TOC\o"1-5"\h\z摘要 1ABSTRAC.T 2\o"CurrentDocument"第 1章 緒論 1\o"CurrentDocument"溫度控制系統(tǒng)的研究背景 1\o"CurrentDocument"溫度控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 1溫度控制系統(tǒng)的基本控制要求 2本論文的主要內(nèi)容 錯誤！未定義書簽。\o"CurrentDocument"第 2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 4系統(tǒng)總體方案設(shè)計 4系統(tǒng)硬件設(shè)計 4第 3章系統(tǒng)軟件設(shè)計 10模糊控制器設(shè)計 10程序流程圖 錯誤！未定義書簽。程序設(shè)計 錯誤！未定義書簽。\o"CurrentDocument"第 4章組態(tài)設(shè)計 25\o"CurrentDocument"OPC與PLC連接 25\o"CurrentDocument"WinCC組態(tài)軟件 26系統(tǒng)測試結(jié)果 30\o"CurrentDocument"第 5章總結(jié)與展望 33總結(jié) 33展望 33\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 34致謝 35河南工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計河南工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計賦值給 VD800。TI子程序算出具體的 Ti數(shù)值賦值給 VD804。TD子程序算出具體的Td數(shù)值賦值給 VD808。子程序如圖 13所示。圖13子程序塊系統(tǒng)的啟動和停止系統(tǒng)分為物理按鈕控制和 WinCC上位機控制，不會出現(xiàn)干擾和影響。按下 SB2按鈕即 I0.5，M9.0得電，進(jìn)行自鎖。程序啟動，開始檢測溫度，進(jìn)行輸出。需要停止時按下 SB1按鈕即 I0.3，斷開 M9.0，程序停止。啟動停止程序如圖 14所示。PID設(shè)定程序S7-200系列PLC編程軟件自帶 PID編程向?qū)?，方便用戶編?PID控制程序。按照向?qū)?，一步步完?PID設(shè)定。根據(jù)第 2章的計算，比例增益設(shè)置為 3，積分時間設(shè)置為 7.6，微分時間設(shè)置為 5.3。如圖 15所示。因為是 4～20mA的電流輸入，需要偏移量 20%，輸出設(shè)置為占空比輸出， 如圖16所示。PID的參數(shù)地址設(shè)置為從 VB1000開始，如圖 17所示。15PID參數(shù)設(shè)置16輸入輸出設(shè)置圖17PID參數(shù)地址編好的PID子程序如圖， VD800圖17PID參數(shù)地址編好的PID子程序如圖， VD800、VD804、VD808為模糊控制器算出的比例增VD1012、VD1020、VD1024，實現(xiàn)模糊控制PID控制器。賦值程序如圖 18所示。圖18PID參數(shù)賦值程序手動控制程序設(shè)計與溫度報警當(dāng)按下SB3按鈕即 I0.0，M6.1置位，M6.0接通。即 Q0.1閉合，開始加熱。再按一下SB3按鈕，M6.1復(fù)位，M6.0復(fù)位。加熱停止。即用一個按鈕 SB3控制加熱的啟動停止。降溫程序和這個類似?？刂瞥绦蛉鐖D 19所示。19強制加熱程序當(dāng)溫度低于 49°C，Q0.4接通，HL4燈亮，表示低溫報警。當(dāng)溫度高于 51°C，Q0.3接通，HL3燈亮，表示高溫報警。溫度報警程序如圖 20所示。圖20溫度報警程序e和ec子程序設(shè)計西門子 S7-200PLC的編程軟件 STEP7-Micro/Win可以使用子程序和中斷，還有自帶的PID編程向?qū)В址奖?。模擬量模塊輸入 4～20mA對應(yīng)的數(shù)字量是

6400-32000，設(shè)定溫度為 50°C即19200。19200存入VD250，AIW0是模擬量輸入TOC\o"1-5"\h\z通道接收到的實際電流信號， 不過顯示為數(shù)字信號， 范圍是 6400-32000。設(shè)定值 VD250減去實際測量的量 VD260，即得到偏差，存入 VD270。偏差 e的計算程序如圖 21所示。21e計算程序?qū)?yīng)的模糊化 X論域，表示為當(dāng)溫度小于等于 38度（ 12），e賦值為 -3；大于 38度小于40度，e賦值為-2，依次類推。如表 7所示。

表7e模糊化論域-3-2 -1 0 1 2 3X≥1212> X≥ 10 10> X≥ 8 8> X≥ 6 6> X≥ 4 4> X≥ 2 2> Xe對應(yīng)的程序如圖 22所示，根據(jù)溫度偏差得出對應(yīng)的數(shù)值，存入 VW200。ec的模糊化方法一樣。 ec存入VW300

