基于SMART200的溫度PID控制系統(tǒng)設計與調(diào)試畢業(yè)設計

1、學號 127301116 蘇州市職業(yè)大學畢業(yè)設計題目 基于smart200的溫度pid 控制系統(tǒng)設計與調(diào)試學生姓名： 專業(yè)班級： 12電氣自動化技術(1)班 學院 (部)： 電子信息工程學院 校內(nèi)指導教師： （副教授） 校外指導教師： 完成日期： 2015年 5月 摘 要：溫度是工業(yè)和科學實驗中最常見和最重要的熱工參數(shù)之一了。現(xiàn)在產(chǎn)品對于溫度控制的精度要求越來越高。無論是在科學領域還是我們的生產(chǎn)實踐中，溫度控制都是極其重要的，特別是像冶金、化工、石油、機械、建材等大型工業(yè)中，都占有著極大的比重。而溫度控制的系統(tǒng)也有很多種，plc憑借著它較高的可靠性，較強的抗干擾能力，已經(jīng)成為許多用戶信賴的產(chǎn)品

2、，而且他的操作也較為簡單。本文介紹了西門子s7-200smart設計硬件與smart700ie 7寸觸摸屏。plc是數(shù)字控制型的電子計算機，他運用了可編程存儲器的儲存指令，具有順序、邏輯、計數(shù)、計時等一些功能。可以通過模擬輸入、輸出和數(shù)字輸入輸出等組件，進行控制各種程序和設備。關鍵詞：plc 溫度控制 pid 觸摸屏 abstract temperature industrial and scientific experiments, the most common and the most important thermal parameters of. now products are i

3、ncreasingly high requirements for precision temperature control. whether in science or our production practices, the temperature control is extremely important, especially as the metallurgical, chemical, petroleum, machinery, building materials and other large industry, has played a significant prop

4、ortion. the temperature control system there are many, plc with its high reliability, strong anti-jamming capability, many users have become reliable products, and his operation is relatively simple. this paper introduces the design of hardware and siemens s7-200smart smart700ie 7-inch touch screen.

5、 plc is a computer numeric control type, he used a programmable memory to store instructions, with order, logic, counting, timing and some other functions. via analog input, output, and digital input and output components, control procedures and equipment.keywords: plc temperature control pid touch

6、screen目錄1 引言11.1 應用背景11.2 溫度控制的技術現(xiàn)狀11.3 設計方案32 硬件系統(tǒng)設計52.1 西門子smart20052.2 觸摸屏62.3 溫度傳感器82.4 模擬量模塊93 軟件系統(tǒng)設計與調(diào)試113.1 pid基本機理113.2 系統(tǒng)程序流程143.3 軟件設計183.4溫度的控制界面及調(diào)試分析19結(jié) 論24致 謝25參考文獻261 引言1.1 應用背景 據(jù)我們所了解，溫度作為工業(yè)中重要的參數(shù)，基本所有的物理變化或者化學反應都和溫度有所關聯(lián)。無論是在科學領域還是我們的生產(chǎn)實踐中，溫度控制都是極其重要的，特別是像冶金、化工、石油、機械、建材等大型工業(yè)中，都占有著極大的比

7、重。但是他們所使用的加熱方法、燃料，還有控制方法都是有所差別的，畢竟它們的生產(chǎn)情況和精度要求都是不同的。比如化工、冶金這類工業(yè)大都采用加熱爐，或者反應爐；而燃料則有天然氣、煤氣、電等。總之，溫度控制的過程很復雜而且多變，所以我們對系統(tǒng)要求更為先進的控制技術和理論。 可編程控制器（plc）作為工業(yè)控制計算機的一種，是集合了計算機、自動控制技術和通信技術的優(yōu)點的一種新型自動化裝置。它不僅抗干擾能力極強，而且價格更合理，更加可靠，最主要的是編程簡單，易于上手?，F(xiàn)如今plc已經(jīng)深入到工業(yè)控制的各個領域中，并得到很高的評價。 現(xiàn)階段的控制領域， 電子計算機已經(jīng)逐漸成為主流，像石油化工這類企業(yè)基本都是使用

