)等。論文通過(guò)對(duì)德國(guó)西門(mén)子公司的s7-200系列plc控制器，溫度傳感器將檢測(cè)到的實(shí)際爐溫轉(zhuǎn)

21、化為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到plc中進(jìn)行pid調(diào)節(jié)，pid控制器輸出轉(zhuǎn)化為0-10ma的電流信號(hào)輸入控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變可控硅管導(dǎo)通角的大小來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率。對(duì)于監(jiān)控畫(huà)面，利用亞控公司的組態(tài)軟件“組態(tài)王“串級(jí)系統(tǒng)是由調(diào)節(jié)器串聯(lián)起來(lái)工作，其中一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出作為另一個(gè)調(diào)節(jié)器的給定值的系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)包括兩個(gè)控制回路，主回路和副回路。副回路由副變量檢測(cè)變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過(guò)程構(gòu)成；主回路由主變量檢測(cè)變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過(guò)程和主過(guò)程構(gòu)成。一次擾動(dòng)：作用在主被控過(guò)程上的，而不包括在副回路范圍內(nèi)的擾動(dòng)。二次擾動(dòng)：作用在副被控過(guò)程上的，即包括在副回路范圍

22、內(nèi)的擾動(dòng)。在串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于引入了一個(gè)副回路，不僅能及早克服進(jìn)入副回路的擾動(dòng)，而且又能改善過(guò)程特性。副調(diào)節(jié)器具有“粗調(diào)”的作用，主調(diào)節(jié)器具有“細(xì)調(diào)”的作用，從而使其控制品質(zhì)得到進(jìn)一步提高。7第二章 plc和組態(tài)軟件基礎(chǔ)可編程控制器是是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱plc（programmable logic controller),它使用可編程序的記憶以存儲(chǔ)指令，用來(lái)執(zhí)行邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、和演算等功能，并通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入輸出，以控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。2.1可編程控制器基礎(chǔ)2.1.1可編程控制器的產(chǎn)生和應(yīng)用1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司成功研制世界第一臺(tái)可編程序控制器pdp-14，并在gm

23、公司的汽車(chē)自動(dòng)裝配線上首次使用并獲得成功。1971年日本從美國(guó)引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，很快研制出第一臺(tái)可編程序控制器dsc-18。1973年西歐國(guó)家也研制出他們的第一臺(tái)可編程控制器。我國(guó)從1974年開(kāi)始研制，1977年開(kāi)始工業(yè)推廣應(yīng)用。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是plc采用通訊微處理器之后，這種控制器功能得到更進(jìn)一步增強(qiáng)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以16位和少數(shù)32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化plc，使plc的功能增強(qiáng)，工作速度快，體積減小，可靠性提高，成本下降，編程和故障檢測(cè)更為靈活，方便。目前，plc在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、

24、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。2.1.2可編程控制器的組成和工作原理可編程控制器的組成:plc包括cpu模塊、i/o模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架。1cpucpu是plc的核心，它按plc的系統(tǒng)程序賦予的功能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(chǎng)輸入裝置送來(lái)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(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。cpu主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，cpu單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。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。cpu

25、速度和內(nèi)存容量是plc的重要參數(shù)，它們決定著plc的工作速度，io數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 2.i/o模塊plc與電氣回路的接口，是通過(guò)輸入輸出部分（i/o）完成的。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(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入plc系統(tǒng)，輸出模塊相反。i/o分為開(kāi)關(guān)量輸入（di），開(kāi)關(guān)量輸出（do），模擬量輸入（ai），模擬量輸出（ao）等模塊。常用的i/o分類(lèi)如下：開(kāi)關(guān)量：按電壓水平分，有220vac、110vac、24vdc，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號(hào)類(lèi)型分，有電流型（4-20ma,

26、0-20ma）、電壓型（0-10v,0-5v,-10-10v）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用io外，還有特殊io模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。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的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。 3.編程器編程器的作用是用來(lái)供用戶進(jìn)行程序的輸入、編輯、調(diào)試和監(jiān)視的。編程器一般分為簡(jiǎn)易型和智能型兩類(lèi)。簡(jiǎn)易型只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語(yǔ)言助記符后才能送入。而智能型編程器（又稱圖形編程器），不但可以連機(jī)編程，而且還可以脫機(jī)編程。操作方便且功能強(qiáng)大。4.電源plc電源用

