1、摘要溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一,任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的諸多領(lǐng)域中,溫度控制占有著極為重要的地位,特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中,具有舉足輕重的作用。對(duì)于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制,所采用的加熱方式燃料,控制方案也有所不同。例如冶金、機(jī)械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等。溫度控制系統(tǒng)的工藝過程復(fù)雜多變,具有不確定性,因此對(duì)系統(tǒng)要求更為先進(jìn)的控制技術(shù)和控制理論?？删幊炭刂破鱌L可編程控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是繼承計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的

2、新型自動(dòng)裝置。它具有抗干擾能力強(qiáng),價(jià)格便宜,可靠性強(qiáng),編程簡單,易學(xué)易用等特點(diǎn),在工業(yè)領(lǐng)域中深受工程操作人員的喜歡，因此PLC已在工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域中被廣泛地使用。關(guān)鍵字：溫度控制PLC組態(tài)TheTitleofthethesisABSTRACTTemperatureisthecommonindustrialproductionprocessparameter,anyphysicalchangeandchemicalreactionprocesscloselyisrelatedwiththetemperature.Inscientificresearchandproductionpractice

3、ofmanyareas,temperaturecontroloccupiedanextremelyimportantposition,especiallyinthemetallurgical,chemical,buildingmaterials,food,machinery,petroleumindustry,whichplayadecisiverolerole.Fordifferentproductionconditionsandtechnologicalrequirementsoftemperaturecontrol,thewayofheating,fuel,controlschemeis

4、alsodifferent.Forexample,metallurgy,machinery,food,chemicalandothertypesofindustrialproductioniswidelyusedinallkindsofheatingfurnace,heattreatmentfurnace,reactor;fuelgas,naturalgas,oil,electricityetc.Temperaturecontrolsystemoftheprocessiscomplexandchangeable,uncertain,sothesystemrequiresmoreadvanced

5、controltechniqueandcontroltheory.Programmablelogiccontrollerprogrammablecontrollerisakindofindustrialcontrolcomputer,isthesuccessorofcomputer,automaticcontroltechnologyandcommunicationtechnologyasawholenewtypeofautomaticdevice.Ithasstronganti-interferenceability,lowprice,highreliability,easyprogramm

6、ing,easytouseandothercharacteristics,intheindustryinthefieldbytheprojectoperatorlike,soPLChasinthevariousfieldsofindustrialcontrolhasbeenwidelyused.Keywords:temperaturecontrolbasedonPLC目錄引言3溫度控制系統(tǒng)的意義3溫度控制系統(tǒng)背景3研究技術(shù)介紹3硬件設(shè)計(jì)6硬件配置6I/O分配表8硬件接線圖10軟件設(shè)計(jì)10PID控制程序設(shè)計(jì)15 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark33 o Cur

7、rent Document S7-200程序設(shè)計(jì)流程圖15存地址分配與PID指令回路表16S7-200程序設(shè)計(jì)梯形圖16組態(tài)編程22 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document PLC通信配置與通信方式22 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 網(wǎng)絡(luò)的通訊PPI協(xié)議2324組態(tài)軟件Kingview組態(tài)王定義外部設(shè)備和數(shù)據(jù)變量24 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 組態(tài)王界面26 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document

8、 啟動(dòng)組態(tài)王29結(jié)論32致31參考文獻(xiàn)32引言溫度控制系統(tǒng)的意義溫度及濕度的測量和控制對(duì)人類日常生活、工業(yè)生產(chǎn)、氣象預(yù)報(bào)、物資倉儲(chǔ)等都起著極其重要的作用。在許多場合,及時(shí)準(zhǔn)確獲得目標(biāo)的溫度、濕度信息是十分重要的,近年來,溫濕度測控領(lǐng)域發(fā)展迅速,并且隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,溫濕度的測控芯片也相應(yīng)的登上歷史的舞臺(tái),能夠在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各領(lǐng)域中廣泛使用。溫度控制系統(tǒng)背景自70年代以來,由于工業(yè)過程控制的需要,特別是在微電子技術(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,國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速,并在職能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成果,在這方面,一日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先,

