PLC控制溫度濕度壓力傳感器

1、摘 要 目前對于工廠環(huán)境的監(jiān)測和控制，基本上是人工進(jìn)行的，勞動強(qiáng)度大，繁瑣。由于人工反應(yīng)不及時，造成損失的現(xiàn)象時有發(fā)生。而且現(xiàn)在許多工廠車間對于環(huán)境的要求越來越高，固有的監(jiān)測和控制方法已經(jīng)不能滿足其需求。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC技術(shù)被更廣泛的應(yīng)用于實(shí)時監(jiān)測和控制中來。通過PLC技術(shù)的應(yīng)用，能夠清晰直觀并且實(shí)時的收集信息，并自動快速的做出反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對車間環(huán)境的自動化、智能化。本論文主要講述了基于以西門子S7-200系列可編程控制器（PLC）為主要的控制元件，采用PID算法進(jìn)行控制，運(yùn)用PLC梯形圖編程語言進(jìn)行編程。本次設(shè)計的目的是實(shí)現(xiàn)對工廠環(huán)境的溫度，濕度及管道壓力進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和顯示，并通過

2、PID算法對溫度、濕度和壓力進(jìn)行控制，使環(huán)境可以維持在工業(yè)要求的范圍內(nèi)。關(guān)鍵詞： 溫度 濕度 壓力 可編程控制器 ABSTRACT Now the monitoring and controlling of factory environment is basically a manual of labor-intensive and cumbersome. Artificial response in a timely manner, resulting in the phenomenon of the loss occurred. And now, the increasingly hig

3、h demand for many of the factory floor environment, inherent in the monitoring and control methods have been unable to meet their needs. With the development of PLC technology, PLC technology is more widely used in the real-time monitoring and control. Through the application of PLC technology, clea

4、r and intuitive and real-time collection of information, automatically and quickly respond to the automation of the workshop environment, intelligent.This paper mainly based on Siemens S7-200 series programmable controller (PLC) for the control of the main components,the use of the PID algorithm,the

5、 use of PLC ladder programming language programming,to achieve the factory environment, temperature, humidity and pressure of the pipeline real-time monitoring and display, and at the same temperature, humidity and pressure control design method.Key words: temperature humidity pressure PLC 目錄 TOC o

6、1-3 h z u HYPERLINK l _Toc22863 摘 要 PAGEREF _Toc22863 I HYPERLINK l _Toc21637 ABSTRACT PAGEREF _Toc21637 II HYPERLINK l _Toc14369 目錄 PAGEREF _Toc14369 III HYPERLINK l _Toc6087 第一章 引言 PAGEREF _Toc6087 1 HYPERLINK l _Toc31447 1.1 課題的背景和意義 PAGEREF _Toc31447 1 HYPERLINK l _Toc10062 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _

7、Toc10062 1 HYPERLINK l _Toc19942 1.3 本課題的主要研究內(nèi)容 PAGEREF _Toc19942 2 HYPERLINK l _Toc3928 第二章 PID算法介紹 PAGEREF _Toc3928 3 HYPERLINK l _Toc16322 PID算法簡介 PAGEREF _Toc16322 3 HYPERLINK l _Toc21235 2.2 PID參數(shù)的調(diào)整 PAGEREF _Toc21235 4 HYPERLINK l _Toc25608 2.3 PID控制的應(yīng)用 PAGEREF _Toc25608 5 HYPERLINK l _Toc2688

8、0 第三章 基于PLC監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc26880 7 HYPERLINK l _Toc10467 3.1 系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)與參數(shù) PAGEREF _Toc10467 7 HYPERLINK l _Toc22154 3.2 系統(tǒng)設(shè)計方案的論證 PAGEREF _Toc22154 7 HYPERLINK l _Toc14483 3.3 PLC的概述及選型 PAGEREF _Toc14483 7 HYPERLINK l _Toc30889 3.3.1 PLC的產(chǎn)生和應(yīng)用 PAGEREF _Toc30889 8 HYPERLINK l _Toc20552 3.3.3 PL

9、C的選型 PAGEREF _Toc20552 10 HYPERLINK l _Toc25209 3.4 傳感器的選擇 PAGEREF _Toc25209 11 HYPERLINK l _Toc32425 3.4.1 溫度傳感器的選擇 PAGEREF _Toc32425 11 HYPERLINK l _Toc6143 3.4.2 濕度傳感器 PAGEREF _Toc6143 13 HYPERLINK l _Toc4031 3.5 模塊的配置和應(yīng)用 PAGEREF _Toc4031 15 HYPERLINK l _Toc29927 3.6 其他元器件的選擇 PAGEREF _Toc29927 16

10、 HYPERLINK l _Toc22820 3.7 系統(tǒng)硬件接線圖 PAGEREF _Toc22820 17 HYPERLINK l _Toc18049 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc18049 19 HYPERLINK l _Toc28826 4.1 常用PLC程序的設(shè)計方法 PAGEREF _Toc28826 19 HYPERLINK l _Toc6768 4.2 系統(tǒng)流程圖 PAGEREF _Toc6768 19 HYPERLINK l _Toc26749 4.3 溫度監(jiān)控程序的設(shè)計 PAGEREF _Toc26749 20 HYPERLINK l _Toc4056

11、4.4 濕度監(jiān)控程序設(shè)計 PAGEREF _Toc4056 25 HYPERLINK l _Toc18608 4.5 壓力監(jiān)控子程序 PAGEREF _Toc18608 28 HYPERLINK l _Toc10013 結(jié)論 PAGEREF _Toc10013 33 HYPERLINK l _Toc28653 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc28653 34 HYPERLINK l _Toc11368 致謝及聲明 PAGEREF _Toc11368 35 第一章 引言1.1 課題的背景和意義 溫度、濕度、壓力和人類的生產(chǎn)、生活有著密切的關(guān)系，同時也是工業(yè)生產(chǎn)中最常見最基本的工藝參數(shù)，例如機(jī)械

12、、電子、石油、化工等各類工業(yè)中廣泛需要對溫度、濕度、壓力的檢測和控制。并且隨著人們生活水平的提高，人們對生存環(huán)境越來越關(guān)注，而空氣中的濕溫度變化與人體的舒適度和情緒都有著直接的影響，所以對溫度、濕度的檢測及控制是非常有必要的。而且現(xiàn)在管道爆炸的現(xiàn)象也時有發(fā)生，因此對于管道壓力的檢測和控制也是必不可少的?？傊?，環(huán)境溫濕度及管道壓力的檢測與調(diào)節(jié)儀器的設(shè)計和開發(fā)具有非常大的市場前景和實(shí)用價值。 本設(shè)計是基于西門子S7-200系列PLC為主要控制元件進(jìn)行設(shè)計的，可編程控制器（PLC）是綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、人機(jī)對話的一種新型的、通用的自動控制裝置。它具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡

