1、PAGE 21/23PAGE 21【摘要】本文研究的是可編程控制器在水箱恒溫控制系統中的應用，水箱恒溫控制裝置主要用來完成對水箱中液體的液位和溫度檢測，并對溫度參數進行調節。系統中溫度控制是一個非常重要的部分。通過鉑熱電阻對溫度進行測量，將測量到的溫度傳到PLC中。PLC對采集到的溫度值與給定值進行比較，經過PID運算后，調節雙向晶閘管在設定周期內通斷時間的比例，改變加熱絲中電流大小及加熱時間，以完成對溫度的控制要求。本系統硬件部分主要由CPU224、EM235、雙向晶閘管等組成；軟件部分主要由PID控制來完成。關鍵詞：PLC CPU224 EM235 雙向晶閘管 PID控制Abstract:

2、 In this paper, is the programmable controller in the water tank temperature control system application, water tank temperature control system is mainly used to complete the tank liquid level and temperature detection, and adjust the temperature parameters. System, temperature control is a very impo

3、rtant part. By platinum RTD temperature measurement will be measured in the temperature reached the PLC. PLC on the collected temperature values compared with a given value, after a PID operation, the regulator Triac off the set period of time the ratio of change in heating wire in the current size

4、and heating time to complete the right temperature control requirements.The system hardware mainly by the CPU224, EM235, bi-directional thyristor etc.; software, some of the major by the PID control to complete. Key words: PLC CPU224 EM235 Triac PID Control目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc25115832

5、4 1.前言 PAGEREF _Toc251158324 h 1 HYPERLINK l _Toc251158325 1.1恒溫系統應用 PAGEREF _Toc251158325 h 1 HYPERLINK l _Toc251158326 1.2 PLC的結構 PAGEREF _Toc251158326 h 1 HYPERLINK l _Toc251158327 1.2.1中央處理單元(CPU) PAGEREF _Toc251158327 h 1 HYPERLINK l _Toc251158328 1.2.2存儲器 PAGEREF _Toc251158328 h 1 HYPERLINK l

6、_Toc251158329 1.2.3電源 PAGEREF _Toc251158329 h 2 HYPERLINK l _Toc251158330 1.3 PLC的工作原理 PAGEREF _Toc251158330 h 2 HYPERLINK l _Toc251158331 1.3.1 PLC的基本工作原理 PAGEREF _Toc251158331 h 2 HYPERLINK l _Toc251158332 1.3.2 PLC 編程方式 PAGEREF _Toc251158332 h 3 HYPERLINK l _Toc251158333 1.4 PLC的控制系統發展趨勢 PAGEREF

7、_Toc251158333 h 3 HYPERLINK l _Toc251158334 1.5 PLC控制系統的構成設計原則及步驟 PAGEREF _Toc251158334 h 4 HYPERLINK l _Toc251158335 1.5.1 PLC的設計原則 PAGEREF _Toc251158335 h 4 HYPERLINK l _Toc251158336 1.5.2 PLC的設計步驟 PAGEREF _Toc251158336 h 5 HYPERLINK l _Toc251158337 2硬件設計 PAGEREF _Toc251158337 h 7 HYPERLINK l _Toc

8、251158338 2.1工作過程 PAGEREF _Toc251158338 h 7 HYPERLINK l _Toc251158339 2.2 I/O地址分配 PAGEREF _Toc251158339 h 7 HYPERLINK l _Toc251158340 2.3選擇硬件 PAGEREF _Toc251158340 h 8 HYPERLINK l _Toc251158341 2.3.1 CPU224 PAGEREF _Toc251158341 h 8 HYPERLINK l _Toc251158342 2.3.2雙向晶閘管 PAGEREF _Toc251158342 h 9 HYPE

