[優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)]電爐溫度控制系統(tǒng)的plc設(shè)計(jì)

1、 電爐溫度控制系統(tǒng)的 PLC 設(shè)計(jì) 摘 要 溫度是工業(yè)生產(chǎn)對象中主要的被控參數(shù)之一，本文通過設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)，體現(xiàn) PLC 在模擬量信號(hào)檢測與控制中應(yīng)用的優(yōu)越性。本文中被控對象是電爐，在爐溫自動(dòng)控制系統(tǒng)中，爐溫經(jīng)過熱電偶檢測和溫度變送器的轉(zhuǎn)換，變?yōu)橄鄳?yīng)的電壓信號(hào)，送往 PLC 控制器，再經(jīng)過模擬量輸入/輸出模塊（A/D）轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并由程序?qū)⒔o定的溫度值與測量值比較，然后根據(jù)偏差大小按比例調(diào)節(jié)規(guī)律，計(jì)算出校正量。通過模擬量輸入/輸出模塊的輸出控制作用，消除爐溫的偏差，從而使?fàn)t溫達(dá)到并穩(wěn)定在給定的數(shù)值上。 關(guān)鍵詞 PLC，溫度控制，比例調(diào)節(jié)ABSTRACTThe temperature is

2、a primarily being controlled parameter in the object of the industry production ,this text is an example of the temperature monitors and control system , and explains the PLC applied problem in imitate deal signal to monitor with the control . The electricity heat furnace is controlled object in thi

3、s text ,in the automatic control system of the heat furnace temperature ,the temperature is examined by thermocouple and transformed by the thermostat , changed into the relevant electric voltage signal ,send to PLC controller ,and being transformed into arithmetic figure deal by imitate deal signal

4、 input/output the mold piece(A/D) ,given temperature will be compared to measured value from procedure , then according to the deviation size and inverse proportion regulates regulation ,and compute out to correct the deal .According to output control function of imitate deal signal input/output the

5、 mold piece ,eliminating warp of the heat furnace temperature ,accordingly the heat furnace temperature make attain stable and at the deviation size.Key Words PLC, Temperature control, Proportion adjust目 錄摘摘 要要.IABSTRACTABSTRACT.II1 1 緒緒 論論 .11.11.1 課題背景、目的及意義課題背景、目的及意義.11.1.1 課題背景.11.1.2 課題的目的及意義.1

6、1.21.2 本文內(nèi)容介紹本文內(nèi)容介紹.12 2 可編程控制器（可編程控制器（PLCPLC）概況）概況 .3可編程控制器的概述可編程控制器的概述.3PLCPLC 的定義的定義.3PLCPLC 的特點(diǎn)的特點(diǎn).3PLCPLC 的發(fā)展的發(fā)展.42.52.5 PLCPLC 的基本組成及各部分作用的基本組成及各部分作用.4中央處理單元(CPU).4存儲(chǔ)器.52.5.3 I/0 單元.6電源部分.6擴(kuò)展接口.6通信接口.6編程器.62.62.6 PLCPLC 的應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用領(lǐng)域.73 3 可編程控制器的編程語言可編程控制器的編程語言 .93.13.1 梯形圖語言梯形圖語言.9梯形圖與繼電控制的區(qū)別.9梯

7、形圖的格式.93.23.2 助記符語言助記符語言.103.33.3 基本邏輯指令系統(tǒng)基本邏輯指令系統(tǒng).10邏輯取與輸出線圈驅(qū)動(dòng)指令.10單個(gè)觸點(diǎn)串聯(lián)指令.10觸點(diǎn)并聯(lián)指令.10串聯(lián)電路塊的并聯(lián)指令.10并聯(lián)電路塊的串聯(lián)指令.11置位與復(fù)位指令.11移位指令.114 4 模塊方案的選擇與論證模塊方案的選擇與論證.124.14.1 總體方案的選擇總體方案的選擇.124.24.2 各獨(dú)立模塊方案論證各獨(dú)立模塊方案論證.134.2.1 溫度檢測模塊.134.2.2 變頻調(diào)速模塊.144.2.3 主控模塊 PLC.154.2.4 功率輸出電路及其控制原理的分析.174.2.5 顯示電路設(shè)計(jì).174.2.

