基于s7-200PLC的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、安徽大學(xué) 機(jī)械與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 課 題：基于s7-200 PLC的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè)：自動化 班級：09自動化2班 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 09210030000 指導(dǎo)教師： 安徽建筑大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院 二O三年六月 安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要 隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步和社會飛速發(fā)展，熱水器成為人民日常生活息息相關(guān) 的電器產(chǎn)品；。設(shè)訃方法也開始多種多樣，從而使全自動熱水機(jī)顯得更加智能化。 可編程控制器(PLC)以微處理器為核心，普遍采用依據(jù)繼電接觸器控制系統(tǒng)電氣 原理圖編制的梯形圖語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，編程容易，功能擴(kuò)展方便，修改靈活而 且結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)。 S7

2、-200系列可編程控制器指令豐富，可以接各種輸出、輸入擴(kuò)充設(shè)備，有豐 富的特殊擴(kuò)設(shè)備，其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備更是符合全自動洗衣機(jī)控制系 統(tǒng)的要求與特點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)選擇S7-200為核心部件，著重進(jìn)行碩件接口設(shè)計(jì)，利用梯形圖和指令 表進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了水的加熱控制系統(tǒng)的自動化。在整個(gè)設(shè)計(jì)程序以及程序結(jié)束 的處理操作過程中，更快捷?？傊w梯形圖的設(shè)計(jì)簡練，有很強(qiáng)的可讀性及 操作性。 關(guān)鍵字：PLC、繼電接觸器、可編程控制器、自動化 Model Along with the con stant progress of science and tech no logy and the socia

3、l rapid development, the water heater become Peoples Daily life is closely linked Electrical products; Design method are also beginning to varied, so that the automatic hot water machine appear more intelligent. Programmable controller (PLC) in the microprocessor as the core, the widely used electri

4、cal principle diagram based on relay contactor control system establishment of ladder diagram programming language, programming easy, convenient function extension and modification flexible and simple structure, strong anti-jamming capability. S7-200 series programmable controller instruction is ric

5、h, can meet various output and in put expa nsion equipment, has a lot of special equipment, and the analog in put equipment and communication equipment is in accordance with the requirements and features of fully automatic washing machine control system. This design choose S7-200 as the core part, e

6、mphatically carries on the hardware in terface desig n and programmi ng using ladder diagram and instructio n list, automate the water heating control system. Throughout the design process, in the process of the processing operations by the end of the program and more quickly. In a word, the whole l

7、adder diagram design concise, has the very strong readability and operability. Key words: PLC, relay contactor; PLC, automation 安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1緒論1 2系統(tǒng)的介紹3 2.1系統(tǒng)的描述3 2.2系統(tǒng)的功能3 2.3系統(tǒng)的流程圖4 3硬件設(shè)計(jì)5 3.1溫度變送器5 3.3PLC的簡介10 3.3.1 PLC主機(jī)的選型10 3.3.2 PLC的輸入和輸出模塊的選型11 3.4 PID12 3.4.1 PID在PLC中的回路指令14 3.4.2回路輸入輸出

8、變量的數(shù)值轉(zhuǎn)換方法15 3.4.3實(shí)數(shù)歸一化處理15 3.4.4 PID參數(shù)整定15 3.5可控硅16 4軟件設(shè)計(jì)17 4.1軟件的設(shè)計(jì)17 4.2程丿了的編寫18 致謝23 參考文獻(xiàn)24 附錄1 25 附錄228 1外文文獻(xiàn)28 安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 1緒論 溫度及濕度的測量和控制對人類日常生活、工業(yè)生產(chǎn)、氣象預(yù)報(bào)、物資倉儲 等都起著極其重要的作用。在許多場合，及時(shí)準(zhǔn)確獲得LI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，能夠在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各領(lǐng)域中廣泛使 用。 自70年代以來，由于工業(yè)過程控制的需

9、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)展以及自動控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動下，國內(nèi)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，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。 其中PLC的快速發(fā)展使得各種控制系統(tǒng)更加的簡潔，效率更高，而且系統(tǒng)穩(wěn) 定可靠。 S7-200是四門子公司開發(fā)的一種可編程控制器。PLC (Programmable Logic Controller)可編程邏輯控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán) 境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)