9、都產(chǎn)生了一批商品化的、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。溫度控制系統(tǒng)在國各行各業(yè)的應(yīng)用雖然十分廣泛,但從國生產(chǎn)的溫度控制器來講,總體發(fā)展水平仍然不高,同日本、美國、德國等先進(jìn)國家相比仍然有著較大的差距。目前,我國在這方面總體水平處于20實(shí)際80年代中后期水平,成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制,難于控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變溫度系統(tǒng)控制。而適應(yīng)于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表,國技術(shù)還不十分成熟。形成商品化并在儀表控制系統(tǒng)參數(shù)的自整定方面,還沒開發(fā)性能可靠的自整定軟件。參數(shù)大多靠人工經(jīng)驗(yàn)及我國現(xiàn)場調(diào)試來確定。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展

10、,人們對(duì)溫度控制系統(tǒng)的要求越來越高,因此,高精度、智能化、人性化的溫度控制系統(tǒng)是國外必然發(fā)展趨勢。研究技術(shù)介紹傳感技術(shù)傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)技術(shù)。中華人名國國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-1987對(duì)傳感器transducer/sensor的定義是：能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置,通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中,敏感元件是指直接感受或響應(yīng)被測量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能將敏感元件或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳感器或被測量的電信號(hào)部分。對(duì)生產(chǎn)過程的監(jiān)控首先離不開采集設(shè)備工作信息,因此選用合適的傳感器至關(guān)重要,如果把計(jì)算機(jī)看作是自動(dòng)化系統(tǒng)的大

11、腦,信道看作是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的話,那么傳感器就是自動(dòng)化系統(tǒng)的五官。無法對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確、可靠、實(shí)時(shí)測量,監(jiān)控也就無從談起了。PLC可編程控制器的英文名稱是ProgrammableLogicController,即可編程邏輯控制器,簡稱PLC。現(xiàn)代制造業(yè)必須對(duì)市場需求做出快速反應(yīng),生產(chǎn)小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品,這便要求生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高可靠性和靈活性?？删幊炭刂破髡琼槕?yīng)這一潮流而出現(xiàn)的,以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。在20世紀(jì)60年代的汽車制造業(yè),傳統(tǒng)繼電接觸器控制裝置廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)中。這套裝置設(shè)備體積龐大,可靠性差,同時(shí)維護(hù)

12、不便,而且,完全由邏輯硬件構(gòu)成,接線十分復(fù)雜。一旦生產(chǎn)過程某一環(huán)節(jié)發(fā)生改變,控制裝置就要重新設(shè)計(jì)改造。隨著汽車生產(chǎn)工業(yè)的迅猛發(fā)展,對(duì)于汽車型號(hào)頻繁改進(jìn),傳統(tǒng)控制系統(tǒng)捉襟見肘,弊端日益放大,最終PLC應(yīng)運(yùn)而生。它開創(chuàng)性地引入程序控制功能,使計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)控制領(lǐng)域應(yīng)用。早期PLC僅僅是替代繼電器控制裝置完成順序控制、定時(shí)等任務(wù)，但是其簡單易懂、安裝方便、體積小、能耗低、有故障顯示、能重復(fù)使用的特點(diǎn),使得PLC很快就得到了推廣應(yīng)用。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)和微處理器性能的飛速發(fā)展,PLC的軟、硬件功能不能豐富、完善。國際電工委員會(huì)IEC對(duì)PLC的正式定義：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的

13、電子系統(tǒng),專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì),它采用一類可編程的存儲(chǔ)器,用于其部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令,并通過數(shù)字或模擬或輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備,都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。PLC技術(shù)發(fā)展至今已十分成熟，生產(chǎn)PLC產(chǎn)品的廠家多達(dá)200多個(gè)，其中較著名有彳惠國的西門子Siemens公司、美國的Rockwell自動(dòng)化公司所屬的A-BAllen&Bradly公司、GE-Fanuc公司、法國的施耐德Schneider公司、日本的三菱公司和歐姆龍OMRGN公司。上位機(jī)即便遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場,操作

14、人員仍可以通過遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)即上位機(jī)直接向生產(chǎn)設(shè)備發(fā)出控制指令的。上位機(jī)屏幕上可以動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示各種信號(hào)變化液壓,水位,溫度等,便是人機(jī)界面HumanMachineInterface。而下位機(jī)是獲取設(shè)備狀況及直接控制設(shè)備的計(jì)算機(jī)，一般是PLC或單片機(jī)。組態(tài)軟件組態(tài)軟件,處在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境,使用靈活的組態(tài)方式,為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫HMI人機(jī)接口軟件應(yīng)用,開發(fā)時(shí)間長、效率低、可靠性差；或者購買專用的工控系統(tǒng),通常是封閉的系統(tǒng),選擇余地小,往往不能滿足需求,很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)