8、6 按鍵接入.174.2.7 報(bào)警電路設(shè)計(jì).184.2.8 溫度調(diào)節(jié)模塊.184.2.9 硬件總框圖.185 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).19主要的工作流程圖主要的工作流程圖.195.25.2 PIDPID 控制器的參數(shù)整定控制器的參數(shù)整定.205.35.3 程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì).21結(jié)論結(jié)論.24參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).25致致 謝謝.261 緒 論1.1 課題背景、目的及意義1.1.1 課題背景 隨著電子行業(yè)的飛速發(fā)展，IC 技術(shù)的不斷提高，PLC 在國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)各行業(yè)發(fā)揮了重要作用。它因?yàn)榧啥雀?，體積小，運(yùn)行可靠，應(yīng)用靈活，價(jià)格低，面向控制等特點(diǎn)得到了廣大工程技術(shù)人員的好評(píng)。在溫度控制方面，P

9、LC 能夠代替以前常規(guī)的模擬調(diào)節(jié)器。目前，我國在這些方面的技術(shù)水平與歐美等擁有先進(jìn)制造技術(shù)的國家還有一定的差距。我們波撇需要培養(yǎng)和訓(xùn)練能夠設(shè)計(jì)智能化，自動(dòng)化設(shè)備的工程技術(shù)人才。智能作為現(xiàn)在的新發(fā)明，是以后的發(fā)展發(fā)祥和趨勢，他能夠按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個(gè)環(huán)境里自動(dòng)運(yùn)作，不需要人為的管理，可應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。爐溫控制就是其中的一個(gè)。本設(shè)計(jì)介紹了利用 PLC 進(jìn)行爐溫控制系統(tǒng)的基本組成，工作原理，程序設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的抗干擾措施。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用型強(qiáng)，有較高自能化，人性化特點(diǎn)1.1.2 課題的目的及意義本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇“電爐溫度控制的 PLC 控制設(shè)計(jì)”是為了更好地學(xué)習(xí)和研究 PLC 電氣設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)

10、，掌握電路設(shè)計(jì)的方法和技巧。學(xué)會(huì)如何將學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，怎么能夠活學(xué)活用。深入的了解電子元器件的使用方法，了解各個(gè)元器件的基本用法，能夠靈活敏捷的判斷電路中出現(xiàn)的故障，學(xué)會(huì)獨(dú)立設(shè)計(jì)，積累更多的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)焊接能力和技巧，同時(shí)在實(shí)踐過程中鍛煉查閱，歸納質(zhì)料的能力，提高理論知識(shí)聯(lián)系動(dòng)手能力。 通過親自獨(dú)立設(shè)計(jì)培養(yǎng)訓(xùn)練我們大學(xué)生應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際工程實(shí)踐問題的技能，鞏固所學(xué)專業(yè)知識(shí)，拓寬知識(shí)面。激發(fā)我們大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)合格的具有實(shí)踐動(dòng)手能的創(chuàng)新型人才。 1.2 本文結(jié)構(gòu)安排 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)以 PLC 為控制核心，加以溫度檢測電路，變頻調(diào)速器，D/A 轉(zhuǎn)換器以及其他電路構(gòu)成。系統(tǒng)

11、由 PLC 通過對溫度檢測電路檢測到的溫度加以分析，與給定的對應(yīng)所要控制的多組溫度值進(jìn)行比較，找出溫度值所在范圍，根據(jù) PLC中設(shè)置的 PID 參數(shù)，輸出相應(yīng)溫度初值對應(yīng)的受控對象電機(jī)的轉(zhuǎn)速初值，經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換為模擬電壓，通過信號(hào)轉(zhuǎn)為變頻器的頻率，控制變頻調(diào)速裝置，帶動(dòng)被控對象，并且把被控對象的轉(zhuǎn)速經(jīng)變換電路和 D/A 轉(zhuǎn)換器反饋到 PLC 中，與輸出的轉(zhuǎn)速初值進(jìn)行比較，其偏差被 PID 程序計(jì)算后重新輸出，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)對溫度的控制。本系統(tǒng)簡潔，靈活，可擴(kuò)展性好，具有電路設(shè)計(jì)簡單，精度高，控制效果好的優(yōu)點(diǎn) 2 可編程控制器（PLC）概況可編程序控制器(Programmable

12、Controller)通常也可簡稱為可編程控制器,英文縮寫為 PC 或 PLC,是以微處理器為基礎(chǔ),綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它具有體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡單、靈活通用、維護(hù)方便的一系列的優(yōu)點(diǎn)，特別是它的高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工作環(huán)境的能力，更是得到了用戶的好評(píng)，因而在冶金、能源、化工、交通、電力等領(lǐng)域中的到了越來越廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機(jī)器人、CAD/CAM）PLC 的定義國際電工委員會(huì)(International Electrical Committee- IEC),1987年的第三版對PLC作了如下的定義