9、RLINK l _Toc251158343 2.3.3熱電阻原理構造 PAGEREF _Toc251158343 h 10 HYPERLINK l _Toc251158344 3 PID的介紹 PAGEREF _Toc251158344 h 11 HYPERLINK l _Toc251158345 3.1 PID的工作原理 PAGEREF _Toc251158345 h 11 HYPERLINK l _Toc251158346 3.2 PID參數整定 PAGEREF _Toc251158346 h 12 HYPERLINK l _Toc251158347 3.3 PID模塊介紹 PAGEREF

10、 _Toc251158347 h 13 HYPERLINK l _Toc251158348 3.3.1 PID回路表的格式及初始化 PAGEREF _Toc251158348 h 13 HYPERLINK l _Toc251158349 3.3.2 PID程序 PAGEREF _Toc251158349 h 14 HYPERLINK l _Toc251158350 4程序 PAGEREF _Toc251158350 h 18 HYPERLINK l _Toc251158351 4.1 順序功能流程圖 PAGEREF _Toc251158351 h 18 HYPERLINK l _Toc2511

11、58352 4.2 程序設計 PAGEREF _Toc251158352 h 20 HYPERLINK l _Toc251158353 結 束 語 PAGEREF _Toc251158353 h 25 HYPERLINK l _Toc251158354 謝 辭 PAGEREF _Toc251158354 h 26 HYPERLINK l _Toc251158355 參考文獻 PAGEREF _Toc251158355 h 271.前言1.1恒溫系統應用在日常生活、工業生產和實驗室中電熱恒溫箱的應用隨處可以見到。在生活中我們保存食物用到恒溫箱，工業生產中一些生產原料的保存用到恒溫箱，實驗室里，特

12、別是生物的培育實驗室，恒溫箱的應用更是普遍。可編程控制器即PLC是在計算機技術、通信技術和繼電器控制技術的發展基礎上開發出來的，現在已經廣泛應用于工業控制的各個領域。它以微處理器為核心，用編寫程序進行邏輯控制、定時、計數和算術運算等，并通過數字量和模擬量是輸入/輸出來控制設備或生產過程。在本設計中，我們針對實驗水箱而設計的一個恒溫系統，針對溫度控制的特點以及實現準確溫度控制的意義，設計了一種基于PID的恒溫檢測控制系統。1.2 PLC的結構PLC 實質是一種專用于工業控制的計算機其硬件結構基本上與微型計算機相同。1.2.1中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是PLC 的控制中樞，它按照

13、PLC 系統程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據、檢查電源、存儲器I/O以及警戒定時器的狀態；并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入I/O 映象區，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后，按指令的規定執行邏輯或算數運算, 運算的結果送入I/O 映象區或數據寄存器內。等所有的用戶程序執行完畢之后，最后將I/O 映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行直到停止運行。為了進一步提高PLC 的可靠性，近年來對大型PLC 還采用雙CPU 構成冗余系統或采用三CPU 的

14、表決式系統，這樣即使某個CPU 出現故障整個系統仍能正常運行。1.2.2存儲器存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器；存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。(1) PLC 常用的存儲器類型RAM (Random Assess Memory)，這是一種讀/寫存儲器(隨機存儲器) ，其存取速度最快，由鋰電池支持。EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)，這是一種可擦除的只讀存儲器，在斷電情況下存儲器內的所有內容保持不變(在紫外線連續照射下可擦除存儲器內容)。 EEPROM(Electrical Erasable Programmable Rea

15、d Only Memory)，這是一種電可擦除的只讀存儲器，使用編程器就能很容易地對其所存儲的內容進行修改。(2) PLC 存儲空間的分配雖然各種PLC 的CPU 的最大尋址空間各不相同，但是根據PLC 的工作原理其存儲空間一般包括以下三個區域：系統程序存儲區；系統RAM 存儲區(包括I/O 映象區和系統軟設備等)；用戶程序存儲區。 系統程序存儲區在系統程序存儲區中存放著相當于計算機操作系統的系統程序，包括監控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統診斷子程序、等由制造廠商將其固化在EPROM 中，用戶不能直接存取，它和硬件一起決定了該PLC 的性能。 系統RAM 存儲區系統RAM 存儲