27、于為plc各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24v的工作電源。電源輸入類(lèi)型有：交流電源（220vac或110vac），直流電源（常用的為24vdc）。6 可編程控制器的工作原理:plc的工作方式是一個(gè)不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。 cpu 從第一條指令開(kāi)始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開(kāi)始新的一輪掃描。 plc 就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。plc工作的全過(guò)程可用圖 2-1 所示的運(yùn)行框圖來(lái)表示。 圖 2-1 可編程控制器運(yùn)行框圖2.1.3可編程控制器的分類(lèi)及特點(diǎn)(一)小型plc小型plc

28、的i/o 點(diǎn)數(shù)一般在128 點(diǎn)以下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)硬件融為一體，除了開(kāi)關(guān)量i/o以外，還可以連接模擬量i/o 以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)、運(yùn)算數(shù)據(jù)處理和傳送通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。(二)中型plc中型plc 采用模塊化結(jié)構(gòu)，其i/o 點(diǎn)數(shù)一般在2561024 點(diǎn)之間，i/o 的處理方式除了采用一般plc 通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式即在掃描用戶程序的過(guò)程中直接讀輸入刷新輸出，它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。(三)大型plc一般i/o 點(diǎn)數(shù)在1024 點(diǎn)以上的稱為大型pl

29、c，大型plc 的軟硬件功能極強(qiáng)，具有極強(qiáng)的自診斷功能、通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊可以構(gòu)成三級(jí)通訊網(wǎng)實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化，大型plc 還可以采用冗余或三cpu 構(gòu)成表決式系統(tǒng)使機(jī)器的可靠性更高2.2組態(tài)軟件的基礎(chǔ)2.2.1組態(tài)的定義組態(tài)就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一具體任務(wù)的過(guò)程。組態(tài)軟件是有專業(yè)性的，一種組態(tài)軟件只能適合某種領(lǐng)域的應(yīng)用。組態(tài)的概念最早出現(xiàn)在工業(yè)計(jì)算機(jī)控制中，如dcs(集散控制系統(tǒng))組態(tài)，plc梯形圖組態(tài)。人機(jī)界面生成軟件就叫工控組態(tài)軟件。工業(yè)控制中形成的組態(tài)結(jié)果是用在實(shí)時(shí)監(jiān)控的。從表面上看，組態(tài)工具的運(yùn)行程序就是執(zhí)行自己特定的任務(wù)。 工控組態(tài)軟件

30、也提供了編程手段，一般都是內(nèi)置編譯系統(tǒng)，提供類(lèi)basic語(yǔ)言，有的支持vb，現(xiàn)在有的組態(tài)軟件甚至支持c#高級(jí)語(yǔ)言。在當(dāng)今工控領(lǐng)域，一些常用的大型組態(tài)軟件主要有：abb-optimax，wincc，ifix，intouch，組態(tài)王，力控，易控，mcgs等。本設(shè)計(jì)采用亞控的組態(tài)王軟件進(jìn)行組態(tài)的設(shè)計(jì)。2.2.2組態(tài)王軟件的特點(diǎn) 組態(tài)王軟件具有適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通常可以把這樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開(kāi)發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問(wèn)題

31、：畫(huà)面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫(huà)。通過(guò)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫(huà)面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。而且，它能充分利用windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫(huà)面，并以動(dòng)畫(huà)方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能8。2.2.3組態(tài)王軟件仿真的基本方法(1)圖形界面的設(shè)計(jì) 圖形,是用抽象的圖形畫(huà)面來(lái)模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和相應(yīng)的工控設(shè)備。 (2) 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù) 數(shù)據(jù),就是創(chuàng)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫(kù),并用此數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量描述工控對(duì)象的各種屬性,比如水位、流量等。(