13、: PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)算和算術(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?？删幊炭刂破鲗?shí)際上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機(jī)控制系統(tǒng)相似，甚至與之無異?？删幊绦蚩刂破髦饕蒀PU(中央處理單元)存儲(chǔ)器(RAM和EPROM),輸入/輸出模塊(簡稱為I/O模塊)、編程器和電源五大部分組成。近年來發(fā)展極為迅速、應(yīng)用面極廣的工業(yè)控制裝置。它按照成熟而有效的繼電器控制概念和設(shè)計(jì)思想，利用不斷發(fā)展的新技術(shù)、新電子器件，逐步形成了具有特

14、色的各種系列產(chǎn)品。PLC 的特點(diǎn)PLC之所以越來越受到控制界人士的重視，是和它的優(yōu)點(diǎn)分不開的: 功能齊全，它的適用性極強(qiáng)，幾乎所有的控制要求，它均能滿足； 應(yīng)用靈活， 其標(biāo)準(zhǔn)的積木式硬件結(jié)構(gòu)，以及模塊化的軟件設(shè)計(jì)，使得它不僅可以適應(yīng)大小不同、功能繁復(fù)的控制要求，而且可以適應(yīng)各種工藝流程變更較多的場合；操作方便，維修容易，穩(wěn)定可靠。盡管PLC有各種型號(hào)，但都可以適應(yīng)惡劣的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境，耐熱、防潮、抗震等性能也很好，一般平均無故障率可達(dá)幾萬小時(shí)。PLC 的發(fā)展1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電器控制裝置的要求，并公開招標(biāo)提出十項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn): 編程方便，現(xiàn)場可修改程序； 維修方便，采用模塊化結(jié)

15、構(gòu)； 可靠性高于繼電器控制裝置； 體積小于繼電器控制裝置； 數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)； 成本可與繼電器控制裝置競爭； 輸入可以是交流115V； 輸出為交流115V, 2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥，接觸器等；在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小變更； 用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4K。1969年，美國數(shù)字公司(DEC)研制出了第一臺(tái)可編程序控制器，滿足了GM公司裝配線的要求。這種新型的工業(yè)控制裝置簡單易懂、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長，很快在美國其它工業(yè)領(lǐng)域推廣使用。隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已有了第五代PLC產(chǎn)品。2.5 PLC 的基本組成及各部分作用PLC 是一種通用的

16、工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)基本相同。按結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC 可分為整體式和組合式兩類。整體式 PLC 是將中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構(gòu)成主機(jī)。另外還有獨(dú)立的 1/0 擴(kuò)展單元與主機(jī)配合使用。主機(jī)中，CPU 是 PLC 的核心，1/0 單元是連接 CPU 與現(xiàn)場設(shè)備之間的接口電路，通信接口用于 PLC 與編程器和上位機(jī)等外部設(shè)備的連接。組合式 PLC 將 CPU 單元、輸入單元、輸出單元、智能 1/0 單元、通信單元等分別做成相應(yīng)的電路板或模塊，各模塊插在底板上，模塊之間通過底板上的總線相互聯(lián)系。裝有 CPU 單元的底板稱為 CP

17、U 底板，其它稱為擴(kuò)展底板。CPU 底板與擴(kuò)展底板之間通過電纜連接，距離一般不超過 10m.無論哪種結(jié)構(gòu)類型的 PLC，都可以根據(jù)需要進(jìn)行配置與組合。2.5.1 中央處理單元(CPU)CPU 在 PLC 中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，它是 PLC 的運(yùn)算、控制中心。它按照系統(tǒng)程序所賦予的功能，完成以下任務(wù): 接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)； 診斷電源、PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語法錯(cuò)誤; 用掃描的方式接收輸入信號(hào)，送入 PLC 的數(shù)據(jù)寄存器保存起來; PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作; 將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果

18、送至輸出端?，F(xiàn)代 PLC 使用的 CPU 主要有以下幾種：1)通用微處理器，如 8080, 8088, Z80A, 8085 等。通用微處理器的價(jià)格便宜，通用性強(qiáng)，還可以借用微機(jī)成熟的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、豐富的軟硬件資源。2) 單片機(jī)，如 8051 等。單片機(jī)由于集成度高、體積小、價(jià)格低和可擴(kuò)充性好，很適合在小型 PLC 上使用，也廣泛地用于 PLC 的智能 UO 模塊。3) 位片式微處理器，如 AMD2900 系列等。位片式微處理器是獨(dú)立于微型機(jī)的另一分支。它主要追求運(yùn)算速度快，它以 4 位為一片。用幾個(gè)位片級(jí)聯(lián)，可以組成任意字長的微處理器。改變微程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容，可以改變計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。位片式