15、交互,升級(jí)和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)使用戶可以利用組態(tài)軟件的功能,構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的迅速提高,計(jì)算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,種類繁多的控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用,傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。在開發(fā)傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件時(shí)，一旦工業(yè)被控對(duì)象有變動(dòng)，就必須修改其控制系統(tǒng)的源程序，導(dǎo)致其開發(fā)周期長；已開發(fā)成功的工控軟件又由于每個(gè)控制項(xiàng)目的不同而使其重復(fù)使用率很低，導(dǎo)致它的價(jià)格昂貴。通用工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件能夠很好地解決傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問題，使用戶能根據(jù)自己的對(duì)象和控制目的的任意組態(tài)，完成最終的自動(dòng)化控制工程。2硬件設(shè)計(jì)硬件

16、配置西門子S7-200CUP226S7-200系列PLC可提供4種不同的基本單元和6種型號(hào)的擴(kuò)展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲(chǔ)卡、寫入器等。S7-200系列的基本單兀如表2.1所小。表2.1S7-200系歹UPLC中CPU22那基本單元型號(hào)輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)可帶擴(kuò)展模塊數(shù)S7-200CPU221640S7-200CPU222862個(gè)擴(kuò)展模塊S7-200CPU22424107個(gè)擴(kuò)展模塊S7-200CPU224XP24167個(gè)擴(kuò)展模塊S7-200CPU22624167個(gè)擴(kuò)展模塊本論文采用的是CUP226它具有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24

17、8路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模:?H量I/O點(diǎn)26K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。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。傳感器熱電偶是一種感溫元件，它直接測量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢信號(hào)。常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、

18、答應(yīng)誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶我國從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、RJ、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。本論文采用的是K型熱電阻。EM235模擬量輸入模塊EM235模塊是組合強(qiáng)功率精密線性電流互感器、意法半導(dǎo)體ST單片集成變送器ASIC芯片于一體的新一代交流電流隔離變送器模塊，它可以直接將被測主回路交流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的DC4-20mA通過250。電阻轉(zhuǎn)換DC15V或

19、通過500。電阻轉(zhuǎn)換DC2-10V恒流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，連續(xù)輸送到接收裝置計(jì)算機(jī)或顯示儀表。表2-1所示為如何用DIP開關(guān)設(shè)置EM235模塊。開關(guān)1到6可選擇模擬量輸入圍和分辨率。所有的輸入設(shè)置成相同的模擬量輸入圍和格式。表2.2所示為如何選擇單/雙極性開關(guān)6、增益開關(guān)4和5和衰減開關(guān)1、2和3。卜表2.2中,ON為接通,OFF為斷開。表2.2EM235選擇模擬量輸入圍和分辨率的開關(guān)表單極性湎里程軸入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFON0至U50mV12.5pVOFFONOFFONOFFON0至U100mV25pVONOFFOFFOFFONON0至U500mV12

20、5uAOFFONOFFOFFONON0到1V250ONOFFOFFOFFOFFON0到5V1.25mVONOFFOFFOFFOFFON0至U20mA5nAOFFONOFFOFFOFFON0至M0V2.5mV根據(jù)溫度檢測和控制模塊，我設(shè)置PID開關(guān)為0100015日 Cjn : iifl靜偏, WP沒定件*11圖2.1 DIP 開關(guān)溫度檢測和控制模塊由學(xué)校提供，模擬真實(shí)鍋爐的溫度檢測和控制模塊，可自行將010V模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為占空比對(duì)鍋爐進(jìn)行加熱。輸出的模擬信號(hào)也是010V,鍋爐外接24V直流電源。I/O分配表表2.3I/O分配表輸入I0.0啟動(dòng)按鈕I0.1停止按鈕輸出Q0.1啟動(dòng)指示燈Q0.2停