16、區包括I/O 映象區以及各類軟設備如：邏輯線圈、數據寄存器、計時器、計數器、變址寄存器、累加器、等存儲器。a I/O 映象區由于PLC 投入運行后只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態和數據在輸出刷新階段才將輸出的狀態和數據送至相應的外設，因此它需要一定數量的存儲單元(RAM)以存放I/O 的狀態和數據，這些單元稱作I/O 映象區，一個開關量I/O 占用存儲單元中的一個位(bit)，一個模擬量I/O 占用存儲單元中的一個字(16 個bit)， 因此整個I/O 映象區可看作兩個部分組成：開關量I/O 映象區，模擬量I/O 映象區。b 系統軟設備存儲區除了I/O 映象區區以外，系統RAM 存儲區還

17、包括PLC 內部各類軟設備(邏輯線圈、計時器、計數器、數據寄存器和累加器等)的存儲區，該存儲區又分為具有失電保持的存儲區域和無失電保持的存儲區域，前者在PLC 斷電時由內部的鋰電池供電，數據不會遺失，后者當PLC 斷電時數據被清零。c 用戶程序存儲區用戶程序存儲區存放用戶編制的用戶程序，不同類型的PLC 其存儲容量各不相同。1.2.3電源PLC 的電源在整個系統中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的可靠得電源系統是無法正常工作的，因此PLC 的制造商對電源的設計和制造也十分重視，一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內可以不采取其它措施，而將PLC 直接連接到交流電網上去。1.3 PLC

18、的工作原理1.3.1 PLC的基本工作原理 （1）PLC采用“順序掃描，不斷循環”的工作方式 1）每次掃描過程。集中對輸入信號進行采樣。集中對輸出信號進行刷新。 2）輸入刷新過程。當輸入端口關閉時，程序在進行執行階段時，輸入端有新狀態，新狀態不能被讀入。只有程序進行下一次掃描時，新狀態才被讀入。 3）一個掃描周期分為輸入采樣，程序執行，輸出刷新。 4）元件映象寄存器的內容是隨著程序的執行變化而變化的。 5）掃描周期的長短由三條決定：CPU執行指令的速度；指令本身占有的時間；指令條數。 6）由于采用集中采樣。集中輸出的方式。存在輸入/輸出滯后的現象，即輸入/輸出響應延遲。 （2）PLC與繼電器控

19、制系統、微機區別 1）PLC與繼電器控制系統區別 前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”。 前者用“軟件”，后者用“硬件”。 2）PLC與微機區別 前者工作方式是“循環掃描”。后者工作方式是“待命或中斷”。1.3.2 PLC 編程方式 PLC最突出的優點采用“軟繼電器”代替“硬繼電器”。用“軟件編程邏輯”代替“硬件布線邏輯”。PLC編程語言有梯形圖、布爾助記符語言，等等。尤其前兩者為常用。 梯形圖語言特點： （1）每個梯形圖由多個梯級組成。 （2）梯形圖中左右兩邊的豎線表示假想的邏輯電源。當某一梯級的邏輯運算結果是“1”，有假想的電流流過。 （3）繼電器線圈只能出現一次，而它的常開、常

20、閉觸點可以出現無數次。 （4）每一梯級的運算結果，立即被后面的梯級所利用。 （5）輸入繼電器受外部信號控制。只出現觸點，不出現線圈。1.4 PLC的控制系統發展趨勢（1）PLC發展的潮流目前，國外PLC制造商不斷推出新產品。西門子最初推出S5系列，然后推出 S7系列；三菱開始是F系列，FX系列，現在是Q系列（A1、A2、A2X）。大趨勢是功能越來越多，集成度越來越高，網絡功能越來越強。特別是網絡，因為聯 網是一個大潮流。現在各種PLC都在發展自己的網絡，一般從結構上有兩種，一種在PLC模塊上做了一個通信輸出口，可以直接與計算機聯接實現點對點通信（RS232聯接）；另一種是通過多點聯接（RS48