13、單、通用性強(qiáng)，易于編程、使用靈活方便，功能強(qiáng)及適應(yīng)工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用等一系列優(yōu)點(diǎn)，近年來在工業(yè)自動化、機(jī)電一體化、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)等方面應(yīng)用越來越廣，成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱產(chǎn)業(yè)之一。PLC的最終目標(biāo)是用于實(shí)踐，提高生產(chǎn)能力及產(chǎn)品質(zhì)量。如今，PLC技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為世界潮流，PLC技術(shù)將在我國得到更全面的推廣應(yīng)用。 本文主要介紹利用PLC的相關(guān)知識實(shí)現(xiàn)對車間溫度、濕度及管道壓力的實(shí)時檢測、顯示并且能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制的設(shè)計方法。此設(shè)計不僅要求能夠?qū)貪穸群蛪毫Φ臋z測顯示，更重要的是實(shí)現(xiàn)其控制作用。在此過程中，用到了PID閉環(huán)控制技術(shù)以實(shí)現(xiàn)對溫濕度和壓力的控制，使其穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。此設(shè)計解決了人工操作繁

14、瑣，誤差大的缺點(diǎn)。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀自70年代以來，由于工業(yè)發(fā)展及功業(yè)技藝的要求越來越嚴(yán)格，對于控制系統(tǒng)的要求也越來越迫切，而且現(xiàn)在由于集成電路和計算機(jī)技術(shù)以及自動控制理論的發(fā)展，國內(nèi)外控制系統(tǒng)的發(fā)展速度也有了很大的提高，并在自動化，適應(yīng)性、整定參數(shù)等方面取得成果，在這方面，以日本、美國等國的技術(shù)比較優(yōu)越，也生產(chǎn)出了許多功能強(qiáng)大、性能好的儀器儀表，并在各行各業(yè)廣泛應(yīng)用。它們主要有以下特點(diǎn)：1）適應(yīng)于大慣性、大滯后等復(fù)雜的參數(shù)控制體統(tǒng)的控制。2）能適應(yīng)于數(shù)學(xué)模型難以建立的參數(shù)控制系統(tǒng)的控制。3）能適用于過程復(fù)雜、參數(shù)時變的參數(shù)控制系統(tǒng)的控制。4）這些參數(shù)控制系統(tǒng)普遍采用自校正控制、自適應(yīng)控制

15、、人工智能控制、模糊控制等先進(jìn)控制理論及計算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用各種先進(jìn)的算法，實(shí)現(xiàn)的功能更加豐富，適用的范圍更加廣泛，5）參數(shù)控制器普遍具有參數(shù)整定功能。借助于計算機(jī)軟件技術(shù)，參數(shù)控制器具有對控制參數(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。隨控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用廣泛，但從國內(nèi)參數(shù)控制系統(tǒng)的設(shè)計來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進(jìn)國家的發(fā)展相比仍然有著較大的差距。目前，我國在這一領(lǐng)域的發(fā)展水平只相當(dāng)于20世紀(jì)80年代中后期的水平，已經(jīng)初具規(guī)模的產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制和常規(guī)的PID控制器為主，它只能適用于一般的參數(shù)系統(tǒng)的控制，難以控制滯后、復(fù)雜、時變參數(shù)系統(tǒng)?，F(xiàn)代控制系統(tǒng)應(yīng)

16、能適應(yīng)于較高的控制場合實(shí)現(xiàn)智能化、自動化，在這一方面的技術(shù)國內(nèi)還不十分成熟。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對各種控制系統(tǒng)的要求越來越高，因此，高精度、智能化、人性化的參數(shù)控制系統(tǒng)是國內(nèi)外必然發(fā)展的趨勢。1.3 本課題的主要研究內(nèi)容以車間環(huán)境為被控對象，以溫度、濕度、壓力為被控參數(shù)，以加熱器，加濕器，閥門的開關(guān)為控制參數(shù)，以PLC為控制器，構(gòu)成控制系統(tǒng)；采用PID算法，運(yùn)用PLC梯形圖編程語言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫濕度及壓力的自動控制。 PLC技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)上的應(yīng)用，通過分析和研究系統(tǒng)的硬件配置、原理圖的設(shè)計、程序的設(shè)計，建立數(shù)學(xué)模型、選擇算法、整定參數(shù)、人機(jī)界面的合理布局等。論文通過對西門子公司的

17、S7-200系列可編程控制器的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)其監(jiān)控功能。首先，由傳感器將檢測到的實(shí)際量轉(zhuǎn)化為電流信號，經(jīng)過模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到PLC中，經(jīng)過PLC中指令的處理，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、判斷，然后輸出顯示并預(yù)報警，在控制過程中需要應(yīng)用PID調(diào)節(jié)，PID控制器輸出轉(zhuǎn)化為0-10mA的電流信號輸出來控制各類儀器，使各參數(shù)穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。第二章 PID算法介紹2.1 PID算法簡介 現(xiàn)在的自動控制技術(shù)大多都是基于反饋控制來設(shè)計的。反饋設(shè)計技術(shù)包括三個基本環(huán)節(jié)：測量、比較和執(zhí)行。測量獲得的是工程需要控制的變量，并把它與設(shè)定值進(jìn)行比較，在測量值和設(shè)定值之間存在誤差，通過此誤差來糾正和控制系統(tǒng)的輸出。在自動

18、過程控制中應(yīng)用的反饋技術(shù)關(guān)鍵是：把測量值與設(shè)定值進(jìn)行正確的比較后，如何利用比較后的結(jié)果來調(diào)節(jié)系統(tǒng)誤差，使系統(tǒng)可以處于設(shè)定值的穩(wěn)定工作狀態(tài)。 在過去的幾十年一直到現(xiàn)在，PID控制（即比例積分微分控制）廣泛的應(yīng)用于工業(yè)過程控制中?，F(xiàn)在工業(yè)的高速發(fā)展，對于控制技術(shù)的要求加大，在這樣的推動下其也有了長足的發(fā)展，在工業(yè)自動化過程控制中大約有90%以上的控制采用PID控制。 PID控制由比例控制環(huán)節(jié)（P）、積分控制環(huán)節(jié)（I）和微分控制環(huán)節(jié)（D）三部分組成，PID的控制原理清晰易懂，不需要很高的基礎(chǔ)，PID控制規(guī)律可以簡單的表示為： 現(xiàn)階段能被廣泛應(yīng)用的控制技術(shù)就是PID控制，他的使用方法靈活多變，通俗易懂