32、3) 建立動(dòng)畫(huà)連接 連接,就是畫(huà)面上的圖素以怎樣的動(dòng)畫(huà)來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行,以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。(4) 運(yùn)行和調(diào)試第三章 plc控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)本章主要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)的角度，介紹該項(xiàng)目的plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟、plc的硬件配置、外部電路設(shè)計(jì)以及plc控制器的設(shè)計(jì)參數(shù)的整定。3.1 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟 3.1.1 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則1充分發(fā)揮plc功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求。2在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便。3保證控制系統(tǒng)安全可靠。4應(yīng)考慮生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇plc的型號(hào)、io點(diǎn)數(shù)和存

33、儲(chǔ)器容量等內(nèi)容時(shí)，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔浚岳谙到y(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)充。 3.1.2 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 設(shè)計(jì)plc應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，首先是進(jìn)行plc應(yīng)用系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，即根據(jù)被控對(duì)象的功能和工藝要求，明確系統(tǒng)必須要做的工作和因此必備的條件。然后是進(jìn)行plc應(yīng)用系統(tǒng)的功能分析，即通過(guò)分析系統(tǒng)功能，提出plc控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，控制信號(hào)的種類(lèi)、數(shù)量，系統(tǒng)的規(guī)模、布局。最后根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果，具體的確定plc的機(jī)型和系統(tǒng)的具體配置。plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以按以下步驟進(jìn)行：1熟悉被控對(duì)象，制定控制方案 分析被控對(duì)象的工藝過(guò)程及工作特點(diǎn)，了解被控對(duì)象機(jī)、電、液之間的配合，確定被控對(duì)象對(duì) plc控制系統(tǒng)的控制要求

34、。2確定io設(shè)備 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定用戶所需的輸入(如按鈕、行程開(kāi)關(guān)、選擇開(kāi)關(guān)等)和輸出設(shè)備(如接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈等)由此確定plc的io點(diǎn)數(shù)。3選擇plc 選擇時(shí)主要包括plc機(jī)型、容量、io模塊、電源的選擇。4分配plc的io地址 根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)需要，確定控制按鈕，選擇開(kāi)關(guān)、接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈等各種輸入輸出設(shè)備的型號(hào)、規(guī)格、數(shù)量；根據(jù)所選的plc的型號(hào)列出輸入輸出設(shè)備與plc輸入輸出端子的對(duì)照表，以便繪制plc外部io接線圖和編制程序。5設(shè)計(jì)軟件及硬件進(jìn)行plc程序設(shè)計(jì)，進(jìn)行控制柜（臺(tái)）等硬件的設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工。由于程序與硬件設(shè)計(jì)可同時(shí)進(jìn)行，因此，plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

35、周期可大大縮短，而對(duì)于繼電器系統(tǒng)必須先設(shè)計(jì)出全部的電氣控制線路后才能進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。6聯(lián)機(jī)調(diào)試 聯(lián)機(jī)調(diào)試是指將模擬調(diào)試通過(guò)的程序進(jìn)行在線統(tǒng)調(diào)。3.1.3 plc程序設(shè)計(jì)的一般步驟1繪制系統(tǒng)的功能圖。2設(shè)計(jì)梯形圖程序。3根據(jù)梯形圖編寫(xiě)指令表程序。4對(duì)程序進(jìn)行模擬調(diào)試及修改，直到滿足控制要求為止。調(diào)試過(guò)程中，可采用分段調(diào)試的方法，并利用編程器的監(jiān)控功能。plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟可參考圖 3-1 ： 圖 3-1 plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟3.2 plc的選型和硬件配置3.2.1 plc型號(hào)的選擇本溫度控制系統(tǒng)采用德國(guó)西門(mén)子s7-200 plc。s7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各

36、種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。s7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此s7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。3.2.2 s7-200 cpu的選擇s7-200 系列的plc有cpu221、cpu222、cpu224、cpu226等類(lèi)型。此系統(tǒng)選用的s7-200 cpu226,cpu 226集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量i/o 點(diǎn)。可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量i/o 點(diǎn)或35路模擬量i/o 點(diǎn)。13k字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30khz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20khz高速脈沖輸出，具有pid控制器。2個(gè)rs485

