機(jī)電一體化實(shí)習(xí)報(bào)告

1、工學(xué)院實(shí)習(xí)報(bào)告課程名稱： 機(jī)電一體化指導(dǎo)老師： 章永年班 級(jí)： 機(jī)制126姓 名： 姜河川學(xué) 號(hào)： 33112618學(xué) 期： 2014 20 15 學(xué)年 第2 學(xué)期南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院教務(wù)處印工學(xué)院實(shí)習(xí)報(bào)告目 錄一、實(shí)習(xí)目的2二、實(shí)習(xí)內(nèi)容及步驟2三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器與工具23.1設(shè)備23.2 工具2四、實(shí)驗(yàn)電路和原理說明34.1溫度控制系統(tǒng)電氣圖34.2系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型44.3溫度標(biāo)定54.4系統(tǒng)參數(shù)整定5 五、實(shí)習(xí)心得10一、實(shí)習(xí)目的1. 掌握溫度控制系統(tǒng)工作原理2. 掌握溫度傳感器PT100及溫度變送器的接線及安裝3. 掌握PLC讀入溫度變送器信號(hào)的標(biāo)定4. 掌握PID溫度控制及其調(diào)節(jié)的工作原

2、理及過程5. 掌握PLC程序的梯形圖編制方法6. 掌握EM231模擬量輸入模塊的設(shè)置及接線二、實(shí)習(xí)內(nèi)容及步驟1. 硬件接線：掌握?qǐng)D2-1所示原理圖，并參考S7200手冊(cè)中的技術(shù)規(guī)范里的接線圖，完成硬件接線。完成時(shí)間為1天。2. 溫度標(biāo)定：編制溫度標(biāo)定，轉(zhuǎn)換程序，在編程軟件的監(jiān)控狀態(tài)下，觀察轉(zhuǎn)換的結(jié)果。完成時(shí)間0.5天。3. 飛升曲線測(cè)定：編制溫度采集程序和組態(tài)軟件，采集，分析數(shù)據(jù)，求得1階滯后環(huán)節(jié)的3個(gè)參數(shù)。完成時(shí)間1.5天。4. PID程序編制：按照PID算法，編制PID控制的程序，并編制組態(tài)軟件采集PID控制下的溫度，分析PID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。完成時(shí)間1.5天5. 提高：編制開關(guān)控制

3、的程序，與PID控制的結(jié)果對(duì)比，分析系統(tǒng)的性能。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器與工具3.1設(shè)備S7200PLC一套（CPU及EM231模塊）、PT100及溫度變送器、電腦一臺(tái)（含PLC編程軟件）、按鈕盒1套、固態(tài)繼電器1個(gè)、熱水壺一個(gè)。3.2 工具扳手、螺絲刀、萬用表4、 實(shí)驗(yàn)電路和原理說明4.1溫度控制系統(tǒng)電氣圖圖4-1-1 電氣接線圖（有錯(cuò)誤）圖是開始時(shí)老師所給的實(shí)驗(yàn)報(bào)告所給出的電氣接線圖，老師在第一天便告訴我們這張圖中設(shè)置了一些錯(cuò)誤，要求我們自己弄清楚原理后改正過來并完成硬件接線。根據(jù)S7200手冊(cè)，參考其中的技術(shù)規(guī)范里的接線圖，我們?cè)诘谝惶旌芸炀桶丫€接好了。圖4-1-2 電氣接線圖（改正）圖4-1

4、-2是正確的接線圖。7200CPU226通過EM231模擬量采集模塊將溫度采集下來，并根據(jù)反饋控制Q0.0口輸出占空比可調(diào)的脈沖(PWM波形)，來控制主電路上固態(tài)繼電器的通斷，從而控制加熱功率，實(shí)現(xiàn)溫度的控制。PWM溫度控制的原理如圖4-1-3。圖中，固態(tài)繼電器的3、4端口接收控制信號(hào)，電壓U34如圖所示，當(dāng)其為高電平時(shí)，1和2之間導(dǎo)通，所以加熱電阻兩端的電壓U如圖。從宏觀上而言，加熱電阻的加熱功率為P=Us*Ton/T，通過程序控制Ton的大小，就可以改變加熱電阻的功率，從而實(shí)現(xiàn)溫度控制。 圖 4-1-3 PWM控制原理4.2系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型系統(tǒng)的組成圖如圖4-2-1。PLC控制程序中先將設(shè)