19、，而廣受歡迎。已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品，使用時只需要將其三個參數(shù)（KP，KI和KD）進(jìn)行整定計算就可以了。有很多情況可能不需要三個環(huán)節(jié)都使用，這個時候我們也可以只用一到兩個單元，但是在PID控制中比例控制是不能少的。PID控制的優(yōu)點(diǎn)如下： PID的控制原理比較簡單，使用起來也比較方便，PID的其他部分不用改變，只需要根據(jù)其動態(tài)特性的變動而重新設(shè)定這三個參數(shù)KP、KI和KD就可以了。（2） 適應(yīng)的環(huán)境多樣，PID控制器現(xiàn)在已經(jīng)有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，并且已經(jīng)商品化，即使目前才開發(fā)出來的過程控制計算機(jī)，他也是建立在在PID控制的基礎(chǔ)之上的，PID在現(xiàn)代控制中仍然是處于絕對地位的，這樣造就了PID的應(yīng)用范圍更加廣泛。

20、 在科學(xué)技術(shù)尤其是計算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，雖然涌現(xiàn)出了許多新的控制方法，但PID仍因其自身的優(yōu)點(diǎn)而得到了最廣泛的應(yīng)用，PID控制規(guī)律仍是最普遍的控制規(guī)律。PID控制器是最簡單且許多時候最好的控制器，特別是在過程控制中應(yīng)用最廣泛。2.2 PID參數(shù)的調(diào)整 控制器參數(shù)整定：是指對調(diào)節(jié)器的比例增益KP、積分時間TI、微分時間TD和采樣時間TS 進(jìn)行整定，就是確定其值。 整定的過程就是觀察系統(tǒng)的響應(yīng)，調(diào)整調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)，讓它的各種特性和能夠與過程特性相一致，以改善動態(tài)過程和靜態(tài)的指標(biāo)，使其控制得到的結(jié)果達(dá)到最佳?，F(xiàn)在常用的整定方法有兩大類，即工程整定法和理論計算整定法。理論計算整定法需要知道被控對

21、象的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)系統(tǒng)確定的參數(shù)指標(biāo)，利用理論計算（即微分方程、根軌跡、頻率法等），求得的系統(tǒng)參數(shù)。此方法不僅計算量大且復(fù)雜，而且數(shù)學(xué)模型的建立是通過分析法或?qū)嶒灉y定法而得到的，因此只能近似的反映系統(tǒng)的動態(tài)特征，由此方法得到的整定參數(shù)精度不能達(dá)到很高，在工程上沒有被廣泛的應(yīng)用。工程整定法是一種不用知道對象的數(shù)學(xué)模型，不用知道理論計算的理論知識就能在自動控制系統(tǒng)當(dāng)中直接進(jìn)行整定的方法。由于它是一種簡單實(shí)用的方法，因此其在實(shí)際工程中被廣泛的應(yīng)用。常用的工程整定法有臨界比例度法、經(jīng)驗整定法、自整定法、衰減曲線法等。經(jīng)驗整定法的整定步驟可分為先整定比例環(huán)節(jié)、整定積分環(huán)節(jié)、最后整定微分環(huán)節(jié)三步： 1.比

22、例控制環(huán)節(jié)的整定：由小到大改變比例增益KC，觀察此過程中的響應(yīng)曲線，直至得到反應(yīng)最快、超調(diào)量最小的響應(yīng)曲線，此時的增益為最佳值，即整定值。2.積分控制環(huán)節(jié)的整定：若是只用比例控制不能滿足穩(wěn)態(tài)誤差的要求，此時就要考慮加入積分控制環(huán)節(jié)。首先將通過步驟1中確定的比例控制系數(shù)減小5080，再裝入一個較大的積分時間TI，觀測得到的響應(yīng)曲線。然后慢慢的減小積分時間，使積分作用加大，同時根據(jù)響應(yīng)曲線的變化調(diào)整KC，這樣反復(fù)的試驗各個數(shù)值，直到得到較滿意的響應(yīng)曲線，這樣就可以得到比例和積分參數(shù)的整定值。3.整定微分環(huán)節(jié)：若經(jīng)過步驟（2），得到的比例積分控制參數(shù)只能消除穩(wěn)態(tài)誤差，而對于動態(tài)過程中的誤差不能有很好

23、的效果，此時則應(yīng)加入微分控制，構(gòu)成比例積分微分控制。微分時間的整定首先將微分時間TD置0，逐漸加大微分時間TD，同時根據(jù)響應(yīng)曲線的變化相應(yīng)地對比例系數(shù)和積分時間進(jìn)行微調(diào)，反復(fù)試驗直至獲得滿意的控制效果這樣就得到了系統(tǒng)需要的PID控制參數(shù)。對于采樣周期，通常根據(jù)工作過程和外界干擾的幅度來確定。對于響應(yīng)速度快容易受到干擾的控制系統(tǒng)，一般采樣周期要選擇時間較短的；反之，采樣周期應(yīng)該選取時間較長的。采樣周期的選取還應(yīng)該綜合考慮到PI D 參數(shù)的作用，采樣周期與參數(shù)的調(diào)整應(yīng)該配合選擇，必須注意的采樣周期的選擇應(yīng)遠(yuǎn)小于過程中出現(xiàn)的擾動信號周期，有些執(zhí)行器的響應(yīng)時間比較長，這時采樣周期如果選取的較小時，這樣

24、的系統(tǒng)將失去意義，因此需要適當(dāng)選擇大一點(diǎn)的采樣周期；在能夠滿足計算機(jī)運(yùn)算速度的要求下，采樣周期選取的越短，則控制器的控制效果越好；當(dāng)系統(tǒng)的響應(yīng)純滯后時間比較長時，一般我們把采樣周期選為純滯后時間的1/41/8。根據(jù)經(jīng)驗采樣周期，在本設(shè)計中溫度的采樣周期選擇15S，濕度的采樣周期選擇10S，壓力的采樣周期選擇5S。表 經(jīng)驗采樣周期被測參數(shù)采樣周期T（s）備 注壓力310優(yōu)先選用48（s）溫度1520或純滯后時間，串級系統(tǒng)：副環(huán)主環(huán)濕度 10152.3 PID控制的應(yīng)用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： 西門子S7-200中的PID算法的算式為： 式