21、止指示燈Q0.3正常運(yùn)行指示燈Q0.4溫度越上限報(bào)警指示燈Q0.5鍋爐加熱指示燈硬件接線圖加爐圖2.2硬件連接圖電流負(fù)載電壓負(fù)載-WVnnnnnn圖2.3EM235CN連接圖3軟件設(shè)計(jì)PID控制程序設(shè)計(jì)模擬量閉環(huán)控制較好的方法之一是PID控制,PID在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)有60多年，現(xiàn)在依然廣泛地被應(yīng)用。人們?cè)趹?yīng)用的過程中積累了許多的經(jīng)驗(yàn),PID的研究已經(jīng)到達(dá)一個(gè)比較高的程度。比例控制P發(fā)一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。其特點(diǎn)是具有快速反應(yīng)，控制及時(shí)，但不能消除余差。在積分控制I中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。積分控制可以消除余差，但具有滯后特點(diǎn)，不

22、能快速對(duì)誤差進(jìn)行有效的控制。在微分控制D，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分即誤差的變化率成正比關(guān)系。微分控制具有超前作用，它能猜測誤差變化的趨勢。避免較大的誤差出現(xiàn)，微分控制不能消除余差。PID控制,P、I、D各有自己的長處和缺點(diǎn)，它們一起使用的時(shí)候又和互相制約，但只有合理地選取PID值,就可以獲得較高的控制質(zhì)量。PID控制算法1十.,儼D控制環(huán)節(jié)U彳被控對(duì)象斗。環(huán)節(jié)|帶PID控制器的閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖圖3.1閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖3.1所示,PID控制器可調(diào)節(jié)回路輸出，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。偏差e和輸入量r、輸出量c的關(guān)系：3-1e(t)r(t)c(t)控制器的輸出為：11de(t)u(t)Kpe(t

23、)1e(t)dtTdTi0dt3-2u(t)PID 回路輸出Kp比例系數(shù)PTi積分系數(shù)ITd微分系數(shù)DPID調(diào)節(jié)的傳輸函數(shù)為D(s)m Kp1 E(s)TiSTdS3-3數(shù)字計(jì)算機(jī)處理這個(gè)函數(shù)關(guān)系式，必須將連續(xù)函數(shù)離散化，對(duì)偏差周期采樣后，計(jì)算機(jī)輸出值。其離散化的規(guī)律如表3.1所示：T n u(n) Kpe(n)h i IUp(n) Ui(n)e(i)0Ud (n)Tdy e(n) e(n 1)Uo表3.1模擬與離散形式模擬形式離散化形式e(t)r(t)c(t)e(n)r(n)c(n)dedTe(n)e(n1)Tte(t)dt0nne(i)TTe(i)i0i0所以PID輸出經(jīng)過離散化后，它的輸

24、出方程為：式中,Up(n)K pe( n)稱為比例項(xiàng)5 (n)T nKpT e(i)li i 0稱為積分項(xiàng)Ud(n)TdKpye(n) e(n1)稱為微分項(xiàng)上式中，積分項(xiàng)是包括第一個(gè)采樣周期到當(dāng)前采樣周期的所有誤差的累積值。計(jì)算中，沒有必要保留所有的采樣周期的誤差項(xiàng)，只需要保留積分項(xiàng)前值,計(jì)算機(jī)的處理就是按照這種思想。故可利用PLC中的PID指令實(shí)現(xiàn)位置式PID控制算法量。PID在PLC中的回路指令西門子S7-200系列PLC中使用的PID回路指令,見表3.2表3.2PID回路指令名稱PID運(yùn)算指令格式PID指令表格式PIDTBL,LOOP梯形圖使用方法：當(dāng)EN端口執(zhí)行條件存在時(shí)候，就可進(jìn)行P

25、ID運(yùn)算。指令的兩個(gè)操作數(shù)TBL和LOOP,TBI回路表的起始地址，本文采用的是VB100，因?yàn)橐粋€(gè)PID回路占用了32個(gè)字節(jié)，所以VD10CEUVD13鄧被占用了。LOOP1回路號(hào)，可以是07,不可以重復(fù)使用。PID回路在PLC中的地址分配情況如表3.3所示表3.3PID指令回路表偏移地址名稱數(shù)據(jù)類型說明0過程變量PVr-i實(shí)數(shù)必須在0.01.0之間4給定值SPri實(shí)數(shù)必須在0.01.0之間8輸出值Mri實(shí)數(shù)必須在0.01.0之間12增益Kc實(shí)數(shù)比例常數(shù)，口止口負(fù)16采樣時(shí)間Ts實(shí)數(shù)單位為s,必須是正數(shù)20采樣時(shí)間Ti實(shí)數(shù)單位為min,必須是正數(shù)24微分時(shí)間Td實(shí)數(shù)單位為min,必須是正數(shù)2