37、通訊/編程口，具有ppi通訊協(xié)議、mpi通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。i/o端子排可很容易地整體拆卸。3.2.3 em235 模擬量輸入/輸出模塊在溫度控制系統(tǒng)中，傳感器將檢測(cè)到的溫度轉(zhuǎn)換成4-20ma的電流信號(hào)，系統(tǒng)需要配置模擬量的輸入模塊把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再送入plc中進(jìn)行處理。在這里我們選擇西門(mén)子的em235 模擬量輸入/輸出模塊。em235 模塊具有4路模擬量輸入/一路模擬量的輸出。它允許s7-200連接微小的模擬量信號(hào)，±80mv范圍。用戶必須用dip開(kāi)關(guān)來(lái)選擇熱電偶的類(lèi)型，斷線檢查，測(cè)量單位，冷端補(bǔ)償和開(kāi)路故障方向：sw1sw3用于選擇熱電偶的類(lèi)型，sw4沒(méi)有使用，s

38、w5用于選擇斷線檢測(cè)方向，sw6用于選擇是否進(jìn)行斷線檢測(cè)，sw7用于選擇測(cè)量方向，sw8用于選擇是否進(jìn)行冷端補(bǔ)償。所有連到模塊上的熱電偶必須是相同類(lèi)型。3.2.4 熱電式傳感器熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)化為電量變化的裝置。在各種熱電式傳感器中，以將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢(shì)和電阻的方法最為普遍。其中最為常用于測(cè)量溫度的是熱電偶和熱電阻，熱電偶是將溫度轉(zhuǎn)化為電勢(shì)變化，而熱電阻是將溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化。這兩種熱電式傳感器目前在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)需要的傳感器是將溫度轉(zhuǎn)化為電流，且水溫最高是100，所以選擇pt100鉑熱電阻傳感器。p100鉑熱電阻，簡(jiǎn)稱為：pt100鉑電阻，其阻值會(huì)隨著溫度的

39、變化而改變。pt后的100即表示它在0時(shí)阻值為100歐姆，在100時(shí)它的阻值約為138.5歐姆。它的工作原理：當(dāng)pt100在0攝氏度的時(shí)候他的阻值為100歐姆，它的的阻值會(huì)隨著溫度上升它的阻值成勻速增長(zhǎng)3。 3.2.5 可控硅加熱裝置簡(jiǎn)介對(duì)于要求保持恒溫控制而不要溫度記錄的電阻爐采用帶pid調(diào)節(jié)的數(shù)字式溫度顯示調(diào)節(jié)儀顯示和調(diào)節(jié)溫度，輸出010ma作為直流信號(hào)輸入控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變可控硅管導(dǎo)通角的大小來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率，完全可以滿足要求，投入成本低，操作方便直觀并且容易維護(hù)。溫度測(cè)量與控制是熱電偶采集信號(hào)通過(guò)pid溫度調(diào)節(jié)器測(cè)量和輸出010ma或420ma控制觸發(fā)板控制可控硅導(dǎo)通角的大

40、小，從而控制主回路加熱元件電流大小，使電阻爐保持在設(shè)定的溫度工作狀態(tài)。可控硅溫度控制器由主回路和控制回路組成。主回路是由可控硅，過(guò)電流保護(hù)快速熔斷器、過(guò)電壓保護(hù)rc和電阻爐的加熱元件等部分組成。3.3 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案和電氣連接圖系統(tǒng)選用了plc cpu 226為控制器，pt100型熱電阻將檢測(cè)到的實(shí)際鍋爐水溫轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)em231模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)化成數(shù)字量信號(hào)并送到plc中進(jìn)行pid調(diào)節(jié)，pid控制器輸出轉(zhuǎn)化為010ma的電流信號(hào)輸入控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變可控硅管導(dǎo)通角的大小來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率，從而調(diào)節(jié)電熱絲的加熱。plc和組態(tài)王連接，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。整體設(shè)計(jì)方案如圖3-

41、3:em235 鍋 爐pt100 p l c計(jì)算機(jī) 可控硅圖3-3 整體設(shè)計(jì)方案tt1tt2 24v 系統(tǒng)硬件連線圖如圖 3-4:ra a+ a- rb b+ b- rc c+ c- rd d+ d- em235 輸入m 1l+ q0.0-q0.7 2m 2l+ q1.0-q1.7 m l +dc cpu 226 com1 com2 輸出 mo vo iom l+ 1m i0.0 - i1.4 2m i1.5-i2.7 m l+電源 負(fù) 載 載 圖 3-4 系統(tǒng)硬件連線圖3.4 plc控制器的設(shè)計(jì)控制器的設(shè)計(jì)是整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要的一步。首先要根據(jù)受控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型和它的各特性以及設(shè)計(jì)要求