21、5聯接），這適用于多層PLC。這方面，西門子的產品具有代表性，它具有自己的PROFIBUS協議的網絡標準，現在已經被世界上絕大多數國家接受，幾乎已經成為國際標準，獲得廣泛的應用。目前網絡是一個發展趨勢。網絡的控制中心一般有兩臺計算機，通過電纜與現場的PLC站相連，每個站就放在被控設備的附近，從設備到PLC站之間的電纜很短，從PLC站到控制中心只需一根電纜線，這樣成本就大大降低了。（2）PLC的最新發展動態一是PLC網絡化技術的發展，其中有兩個趨勢，一方面，PLC 網絡系統已經不再是自成體系的封閉系統，而是迅速向開放式系統發展，各大品牌PLC除了形成自己各具特色的PLC網絡系統，完成設備控制任務

22、之外，還可以與上位計算機管理系統聯網，實現信息交流，成為整個信息管理系統的一部分。另一方面，現場總線技術得到廣泛的采用，PLC與其他安裝在現場的智能化設備，比如智能化儀表，傳感器，智能型電磁閥，智能型驅動執行機構等，通過一根傳輸介質（比如雙絞線，同軸電纜，光纜）連接起來，并按照同一通信規約互相傳輸信息，由此構成一個現場工業控制網絡，這種網絡與單純的PLC遠程網絡相比，配置更靈活，擴容更方便，造價更低，性能價格比更好，也更具開放意義。二是PLC向高性能小型化發展。PLC的功能正越來越豐富，而體積則越來越小。比如三菱的FX-1S系列PLC，最小的機種，體積僅為6090 75mm，相當于一個繼電器，

23、但卻具有高速計數、斜坡、交替輸出及16位四則運算等能力，還具有可調電位器時間設定功能。PLC已不再是早期那種只能進行開關量邏輯運算的產品了，而是具有越來越強的模擬量處理能力，以及其他過去只有在計算機上才能具有的高級處理能力，如浮點數運算，PID調節，溫度控制，精確定位，步進驅動，報表統計等。從這種意義上說，PLC系統與DCS（集散控制系統）的差別已經越來越小了。用PLC同樣可以構成一個過程控制系統。1.5 PLC控制系統的構成設計原則及步驟1.5.1 PLC的設計原則1）硬件設計：硬件設計內容：PLC機型的選擇；輸入/輸出設備的選擇；圖樣（如接線圖等）繪制；硬件設計應遵循的原則：（1）經濟性（

24、2）可靠性（3）先進性及可擴展性2） 軟件設計：軟件就是編寫滿足生產控制要求的PLC用戶程序，即繪制梯形圖，或編寫語句表。軟件設計原則：（1）邏輯關系要簡單明了，易于編程；如繼電器的觸點可以使用無數次，只要在實現某個邏輯功能所需要的地方，可以隨時使用，使得編制程序具有可讀性，但要避免使用不必要的觸點。（2）保證程序功能的前提下盡量減少指令和程序的運行時間。1.5.2 PLC的設計步驟 PLC系統設計的一般方法和步驟如圖11所示：程序設計與調試分析生產過程，明確設計要求電器電路設計試運行繪制系統原理圖選擇PLC的型號總裝調試圖11 PLC的設計流程（1）確定方案： 被空對象環境較差，系統工藝復雜