25、中 第n采樣時刻的計算值； 增益； 采樣周期； 積分時間； 微分時間； 第n采樣時刻的給定值； 第n采樣時刻的過程變量值； 第n-1采樣的積分項 PID控制各環(huán)節(jié)的控制作用：c的加大，能夠使系統(tǒng)的動作更加迅速，減小穩(wěn)態(tài)誤差，增加振蕩次數(shù)，加長調(diào)節(jié)時間。但是比例系數(shù)過大時，系統(tǒng)狀態(tài)將會趨于不穩(wěn)定。而比例系數(shù)太小，又會使系統(tǒng)的反應(yīng)時間增加。比例系數(shù)可以選負(fù)數(shù)，這主要是由控制器件、傳感器以控制對象的特性決定的。如果比例系數(shù)的符號選擇不當(dāng)，過程變量就會離設(shè)定值越來越遠(yuǎn)，若遇到如此情況，則c的符號就一定要取反。積分控制的作用是減弱甚至消除穩(wěn)態(tài)誤差能夠提高系統(tǒng)的精度，但是也會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。積分時間i

26、 越小，其積分作用越強(qiáng)，當(dāng)積分作用過強(qiáng)時，會使系統(tǒng)不穩(wěn)定。微分控制的作用是可以改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，微分時間的大小影響系統(tǒng)的超調(diào)量，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間。PID指令的使用：1、建立回路表，回路表格式如下表1所示。 表 2.1 PID的回路表偏移地址域格式定時器類型中斷描述0過程變量PVREAL輸入4設(shè)定值SPREAL輸入8輸出值MREAL輸入/輸出12增益KREAL輸入比例常數(shù)，可正可負(fù)16采樣時間TREAL輸入單位s，必須是正數(shù)20積分時間TREAL輸入單位min，必須是正數(shù)24微分時間TREAL輸入單位min，必須是正數(shù)28積分前項MXREAL輸入/輸出32過程變量前值PVREAL輸入/輸出包

27、含最后一次執(zhí)行PID指令時存儲的過程變量值2、對采樣的過程數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)歸一化處理，第一步是將實(shí)際數(shù)值從16位整數(shù)數(shù)值轉(zhuǎn)換成32位的實(shí)數(shù)值，第二步是將數(shù)值的實(shí)數(shù)變化為在0.01.0之間的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，在歸一化的過程中，對于單極性的數(shù)據(jù)，除以32000，雙極性的數(shù)據(jù)除以64000。3、用PID指令進(jìn)行計算。 注意：每個回路的回路號不能相同，回路號有07，所以程序中最多能夠使用8條PID指令。4、在回路輸出被應(yīng)用于驅(qū)動外部設(shè)備前，回路輸出必須被轉(zhuǎn)換成16位的整數(shù)，其實(shí)就是輸入的逆變換?；赑LC監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計 1、能夠精確地實(shí)現(xiàn)對車間溫度的檢測，測溫范圍255。 2、能夠?qū)崿F(xiàn)對車間濕度的檢測，測量濕

28、度的范圍為50RH5%RH。 3、能夠精確地實(shí)現(xiàn)對車間管道壓力的檢測，測量壓力的范圍為5MPa。 4、能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度及壓力的同時顯示，并能判斷報警。能夠?qū)崿F(xiàn)對溫濕度及壓力的閉環(huán)控制。 與其他微型計算機(jī)相比，PLC擁有更多的優(yōu)勢，PLC更適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，具有更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能和功能指令集，編程簡單，編程指令模塊化，能夠?qū)崿F(xiàn)就地編程、監(jiān)控、通訊等功能，還能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。PLC的梯形圖語言直觀、清晰、可讀性強(qiáng)，易于掌握。PLC具有豐富的功能指令，能夠?qū)崿F(xiàn)加 減乘除四則基本運(yùn)算,數(shù)據(jù)的傳送、比較、移位、轉(zhuǎn)換,堆棧等功能，還具有實(shí)時時鐘指令，使定時及時間的設(shè)置與顯示功能得以實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)總原理框

29、圖如圖所示. 圖 3.1 系統(tǒng)總原理圖3.3 PLC的概述及選型 PLC是在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用的背景下設(shè)計的一種數(shù)字運(yùn)算操作的工業(yè)控制計算機(jī)，可編程控制器采用可編程的存儲器以記憶、儲存和執(zhí)行邏輯、順序、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能，并通過輸入和輸出來控制各類儀器或生產(chǎn)過程。3.3.1 PLC的產(chǎn)生和應(yīng)用1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（GEC）首先成功研制第一臺可編程控制器PDP-14，并在GM公司的汽車自動裝配線上試用成功，開創(chuàng)了工業(yè)控制的新局面。1971年日本引進(jìn)此項技術(shù)，很快研制出日本第一臺可編程控制器DSC-8。我國從1974年開始研制，1977年開始在工業(yè)中推廣應(yīng)用。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，隨著電子

30、技術(shù)的發(fā)展，尤其是PLC采用通用微處理器，這種控制器不再局限于當(dāng)初的邏輯運(yùn)算，功能不斷增強(qiáng)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，由于微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以16位和32位微處理器構(gòu)成的PLC得到長足的發(fā)展，使PLC的功能有了新的突破，可靠性提高，體積和功耗減小，編程更為靈活方便，故障檢測更加準(zhǔn)確。目前，隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，功能的不斷豐富，PLC的應(yīng)用越來越廣泛，被應(yīng)用于順序控制、運(yùn)動控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域?，F(xiàn)在PLC在國內(nèi)外已被鋼鐵、采礦、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、造紙、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)所廣泛應(yīng)用。3.3.2 PLC的組成和工作原理可編程控制器一般由中央處理單元（CPU）、存

31、儲器（ROM/RAM）、輸入/輸出單元、（I/O單元）、編程器、電源等主要部件組成，如圖2所示。1中央處理單元（CPU）中央處理單元（CPU）一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，利用集成圖 3.2 可編程控制器基本結(jié)構(gòu)框圖電路技術(shù)，把這些電路集中在一個芯片內(nèi)。CPU是通過總線與外部連接的。CPU是PLC的核心部件，它按PLC中存儲的系統(tǒng)程序賦予的功能來控制PLC工作，用戶程序和數(shù)據(jù)是在運(yùn)行前存入存儲器中的，當(dāng)PLC運(yùn)行時，CPU以掃描的方式來執(zhí)行用戶編寫的程序。CPU的主要任務(wù)是接收并存儲用戶程序和數(shù)據(jù)；用掃描的方式通過I/O口接收由輸入裝置送來的現(xiàn)場信號的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映像寄存器和規(guī)定