5、定的溫度值減去反饋的溫度值得到e(k)，再將e(k)經(jīng)過PID變換求的u(k)，然后將u(k)賦值給PWM波形的Ton，T為PWM的周期，再將固態(tài)繼電器到加熱電阻到水溫作為是1階純滯后環(huán)節(jié)，如此可得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)如圖4-2-2。其中，1階純滯后環(huán)節(jié)的參數(shù)K，T1，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定飛升曲線的方法來確定。圖4-2-1 溫度控制系統(tǒng)框圖 圖4-2-2溫度控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)4.3溫度標(biāo)定 PLC通過EM231模塊讀取的值為1個(gè)數(shù)字，地址為AIW6，該數(shù)字代表多少溫度？需要進(jìn)行標(biāo)定才能知道。標(biāo)定過程如圖2-5，先標(biāo)定2點(diǎn)，本例是測(cè)定0度和100度時(shí)的AIW6，設(shè)為X、Y，即(0,X)，(100,Y)，設(shè)該2點(diǎn)

6、之間為直線，則根據(jù)線性關(guān)系可以將讀取的AIW6轉(zhuǎn)換為溫度。公式為：(AIW6-X)/(Y-X)=?/100，則？=(AIW6-X)/(Y-X)*100。？為轉(zhuǎn)換后的溫度。圖4-3-1 溫度標(biāo)定4.4系統(tǒng)參數(shù)整定 4.4.1.飛升曲線的測(cè)定為了設(shè)計(jì)使系統(tǒng)獲得較好的性能指標(biāo)的數(shù)字控制器,首先要了解被控對(duì)象的特性,并用以作為設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的依據(jù)?？梢岳脛?dòng)特性(飛升曲線)來識(shí)別傳遞函數(shù)。具體做法如下：1）編制溫度采集PLC程序，下載至PLC中。程序如下，程序中M10.0的值通過組態(tài)軟件中開始采集按鈕設(shè)定。2）編制溫度采集組態(tài)軟件對(duì)PLC的溫度進(jìn)行采集，存盤。操作過程如下：a)創(chuàng)建設(shè)備窗口。打開mc

7、gs組態(tài)環(huán)境，新建一個(gè)工程，進(jìn)入設(shè)備窗口，如圖。雙擊設(shè)備窗口，進(jìn)入設(shè)備組態(tài)窗口，在空白處單擊右鍵，彈出對(duì)話框選設(shè)備工具箱，單擊設(shè)備管理，雙擊通用串口父設(shè)備，然后單擊PLC，單擊西門子，選S7200-PPI，在設(shè)備管理器里就上述2個(gè)設(shè)備，然后再雙擊該設(shè)備，則設(shè)備組態(tài)窗口就存在該2個(gè)設(shè)備，如圖。圖4-4-1圖4-4-2雙擊串口父設(shè)備，將串口端口號(hào)設(shè)置和S7200的通訊號(hào)相同；將數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式設(shè)置為偶校驗(yàn)。雙擊S7200PPI，彈出對(duì)話框，在內(nèi)部屬性里增加2個(gè)通道，1個(gè)通道的寄存器類型選V寄存器，數(shù)據(jù)類型選32位浮點(diǎn)數(shù)，寄存器地址設(shè)為0，通道數(shù)量設(shè)為1，即創(chuàng)建一個(gè)通道指向PLC中的VD0；另1個(gè)通道的

8、寄存器類型選M寄存器，數(shù)據(jù)類型選通道的00位，寄存器地址設(shè)為10，通道數(shù)量設(shè)為1，即創(chuàng)建一個(gè)通道指向PLC中的M10.0。在選中通道連接，在該地址上輸入data01和data02，如圖。圖4-4-3變量data01就對(duì)應(yīng)M10.0，data02對(duì)應(yīng)VD0，組態(tài)軟件對(duì)該2個(gè)變量進(jìn)行讀寫就相當(dāng)于對(duì)M10.0和VD0進(jìn)行讀寫。至此設(shè)備窗口設(shè)置完畢。b)創(chuàng)建用戶窗口如圖，圖中實(shí)時(shí)曲線中的畫筆屬性中，曲線1對(duì)應(yīng)data02，即可顯示PLC中VD0的值，開始采集按鈕的操作屬性設(shè)為數(shù)據(jù)對(duì)象值操作將data02置1即將M10.0置1，結(jié)束按鈕將M10.0置0。圖4-4-4c)設(shè)置存盤屬性，點(diǎn)擊實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，雙擊