25、，考慮用PLC控制系統。控制很簡單，可以考慮用繼電器控制系統。用PLC控制，首先要了解系統的工作過程及所有功能要求，從而分析被控對象的控制過程，輸入/輸出量是開關量還是模擬量，明確控制要求，繪制系統流程圖。（2）選擇PLC的機型：PLC的可靠性上是沒有問題的，機型的選擇主要是考慮功能上滿足系統要求。機型的選擇依據：控制對象的輸入量，輸出量工作電壓輸出功率現場對系統的響應速度要求控制室與現場的距離等。（3）選擇I/O設備，列出I/O地址分配表：輸入設備：控制按鈕、行程開關、接近開關等。輸出設備：接觸器、電磁閥、信號燈等。確定輸入/輸出設備的型號和數量。列寫輸入/輸出設備與PLC的I/O端口地址對

26、照表，繪制接線圖及編寫程序。分配I/O地址時應注意以下幾點：把所有按鈕、行程開關等集中配置，按順序分配I/O地址；每個I/O設備占用地址；同一類型的I/O點應盡量安排在同一個區。彼此有關的輸出器件，如電動機的正反轉，其輸出地址應連續分配。1）繪制電動機的主電路及PLC外部的其它控制電路圖。2）繪制PLC的I/O接線圖。注：接在PLC輸入端的電器元件一律為常開觸點，如停止按鈕等。3）繪制PLC及I/O設備的供電圖。輸入電路一般由PLC內部提供電源，輸出電路根據負載的額定電壓外接電源。（4）設計電氣線路圖：（5）程序設計與調試程序設計可以用經驗設計或者功能表圖設計法，或兩者結合使用。（6）總裝調試

27、：接好硬件線路，把程序輸入PLC中，聯機調試2硬件設計2.1工作過程（1）打開SV1充冷水，當水到達上限位，使上限位傳感器輸出有信號時，停止供冷水，關閉SV1。（2）當水到達下限位時，啟動加熱器H，讓其加熱水，同時讓攪拌電動機M開始運行，使水的溫度均勻上升。（3）設定給定溫度值為60。（4）當實際溫度高于60時，開通SV1和SV2，并運行攪拌電機M；當實際溫度低于60時，開通加熱器H并運行攪拌電機M。以此進行循環。（5）當水低于下限位傳感器時，報警燈亮。人工按下停止按鈕，重新開始啟動。圖21 實驗水箱溫度控制系統符號描述2.2 I/O地址分配根據圖2-1及以上工作過程分析，統計控制系統的輸入輸

28、出信號的名稱、代碼及地址編號，如表2-1所示。水位上下限位信號分別為I0.2、I0.3,它們在水淹沒時為1，露出時為0。表21 I/O分配名稱符號地址編號輸入信號啟動按鈕QS2I0.0停止按鈕QS1I0.1水池水位上限信號SLHI0.2水池水位下限信號SLLI0.3熱繼電器信號QSI0.4鉑電阻信號AI4AIW0輸出信號控冷水電磁閥SV1Q0.0控熱水電磁閥SV2Q0.1攪拌電機MQ0.2報警指示燈HLQ0.3加熱器HAQPID輸出模擬信號A00AQW02.3選擇硬件從上面分析可以知道，系統共有5個開關量輸入點，4個開關量輸出點，1個模擬量輸入點，1個模擬量輸出點。參照西門子S7-200產品目

29、錄及市場實際價格，選用主機為CPU224(14入/10繼電器輸出)一臺，再擴展一個模擬量模塊EM235(4AI/1AO)。這樣的配置是最經濟的。整個PLC系統的配置如圖所示。主機單元CPU224AC/DC/繼電器模擬量單元EM2354AI/1AO圖22 恒溫水箱的PLC系統的配置2.3.1 CPU224CPU224集成14輸入10輸出共24個數字量IO點。可連接7個擴展模塊，最大擴展至168路數字量IO點或35路模擬量IO 點。13K字節程序和數據存儲空間。6個獨立的30KHz高速計數器，2路獨立的20KHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個RS485通訊編程口，具有PPI通訊協議、MPI通