8、的分散控制系統(tǒng)（dcs）。但如果從控制的策略方面考慮，pid控制仍然是龍頭。因為pid不僅結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性也不錯，而且我們在使用的時候不用擔心系統(tǒng)的數(shù)學模型。雖然pid已經(jīng)有60多年的歷史了，但它還是這么的炙手可熱。組態(tài)軟件作為數(shù)據(jù)采集和過程控制的專用軟件，他們對監(jiān)控層的開發(fā)環(huán)境和軟件平臺的創(chuàng)建都有著一定的作用。在過去，我們要完成一些任務，必須通過編程才能實現(xiàn)，這樣不僅會有很大的工作過量，而且會花費我們大量的時間，而且我們還不能保證正確度。但現(xiàn)在有了組態(tài)軟件之后，我們的工作就很簡單了，我們只需花費比以前小十幾倍的精力就可以完成了。現(xiàn)如今組態(tài)軟件已經(jīng)在很多領域使用了。1.2 溫度控制的技術現(xiàn)狀溫

9、度控制不僅在工業(yè)領域得到廣泛使用，在農(nóng)業(yè)方面、科研領域，平常的生活中甚至國防領域都占有一定的比重。距今為止溫度控制已經(jīng)發(fā)展了200多年，經(jīng)歷了從低級階段到高級階段，從簡單工藝到復雜過程的發(fā)展階段，伴隨著我們對溫度控制的精度要求越來越高，溫度控制技術得到了極大的發(fā)展。目前比較常見的的幾種溫度控制系統(tǒng)分別是：基于plc的溫度控制系統(tǒng)、基于單片機的溫度控/基于工控機的溫度控制、集散型溫度控制系統(tǒng)（dcs）和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（fcs）。（1）plc是數(shù)字控制型的電子計算機，他運用了可編程存儲器的儲存指令，具有順序、邏輯、計數(shù)、計時等一些功能?？梢酝ㄟ^模擬輸入、輸出和數(shù)字輸入輸出等組件，進行控制各種程序

10、和設備。上文已經(jīng)提到過，plc不僅抗干擾性強，有很高的可靠性，而且編程簡單，容易掌握，和工控機，dcs，fcs等系統(tǒng)相比，plc更加便宜，應用更廣泛。所以plc還是有很廣闊的發(fā)展前景的。（2）單片機雖然發(fā)展時間不長，但已經(jīng)在很多領域得到了使用，因為他不僅價格低，體積小，而且有很強大的功能和很高的可靠性?，F(xiàn)在，單片機已經(jīng)從剛開始的4位機發(fā)展成現(xiàn)在的32位機，這是一個巨大的進步，無論是功能還是硬件都是極大的提升。它的溫控系統(tǒng)還是很穩(wěn)定的，工作精度也很高。但單片機也是有缺點的，它的響應速度較慢，而且中斷源較少，所以在要求很高，工程比較復雜的系統(tǒng)中一般不會使用。（3） 工控機（ipc）就是工業(yè)方面使用

11、的個人計算機。它憑借著可靠地性能、較低的成本，豐富的軟件，已經(jīng)在許多領域得到應用。它具有其他溫控系統(tǒng)所不具備的優(yōu)點，它能夠適應許多惡劣的工業(yè)環(huán)境，能夠抗高溫、抗震動，還能防灰塵和電磁輻射。以往的鍋爐一般使用人工結(jié)合的儀表進行監(jiān)控，很難達到要求，因為工業(yè)鍋爐的燃燒系統(tǒng)是多變量輸入的系統(tǒng)。有著極其復雜的影響因素，很難建立正確的數(shù)學模型。而計算機可以提供比如濾波、用積分來分離pid、參數(shù)自行整定等各種算法，這些都是常規(guī)儀表難以達到的。可以這么說，工控機大大的改善了對鍋爐的監(jiān)控品質(zhì)，極大的提高了熱效率。 （4） 集散型溫度控制系統(tǒng)（dcs），它是功能上分散，管理上集中的一種新型控制系統(tǒng)。集散型溫控系統(tǒng)