10、部存儲程序，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 式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。 S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從 替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與 自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、 民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械, 中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動系統(tǒng)。 溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然十分廣泛，但從國內(nèi)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

11、國等先進(jìn)國家相比仍然 有著較大的差距。U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 安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 能化、自適應(yīng)控制儀表，國內(nèi)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)性能可鼎的自整定軟件。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，人們對溫度控制系統(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)是國內(nèi)外必然發(fā)展趨勢。 本次設(shè)計(jì)即是利用溫度控制硬件設(shè)備、

12、計(jì)算機(jī)與PLC相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對水箱溫 度自行控制的測量。 本裝置主要山電源、S7-200 PLC,模擬量輸入模塊，模擬量輸出模塊，計(jì)算機(jī), 溫度傳感器及變送器，電力調(diào)整器、水箱構(gòu)成。本次設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)以上各個(gè)部分。本 論文主要完成溫度的采集，溫度的調(diào)節(jié)以及水加熱系統(tǒng)的設(shè)訃。 安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2系統(tǒng)的介纟 2.1系統(tǒng)的描述 本系統(tǒng)為基于PLC的水箱溫度控制系統(tǒng)。 開始的時(shí)候打開入口電磁閥箱水箱中加水，在水箱中放置一個(gè)浮球用來測試 水面的高度。系統(tǒng)開始工作時(shí)，將水箱中得水溫通過傳感器傳送給PLC主機(jī)， 主機(jī)再通過控制加熱器來加熱水箱中的水，當(dāng)水箱中的水溫達(dá)到設(shè)定值時(shí)，就自 動減少功率加熱。

13、當(dāng)熱水層中的水量少于一半時(shí)，停止加熱，加熱層在自動補(bǔ)水, 補(bǔ)滿后繼續(xù)加熱，以此往復(fù)的工作。 2.2系統(tǒng)的功能 本系統(tǒng)中所使用的有溫度傳感器用來實(shí)現(xiàn)對溫度的數(shù)據(jù)的釆集，所采集的 數(shù)據(jù)通過溫度變數(shù)器傳送給PLC,中間有個(gè)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，我們所使用的溫度傳感 器是PtlOO,它主要是受溫度的變化是的電阻也發(fā)生變化，根據(jù)這個(gè)原理來采集 溫度數(shù)據(jù)，因?yàn)橹苯硬杉牟皇菧囟鹊木唧w值，所以要通過溫度變送器來轉(zhuǎn)化數(shù) 據(jù)，然后通過PLC的程序來調(diào)節(jié)。這個(gè)被釆集的數(shù)據(jù)不能直接送到PLC中，需 要一個(gè)輸入模塊，通過輸入模塊把數(shù)據(jù)送到PLC中，因?yàn)閷?shù)直接加熱而不經(jīng) 過調(diào)節(jié)會使得誤差較大，所以在這個(gè)系統(tǒng)中用了 PID控制，

14、它可以使得誤差更 小，對水溫的調(diào)節(jié)更加的精確。經(jīng)過CPU處理后，輸出的數(shù)據(jù)通過PLC的輸出 模塊，來控制可控硅的偏轉(zhuǎn)角，從而控制加熱器。當(dāng)達(dá)到所要求的水溫時(shí)，因?yàn)?水箱會散熱，所以加熱器不能停止加熱，而是小功率的在加熱。 安徽建筑大學(xué) 2.3系統(tǒng)的框 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 3硬件設(shè)計(jì) 3.1溫度變送器 工作原理：溫度變送器采用熱電偶、熱電阻作為測溫元件，從測溫元件 輸出信號送到變送器模塊，經(jīng)過穩(wěn)壓濾波、運(yùn)算放大、非線性校正、v/i轉(zhuǎn)換、 恒流及反向保護(hù)等電路處理后，轉(zhuǎn)換成與溫度成線性關(guān)系的420mA電流信號 輸出。 作用：將物理測量信號或普通電信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號輸