32、的數(shù)據(jù)存儲器中；診斷電源和PLC的工作狀態(tài)以及編程過程中出現(xiàn)的語法錯誤；PLC運(yùn)行狀態(tài)時，在CPU中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及運(yùn)算等功能。 2. 存儲器PLC的存儲器分為兩部分：系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器是用來存放生產(chǎn)廠家編寫的固有程序，用戶是不能修改的。它是PLC能夠完成其他工作的基礎(chǔ)，系統(tǒng)程序包括三部分：系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用管理程序。用戶存儲器包括程序和數(shù)據(jù)存儲器兩部分。程序存儲器存放的是用戶編寫的應(yīng)用程序，現(xiàn)在常用的存儲器有ROM、EPROM和EEPROM存儲器，其內(nèi)容用戶可以修改。用戶數(shù)據(jù)存儲器存放的是程序中的狀態(tài)和數(shù)據(jù)等。存儲器的大小是PLC性能指標(biāo)之一

33、。 3. 輸入輸出單元 輸入輸出單元（I/O口）是PLC與電氣回路的接口。PLC的輸入/輸出單元包含兩部分：與被控設(shè)備相連接的接口電路和輸入輸出的映像寄存器。輸入單元接收輸入設(shè)備的各種控制信號，接口電路轉(zhuǎn)換為能識別的信號并存入輸入映像寄存器。輸出映像寄存器是儲存處理結(jié)果的，輸出映像寄存器有輸出點(diǎn)相對應(yīng)的觸發(fā)器組成，輸出接口電路是將處理后的弱電信號轉(zhuǎn)換成強(qiáng)電信號輸出。PLC的輸入和輸出信號類型分為兩類：開關(guān)量和模擬量。開關(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：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-1

34、0V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。PLC所使用的電源有220V的交流電或24V直流電源，其內(nèi)部還有開關(guān)電源，PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源，有的還為輸入電路提供24V的工作電源，開關(guān)電源為為內(nèi)部電路提供5V電源。可編程控制器的工作原理:PLC是一種工業(yè)控制計算機(jī)，其工作原理是建立在計算機(jī)工作原理的基礎(chǔ)上，而CPU是以分時操作的方式來處理各項任務(wù)，計算機(jī)在每一瞬間只能處理一項任務(wù)，所以程序的執(zhí)行是按編入程序的順序一步一步完成的，這樣我們就稱作其是在時間上的串行（即串行工作方式）。PLC是以循環(huán)掃描，順序執(zhí)行的方式來工作的。一

35、次執(zhí)行全部程序掃描所需的時間稱為掃描周期或工作周期。PLC一個掃描周期就是從 CPU 執(zhí)行第一條指令開始，然后按照程序編寫的順序一條一條地執(zhí)行用戶程序直到最后一條用戶程序執(zhí)行結(jié)束，然后回到第一條指令的時間。CPU會再次從第一條開始掃描， PLC 的執(zhí)行就是這樣一遍一遍的重復(fù)上述掃描過程的。3.3.3 PLC的選型1.PLC機(jī)型的選擇 PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時應(yīng)主要考慮以下幾點(diǎn)。 1）合理的結(jié)構(gòu)形式 PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)形式。整體式PLC的每個I/O點(diǎn)的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小，一般用于系統(tǒng)工藝

36、過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能拓展靈活方便，當(dāng)I/O點(diǎn)數(shù)不足時，只需加入I/O拓展模塊就可以了，現(xiàn)已開發(fā)了許多實(shí)用的模塊，在模塊的選擇上有很大的余地，而且模塊的維修方便簡單，廠家提供維修服務(wù)。此類形式常用于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 2）安裝方式的選擇 PLC的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程I/O式及多臺聯(lián)網(wǎng)分布式。集中式安裝不需要裝配驅(qū)動遠(yuǎn)程I/O的硬件結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的反應(yīng)能力強(qiáng)，安裝成本低；遠(yuǎn)程I/O式適用于大型系統(tǒng)的安裝，系統(tǒng)的部件裝置可以分布范圍在很廣的范圍內(nèi)，可以在現(xiàn)場安裝控制裝置，這樣可以得到一個連線短的系統(tǒng)，但需要額外的裝設(shè)驅(qū)動器和遠(yuǎn)程I/O電源；多臺聯(lián)網(wǎng)分布式多被應(yīng)用于多臺設(shè)

37、備既能分別獨(dú)立控制，又得把他們互相聯(lián)系起來的系統(tǒng)中，在此方式下必須用到通訊模塊來連接各部分的設(shè)備。 3）功能要求 一般小型都PLC都能實(shí)現(xiàn)運(yùn)算、定時、計數(shù)等功能，對于只需要開關(guān)控制的設(shè)備都可滿足。對于以開關(guān)量為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)可選用具有加減運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型抵擋PLC。對于控制功能復(fù)雜的系統(tǒng)可選用中高檔PLC。中高檔PLC價格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。 PLC容量的選擇包括I/O點(diǎn)數(shù)和用戶存儲容量選擇兩方面。 1）根據(jù)對控制設(shè)備的分析，有被控對象的輸入、輸出信號的實(shí)際需要，再加上10%15%的徐亮來確定所需的I/O點(diǎn)數(shù)，另外注意，一般同時接通的輸入點(diǎn)數(shù)

38、不得超過總輸入點(diǎn)的60%。PLC的輸出點(diǎn)可以分共點(diǎn)式、分組式和隔離式幾種接法。 2）存儲容量的選擇 存儲容量的計算我們不可能做到精確，粗略計算時就要留有很大的余量。在只有開關(guān)量的控制的系統(tǒng)中，可以用輸入量的總點(diǎn)數(shù)*10字/點(diǎn)+輸出量的總點(diǎn)數(shù)*5字/點(diǎn)來估算；計數(shù)器/定時器按（35）字/個來粗略估算；需要進(jìn)行運(yùn)算處理時按（510）字/量來粗略估算；在有模擬量控制的系統(tǒng)中，可以按每個接口200字以上的數(shù)量估算。最后，一般在經(jīng)過以上估算后容量的基礎(chǔ)上再加50%100%的裕量。本設(shè)計采用德國西門子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)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控