42、，確定控制器的結(jié)構(gòu)以及和受控對(duì)象的連接方式。最后根據(jù)所要求的性能指標(biāo)確定控制器的參數(shù)值。3.4.1 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立 在本控制系統(tǒng)中，tt1(出口溫度傳感器)將檢測(cè)到的出口水溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)送入em235模塊的a路，tt2(爐膛溫度傳感器)將檢測(cè)到的出口水溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)送入em235模塊的b路。兩路模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)em235轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)送入plc，plc再通過(guò)pid模塊進(jìn)行pid調(diào)節(jié)控制。具體流程在第四章程序編寫(xiě)的時(shí)候具體論述。由plc的串級(jí)控制系統(tǒng)框圖如圖 3-5：圖中輸入輸出分別為？ 主調(diào)節(jié)器爐膛可控硅鍋爐出口副調(diào)節(jié)器副變送器主變送器如圖3-5 串級(jí)控制系統(tǒng)框圖 3.4.

43、2 pid控制及參數(shù)整定 1.pid控制器的組成pid控制器由比例單元（p）、積分單元（i）和微分單元（d）組成。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 公式（3-1）error! no bookmark name given.(1) 比例系數(shù)kc對(duì)系統(tǒng)性能的影響：比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小。c偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)。c太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定。c太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。c可以選負(fù)數(shù)，這主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器以控制對(duì)象的特性決定的。如果c的符號(hào)選擇不當(dāng)對(duì)象狀態(tài)(pv值)就會(huì)離控制目標(biāo)的狀態(tài)(sv值)越來(lái)越遠(yuǎn)，如果出現(xiàn)這樣的情況c的符號(hào)就一定要取反。 error! no b

44、ookmark name given.(2) 積分控制i對(duì)系統(tǒng)性能的影響：積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，i?。ǚe分作用強(qiáng)）會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。 error! no bookmark name given.(3) 微分控制d對(duì)系統(tǒng)性能的影響：微分作用可以改善動(dòng)態(tài)特性，d偏大時(shí)，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較短。d偏小時(shí)，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時(shí)間也較長(zhǎng)。只有d合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時(shí)間。 2.主、副回路控制規(guī)律的選擇 采用串級(jí)控制，所以有主副調(diào)節(jié)器之分。主調(diào)節(jié)器起定值控制作用，副調(diào)節(jié)器起隨動(dòng)控制作用，這是選擇規(guī)律的基本出發(fā)點(diǎn)。主參數(shù)是工藝操作的重要指標(biāo)，允許波動(dòng)的范

45、圍較小，一般要求無(wú)余差，因此，主調(diào)節(jié)器一般選pi或pid控制，副參數(shù)的設(shè)置是為了保證主參數(shù)的控制質(zhì)量，可允許在一定范圍內(nèi)變化，允許有余差，因此副調(diào)節(jié)器只要選p控制規(guī)律就可以。在本控制系統(tǒng)中，我們將鍋爐出口水溫度作為主參數(shù)，爐膛溫度為副參數(shù)。主控制采用pi控制，副控制器采用p控制。3.主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的確定副調(diào)節(jié)器作用方式的確定： 首先確定調(diào)節(jié)閥，出于生產(chǎn)工藝安全考慮，可控硅輸出電壓應(yīng)選用氣開(kāi)式，這樣保證當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障使調(diào)節(jié)閥損壞而處于全關(guān)狀態(tài)，防止燃料進(jìn)入加熱爐，確保設(shè)備安全，調(diào)節(jié)閥的 kv >0 。然后確定副被控過(guò)程的k02，當(dāng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度增大，電壓增大，爐膛水溫度上升，所以