15、出或能夠以通訊 協(xié)議方式輸出的設(shè)備。溫度變送器是將溫度變量轉(zhuǎn)換為可傳送的標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號 的儀表，主要用于工業(yè)過程溫度參數(shù)的測量和控制。電流變送器是將被測主回路 交流電流轉(zhuǎn)換成恒流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)信號，連續(xù)輸送到接收裝置。 溫度電流變送器是把溫度傳感器的信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?，連接到二次儀表 上，從而顯示出對應(yīng)的溫度。比如，溫度傳感器的型號為PT100,那么溫度電流 變送器的作用就是把電阻信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?，輸入儀表，顯示溫度。 性能指標(biāo)： * 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：IEC68 安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） *低功耗、可靠性高； *優(yōu)良的抗干擾能力； *拔插端子接口、標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌（35mm）安裝； * 體積小、外型尺寸（m

16、m）： 95（L）x37（W）x32（H）： 技術(shù)參數(shù)： 1、熱電偶溫度變送器技術(shù)指標(biāo) 輸入 輸入類型：K、E、S、B、T、J等型熱電偶 溫度量程范圉：（如下圖） 輸入阻抗：20KQ 冷端溫度補(bǔ)償：0iOOC 輸出 輸出電流：420mA 輸出回路供電：i230VDC 最小工作電壓：12VDC 負(fù)載電阻與供電電源的關(guān)系： 綜合參數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)精度：0.2% 溫度漂移：基本誤差/1CTC 熱電阻引線補(bǔ)償：0.1% （010Q） 負(fù)載變化影響：0.1% （允許負(fù)載范圍內(nèi)） 電源變化影響：0.1% （1230V） 安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 開機(jī)響應(yīng)時(shí)間：1S （090%） 工作環(huán)境溫度：o+iooc

17、防護(hù)等級：IP00/IP54 （傳感器防護(hù)等級決定） 電磁兼容：符合IEC61000,EN61000 2、熱電阻溫度變送器技術(shù)指標(biāo) 輸入 溫度量程范圍：PtlOO：200850C Cu50：50150C 最小溫度量程：100 r 引線電阻：10Q 輸出 輸出電流：420mA 輸出回路供電：1230VDC 最小工作電壓：12VDC 負(fù)載電阻與供電電源的關(guān)系： 負(fù)載電阻（包括引線電阻）二供電電源（V） -12 （V） /0.02A 綜合參數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)精度：0.2% （參見選型表）注：需要高精度可訂制 溫度漂移：基本誤差/1CTC 熱電阻引線補(bǔ)償：0.1% （010Q） 負(fù)載變化影響：0.1% （允許負(fù)

18、載范圍內(nèi)） 電源變化影響：0.1% （1230V） 開機(jī)響應(yīng)時(shí)間：1S （090%） 安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 工作環(huán)境溫度：0+100C 防護(hù)等級：IP00/IP54 (傳感器防護(hù)等級決定) 電磁兼容：符合IEC61000,EN61000 3. 2 PT100溫度傳感器 溫度傳感器種類繁多，但最符合要求的PT100溫度傳感器.PT100是鈕熱電 阻，它的阻值會隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在0C時(shí)阻值為 100歐姆，在100C時(shí)它的阻值約為138.5歐姆。 經(jīng)過仔細(xì)的網(wǎng)上搜尋，我覺得合肥中亞傳感器有限公司的產(chǎn)品性能較好.以下 是對它的一些簡單的介紹： 它的工作原理：當(dāng)PT

19、100在0攝氏度的時(shí)候他的阻值為100歐姆，它的阻 值會隨著溫度上升而成近似勻速的增長。但他們之間的關(guān)系并不是簡單的正比的 關(guān)系，而更應(yīng)該趨近于一條拋物線。 鉗電阻的阻值隨溫度的變化而變化的計(jì)算公式： -200t0C Rt=R01+At+Bt*t+C(t-100)t*t*t(1) 0Wt850C Rt=R0 (1+At+Bt2)(2) Rt為tC時(shí)的電阻值，RO為0C時(shí)的阻值。公式中的A, B,系數(shù)為實(shí)驗(yàn)測定。這 里給出標(biāo)準(zhǔn)的 DIN IEC751 系數(shù)：A二3. 9083E-3、B二-5. 775E-7、C二-4. 183E-12 根據(jù)韋達(dá)公式求得阻值大于等于100歐姆的Rt -) t的換算