30、訊協議和自由方式通訊能力。IO端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強控制能力的控制器。如下圖所示圖23 CPU224的接線圖2.3.2雙向晶閘管雙向晶閘管工作原理:雙向可控硅具有兩個方向輪流導通、關斷的特性。雙向可控硅實質上是兩個反并聯的單向可控硅，是由NPNPN五層半導體形成四個PN結構成、有三個電極的半導體器件。圖24 雙向可控晶閘管液溫的電加熱一般采用移相觸發可控硅調節方式。即PLC根據PID公式計算出控制電壓值，經D/A變換成模擬量輸出給晶閘管，控制可控硅導通角。為避免電源畸變造成干擾，此處采用雙向晶閘管固定周期控制方式。工作原理為：，選定控制脈沖的周期Tc=1 s，100個工頻電源半周

31、期即為10 ms。根據PID計算結果，微機在1秒固定周期內，發出不同寬度的電脈沖去控制雙向晶閘管的門極，改變其導通時間，從而控制加熱器的平均輸出功率。2.3.3熱電阻原理構造熱電阻是中低溫區最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩定。其中鉑熱電阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應用于工業測溫，而且被制成標準的基準儀。從熱電阻的測溫原理可知，被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的，因此，熱電阻體的引出線等各種導線電阻的變化會給溫度測量帶來影響。為消除引線電阻的影響一般采用三線制或四線制。熱電阻測溫系統一般由熱電阻、連接導線和顯示儀表等組成。必須注意以下兩點： 熱電阻和顯

32、示儀表的分度號必須一致 。 為了消除連接導線電阻變化的影響，必須采用三線制接法。3 PID的介紹3.1 PID的工作原理在控制系統中,控制器最常用的控制規律是PID控制。PID控制系統原理框圖如圖31所示。系統由PID控制器和被控對象組成。圖31 PID控制系統原理框圖PID控制器是一種線性控制器,一種它根據給定值rin(t)與實際輸出值yout(t)構成控制偏差： Error(t)=rin(t)-yout(t) （3.1）PID控制就是對偏差信號進行比例、積分、微分運算后，形成一種控制規律。即，控制器的輸出為： （3.2）或寫成傳遞函數的形式： （3.3）其中， kp比例系數；Ti積分時間常

33、數；T d微分時間常數。簡單說來，PID控制器各校正環節的作用如下：比例環節：成比例地反映控制系統的偏差信號error(t),偏差一旦產生，控制器立即產生控制作用，以減小偏差。比例控制： Gc(s)= Kp 積分環節：主要用于消除靜差，提高系統的無差度。積分作用的強盡弱取決于積分時間常數Ti，Ti越大，積分作用越弱，反之則越強。積分控制： Gc(s) = Kp/T is微分環節：反偏差信號的變化趨勢（變化速率），并能在偏差信號變得太大之前，在系統中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統的動作速度，減少調節時間。微分控制： Gc(s) =KpT ds基本PID控制器的理想算式為： （3.4）

34、式中u(t)控制器(也稱調節器)的輸出；e(t)控制器的輸入（常常是設定值與被控量之差，即e(t)=r(t)-c(t)）；Kp控制器的比例放大系數；Ti 控制器的積分時間；Td控制器的微分時間。設u(k)為第k次采樣時刻控制器的輸出值，可得離散的PID算式 （3.5） 式中 。由于計算機的輸出u(k)直接控制執行機構（如閥門），u(k)的值與執行機構的位置（如閥門開度）一一對應，所以通常稱式(4.3)為位置式PID控制算法。位置式PID控制算法的缺點：當前采樣時刻的輸出與過去的各個狀態有關，計算時要對e(k)進行累加，運算量大；而且控制器的輸出u(k)對應的是執行機構的實際位置，如果計算機出現