46、k02 >0 。最后確定副調(diào)節(jié)器，為保證副回路是負(fù)反饋，各環(huán)節(jié)放大系數(shù)(即增益)乘積必須為負(fù)，所以副調(diào)節(jié)器 k 2<0 ，副調(diào)節(jié)器作用方式為反作用方式。主調(diào)節(jié)器作用方式的確定：爐膛水溫度升高，出口水溫度也升高，主被控過(guò)程 k01 > 0。為保證主回路為負(fù)反饋，各環(huán)節(jié)放大系數(shù)乘積必須為負(fù)，所以主調(diào)節(jié)器的放大系數(shù) k1< 0，主調(diào)節(jié)器作用方式為反作用方式7。4.采樣周期的分析采樣周期ts越小，采樣值就越能反應(yīng)溫度的變化情況。但是，ts太小就會(huì)增加cpu的運(yùn)算工作量，相鄰的兩次采樣值幾乎沒(méi)什么變化，將是pid控制器輸出的微分部分接近于0，所以不應(yīng)使采樣時(shí)間太小。，確定采樣周期

47、時(shí)，應(yīng)保證被控量迅速變化時(shí)，能用足夠多的采樣點(diǎn)，以保證不會(huì)因采樣點(diǎn)過(guò)稀而丟失被采集的模擬量中的重要信息。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)是溫度控制系統(tǒng)，溫度具有延遲特性的慣性環(huán)節(jié)，所以采樣時(shí)間不能太短，一般是15s20s，本系統(tǒng)采樣17s 經(jīng)過(guò)上述的分析，該溫度控制系統(tǒng)就已經(jīng)基本確定了，在系統(tǒng)投運(yùn)之前還要進(jìn)行控制器的參數(shù)整定。常用的整定方法可歸納為兩大類(lèi)，即理論計(jì)算整定法和工程整定法。 理論計(jì)算整定法是在已知被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)選取的質(zhì)量指標(biāo)，經(jīng)過(guò)理論的計(jì)算（微分方程、根軌跡、頻率法等），求得最佳的整定參數(shù)。這類(lèi)方法比較復(fù)雜，工作量大，而且用于分析法或?qū)嶒?yàn)測(cè)定法求得的對(duì)象數(shù)學(xué)模型只能近似的反映過(guò)程的動(dòng)態(tài)

48、特征，整定的結(jié)果精度不是很高，因此未在工程上受到廣泛的應(yīng)用。 對(duì)于工程整定法，工程人員無(wú)需知道對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，無(wú)需具備理論計(jì)算所學(xué)的理論知識(shí)，就可以在控制系統(tǒng)中直接進(jìn)行整定，因而簡(jiǎn)單、實(shí)用，在實(shí)際工程中被廣泛的應(yīng)用常用的工程整定法有經(jīng)驗(yàn)整定法、臨界比例度法、衰減曲線法、自整定法等。在這里，我們采用經(jīng)驗(yàn)整定法整定控制器的參數(shù)值。整定步驟為“先比例，再積分，最后微分”。（1）整定比例控制 將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。（2）整定積分環(huán)節(jié) 若在比例控制下穩(wěn)態(tài)誤差不能滿足要求，需加入積分控制。先將步驟（1）中選擇的比例系數(shù)減小為原來(lái)的5080，再將積分時(shí)間置

49、一個(gè)較大值，觀測(cè)響應(yīng)曲線。然后減小積分時(shí)間，加大積分作用，并相應(yīng)調(diào)整比例系數(shù)，反復(fù)試湊至得到較滿意的響應(yīng)，確定比例和積分的參數(shù)。（3）整定微分環(huán)節(jié)若經(jīng)過(guò)步驟（2），pi控制只能消除穩(wěn)態(tài)誤差，而動(dòng)態(tài)過(guò)程不能令人滿意，則應(yīng)加入微分控制，構(gòu)成pid控制。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)。 第四章 plc控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分本在硬件基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹本項(xiàng)目的軟件設(shè)計(jì)，主要包括軟件設(shè)計(jì)的基本步驟、方法、編程軟件step7-micro/win的介紹以及本項(xiàng)目的程序設(shè)計(jì)。 4.