12、最主要的還是他的通信功能，他的主要工作是為系統(tǒng)的各個部分提供通信網(wǎng)絡，而數(shù)據(jù)公路作為dcs的核心部分，它的設計關系到整個系統(tǒng)的靈活性和安全性。集散型溫度控制系統(tǒng)極大的減少了使用人員的工作量，而且還提高了系統(tǒng)的工作效率。（5）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（fcs）集合了多種系統(tǒng)的優(yōu)點，包括：數(shù)字通信技術、計算機技術、自動化技術、智能儀表和網(wǎng)絡技術等。fcs能現(xiàn)場直接處理信息，可以直接進行傳感、控制、報警和計算。它還有其他系統(tǒng)所不能比的一點就是，他可以對現(xiàn)場裝置進行遠程診斷和維護。目前現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)還不完善，處于剛剛起步的階段，而且現(xiàn)場總線的國標有12種多，這都阻礙了fcs的發(fā)展。 我們要根據(jù)溫度控制系統(tǒng)各

13、自的優(yōu)缺點，結(jié)合實際的需要去選擇配置，有時也可以將多個系統(tǒng)組合起來使用，以達到更好的控制。在國內(nèi)溫度控制系統(tǒng)已經(jīng)得到了很大的發(fā)展，但和歐洲、美國等發(fā)達國家相比我們還存在很大的差距。成品主要是“點位”控制和常規(guī)pid控制器為主，它只適用一般的溫控系統(tǒng)，一些復雜的系統(tǒng)就難于控制了。我國的技術還不是很成熟，而國外在儀表控制參數(shù)的自整定方面已經(jīng)有了比較成熟的產(chǎn)品了。1.3 設計方案電爐主要應用在廠房、賓館、學校、宿舍、商場等各種需要取暖供熱的場合，用plc控制電爐的溫度取代用電控制爐子的溫度，這樣可以使爐子更加的安全和環(huán)保，效率也提高了很多。（1） 課題分析以往的電加熱鍋爐的控制一般使用繼電器和接觸器

14、進行控制，這就導致控制功能比較簡單，而且電加熱管也容易損壞，系統(tǒng)的可靠性和優(yōu)化控制都存在各種各樣的問題，面對這些問題，我們可以通過使用可編程序控制器（plc）對它的控制部分進行改善。首先，將繼電器硬件的布線控制換成plc軟件，這樣系統(tǒng)的應用范圍就更加廣了，其次，就像上文提到的除了plc的抗干擾能力強，可靠性高，操作簡單等優(yōu)點外，plc還采用了一種面向可管制過程的梯形圖語言，比微機控制中的匯編語言要簡單易學的多。隨著現(xiàn)代工藝的改變，接口功能變的更加完善，也更易于和計算機接口連接，也本課題設計了一個電爐溫度控制系統(tǒng)，根據(jù)爐溫對給定溫度的偏差值，自動改變熱源能量的大小，使爐溫穩(wěn)定在給定溫度范圍內(nèi)。溫

15、控系統(tǒng)主要由溫度傳感器、溫度調(diào)節(jié)儀、執(zhí)行裝置、被控對象四個部分組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1.1所示。被控對象給定值溫度調(diào)節(jié)儀執(zhí)行裝置被控對象溫度傳感器圖1.1 溫控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖（2） 論文的內(nèi)容及工作安排按要求做一些調(diào)查和研究，通過網(wǎng)絡以及書籍來搜集些資料；整理好資料，在立意時要注意記得以下一些方面的要求：1.要簡述國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、生產(chǎn)需求狀況，說明選題目的、意義，列出主要參考文獻，參考文獻的格式參見各類教材的參考文獻，最好在說明書正文的相關位置予以標注；2.符合現(xiàn)實需要，體現(xiàn)時代精神；反映客觀事物本質(zhì)；要有獨到的見解；3.圖注和表注要規(guī)范；圖形要清晰，不可出現(xiàn)網(wǎng)頁背景；4.結(jié)構(gòu)是文章的骨架，在