9、data01、data02，將它們的存盤屬性設(shè)為定時(shí)存盤，存盤周期1s。3）進(jìn)入組態(tài)運(yùn)行環(huán)境，點(diǎn)擊開始按鈕，開始采集存盤。觀察溫度曲線，直至到達(dá)穩(wěn)態(tài)值，結(jié)束采集。用excel打開存盤文件，繪制曲線，根據(jù)曲線的特點(diǎn)確定和1階純滯后環(huán)節(jié)的參數(shù)K，T1，。如圖，則K=c（）/,本例=0.06，T1和從圖中直接讀出。4）確定PID參數(shù)。PID參數(shù)按照如下經(jīng)驗(yàn)公式選取， Kp/T=1.2T1/K, Ti=2，Td=0.5式中T為PWM的周期。 經(jīng)過曲線的分析我們知道K，T，最后得到Kp=0.4 ，Ti=6，Td=1.5。實(shí)驗(yàn)所得的飛升曲線c（）=93.5625 K=c（）/=1559.3750.632*

10、c（）=59.1315可以根據(jù)曲線查出T1=12分20秒，=6秒5）PID算法VD16對(duì)應(yīng)e(k-1)，VD20對(duì)應(yīng)e(k-2)，VD24對(duì)應(yīng)u(k-1)，VD28對(duì)應(yīng)設(shè)定的溫度，VD32為a0，VD36為a1，VD40為a2。本程序?qū)ID變換后的u(k)賦值給SWM70作為PWM波形Ton的大小。6）結(jié)果分析與結(jié)論本設(shè)計(jì)課題是針對(duì)基于S7-200PLC溫度控制系統(tǒng)，采用西門子S7-200PLC+EM231擴(kuò)展模塊，并利用MCGS工控軟件對(duì)溫度控制過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。用戶可以通過系統(tǒng)在組態(tài)界面中輸入想要達(dá)到的目標(biāo)溫度，通過過程監(jiān)控，用戶能夠?qū)崟r(shí)掌握實(shí)時(shí)溫度，通過顯示加熱占空比，用戶能更好的了解

11、實(shí)時(shí)狀態(tài)的加熱情況。并設(shè)置了PID三參數(shù)的輸入及顯示功能，可以讓用戶在控制過程中，改變PID三個(gè)參數(shù)，完成分階段PID等過程控制動(dòng)作。使系統(tǒng)適應(yīng)性更加提高，更能使用于運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)中。本套系統(tǒng)軟硬件簡(jiǎn)單，適用于工業(yè)溫度控制，其控制精度高，超調(diào)小等優(yōu)點(diǎn)，并設(shè)置分段PID可以進(jìn)行PID分階段各個(gè)參數(shù)的更改，使在溫度調(diào)試的過程能夠人為的控制，更具有適應(yīng)性和良好的應(yīng)用性。5、 實(shí)習(xí)心得 本次實(shí)習(xí)為期一周，時(shí)間雖短，收獲頗多。從剛開始的分組到最后老師的檢查驗(yàn)收，整個(gè)過程，自己有所感，有所悟。通過實(shí)習(xí)，將在課堂上學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐之中，對(duì)于一個(gè)學(xué)習(xí)機(jī)械專業(yè)的學(xué)生，接觸了其程序、控制的只是，感受到其中的樂趣無窮，程序中一個(gè)小小的變量的變化，將引起實(shí)際中事物的改變?；仡櫿麄€(gè)實(shí)習(xí)過程，前期查閱有關(guān)STM32的資料，大致了解其工作原理，學(xué)習(xí)其運(yùn)作方式，根據(jù)自己所學(xué)的知識(shí)和老師的講解，與組員一起連線，編寫程序，其過程還是遇到了許多困難，我們請(qǐng)教老師，向其他組學(xué)習(xí)，將一切準(zhǔn)備工作完成后，反復(fù)燒水，與老師給的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，不斷調(diào)試，在最后的階段，終于調(diào)試