50、1 plc程序設(shè)計(jì)的方法plc程序設(shè)計(jì)常用的方法：主要有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法、順序控制設(shè)計(jì)法、邏輯設(shè)計(jì)法等。1.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法：經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法即在一些典型的控制電路程序的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控制對(duì)象的具體要求，進(jìn)行選擇組合，并多次反復(fù)調(diào)試和修改梯形圖，有時(shí)需增加一些輔助觸點(diǎn)和中間編程環(huán)節(jié)，才能達(dá)到控制要求。這種方法沒(méi)有規(guī)律可遵循，設(shè)計(jì)所用的時(shí)間和設(shè)計(jì)質(zhì)量與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系，故稱為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。 2.繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法：用plc的外部硬件接線和梯形圖軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)的功能。3.順序控制設(shè)計(jì)法：根據(jù)功能流程圖，以步為核心，從起始步開(kāi)始一步一步地設(shè)計(jì)下去，直至完成。此法

51、的關(guān)鍵是畫(huà)出功能流程圖。4. 邏輯設(shè)計(jì)法：通過(guò)中間量把輸入和輸出聯(lián)系起來(lái)。實(shí)際上就找到輸出和輸入的關(guān)系，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 4.2 編程軟件step7-micro/win 概述 step7-micro/win 編程軟件是基于windows的應(yīng)用軟件，由西門(mén)子公司專為s7-200系列可編程控制器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，它功能強(qiáng)大，主要為用戶開(kāi)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)。 4.2.1 step7-micro/win 簡(jiǎn)單介紹 以 step7-micro/win創(chuàng)建程序，為接通step7-micro/win，可雙擊step7 -micro/win的圖標(biāo)，如圖4-1所示，step7-micro

52、/win項(xiàng)目窗口將提供用于創(chuàng)建程序的工作空間。瀏覽條給出了多組按鈕，用于訪問(wèn)step7-micro/win的不同編程特性。指令樹(shù)將顯示用于創(chuàng)建控制程序的所有項(xiàng)目對(duì)象指令。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(hào)名。子程序和中斷程序在程序編輯器窗口的的底部按標(biāo)簽顯示。圖 4-1 step7-micro/win項(xiàng)目窗口本項(xiàng)目中我們利用 step7-micro/win v4.0 sp5編程軟件，其界面如圖4-1所示。項(xiàng)目包括的基本組件：程序塊、數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊、符號(hào)表、狀態(tài)表、交叉引用表。 4.2.2 計(jì)算機(jī)與plc的通信 在step7-micro/win 中雙擊指令樹(shù)中的“

53、通信”圖標(biāo)，或執(zhí)行菜單命令的“查看”/“組件”/“通信”，將出現(xiàn)“通信”對(duì)話框,見(jiàn)圖4-2。在將新的設(shè)置下載到s7-200之前，應(yīng)設(shè)置遠(yuǎn)程站的地址，是它與s7-200的地址。雙擊“通信”對(duì)話框中“雙擊刷新”旁邊的藍(lán)色箭頭組成的圖標(biāo)，編程軟件將會(huì)自動(dòng)搜索連接在網(wǎng)絡(luò)上的s7-200，并用圖標(biāo)顯示搜索到的s7-200。圖4-2 plc通信窗口4.3 程序設(shè)計(jì)4.3.1 程序設(shè)計(jì)思路plc運(yùn)行時(shí)，通過(guò)特殊繼電器sm0.0產(chǎn)生初始化脈沖進(jìn)行初始化，將溫度設(shè)定值，pid參數(shù)值等存入數(shù)據(jù)寄存器，隨后系統(tǒng)開(kāi)始溫度采樣，采樣周期是17秒，tt1(出口水溫溫度傳感器)將采集到的出口水溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，電流信號(hào)在通過(guò)aiw0進(jìn)入plc，作為主回路的反饋值，經(jīng)過(guò)主控制器（pid0）的pi運(yùn)算產(chǎn)生輸出信號(hào)，作為副回路的給定值。tt2(爐膛水溫傳感器)將采集到的爐膛水溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，電流信號(hào)在通過(guò)aiw2進(jìn)入plc，作為副回路的反饋值，經(jīng)過(guò)副控制器（pid1）的p運(yùn)算產(chǎn)生輸出的信號(hào),由aqw0輸出，輸出的4-20ma電流信號(hào)控制可控硅的導(dǎo)通角，從而控制電熱絲的電壓，完成對(duì)溫度的控制。4.3.2 pid指令向?qū)?編寫(xiě)pid控制程序