20、公式： 0t因此白金作成的電阻式溫度檢測器， 乂稱為 PTIOOo 1： Vo二2. 55mA X100(1+0. 00392T)=0. 255+T/1000。 2：量測V。時(shí)，不可分出任何電流，否則測量值會不準(zhǔn)。電路分析山于一般電 源供應(yīng)較多零件之后，電源是帶雜訊的，因此我們使用齊納二極體作為穩(wěn)壓零件， 安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 山于7. 2V齊納二極體的作用，使得1K電阻和5K可變電阻之電壓和為6. 5V,靠5K 可變電阻的調(diào)整可決定電晶體的射傑極)極電流，而我們須將集極電流調(diào)為 2. 35mA,使得量測電壓V如箭頭所示為0. 255+171000。其后的非反向放大器，輸 入電阻兒乎無

21、限大，同時(shí)乂放大10倍，使得運(yùn)算放大器輸出為2. 55+T/lOOo 6V 齊納二極體的作用如7. 2V齊納二極體的作用，我們利用它調(diào)出2. 55V,因此電壓 追隨器的輸出電壓VI亦為2.55V。其后差動放大器之輸出為 Vo=10(V2-Vl)=10(2. 55+T/100-2. 55)二T/10,如果現(xiàn)在室溫為 25C,則輸出電壓 為 2. 5Vo PT100鉗電阻RT曲線圖表 安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 溫度（度） 阻值（歐姆） 0 100 10 103.9 20 107. 79 30 111. 67 40 115. 54 50 119.4 60 123. 24 70 127. 07

22、80 130. 89 90 134.7 100 138.5 PtlOO分度表 3.3PLC的簡介 PLC是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)汁的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采 用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、 計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各 種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系 統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 PLC二Programmable Logic Controller,可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算 操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲器

23、， 用于其內(nèi)部存儲程序，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)字或模擬式輸入/輸岀控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 是工業(yè)控制的核心部分。 3.3.1 PLC主機(jī)的選型 S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋 從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有 與自動檢測，自動化控制有關(guān)的丄業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè) 施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工 機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動系統(tǒng)。 CPU單元設(shè)計(jì)： 集成的24V負(fù)載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器

24、），CPU 224, 輸出280,可用作負(fù)載電源。 CPU 224具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)。 安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 VDC Power 本次選用的PLC的CPU是CPU 224o 1 1 I 1 1 i 1 JL 1 T T T T T T T T T T +1 000000000000000000 CPU 224XP DC/DC/DC (6ES7 214-2AD23-0XB0) 1 M DC |0.0 0.1 0 2 0.3 ol)2M2L+O5 06 0.7 10 1.1 | 色0/1 02麗0.4 ojjo.6 0 了 10 1.1 F2 1.3 1.4 1.5|

25、|M L+ | 000000000000000000 24 VDC Sensor Power Output S7-200 Cpu224 3.3.2 PLC的輸入和輸出模塊的選型 PLC有多種輸出和輸入模塊，本系統(tǒng)中的輸入信號是溫度信號，所以選擇 EM231作為它的輸入模塊，總共有四個(gè)模擬量輸入。EM232作為它的輸出模塊, 有兩個(gè)模擬量輸出。 熱電偶選型：熱電阻選用PtlOO,其溫度測量范圉為0C100C,測量精度 為01攝氏度。水箱中的溫度一般在：20ci0（rc,不超過iooc,控制恒溫水 供很多恒溫裝置實(shí)用。 EM231的模塊設(shè)定如下： SW1/SW2/SW3/=O1O （熱電偶選型為T

26、型熱電偶）。 SW4=0 （OFF）狀態(tài)。 SW5=0正向斷線檢查。 SW6=0斷線檢查使能，模塊向輸入端加入20uA的 檢測電流，判斷模塊是否斷線。 SW7=0溫度單位選為（C）。 SW8=0冷端補(bǔ)償使能。 型號 名稱 主要參數(shù) DC5V消耗 功耗 11 安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） EM231 模擬雖輸入 4 點(diǎn)，DC010V/020mA 輸入.12 位 20mA 2W 2點(diǎn)，熱電阻輸入 16位 87 mA 1.8W 4點(diǎn)，熱電偶輸入 16位 87 mA 1.8W 型號 名稱 主姿參數(shù) DC5V消耗 功耗 EM232 模擬量輸出 2 點(diǎn).10V+10V/020mA, 12 位 20mA