22e賦值程序Kp、Ti、Td查表程序設(shè)計第三章給出了 Kp、Ti、Td的模糊查詢表，程序用公式 7（X+3）+（Y+3），即知道 X（ e） ， Y（ ec），即可求出對應(yīng)的 Kp、 Ti、 Td。輸出的模糊量 Kp需要轉(zhuǎn)換成清晰量，采用加權(quán)平均法（重心法）解模糊化，即可求出 Kp。公式為：= （3.1）TOC\o"1-5"\h\z式中 （j=0,1,2,···,49）是根據(jù)當(dāng)前 e和ec值進(jìn)行模糊化后求得的表 3中各種的隸屬度。 Ti、Td的推理過程同上。根據(jù)模糊規(guī)則表和 、Ti、 Td，完成輸出量的查詢表。根據(jù) e和ec得出修正參數(shù)，然后帶入公式，完成 PID參數(shù)整定[14]。= + （ 3.2）= + （ 3.3）= + （ 3.4）圖23所示為Kp的部分程序。 7（VW200+3）+VW300+3得出的數(shù)再加上 500，與500到548比較，得到 Kp存入VD800中。 VW200，VW300是e，ec。最后賦值給VD800，完成Kp的賦值。Ti，Td方法類似。最終完成 VD800,VD804,VD808的賦值。VD800、VD804、VD808為模糊控制器算出的比例增益、積分時間、微分時間。分別賦值給 VD1012、VD1020、VD1024，實現(xiàn)模糊控制器的輸出賦值給 PID控制器。23Kp查表程序23Kp查表程序第4章組態(tài)設(shè)計OPC與PLC連接如今，工業(yè)生產(chǎn)向著自動化和集成化發(fā)展， 一個大型自動化項目中， 包含了不同廠家的各種設(shè)備。 這些設(shè)備有的提供數(shù)據(jù)采集， 有的實現(xiàn)監(jiān)控功能， 不同設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)不一樣，接口也不一樣。 有的設(shè)備還需要安裝驅(qū)動才能使用， 這限制了設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，限制了設(shè)備各種功能的擴展。為了實現(xiàn)各種設(shè)備之間無阻礙的通信和連接，OPC技術(shù)應(yīng)運而生 [15]。OPC技術(shù)是用于工業(yè)自動化領(lǐng)域的一項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 西門子推出的 PCAccess軟件是用于S7-200PLC的OPC軟件，用于客戶機測試端，檢測通信的正確性。電腦端打開 PCAccess軟件，如圖 24所示。圖24PCAccess界面將需要的地址一個一個輸入，設(shè)置好，下載到 PLC，經(jīng)過檢測可以通信。如圖25所示。25變量設(shè)置WinCC組態(tài)軟件WinCC概述WinCC全稱是WindowsControlCenter，即視窗控制中心。是西門子和微軟共同WinCC軟件開發(fā)周期短，WinCC的基本功能如下：.過程監(jiān)控。 作為通用的組態(tài)軟件， WinCC可以對工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、 監(jiān)控。.與PLC等設(shè)備通信。 WinCC通過與PLC等設(shè)備通信，實現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控功能。.編程接口。 WinCC 軟件靈活方便，動畫效果好，能實現(xiàn)復(fù)雜的輸入輸出功能。.報警功能。 當(dāng)設(shè)備故障或者生產(chǎn)出現(xiàn)問題， WinCC可以實現(xiàn)報警功能， 及時發(fā).趨勢功能。 WinCC 能提供精確的曲線和表格，便于工作人員分析生產(chǎn)情況。.報表功能。 WinCC 可以生成報表和打印報表，為工業(yè)控制提供了數(shù)據(jù)記錄。.二次開發(fā)功能。 WinCC有二次開發(fā)功能，根據(jù)需要可以擴展現(xiàn)有的功能。本課題選用 PC/PPI電纜（ USB接口）連接 WinCC和PLC。WinCC和PLC的連接設(shè)置第1步新建工程，命名為 TEMP，變量管理的位置按右鍵，單機添加新的驅(qū)動程序。

第2步選擇 OPC.chn，點擊打開。第3步在 OPC選項里面按右鍵點系統(tǒng)參數(shù)。第4步在local里面選擇 S7-200OPCServe，點擊游覽服務(wù)器。r第5步點擊 NewPLC，點擊所有名稱點擊添加條目。如圖 26所示。第6步添加完成，在主界面 OPC項目里 S7-200OPCServer中能看到添加的所有名稱。WinCC和PLC連接完成。如圖 27所示。26添加條目27完成連接WinCC組態(tài)設(shè)計在圖形編輯器中創(chuàng)建新的畫面，依次放入按鈕，指示燈，靜態(tài)文本，輸入 /輸出

圖表等。以下為按鈕的制作過程， 選擇一個按鈕， 縮放到合適大小， 輸入“啟動”?！啊?。出現(xiàn)畫面。常數(shù)選擇“ 1”，變量“ START”，如圖 28所示。雙擊“釋放左鍵” 。常數(shù)選擇“ 0”，變量“ START”如圖 29所示。即完成了鼠標(biāo)左鍵點擊啟動，松開鼠標(biāo)左鍵，點動按圖28左鍵設(shè)置29右鍵設(shè)置