16、考慮和安排文章的整體結(jié)構(gòu)時要圍繞主題安排結(jié)構(gòu)，一定的邏輯性，有詳有略，重點突出；所研究的課題主要有以下幾，方面的要求：1.smart200的國內(nèi)研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢2.溫度pid控制系統(tǒng)設計與調(diào)試方案的確定3觸摸屏的設計方案4.設計設備接線5.連接線路6.運行和調(diào)試，生成報表2 硬件系統(tǒng)設計2.1 西門子smart200本次論文我選擇的是plc是西門子s7-200smart。西門子s7-200smart 具有兩種不同類型的cpu 模塊，非別是標準型和經(jīng)濟型，可以滿足大多數(shù)行業(yè)、客戶或設備的各種需求。標準型是可擴展cpu 模塊，可滿足對i/o 規(guī)模有較大需求，邏輯控制較為復雜的應用；而經(jīng)濟型cp

17、u 模塊可以直接通過單機本體滿足相對簡單的控制需求。 圖2.1西門子smart200西門子s7-200smartplc有許多讓我選擇它的理由。（1）smart200的機型更豐富，我們可以有許多不同的選擇 首先它可以提供不同的類型，i/o 點數(shù)豐富的cpu 模塊，而且它的單體i/o 點數(shù)最高可達60 點，基本滿足了大部分小型自動化設備的控制需求。同時，用戶可以根據(jù)自己的需求，更加靈活的去選擇產(chǎn)品的配置，這樣可以極大的的控制成本。（2）連接方式為以太網(wǎng)連接，更加經(jīng)濟和便捷cpu 模塊具有以太網(wǎng)接口，集成了強大的以太網(wǎng)通信功能。通過網(wǎng)線就將程序下載到plc 中，這樣就省去了編程專用的電纜，節(jié)約了成本

18、。不僅如此，通過以太網(wǎng)接口你還可與通過它與其它cpu 模塊、觸摸屏或者計算機進行通信，更加便于我們建立連接。（3）具有卓越性能的高速芯片 smart200配有西門子專用的高速處理器芯片，所以它基本指令執(zhí)行時間只需0.15 s ，這在其他plc里是找不到的。即使是再繁瑣的程序邏輯，我們也可以很快速的解決它。（4） 人性化軟件，使編程更高效除了西門子編程軟件所具有的其他所有功能外，還融入了許多人性化的設計，增加了帶狀式菜單、可移動的界面窗口，同時還有程序注釋功能和更強的密碼保護功能。大大的提高了我們的使用效率，節(jié)約了許多時間。（5）信號板包括通信端口、數(shù)字量通道和模擬量通道。它不僅不占用電控柜空間

19、，而且更加適合用戶的實際配置需要，提高產(chǎn)品的使用率，同時還降低了成本。（6） 多個設備結(jié)合，更全面滿足要求西門子s7-200smart可編程控制器，smart700ie觸摸屏和sinamics v20 變頻器結(jié)合起來，更高效的解決了用戶的自動化問題，同時對于用戶對于人機交互、控制、驅(qū)動等功能的需求也得到了滿足。 2.2 觸摸屏本次論文采用的是smart700ie 7寸觸摸屏，它屬于電阻式觸摸屏，具有極高的可靠性，操作也相對簡單，便于我們掌控，同時，它具有強勁的通訊能力和豐富的擴展模塊。 圖-2.2 smart700ie 觸摸屏也被叫做“觸摸屏”或“觸摸面板”，它是一種液晶顯示裝置，用來接收觸摸