26、8積分項(xiàng)前值MX實(shí)數(shù)必須在0.01.0之間32過程變量前值PVn-1實(shí)數(shù)必須在0.01.0之間回路輸入輸出變量的數(shù)值轉(zhuǎn)換方法本文中，設(shè)定的溫度是給定值SP,需要控制的變量是爐子的溫度。但它不完全是過程變量PV,過程變量PV和PID回路輸出有關(guān)。在本文中，經(jīng)過測量的溫度信號(hào)被轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)溫度值才是過程變量，所以，這兩個(gè)數(shù)不在同一個(gè)數(shù)量值需要他們作比較，那就必須先作一下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。傳感器輸入的電壓信號(hào)經(jīng)過EM235W換后,是一個(gè)整數(shù)值，但PID指令執(zhí)行的數(shù)據(jù)必須是實(shí)數(shù)型,所以需要把整數(shù)轉(zhuǎn)化成實(shí)數(shù)。使用指令DTR就可以了。如本設(shè)計(jì)中，是從AIW0讀入溫度被傳感器轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。其轉(zhuǎn)換程序如下：MOV

27、WAIW0AC0DTRAC0AC0MOVRAC0VD100實(shí)數(shù)歸一化處理因?yàn)镻ID中除了采樣時(shí)間和PID的三個(gè)參數(shù)外，其他幾個(gè)參數(shù)都要求輸入或輸出值0.01.0之間，所以，在執(zhí)行PID指令之前，必須把PV和SP的值作歸一化處理。使它們的值都在0.01.0之間。單極性的歸一化的公式：Rnoum(Rraw /32000)3-5PID參數(shù)整定PID參數(shù)整定方法就是確定調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)P、積分時(shí)間Ti和和微分時(shí)問Td,改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，使系統(tǒng)的過渡過程達(dá)到最為滿意的質(zhì)量指標(biāo)要求。一般可以通過理論計(jì)算來確定，但誤差太大。目前，應(yīng)用最多的還是工程整定法：如經(jīng)驗(yàn)法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應(yīng)曲線

28、法。經(jīng)驗(yàn)法又叫現(xiàn)場湊試法，它不需要進(jìn)行事先的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，而是根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，利用一組經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，根據(jù)反應(yīng)曲線的效果不斷地改變參數(shù)，對(duì)于溫度控制系統(tǒng)，工程上已經(jīng)有大量的經(jīng)驗(yàn)，其規(guī)律如表3.4所示表3.4溫度控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)被控變量規(guī)律的選擇比例度積分時(shí)間分鐘微分時(shí)間分鐘溫度滯后較大20603100.53根據(jù)反復(fù)的試湊，調(diào)處比較好的結(jié)果是P=15,I=2.0,D=0.5S7-200程序設(shè)計(jì)流程圖主程序子程序0中斷程序存地址分配與PID指令回路表存地址分配表3.5存地址分配地址說明VD0實(shí)際溫度存放VD4設(shè)定溫度存放VD30實(shí)際溫度的存放3.3.2PID指令回路表表3.6存地址分配地址名稱說明VD10

29、0過程變量PVri必須在0.01.0之間VD104給定值SPri必須在0.01.0之間VD108輸出值Mri必須在0.01.0之間VD112增益Kc比例常數(shù)，口止口負(fù)VD116采樣時(shí)間Ts單位為s,必須是正數(shù)VD120采樣時(shí)間Ti單位為min,必須是正數(shù)VD124微分時(shí)間Td單位為min,必須是正數(shù)VD128積分項(xiàng)前值MX必須在0.01.0之間VD132過程變量前值PVn-1必須在0.01.0之間S7-200程序設(shè)計(jì)梯形圖初次上電1讀入模擬信號(hào)，并把數(shù)值轉(zhuǎn)化顯示鍋爐的當(dāng)前電壓2判斷爐溫是否在正常圍，打亮正常運(yùn)行指示燈/溫度越上限報(bào)警指示燈啟動(dòng)/停止階段啟動(dòng)過程：按下啟動(dòng)按鈕后，開始標(biāo)志位M0.