35、故障，u(k)的大幅度變化會引起執行機構位置的大幅度變化。3.2 PID參數整定 PID控制器的參數整定是控制系統設計的核心內容。它是根據被控過程的特性確定PID控制器的比例系數、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數整定的方法很多，本設計采用實驗湊試法（1）確定控制器參數數字PID控制器控制參數的選擇，可按連續-時間PID參數整定方法進行。在選擇數字PID參數之前，首先應該確定控制器結構。對允許有靜差（或穩態誤差）的系統，可以適當選擇P或PD控制器，使穩態誤差在允許的范圍內。對必須消除穩態誤差的系統，應選擇包含積分控制的PI或PID控制器。一般來說，PI、PID和P控制器應用較多。對于有

36、滯后的對象,往往都加入微分控制。（2）選擇參數控制器結構確定后，即可開始選擇參數。參數的選擇，要根據受控對象的具體特性和對控制系統的性能要求進行。工程上，一般要求整個閉環系統是穩定的，對給定量的變化能迅速響應并平滑跟蹤，超調量小；在不同干擾作用下，能保證被控量在給定值；當環境參數發生變化時，整個系統能保持穩定，等等。這些要求，對控制系統自身性能來說，有些是矛盾的。我們必須滿足主要的方面的要求，兼顧其他方面，適當地折衷處理。（3）整定步驟實驗湊試法的整定步驟為先比例，再積分，最后微分。整定比例控制將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應，直至得到反應快、超調小的響應曲線。整定積分環節若在比例控制下

37、穩態誤差不能滿足要求，需加入積分控制。先將步驟中選擇的比例系數減小為原來的5080，再將積分時間置一個較大值，觀測響應曲線。然后減小積分時間，加大積分作用，并相應調整比例系數，反復試湊至得到較滿意的響應，確定比例和積分的參數。整定微分環節若經過步驟，PI控制只能消除穩態誤差，而動態過程不能令人滿意，則應加入微分控制，構成PID控制。先置微分時間TD=0，逐漸加大TD，同時相應地改變比例系數和積分時間，反復試湊至獲得滿意的控制效果和PID控制參數。3.3 PID模塊介紹3.3.1 PID回路表的格式及初始化（1）PID回路表PLC在執行PID調節指令時，須對算法中的9個參數進行運算，為此S7-2

38、00的PID指令使用一個存儲回路參數的回路表，PID回路表的格式及含義如表32所示。表31 PID回路表偏移地址（VB）變量名數據格式輸入輸出類型取值范圍T+0反饋量（PVn）雙字實數輸入應在0.01.0之間T+4給定值(SPn)雙字實數輸入應在0.01.0之間T+8輸出值(Mn)雙字實數輸入輸出應在0.01.0之間T+12增益(KC)雙字實數輸入比例常數,可正可負T+16采樣時間(TS)雙字實數輸入單位為s,必須為正數T+20積分時間(TI)雙字實數輸入單位為min,必須為正數T+24微分時間(TD)雙字實數輸入單位為min,必須為正數T+28積分和(YQ)或積分項前值(MX)雙字實數輸入輸

39、出應在0.01.0之間T+32反饋量前值(PVn-1)雙字實數輸入輸出最后一次執行PID指令的過程變量值說明：PLC可同時對多個生產過程（回路）實行閉環控制。由于每個生產過程的具體情況不同，PID算法的參數亦不同。因此，需建立每個控制過程的參數表，用于存放控制算法的參數和過程中的其它數據。當需要執行PID運算時，從參數表中把過程數據送至PID工作臺，待運算完畢后，將有關數據結果再送至參數表。反饋量PVn和給定值SPn為PID算法的輸入，只可由PID指令讀取并不可更改。通常反饋量來自模擬量輸入模塊，給定量來自人機對話設備，如TD200、觸摸屏、組態軟件監控系統等。表中回路輸出值Mn由PID指令算