39、制的自動化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(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系列具有極高的性價比。 S7-200 系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等類型。本系統(tǒng)中需要2個數(shù)字輸入，15個數(shù)字量輸出，另外因為有溫度、濕度和壓力三個模擬量的輸入，需要模擬量輸入擴(kuò)展模塊，又有3路模擬量輸出，需要模擬量輸出擴(kuò)展模塊。S7-200 CPU226集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O 點(diǎn)。可連接7個擴(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)。其I/O口足夠使用，且有模擬量擴(kuò)展模塊。因此選用S7-200 CP

40、U226。3.4 傳感器的選擇 溫度傳感器的選擇 圖 DS18B20的外形及管腳排列圖 圖 3.4 DS18B20內(nèi)部功能模塊 GND為電源接地線，DQ為數(shù)據(jù)信號輸入/輸出端，通過一個較弱的上拉電阻與PLC相連。VDD為外接供電電源輸入端，范圍3O5.5 V。DS18B20內(nèi)部功能模塊如圖3.4所示， DS18B20的工作原理:DS18B20的測溫原理與DS1820相同，只是因分辨率不同得到的溫度值的位數(shù)DS18B20 為9位12位，而DS1820為9位，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間變?yōu)?50mS,DS18B20的測溫原理圖如圖3.5所示。雖然現(xiàn)在高精度芯片的采用,但由于技術(shù)問題在實(shí)際情況上比較難實(shí)

41、現(xiàn),而實(shí)際精度不能達(dá)到很高的數(shù)值，不過溫度寄存器中的數(shù)值基本可確定為所測溫度。 斜率累加器的作用就是為了減少這一誤差，它能夠補(bǔ)償和修正測溫過程中的誤差，修正計數(shù)器1的預(yù)置值。圖中低溫度系數(shù)振蕩器的晶振振蕩頻率受溫度影響很小，固其能夠產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號，用于計數(shù)器1的輸入。而高溫度系數(shù)振蕩器的晶振振蕩頻率隨溫度變化有著明顯的改變，所產(chǎn)生的脈沖信號用于計數(shù)器2的輸入。預(yù)置計數(shù)器1和溫度寄存器的一個基數(shù)值，為在55所對應(yīng)時。低溫度系數(shù)振蕩器晶振產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)過計數(shù)器1的減法計數(shù)，當(dāng)減到0時，溫度寄存器中的數(shù)據(jù)值將加1，重新裝入計數(shù)器1的預(yù)置，低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號在經(jīng)過計數(shù)器1的減法計數(shù)

42、，循環(huán)執(zhí)行，直到計數(shù)器2內(nèi)的數(shù)據(jù)減到0時，停止溫度寄存器內(nèi)值的累加，此時溫度寄存器內(nèi)的數(shù)值就是現(xiàn)場所測得溫度。DS18B20的寄存器結(jié)構(gòu)的配置，低五位一直都是1，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式或測試模式。在其出廠時改為被設(shè)置為，用戶不要改動。R1和R0用來設(shè)置分辨率。 圖 3.5 DS18B20的測溫原理框圖 濕度傳感器空氣濕度的測量有很多種方法，濕度傳感器的工作原理是其內(nèi)置的物質(zhì)從周圍環(huán)境中吸收水分后引起的物質(zhì)形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化，將這種變化以某種等價方式獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。最常用的有電容式、電阻式和濕漲式濕敏元件，分別是根據(jù)其內(nèi)置物質(zhì)吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和

43、體積的變化而測量得到濕度的。下面介紹HS1100（頂端接觸）/HS1101（側(cè)面接觸）濕度傳感器的特性及其應(yīng)用。1. 主要特性（1）不需校準(zhǔn)的完全互換性；（2）可靠性高和長期穩(wěn)定性；（3）響應(yīng)時間快速；（4）使用方便體積?。唬?）能夠適用于線性電壓和頻率兩種輸出電路；（6）適宜于流水線自動插件的制造和自動裝配過程等。相對濕度的范圍是0100%RH，電容量的變化為16pF變到200pF，其誤差為，可見其有較高的精度。2. 工作原理HS1100/HS1101電容傳感器，在電路圖中就是一個電容器件，這個電容有著其自身特點(diǎn)：隨著空氣中濕度的改變其電容量也就改變，如何把電容的變化量等價的轉(zhuǎn)換為能夠被計算

44、機(jī)識別的信號，常用的方法是將該濕敏電容連接在555振蕩電路中，555振蕩電路的連接如圖所示，其可以把電容值的變化量轉(zhuǎn)為易于被計算機(jī)識別的與之成反比的電壓頻率信號。HS1100/HS1101濕度傳感器在不同的相對濕度中其電容值是不同的，而電容值得改變使電路輸出的頻率也發(fā)生相應(yīng)的改變，HS1100/HS1101的容值隨著相對濕度的增大而增大，而輸出頻率與之成反比，因此輸出頻率的變化是隨著相對濕度值的變大而變小，即頻率降低。表給出了輸出頻率的典型值。 表 3.1 典型頻率值（參考點(diǎn)：25，相對濕度：50%，輸出頻率：6728KHZ)濕度 %RH頻率HZ濕度 %RH頻率HZ07351606600107

45、2247064682071008063303069769061684068531006033506728圖3.6給出了HS1101典型頻率輸出的555測量振蕩電路，集成定時器555未接電阻R4、R2與濕敏電容C，構(gòu)成對C的充電回路并將引腳2、6端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。另外，R3是防止輸出短路的保護(hù)電阻，R1用于平衡溫度系數(shù)。 圖 3.6 HS1101典型555應(yīng)用電路3.5 模塊的配置和應(yīng)用本設(shè)計需要測量溫度、濕度和壓力三路模擬量信號，也需要三路模擬量信號的輸出，而在PLC中應(yīng)用的是數(shù)字量，所以就需要用到模擬量輸入模塊輸出模塊，因為有三路模擬量輸入、三

46、路模擬量輸出，因此本設(shè)計選用的模塊有模擬量輸入/輸出模塊為EM235和模擬量輸出模塊EM232。因為EM235為三路模擬量輸入、一路模擬量輸出，EM232有兩路模擬量輸出，選用此兩個模塊能夠滿足系統(tǒng)的要求。EM235配置 表 3.2 EM235選擇模擬量輸入范圍的開關(guān)表單極性滿量程輸入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFON0到50mVVOFFONOFFONOFFON0到100mV25VONOFFOFFOFFONON0到500mV125AOFFONOFFOFFONON0到1V250VONOFFOFFOFFOFFON0到5VONOFFOFFOFFOFFON0到20