30、1置位,M0.2復(fù)位。打開運(yùn)行指示燈Q0.0,熄滅并停止指示燈初始化PID。開始運(yùn)行子程序00停止過程：按下停止按鈕后，開始標(biāo)志位M0.1復(fù)位，點(diǎn)亮停止指示燈，熄滅運(yùn)行指示燈。并把輸出模擬量AQW0青零，停止鍋爐繼續(xù)加熱。停止調(diào)用子程序0,仍然顯示鍋爐溫度。Netwoik3SM0.0I I10.0M01MC2J日）1Network4M02SMO.O)Q0.1停止時(shí)模擬量輸出清零，防止鍋爐繼續(xù)升溫。NetworkGSBR_OEN調(diào)用子程序。子程序1輸入設(shè)定溫度2把設(shè)定溫度、P值、I值、D值都導(dǎo)入PID3每100ms中斷一次子程序進(jìn)行PID運(yùn)算Netwoik1設(shè)定溫度Network2導(dǎo)入DIP10

31、：-INTO-1u-(ENI)MOV_BEMENCINOUT-5MB24ATCHENENOINTEVNT3.4.412中斷程序。中斷程序，PID的計(jì)算模擬信號(hào)的采樣處理，歸一化導(dǎo)入PIDDIP程序運(yùn)算4組態(tài)編程PLC通信配置與通信方式用行數(shù)據(jù)傳送和并行數(shù)據(jù)傳送1并行數(shù)據(jù)傳送：并行數(shù)據(jù)傳送時(shí)所有數(shù)據(jù)位是同時(shí)進(jìn)行的,以字或字節(jié)為單位傳送。并行傳輸速度快，但通信線路多、成本高，適合近距離數(shù)據(jù)高速傳送。2申行數(shù)據(jù)傳送：串行數(shù)據(jù)彳送時(shí)所有數(shù)據(jù)是按位bit進(jìn)行的。串行通信僅需要一對(duì)數(shù)據(jù)線就可以。在長距離數(shù)據(jù)傳送中較為合適。PLCS絡(luò)傳送數(shù)據(jù)的方式絕大多數(shù)為串行方式,而計(jì)算機(jī)或PLC部數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)都是并行

32、的。若要串行發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，則要進(jìn)行相應(yīng)的串行、并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，即在數(shù)據(jù)發(fā)送前，要把并行數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)換成用行數(shù)據(jù)；而在數(shù)據(jù)接收后，要把用行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)后再處理。異步方式與同步方式根據(jù)串行通信數(shù)據(jù)傳輸方式的不同可以分為異步方式和同步方式。1異步方式：又稱起止方式。它在發(fā)送字符時(shí)，要先發(fā)送起始位，然后才是字符本身，最后是停止位。字符之后還可以加入奇偶校驗(yàn)位。異步傳送較為簡單，但要增加傳送位，將影響傳輸速率。異步傳送是靠起始位和波特率來保持同步的。2同步方式：同步方式要在傳送數(shù)據(jù)的同時(shí)，也傳遞時(shí)鐘同步信號(hào)，并始終按照給定的時(shí)刻采集數(shù)據(jù)。同步方式傳遞數(shù)據(jù)雖提高了數(shù)據(jù)的傳輸速率，但對(duì)通信系統(tǒng)要求較高。P

33、LC網(wǎng)絡(luò)多采用異步方式傳送數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)的通訊PPI協(xié)議PPI是一種主從設(shè)備協(xié)議：主設(shè)備給從屬裝置發(fā)送請(qǐng)求，從屬裝置進(jìn)行響應(yīng)。從屬裝置不發(fā)出訊息，而是一直等到主設(shè)備發(fā)送請(qǐng)求或輪詢時(shí)才作出響應(yīng)。主設(shè)備與從屬裝置的通訊將通過按PPI協(xié)議進(jìn)行管理的共享連接來進(jìn)行。PPI不限制與任何一個(gè)從屬裝置進(jìn)行通訊的主設(shè)備的數(shù)目，網(wǎng)絡(luò)上最多可安裝32個(gè)主設(shè)備。STEP7-Micro,WIN：圖”7PPI網(wǎng)絡(luò)圖4.1PPI網(wǎng)絡(luò)如果在用戶程序中激活PPI主設(shè)備模式，則S7-200CPUS處于RUN運(yùn)行模式時(shí)可用作主設(shè)備。激活PPI主設(shè)備模式之后，可使用網(wǎng)絡(luò)讀取或網(wǎng)絡(luò)寫入”指令從其它S7-200讀取數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)寫入其它S7