20、式的輸入信號，屏幕上一般設置一個按鈕，當觸碰按鈕時，屏幕上的觸覺反饋系統(tǒng)就會工作，他將根據(jù)預先編好的程序去驅(qū)動各種連接裝置。這種裝置可以取代機械按鈕面板，并通過液晶顯示屏來創(chuàng)建生動的視頻效果。據(jù)目前的技術來看，觸摸屏已經(jīng)是最簡潔、方便的電腦輸入設備之一了。觸摸屏的工作原理：當觸摸屏被其他物體觸碰時，所觸碰的位置會被觸摸屏的控制器檢測到，然后他會將接收到的信息已坐標的形式通過串行口發(fā)送到cpu中。這樣就可以知道它所輸入的信息了。觸摸屏系統(tǒng)的主體部分是觸摸屏控制器和觸摸檢測裝置。觸摸屏控制卡主要用來接收從檢測裝置上檢測到的觸摸信息，再將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標，然后發(fā)送到cpu，同時它也可以接收來自cpu

21、的命令，并加以執(zhí)行。按照觸摸屏的工作原理和傳輸信息的介質(zhì)來分，又可以把觸摸屏分為四種，分別是電阻式、電容感應式、紅外線式以及表面聲波式。我們要充分了解每一類觸摸屏的工作原理及其特點，這樣我們就可以知道它們能適用于哪種場合。 電阻式觸摸屏電阻式觸摸屏是由一塊多層的復合薄膜構(gòu)成的，它以一層玻璃（或者有機玻璃）作為它的基層部分，然后在它的表面涂上一層透明的導電層，最后再在導電層的上面蓋上一層經(jīng)過硬化處理，可以防刮的塑料層。塑料層的內(nèi)部也會涂上一層導電層，這樣兩層導電層之間就會有許多細小的透明隔離點，可以將它們絕緣開來。當觸碰到觸摸屏是，兩層彼此絕緣的導電層就會接觸到一起，其中一層導電層通有y軸方向的

22、5v均勻電壓場，這樣會使偵測層的電壓從原來的零變成非零，這這種連接狀態(tài)會被控制器偵測到，然后進行a / d轉(zhuǎn)換，將所得的值與5v電壓相比較就可以得到y(tǒng)軸的坐標，用同樣的方法我們也可以得到x軸的坐標，這基本就是電阻技術觸摸屏共有的原理了。2.3 溫度傳感器金屬的電阻隨著溫度的變化會變化，而鉑電阻就是用這種特性來測量溫度的。鉑電阻的測溫范圍是-200600，本設計選用的就是鉑電阻，因為他的電阻溫度系數(shù)比較穩(wěn)定，電阻率也較高，已經(jīng)廣泛應用到一些工業(yè)行業(yè)中了。鉑電阻與溫度的關系根據(jù)國際溫標規(guī)定，在-259.34630.74溫域內(nèi)，以鉑電阻的阻值作基準器。鉑電阻與溫度的關系，在不同溫度的算法也是不同的溫

23、度在0630.74時 （2-1）溫度在-1900時 （2-2）式中，rt表示溫度為t時的電阻； r0表示溫度為0時的電阻； t 表示任意溫度； a，b，c分度系數(shù)：a=3.94010-2/，b=-5.8410-7/2； c=-4.2210-12/4。溫度變送器溫度變送器的作用是把像熱電偶這樣的溫度敏感元件所產(chǎn)生的微弱的電壓信號，變換成工業(yè)控制系統(tǒng)中通用的電壓(或電流信號）。本次設計溫度變送器采用的是兩線制，就是將熱電阻的微弱電壓信號，變換成變送器直流饋電電源中電流的變化。在工業(yè)控制系統(tǒng)中，電流的變化一般規(guī)定在420ma內(nèi)。2.3.2 制溫度變送器的優(yōu)點1.對饋電電源的穩(wěn)壓精度要求較低。電源電壓