圖28左鍵設(shè)置29右鍵設(shè)置指示燈的設(shè)置如下。畫一個大小合適的圈。命名為“加熱指示燈”雙擊指示燈，/表達(dá)式里面選擇“加。數(shù)據(jù)類型設(shè)置為布爾型，是 /真顏色設(shè)置為綠色，如圖 30所示。即完成了加熱指示燈的設(shè)置如下。畫一個大小合適的圈。命名為“加熱指示燈”雙擊指示燈，/表達(dá)式里面選擇“加。數(shù)據(jù)類型設(shè)置為布爾型，是 /真顏色設(shè)置為綠色，如圖 30所示。即完成了加熱圖30指示燈設(shè)置輸入輸出域即顯示變化的數(shù)值，比如溫度， Kp、Ti、Td的數(shù)值等。實時溫度的/輸出域。出現(xiàn)一個小窗口。右鍵，選擇屬性，/輸出。在輸出值按右鍵，選擇動態(tài)對話框，表達(dá)式 /公式選擇“ TEMP”變量，31所示。即完成了實時溫度的31輸入/輸出域設(shè)置32所示。

32組態(tài)畫面組態(tài)與硬件調(diào)試WinCC組態(tài)畫面制作好之后電腦連接 PLC進(jìn)行通信調(diào)試， 按下機械按鈕“開始”或者點擊組態(tài)畫面“開始” ，系統(tǒng)開始工作。溫度顯示為 26°C，設(shè)定溫度為 50°C。因為溫度低于 49°C，所以低溫報警燈亮。 逐漸加熱， 溫度最后快到 50°C時加熱停止，溫度有較大的滯后性，溫度會升到 51°C以上，高溫報警燈亮。超過 50°C風(fēng)扇工作，溫度慢慢降低，最后在 50°C上下波動，最后趨于穩(wěn)定。在溫度變化過程中，E和EC的變化會導(dǎo)致 Kp，Ti，Td變化，使模糊 PID控制輸出最適合的參數(shù)，完成系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。運行畫面如圖 33所示。圖33系統(tǒng)運行畫面系統(tǒng)實物如圖 34所示。

圖34系統(tǒng)實物設(shè)置PID控制器系數(shù) Kp=3,Ti=7.6，Td=5.3，得到溫度曲線為圖 35所示。使用模糊PID算法，得到溫度曲線如圖 36所示。對比普通的 PID溫度控制曲線和模糊 PID控制器溫度控制曲線和，模糊 PID控制器動態(tài)性能更好，穩(wěn)定性，快速性更好。模糊控制器控制溫度在 50°C上下浮動，符合控制要求。35常規(guī)PID控制溫度曲線36模糊PID控制溫度曲線第5章總結(jié)與展望總結(jié)在工業(yè)生產(chǎn)中， 自動化溫度控制很重要， 提高了效率與質(zhì)量。 本系統(tǒng)工程實現(xiàn)了溫度的自動化控制，用中間繼電器控制電阻爐和風(fēng)扇的通斷，用模糊算法輸出 Kp，Ti，Td三個參數(shù)。用 WinCC組態(tài)畫面監(jiān)控運行狀態(tài)。用 STEP7MicroWIN編寫了全部的控制程序， 完成了溫度系統(tǒng)的控制。 低溫時電阻爐占空比輸出開始加熱， 快到設(shè)定溫度時不再加熱。 電風(fēng)扇工作， 溫度降到設(shè)定溫度左右風(fēng)扇占空比輸出， 溫度保持動態(tài)平衡。 溫度控制功能良好， 在組態(tài)界面監(jiān)控狀態(tài)也正常， 可以應(yīng)用于簡單的工業(yè)溫度控制。展望實際應(yīng)用中，本控制設(shè)備還需要完善。實際工業(yè)控制領(lǐng)域，需要組裝成控制柜，再用觸摸屏現(xiàn)場控制， 信息集中在總控室進(jìn)行總體監(jiān)控， 這樣方便統(tǒng)一管理。 工業(yè)方面一般用雙冗余控制， 提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性， 數(shù)學(xué)模型也需要再詳細(xì)分析計算一下。 輸出方面如果有更多的時間我會考慮用模擬量輸出， 控制可控硅來加熱， 這樣溫度控制效果會更理想。參考文獻(xiàn)段江霞 .模糊 PID控制在大慣量時滯溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究 [D].蘭州大學(xué)學(xué)位論文 .2013:152.劉艷梅 ,任雙艷 ,李一波.S7-300可編程控制器 (PLC)教程[M].北京:人民郵電出版社 ,2008:56-60.周萬珍.PLC分析與應(yīng)用 [M].北京 :電子工業(yè)出版社 ,2004:155-163.西門子中國有限公司自動化與驅(qū)動集團(tuán) .SIMATICS7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊 [S].北京:北京西門子公司 :2003.諸靜 .模糊控制原理與應(yīng)用 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 ,1995:190-196.姚然 .基于 PLC模糊控制的小型花卉玻璃溫室溫度控制 [D].昆明理工大學(xué)學(xué)位論文 .2015:1-42.向虹霖 .基于 PLC的模糊控制應(yīng)用研究 [D].西南石油大學(xué)學(xué)位論文 .2010:1-45.陶權(quán) ,謝彤 .基于 PLC的過程控制實驗裝置溫度模糊 PID控制[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用 ,2010,29(10):22-26.范海亮 .基于 PLC的模糊PID復(fù)合控制