27、2W 3.4 PID 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。人們在應(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）是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成 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，控制器的輸岀與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。積分 控制可以消除余差，但具有滯后特點(diǎn)，不能快速對誤差進(jìn)行有效的控制。 在微分控制（D）中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（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。

28、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)候乂和互相 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。 rflD控制環(huán)節(jié) u（工）_彳被控對科彳） 贋饋環(huán)節(jié) : : 芾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: 安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) =(3-1) 控制器的輸出為： “=Kpe(t) +11+ 竽 1(3-2) u(t)PID回路輸出 匚比例系數(shù)P r積分系數(shù)I Td微分系數(shù)D PID調(diào)節(jié)的傳輸函數(shù)為

29、)($) = = 1 +二+ 7；S (3-3) 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，對偏差周期采樣 后，計(jì)算機(jī)輸出值。其離散化的規(guī)律。 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) 血 e(n)-e(n-l) clT T i Je/ 匕T =丁土 e 0 i=0i=0 所以PID輸出經(jīng)過離散化后，它的輸出方程為: “)=Kpe(n) + e(z) + Td T )一心一 1) (3-4) = p()+ %(H)+ 感謝相伴度過四年的舍友、感謝同窗四年的同學(xué)、 感謝幫助關(guān)心過我的學(xué)長，感謝默默關(guān)心我支持我的朋友

30、們，祝大家在今后的生 活中幸?？鞓?！ 最后感謝含辛茹苦撫養(yǎng)我的父母，感謝他們多年來的支持與付出！ 安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 參考文獻(xiàn) 1 SIMATIC S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊M北京：機(jī)械工業(yè)出版 社,2002. 2 Frank. D. Petruzella. PLC教程(第三版)M.北京：人民郵電出版 社,2007. 3 西門子(中國)有限公司.深入淺出西門子S7-200PLC (第三版)M. 北京： 北京航空航天大學(xué)出版社,2007. 4 陳建明.電氣控制與PLC應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社,2009. 5 鄭鳳翼，金沙.圖解西門子S7-200系列PLC應(yīng)用88例J.北京

31、：電子工 業(yè)出 版社,2009. 6 袁任光.可編程序控制器選用手冊M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002. 7 戴仙金.西門子S7-200系列PLC應(yīng)用與開發(fā)M.中國水利水電出版 社,2007. 8 柳梁.編程控制器(PLC)入門PLC及其硬件組成J.計(jì)算機(jī)時(shí)代,1996 (5). 9 毛聯(lián)杰.S7-300系列PLC與組態(tài)軟件Wince實(shí)現(xiàn)通信的方法J.國內(nèi)外 機(jī)電 一體化技術(shù),2006 (4). 10 曲還波.有效擴(kuò)展可編程控制器I/O的實(shí)用方法J.設(shè)備管理與維 修,2007. 11 焦海生.可編程程序控制器梯形圖的順序控制設(shè)計(jì)J.內(nèi)蒙古電大學(xué) 刊,2006 (6). 12 趙玉英.可編程控制

32、器在電器控制系統(tǒng)中的應(yīng)用J.河南科技學(xué)院學(xué) 報(bào),2006 (3). 13 張侖.可編程序控制器中PID控制的研究J.電子電氣教學(xué)學(xué)報(bào),2005 14 謝克明，夏路易.可編程控制器原理與程序設(shè)計(jì)M.北京：電子工業(yè)出 版社,2002. 安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 附錄1 安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 附錄2 1外文文獻(xiàn) 在現(xiàn)代制造業(yè)中，系統(tǒng)是用過程和結(jié)果的革新來描述的，并且因此不得不改 變系統(tǒng)性能以快速做出反應(yīng)。因此，一個(gè)大的挑戰(zhàn)是提供技術(shù)以限制自動控制系 統(tǒng)對變化需要和新機(jī)會的反應(yīng)，所以，設(shè)訃和操作知識可以實(shí)時(shí)的被再次利用，