24、在-30%+15%之間波動時一般都不會影響輸出電流的精度。2.溫度變送器具有體積小的優(yōu)點，可以和溫度敏感元件組合起來使用，安裝在現(xiàn)場作為電流輸出。3.它的干擾能力很強，可以進行遠距離傳輸。4.溫度變送器采用兩線制，降低了設備的成本。2.4 模擬量模塊 本設計使用的模擬量模塊為四輸入兩輸出（4ai/2ao）。型號為ew am06,。模擬量指的是在一定范圍內(nèi)可以連續(xù)變化的任意值，是和數(shù)字量相反的一種表示。模擬量一般是用來采集和表示事物的電壓、電流或者頻率等參數(shù)的。 圖2.4 em am06 其電壓范圍為-10v-10v。電流范圍為0-20ma3 軟件系統(tǒng)設計與調(diào)試3.1 pid基本機理隨著計算機等

25、技術的不斷發(fā)展，自動化技術已經(jīng)成為衡量工業(yè)現(xiàn)代化的一個重要指標?？刂评碚摰陌l(fā)展也有一定的歷史了，主要經(jīng)歷了三個重要的階段，為別是：古典控制理論階段、現(xiàn)代控制理論階段和智能控制理論階段?？刂葡到y(tǒng)由五個部分組成，分別是：控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機構(gòu)和輸入輸出接口?？刂葡到y(tǒng)的控制器要先經(jīng)過輸出接口和執(zhí)行機構(gòu)，然后再通過傳感器和變送器，最后經(jīng)由輸入接口送到控制器。自動控制系統(tǒng)主要分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩類。（1） 開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)是指被控對象的輸出（被控制量）對控制器的輸出沒有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。（2） 閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點是

26、系統(tǒng)被控對象的輸出（被控制量）會反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控 制系統(tǒng)有正反饋和負反饋，若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負反饋，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負反饋，又稱負反饋控制系統(tǒng)。（3） pid控制的原理和特點pid控制器從使用到現(xiàn)在已經(jīng)有將近70多年的歷史了，現(xiàn)在更是已經(jīng)成為了工業(yè)控制中主流技術之一，原因無他，因為他結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高，還有就是方便調(diào)整。在實際的應用中，使用最多控制規(guī)律就是比例、積分和微分控制了，也就是我們將所說的pid控制。在被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握的時候，其他的控制理論都不能使用，我們只能憑借著以往的經(jīng)驗去確定，

27、這是我們就可以采用pid控制技術。-一、比例控制和其他控制方式相比較，比例控制是其中最簡單的，它的控制器的輸出和輸入的誤差信號成正比。如果系統(tǒng)只有比例控制是，系統(tǒng)就會存在穩(wěn)態(tài)誤差。二、積分控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對于進入穩(wěn)態(tài)后就出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)誤差的這類自動化系統(tǒng)，我們成為有差系統(tǒng)（system with steady-stateerror）。我們可以通過在控制器中增加積分項來消除穩(wěn)態(tài)誤差。積分項對于誤差的消除作用取決于時間的積分，也就是說，隨著時間的增加，積分項也會增大，所以即使是誤差很小的系統(tǒng)，積分項也會隨時間越來越大，可以這么說，擁有比例項和積分項的控制器，

28、可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后沒有穩(wěn)態(tài)誤差。三、微分控制由于自動化系統(tǒng)存在有大慣性組件（或滯后組件)，它可以起到抑制誤差的作用，所以在調(diào)節(jié)誤差的過程中有時會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)的現(xiàn)象。可以通過使抑制誤差的作用“超前”，就是在誤差接近零時，抑制誤差的作用也應該為零。所以，不僅要在控制器中加入比例項，還應該加入微分項，比例項主要是放大誤差的幅值，而微分項則能預測到誤差變化的趨勢。這種擁有比例項和微分項的控制器，就可以提前抑制誤差的控制作用，使之等于零，甚至為負值，這樣就可以避免被控量的嚴重超調(diào)。所以那些有較大慣性或滯后的被控對象，可以用擁有比例項和微分項的控制器去改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)時的動態(tài)特性。（4）pid控制器