47、mA5AOFFONOFFOFFOFFON0到10V雙極性滿量程輸入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFOFF25mVVOFFONOFFONOFFOFF50mV25VOFFOFFONONOFFOFF100mV50VONOFFOFFOFFONOFF250mV125VOFFONOFFOFFONOFF500mV250VOFFOFFONOFFONOFF1V500VONOFFOFFOFFOFFOFFOFFONOFFOFFOFFOFF5VOFFOFFONOFFOFFOFF10V5mV EM235模塊如何用DIP開關(guān)設(shè)置如表所示。開關(guān)16可選擇模擬量的單/雙極性、增益、衰減性和

48、輸入范圍。DIP開關(guān)SW6決定模擬量輸入的單雙極性，當(dāng)SW6為ON時為單極性輸入，SW6為OFF為雙極性輸入。SW4和SW5決定其增益的選擇，SW1,SW2,SW3共同決定了其衰減性的選擇，下表中，ON為接通，OFF為斷開。3.6 其他元器件的選擇常用的LED顯示器是由LED二級管組成，七段LED顯示器是由七個LED二極管組成七個放光段所構(gòu)成，這七個發(fā)光段通常標(biāo)記為a,b,c,d,e,f和g，通過控制這七個二極管的點(diǎn)亮和熄滅，可顯示09和A,B,C,D,E,F也能顯示H,L,P等字符。LED顯示器是由發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示發(fā)光器件，二極管有陰陽極之分，因此七段數(shù)碼管就可以有兩種接線方式即共陰極方

49、式和共陽極方式。封裝時，共陽極連接是把七段LED二極管的陽極連接在一點(diǎn)上，而其陰極連到封裝后器件的相應(yīng)引腳上。當(dāng)要點(diǎn)亮某一段時，在陽極上加入+5V的電壓，在相應(yīng)的引腳接入低電平即可。對于LED顯示器共陰極連接方式，把二極管的陰極連接在一起，各陽極段接到相應(yīng)的引腳上。當(dāng)要點(diǎn)亮某一段時，只要使陰極接地，在相應(yīng)引腳引入高電平即可。將PLC輸出口與LED顯示器的引腳相連，PLC輸出口輸出不同的數(shù)據(jù)即可在顯示器上顯示不同的數(shù)字。LED顯示器有兩種顯示方式：靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示。當(dāng) LED顯示器在靜態(tài)顯示方式下工作時，將共陽極或共陰極連接在一起，將其接地或+5V；并將每個段選線與一個8位并行口相連。在顯示電

50、路中，每一位都可以獨(dú)立顯示，方法是將該位段選線保持段選碼電平，那么該位就能保持相應(yīng)的顯示內(nèi)容。因為每位由一個8位輸出口控制段選，所以在每一位顯示字符可以各不相同。由于N位靜態(tài)顯示器需要N8根I/O口線，所占用的I/O口較多，所以在位數(shù)較多時采用動態(tài)顯示。LED顯示器動態(tài)顯示時電路只需兩個8位I/O口，將所有位的段選線并連在一起，由一個8位I/O口控制，而共陰極點(diǎn)或共陽極點(diǎn)分別由相應(yīng)的I/O口線控制。其中一個控制段選碼，另一個控制位選碼。由于幾個顯示器的段選碼都是由同一個I/O口來控制的，因此，在每個周期的時間里，8位LED顯示器只可能接收相同的數(shù)據(jù)，也就只能顯示相同的字符。而我們想要的是使每個

51、顯示器顯示不同的字符，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)必須采用掃描顯示的方式。即用位口控制輸出，是這一個顯示器處于工作狀態(tài)，然后段口輸出數(shù)據(jù)，顯示想要的數(shù)字。下一個時間，改變位口的輸出，給另外的顯示器送入選通電平，段口輸出相應(yīng)字段選碼，這樣就能保證該位顯示相應(yīng)字符。循環(huán)執(zhí)行，由于計算機(jī)的運(yùn)算速度快，掃描周期很短，這樣連續(xù)掃描就會形成視覺暫留，就看不出有數(shù)字的變化了。3.7 系統(tǒng)硬件接線圖模塊號輸出功能模塊號輸出功能CPUaCPU壓力個位片選b溫度十位片選c濕度十位片選d壓力十位片選e聲報警f光報警gEM235AQW0控制加熱器hEM232AQW4控制加濕器溫度個位片選AQW6控制電動閥濕度個位片選 1. I/

52、O分配表模塊號輸入功能模塊號輸入功能CPU啟動按鈕SB1EM235AIW0溫度輸入手動/自動切換SB2AIW2濕度輸入AIW4壓力輸入硬件接線圖如圖3.7所示。 圖 3.7 系統(tǒng)硬件接線圖第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1 常用PLC程序的設(shè)計方法 PLC程序設(shè)計常用的方法主要有經(jīng)驗設(shè)計法、電路轉(zhuǎn)換梯形圖法、邏輯設(shè)計法、順序控制設(shè)計法等。 1.經(jīng)驗設(shè)計法：即根據(jù)前人總結(jié)的典型控制電路程序，再按照設(shè)計中被對象的具體要求，把典型程序進(jìn)行從新組合，而且需要反復(fù)調(diào)試和修改，得到現(xiàn)在系統(tǒng)所需要的梯形圖，有時僅僅這些還不能滿足要求，還需要增加中間環(huán)節(jié)，才能得出符合要求的系統(tǒng)。這種方法沒有一定的規(guī)律可遵循，設(shè)計所

53、用的時間和設(shè)計質(zhì)量與設(shè)計者的經(jīng)驗有很大的關(guān)系，故稱為經(jīng)驗設(shè)計法。 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實(shí)現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)的功能。 3.順序控制設(shè)計法：根據(jù)功能流程圖，以步為核心，從起始步開始一步一步地設(shè)計下去，直至完成。此法的關(guān)鍵是畫出功能流程圖。 4. 邏輯設(shè)計法：通過中間量把輸入和輸出聯(lián)系起來。實(shí)際上就找到輸出和輸入的關(guān)系，完成設(shè)計任務(wù)。 本次設(shè)計采用的就是經(jīng)驗設(shè)計法。 4.2 系統(tǒng)流程圖 系統(tǒng)加電按下啟動按鈕SB1后，首先初始化I/O通道，設(shè)置輸入量的范圍。讀入由溫度傳感器獲得的溫度量，由模擬量輸入模塊EM235將獲得的溫度量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送