40、得出，僅當PID指令完全執行完畢才予以更新。該值還需用戶按工程量標定通過編程轉換為16位數字值，送往PLC的模擬量輸出寄存器AQWx。表中增益（KC）、采樣時間（TS）、積分時間（TI）、微分時間TD是由用戶事先寫入的值，通常也可通過人機對話設備（如TD200、觸摸屏、組態軟件監控系統）的輸入。表中積分和YX由PID運算結果更新，且次更新值用作下一次PID運算的輸入值。積分和的調整值必須是0.00.1之間的實數。（2）PID回路表初始化為了執行PID指令，要對PID回路表的初始化處理，即將PID回路表中有關參數（給定值SPn 、增益值KC、采樣時間TS、積分時間TI、微分時間TD）。按照地址偏

41、移量寫入到變量寄存器V中。一般是調用一個子程序，在子程序中對PID回路表進行初始化處理。在采用人機界面的系統中，初始化參數通過人機界面直接輸入。3.3.2 PID程序本次設計中在主程序、子程序、中斷程序中均涉及到了PID 控制。在主程序中調用初始化子程序圖（32）；子程序用來建立PID回路初始化參數表和設置中斷（圖33），采用定時中斷來定時采樣，設置定時時間和采樣時間為100ms,并寫入SMB34；中斷程序用于執行PID運算（圖34）。標準化時采用用單極性（取值范圍為032000）。圖32 主程序中的調用PID 初始化指令圖33 PID子程序圖34 PID中斷程序4程序4.1 順序功能流程圖對

42、于較為復雜的控制系統，通常采用順序控制法進行程序設計。順序控制法的基本思想是將一個復雜的控制過程分成一系列“狀態”或稱為“步”，編程時可針對一個個的狀態進行，每一個狀態程序都含有本狀態做什么，滿足什么條件時進行狀態轉移及轉到哪一個狀態去這樣一些問題。最后利用狀態間的聯系完成整體控制程序。對于水箱溫度控制系統的順序功能流程圖如圖41所示。SM0.1S0.0S0.1S0.3S0.4PID.S0.6S0.5S0.2Q0.2AQQ0.2AQQ0.0Q0.0Q0.0Q0.1ATCHQ0.2ATCHAQQ0.2I0.0啟動按鈕I0.3下限位I0.2上限位ATCH中斷判斷VD250R溫度高VD250R溫度低

43、ATCHI0.3I0.1S0.7Q0.3I0.3 水位過低圖41 功能功能流程圖4.2 程序設計(1) 程序中使用的PLC元件及其功能如表41所示。表41 程序中使用的PLC元件地址及其功能器件地址功能VB100過程變量標準化值PVnVD100過程變量標準化值VD104溫度給定值VD108PI計算值VD112比例系數VD116采樣時間VD120積分時間VD124微分時間(2)程序中所用到的部分指令及功能說明如表42所示。表42 部分所用指令梯形圖程序語句表程序說明CALL SBR0子程序調用指令：子程序的編號從0開始，隨著子程序個數的增加自動生成，可以063 MOVB IN，OUTMOVW I

44、N，OUTMOVR IN，OUT數據傳送指令：實現字節、字和實數的數據傳送。當使能輸入EN為1時，把輸入端數據IN傳送到輸出端OUT。ATCH INT，EVNT中斷指令：用來建立中斷事件（EVNT）與中斷程序（INT）之間的聯系。 ITD IN，OUTDIT IN，OUT整數轉換成雙整數雙整數轉換成整數DTR IN，OUT雙字整數轉換成實數PID TBL，LOOP當使能端EN為1時，PID調節指令對TBL為起始地址的PID參數表中的數據進行PID運算*RIN1，OUT乘法指令：實現雙整數的乘法運算。IN1*IN2=OUT/RIN1，OUT除法指令：實現雙整數的除法運算。IN1/IN2=OUT(3) 恒溫水箱控制系統的梯形圖程序及程序注釋如圖42所示。因為程序較長，所以讀圖時請按網絡標號的順序進行。(a) 主程序(b) 子程序(c)中斷程序圖42 水箱溫度控制系統梯形圖程序結 束 語在這次畢業設計中我學到了許多東西。整個做設計的過程是訓練我獨立進行科學