33、在工業(yè)實(shí)踐中提供了一個(gè)重要的競爭面。 研究表明，在自動化系統(tǒng)中，程序?qū)崿F(xiàn)的方法已經(jīng)與計(jì)算機(jī)資源應(yīng)用的急速 增長不能匹配。例如，可編程邏輯控制器（P L C ）程序仍然依靠一種方便的有 邏輯梯形圖的程序?qū)崿F(xiàn)模式。結(jié)果，程序上的延遲和資源成了生產(chǎn)工業(yè)過程的主 要絆腳石。在可編程邏輯控制器程序設(shè)計(jì)過程中，測試和調(diào)試可能會占用超過白 分之五十的人力。在發(fā)展和傳播“STATE OF THE ART”已經(jīng)形 成標(biāo)準(zhǔn)IEC 60848, 1999; IEC-61131-3, 1993; IEC 61499, 199 IEC-61131-3, 1993; IEC 61499, 199 software red

34、esign and maintenance-essential in modern automation systems-becomes nearly impossible Particularly, PLC programs have evolved from a couple lines of code 25 years ago to thousands of lines of code with a similar number of I/O points. Increased safety, for instance new policies on fire protection, a

35、nd the flexibility of modern automation systems add complexity to the program design process Consequently, the life-cycle cost of software is a permanently growing fraction of the total cost. 80-90% of these costs are going into software maintenance, debugging, adaptation and expansion to meet chang

36、ing needs Today, the primary focus of most design research is based on mechanical or electrical products. One of the by-products of this proposed research is to enhance our fundamental understanding of design theory and methodology by extending it to the field of engineering systems design. A system

37、 design theory for large-scale and complex system is not yet fully developed Particularly, the question of how to simplify a complicated or complex design task has not been tackled in a scientific way. Furthermore, building a bridge between design theory and the latest epistemological outcomes of fo

38、rmal representations in computer sciences and operations research. 3i 安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） such as discrete event system modeling, can advance future development in engineering design From a logical perspective, PLC software design is similar to the hardware design of integrated circuits Modern VLSI desi

39、gns are extremely complex with several million parts and a product development time of 3 years Whitney, 1996. The design process is normally separated into a component design and a system design stage At component design stage, single functions are designed and verified At system design stage, compo

40、nents are aggregated and the whole system behavior and functionality is tested through simulation. In general a complete verification is impossible. Hence, a systematic approach as exemplified for the PLC program design may impact the logical hardware design. 2. SIEMENS PLC SIMATIC S7-300 series PLC

41、 applied to all walks of life and various occasions in the detection, monitoring and control of automation, its power to both the independent operation of, or connected to a network able to achieve complex control. The photoelectric products with isolation, high electromagnetic compatibility; have h

42、igh industrial applicability, allowing the ambient temperature of 60 C; has strong anti-jamming and anti-vibration and impact resistance, so in a harsh working environment has been widely Applications. I also mean freedom of communication S7-300 type PLCs a very unique feature, which allows S7-300-P

43、LC can deal openly with any other communications equipment, communications controller, or PLC S7-300 type can be defined by the users own Communications protocol (of the agreement ASCII), the baud rate to 1.5 M bit / s (adjustable). So that can greatly increase the scope of communications so that th

44、e control system configuration more flexible and convenient. Of any kind with a serial interface peripherals, such as: printers or bar code readers, Drives, a modem (Modem), the top PC-connected, and so can be used Users can program to develop communication protocols, the exchange of data (for examp

45、le: ASCII character code), RS232 interfaces with the equipment can also be used PC / PPI cable linking the free communication communications. 安徽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） When the PC offline, under the control of the next crew, the whole system can operate normally. PC that is by control centre, mainly by the PC

46、 and laser printer components, using SIMATIC WINCC software platform, the all-Chinese interface, friendly man-machine dialogue Managers and operators can be observed through a PC, shown in the various kinds of information to understand the present and past the ice-storage operation of the automatic

47、control system and all the parameters, and through the mouse to print equipment management and implementation tasks. WINCC software in the field of automation can be used for all the operators9 control and monitoring tasks Can be controlled in the process of the events clearly show, and shows the cu

48、rrent status and order records, the recorded data can show all or select summary form, or may be required for editing, printing and output statements and trends WINCC able to control the critical situation in the early stages of the report, and the signal can be displayed on the screen, can also use

49、 sound to be felt. It supported by online help and operational guidelines to eliminate failure WINCC a workstation can be devoted to the process control to the process so that important information not is shielded Software-assisted operation strategy ensures that the process was not illegal to visit and to provide for no