29、參數(shù)的整定要做好控制系統(tǒng)的設計，我們就要把握好它的核心部分pid參數(shù)的整定，一般我們根據(jù)被控過程的特性來確定pid控制器的比例系數(shù)、積分和微分時間的大小。雖然pid控制器參數(shù)整定的方法有很多，但概括起來一共分為兩類：一類是理論計算整定法，它主要是根據(jù)從系統(tǒng)中得到的數(shù)學模型，通過計算得到控制器的參數(shù)。但有時通過這種方法得到的數(shù)據(jù)無法直接使用，必須根據(jù)實際需要再去修改。另一類是工程整定方法，這種方法特別考驗使用者的經(jīng)驗，有經(jīng)驗的操作人員可以直接在控制系統(tǒng)中進行整定，它憑借著簡單、易于操作的特性，已經(jīng)得到了人們的認可。工程整定方法要是再劃分的話，可以分為三種，分別是臨界比例法、反 應曲線法和衰減法。

30、現(xiàn)在使用較多的是臨界比例法，其方法步驟如下：（1） 確定采樣的周期，保證系統(tǒng)可以正常工作。（2） 加入比例控制環(huán)節(jié)，等到輸入的階躍響應出現(xiàn)臨界振蕩時，我們就記下此時的比例放大系數(shù)以及臨界振蕩周期。（3）在一定的控制度下，我們就可以通過計算得出pid控制器的參數(shù)。（5） pid調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)、微分調(diào)節(jié)是閉環(huán)控制中常用的調(diào)節(jié)規(guī)則。它的目的旨在完善控制系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的偏差值e可以達到給定的指標。讓系統(tǒng)變得更加穩(wěn)定。pid調(diào)節(jié)控制的原理用下面的方程式可以表示。 （3-1） 輸出 = 比例項 + 積分項 + 微分項式中m(t) 表示pid回路的輸出值（是時間的函數(shù)）； kc表示pid回路的增益，

31、也可稱為比例常數(shù)； e 表示給定值與過程變量之間的差值； minitial 表示pid回路輸出的初始值。pid調(diào)節(jié)器的基本框圖下圖3.1所示。u+dpi-+kpkp/tiskptds測量電路對象x y 圖3.1 pid調(diào)節(jié)器從實際情況去考慮，用pid來控制溫度的方法，可以運用到許多生產(chǎn)實踐中。3.2 系統(tǒng)程序流程為了完成任務，本次設計采用用2個加熱管對電爐進行加熱。根據(jù)上述分析及硬件的規(guī)格（s7-200smart ），下面給出了本系統(tǒng)的程序流程圖，見圖3.2所示。開始系統(tǒng)初始化模擬量采集電爐溫度是否超限加熱管停止加熱電爐是否需要急停系統(tǒng)急停統(tǒng)計加熱管加熱時間返回nnyy圖3.2 系統(tǒng)流程圖程序

32、分5個網(wǎng)絡：網(wǎng)絡1：設置定時中斷； 網(wǎng)絡2：系統(tǒng)的停止控制； 網(wǎng)絡3：加熱管的控制； 網(wǎng)絡4：記錄1號加熱管加熱時間； 網(wǎng)絡5：記錄2號加熱管加熱時間。下圖是主程序的梯形圖圖3.3 程序梯形圖圖3.5 程序梯形圖圖3.7 程序梯形圖圖3.9 程序梯形圖3.3 軟件設計3.3.1 pid控制算法的程序設計pid控制器的輸出是標準化的0.01.0之間的實數(shù)。將pid控制器的輸出送給d/a轉(zhuǎn)換器之前，必須將它轉(zhuǎn)換成16位二進制整數(shù)。這一過程就是將pv與sp轉(zhuǎn)換成標準化數(shù)值的逆過程。下面的公式就是將pid控制器的輸出轉(zhuǎn)換為實數(shù)： （3-2）式中，rscal表示pid控制器的輸出對應的實數(shù)值 mn表示控