34、-200。當(dāng)S7-200用作PPI主設(shè)備時(shí)，它將仍然作為從屬裝置對(duì)來自其他主設(shè)備的請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)。對(duì)于簡單的單臺(tái)主設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，編程站和S7-200CPU既可以通過PPI多臺(tái)主設(shè)備電纜連接，也可以通過安裝在編程站中的通訊處理器CF?卡連接。在圖上部的例網(wǎng)絡(luò)中，編程站STEP7-Micro/WIN是網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備。在圖下部的例網(wǎng)絡(luò)中,人機(jī)界面HMD設(shè)備例如TD200、TP或OPJ是網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備。在兩個(gè)例網(wǎng)絡(luò)中，S7-200CPU是對(duì)主設(shè)備的請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)的從屬裝置。STEP7-Micrr?.WIINHMI偶如TD2Q0JS7-2OO圖4.2單臺(tái)主設(shè)備PPI網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件Kingview組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是

35、新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)正以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@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)場的實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫。通過對(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)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場監(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)控畫面，并以動(dòng)畫方式顯示控制設(shè)備

36、的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢曲線等，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)功能。組態(tài)王定義外部設(shè)備和數(shù)據(jù)變量外部設(shè)備的定義組態(tài)王把那些需要與之交換數(shù)據(jù)的硬件設(shè)備或軟件程序都做為外部設(shè)備使用。外部硬件設(shè)備在本文中就是PLCS7-200O可使用”設(shè)備配置向?qū)А币徊讲酵瓿稍O(shè)備的連接。定義數(shù)據(jù)變量要實(shí)現(xiàn)組態(tài)王對(duì)S7-200的在線控制，就必須建立兩者之間的聯(lián)系，那就需要建立兩者的數(shù)據(jù)變量?；绢愋偷淖兞靠梢苑譃椤按孀兞亢虸/O變量”兩類。存變量是組態(tài)王部的變量，不跟監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行交換。而I/O變量時(shí)兩者之間互相交換數(shù)據(jù)的橋梁,S7-200和組態(tài)王的數(shù)據(jù)交換是雙向的，一者的

37、數(shù)據(jù)發(fā)生變化，另外一者的數(shù)據(jù)也跟著變化。所以需要在創(chuàng)建連接前新建一些變量。本文中,PLC用存VD0來存放當(dāng)前的實(shí)際溫度。并規(guī)定溫度超過105c為溫度過高，立即要作出相應(yīng)警示信號(hào)。如圖4.3所示。點(diǎn)擊工程管理器中的數(shù)據(jù)t典“再雙擊右邊窗口的新建，在出現(xiàn)的定義變量口中填寫相應(yīng)的要求項(xiàng)，并可在“報(bào)警定義”中設(shè)定報(bào)警。如圖4.4所示。圖4.3定義畫面變量設(shè)置圖4.4定義變量報(bào)警數(shù)據(jù)類型只對(duì)I/O類型的變量起作用，共有9種類型:Bit:1位，0或1Byte:8位，一個(gè)字節(jié)Short:16位，2個(gè)字節(jié)Ushort:16位，2個(gè)字節(jié)BCD16位，2個(gè)字節(jié)Long:32位，4個(gè)字節(jié)LongBCD32位，4個(gè)字

38、節(jié)Float:32位，4個(gè)字節(jié)String:128個(gè)字符長度組態(tài)王界面4.5.1溫度控制主界面圖4.5監(jiān)控畫面啟動(dòng)組態(tài)王4.6.2初次上電初次上電，沒有模擬量輸入，只顯示PID值和當(dāng)前溫度，曲線圖為鍋爐溫度的實(shí)時(shí)曲線圖。圖4.6初次上電4.6.3啟動(dòng)啟動(dòng)后，鍋爐開始升溫，并維持在50攝氏度左右Isfr1雄卜福欣中i5m值|95)|噴呵卜值|憶一HH0F啟動(dòng)停止正常報(bào)警加熱圖4.7啟動(dòng)加熱4.6.4停止按下停止按鈕后，鍋爐停止加熱，停止燈亮，溫度開始下降圖4.8停止4.6.5報(bào)警當(dāng)溫度越上限時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警孤善日期堀害時(shí)間率伸挫型0/2513:52:58推考圖4.9報(bào)警結(jié)論本課題設(shè)計(jì)了基于PLC的溫度控制系統(tǒng)。PLC可編程控制器以其可靠性高