54、入PLC中，調(diào)用PID控制子程序，對于輸入量與設(shè)定值間進(jìn)行PID運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果輸出控制加熱器，然后返回主程序，通過工程量的逆變換將讀入溫度值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的顯示數(shù)字量，送入輸出鎖存器，由片選口發(fā)出選通信號，將需要顯示的顯示器接通顯示。當(dāng)溫度越限時發(fā)出報警信號。然后依次讀入溫度、濕度、壓力信號，依照以上的順序執(zhí)行，對濕度和壓力進(jìn)行控制，循環(huán)以上步驟。系統(tǒng)流程圖如圖4.1所示。啟動開始初始化I/O口讀入數(shù)據(jù)調(diào)用PID程序進(jìn)行控制輸出顯示數(shù)據(jù)處理報警越限？是否 圖 系統(tǒng)流程圖4.3 溫度監(jiān)控程序的設(shè)計 本設(shè)計是對溫度的處理，需要用到傳感器采取電信號，經(jīng)過模擬量輸入模塊的轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入PLC。信號的轉(zhuǎn)變

55、過程可以表示為：物理量傳感器標(biāo)準(zhǔn)電信號A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字量-由PLC進(jìn)行PID運(yùn)算-數(shù)字量-D/A-模擬量-加熱器。假設(shè)物理量為A5，范圍為A0Am，實(shí)時物理量為X，標(biāo)準(zhǔn)電信號為B0Bm，實(shí)時電信號為Y，A/D轉(zhuǎn)換數(shù)值為C0Cm，實(shí)時數(shù)值為Z，由于是線性關(guān)系，可以得到方程式 經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后數(shù)值的方程式可表示為 由此式就可以得到逆變換的方程式 在本設(shè)計中溫度傳感器的測量范圍為0100，標(biāo)準(zhǔn)電信號為420mA，輸入信號的數(shù)字量為640032000。溫度的設(shè)定值為25，其對應(yīng)的數(shù)字量由轉(zhuǎn)換公式可得到為9600。由逆變公式可得到溫度的顯示數(shù)值為X=100*（Z-6400）/25600。環(huán)境的變化量可以為

56、5，我們可以設(shè)置當(dāng)溫度大于等于30或小于等于20時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號。本設(shè)計采用的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)，首先要建立回路表，初始化PID參數(shù)。該系統(tǒng)的控制過程：啟動時，手動控制加熱器使環(huán)境溫度達(dá)到要求值，在顯示器上顯示實(shí)時的溫度，然后切換到自動方式。I0.0控制手動/自動的切換,0代表手動，1代表自動。當(dāng)工作在手動方式下，可以把過程變量直接寫入回路表中的輸出寄存器（VD108）。其中主程序的功能是PLC首次運(yùn)行時利用SM0.1調(diào)用初始化子程序SBR0。子程序SBR0的功能是形成PID的回路表，建立5S的定時中斷，并且開中斷。中斷程序INT0的功能是輸入測量值，并送入回路表，經(jīng)過PID計算，將輸出值

57、輸出，從而控制加熱器，保證車間內(nèi)的環(huán)境溫度穩(wěn)定在設(shè)定值。溫度監(jiān)控程序梯形圖：4.4 濕度監(jiān)控程序設(shè)計本設(shè)計中濕度傳感器的測量范圍是0到100%RH，標(biāo)準(zhǔn)電信號為420mA，輸入信號的數(shù)字量為640032000。濕度的設(shè)定值為50%RH，其對應(yīng)的數(shù)字量由轉(zhuǎn)換公式可得到為19200。由逆變公式可得到溫度的輸出顯示數(shù)值為X=100*（Z-6400）/25600。環(huán)境的變化量可以為5%RH，我們可以設(shè)置當(dāng)溫度大于等于55%RH或小于等于45%RH時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號。4.5 壓力監(jiān)控子程序在本設(shè)計中壓力傳感器的測量范圍為0100MPa，標(biāo)準(zhǔn)電信號為420mA，輸入信號的數(shù)字量為640032000。壓力

58、的設(shè)定值為5MPa，其對應(yīng)的數(shù)字量由轉(zhuǎn)換公式可得到為7680。由逆變公式可得到溫度的顯示數(shù)值為X=100*（Z-6400）/25600。壓力的變化量可以為1MPa，我們可以設(shè)置當(dāng)溫度大于等于4MPa或小于等于6MPa時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號。其控制過程同溫度控制過程一樣。壓力監(jiān)控程序梯形圖：結(jié)論經(jīng)過長時間的寫作到現(xiàn)在論文基本完成。論文的寫作是一個長期的過程，需要不斷的進(jìn)行精心的修改，不斷地去研究各方面的文獻(xiàn)，認(rèn)真總結(jié)。歷經(jīng)了這么久的努力，終于完成了畢業(yè)論文。在這次畢業(yè)論文的寫作的過程中，我擁有了無數(shù)難忘的感動和收獲。通過此次的工作，我從中學(xué)會了許多知識，也把以前學(xué)習(xí)到的知識和實(shí)際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我

59、運(yùn)用基礎(chǔ)知識解決實(shí)際問題的能力。本設(shè)計中成功的運(yùn)用了西門子S7-200PLC和PID設(shè)計了一個人機(jī)監(jiān)控的環(huán)境控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用PID控制，得到了一個反應(yīng)比較迅速，控制精度比較高的控制系統(tǒng)。首先我學(xué)會了如何查閱參考資料，通過查閱資料我了解到了更多的基礎(chǔ)知識，豐富了我的見解，使我更加容易的做完畢業(yè)設(shè)計，通過本設(shè)計我主要是了解了PID閉環(huán)控制的設(shè)計應(yīng)用。寫作畢業(yè)論文是我們每個大學(xué)生必須經(jīng)歷的一段過程，也是我們畢業(yè)前的一段寶貴的回憶。任何事情都是這樣子，需要我們腳踏實(shí)地的去做，一步一個腳印的完成，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，有了好的態(tài)度才能做好一件事情，一開始都覺得畢業(yè)論文是一個很困難的任務(wù)，大家都難免會有一點(diǎn)畏懼之情，但是經(jīng)過長時間的努力和積累，經(jīng)過不斷地查找資料后總結(jié)，我們都很好的按老師的要求完成了畢業(yè)論文的寫作。 在這次畢業(yè)論文中同學(xué)之間互相幫助，共同