33、制器的輸出的實數(shù)值 （offset與span與上述的定義相同）下圖為本系統(tǒng)的pid控制算法的梯形圖及其對應的stl語句。圖3.11 系統(tǒng)程序圖上述梯形圖對應的stl語句為：圖3.12 stl解釋圖說明：（1）sm0.5 表示此位提供高低電平各30s，周期為1s的時鐘脈沖。（2）movw in，out 表示字之間的傳送。（3）round in，out 表示實數(shù)截位取整為雙整數(shù)。（4）dti in，out 表示雙整數(shù)轉(zhuǎn)換成整數(shù)。3.4溫度的控制界面及調(diào)試分析任何一個設計過程，系統(tǒng)調(diào)試都是極其重要的，同時也是最難的。系統(tǒng)設計出來就是為了進行一定的工作的，而調(diào)試就是檢驗設計能不能行的通，而一些我們在設

34、計的時候沒有發(fā)現(xiàn)的問題，在調(diào)試時我們也可以找到，從而進行改進完善。 （1）調(diào)試設備 一臺電腦 一個萬用表 ps207電源2.5a 西門子s7-200smart smart700ie觸摸屏 模擬量模塊（4ai/2ao）（2）調(diào)試界面（3） 系統(tǒng)配置在模擬量模塊在接入電路工作之前，我們首先要完成配置及校準，配置指的是將接入的信號類型與實際相匹配。而校準指的是儀器儀表使用前的調(diào)零及調(diào)滿度。計算方程式：滿量程輸入衰減增益=模擬量輸入字中數(shù)據(jù)所對應的模擬量圖3.13 接線端子圖3.14 輸入格式圖3.15 輸出格式3.4.3 軟、硬件連通調(diào)試1.上位機部分：（1）表3.1列出了主程序中各個網(wǎng)絡錯誤的現(xiàn)象

35、、原因和解決方法。表3.4.1 主程序中各個網(wǎng)絡錯誤現(xiàn)象、原因和解決方法（2） 表3.4.2列出了子程序中各個網(wǎng)絡錯誤的現(xiàn)象、原因和解決方法。表3.4.2 子程序中各個網(wǎng)絡錯誤現(xiàn)象、原因和解決方法（3） 表3.4.3列出了中斷程序中各個網(wǎng)絡錯誤的現(xiàn)象、原因和解決方法。表3.4.3 中斷程序中各個網(wǎng)絡錯誤現(xiàn)象、原因和解決方法2.下載部分：（1）錯誤：電腦主機不能與plc正常通信。原因：plc沒有上電，沒有外接220v的交流電源。改正：接上220v的交流電源。（2）錯誤：提示端口錯誤。原因：plc的端口要選擇到“com1”才可以正常通信。改正：選擇到“com1”接口。3.下位機部分：（1）錯誤：運行之后，看不到現(xiàn)象。 原因：程序與硬件中的cpu型號不一致。 改正：更換型號，重新編譯下載。（2）錯誤：手動開關沒有反應。 原因：沒有正把開關接到電路中去。 改正：將各個端子接好。3.3.4 調(diào)試結(jié)果在調(diào)試的過程中我也遇到了很多問題，剛開始做有很多地方不是很懂，所以我查閱了大量的資料，還有老師也給了我一些指導，這些問題慢慢的解決掉了。但主要的原因還是自己不夠細心，經(jīng)常犯一些小錯誤，比如在輸入程序時丟三落四，接線時粗心大意等，以后在此方面還應該加強注意。本次設計在經(jīng)過多次模擬調(diào)試后，還是比較完善地實現(xiàn)了要求的基本功能，完成率指