19、結(jié)構(gòu)可以使用多個(gè)微處理器，將控制任務(wù)劃分為若干個(gè)可以并行處理的部分，幾個(gè)微處理器同時(shí)進(jìn)行處理。這種高運(yùn)算速度與可以適應(yīng)用戶需要的指令系統(tǒng)相結(jié)合，很適合于以順序掃描方式工作的 PLC 使用。根據(jù)存儲(chǔ)器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下 3 種: 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器:和各種計(jì)算機(jī)一樣，PLC 也有其固定的監(jiān)控程序、解釋程序，它們決定了 PLC 的功能，稱為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器就是用來存放這部分程序的。系統(tǒng)程序是不能由用戶更改的，故所使用的存儲(chǔ)器為只讀存儲(chǔ)器 ROM 或 EPROM. 用戶程序存儲(chǔ)器:用戶根據(jù)控制功能要求而編制的應(yīng)用程序稱為用戶程序，用戶程序存放在用戶程序存儲(chǔ)器中。由于用戶程序需要經(jīng)

20、常改動(dòng)、調(diào)試，故用戶程序存儲(chǔ)器多為可隨時(shí)讀寫的 RAM。由于 RAM 掉電會(huì)丟失數(shù)據(jù)，因此使用RAM 作用戶程序存儲(chǔ)器的 PLC，都有后備電池(鏗電池)保護(hù) RAM，以免電源掉電時(shí)，丟失用戶程序。當(dāng)用戶程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動(dòng)時(shí)，可將用戶程序?qū)懭?EPROM.目前較先進(jìn)的 PLC(如歐姆龍公司的 CPMIA 型 PLC)采用快閃存儲(chǔ)器作用戶程序存儲(chǔ)器，快閃存儲(chǔ)器可隨時(shí)讀寫，掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，不需用后備電池保護(hù)。 工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器:工作數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。這部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在 RAM 中，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。在 PLC 的工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，開辟有元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。元件

21、映象寄存器用來存儲(chǔ) PLC 的開關(guān)量輸入/輸出和定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部繼電器的 ON/OFF 狀態(tài)。數(shù)據(jù)表用來存放各種數(shù)據(jù)，它的標(biāo)準(zhǔn)格式是每一個(gè)數(shù)據(jù)占一個(gè)字。它存儲(chǔ)用戶程序執(zhí)行時(shí)的某些可變參數(shù)值，如定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值和設(shè)定值。它還用來存放 A/0 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等。根據(jù)需要，部分?jǐn)?shù)據(jù)在停電時(shí)用后備電池維持其當(dāng)前值，在停電時(shí)可保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器區(qū)域稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。2.5.3 I/0 單元I/0 單元也稱為 I/0 模塊。PLC 通過 I/0 單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場相聯(lián)系。輸入單元接收用戶設(shè)備的各種控制信號(hào)，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其他一些傳感器的信

22、號(hào)。通過接口電路將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠識(shí)別和處理的信號(hào)，并存到輸入映像寄存器。運(yùn)行時(shí) CPU 從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進(jìn)行處理，將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。輸出映像寄存器由輸出點(diǎn)對應(yīng)的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、指示燈被控設(shè)備的執(zhí)行元件.PLC 一般使用 220V 的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為 PLC 的中央處理器、存儲(chǔ)器等電路提供 5V, +12V, +24V 的直流電源，使 PLC 能正常工作。電源部件的位置形式可有多種，對于整體式結(jié)構(gòu)的 CPU，通常電源封裝到機(jī)殼內(nèi)部;對于模塊式 PLC，有的采用單獨(dú)電源模

23、塊，有的將電源與 CPU 封裝到一個(gè)模塊中。擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元以及功能模塊與基本單元相連，使 PLC 的配置更加靈活以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。為了實(shí)現(xiàn)“人一機(jī)”或“機(jī)一機(jī)”之間的對話，PLC 配有多種通信接口。PLC通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機(jī)和其他的 PLC 或計(jì)算機(jī)相連。當(dāng) PLC 與打印機(jī)相連時(shí)，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印;當(dāng)與監(jiān)視器相連時(shí).可將過程圖像顯示出來;當(dāng)與其他 PLC 相連時(shí)，可以組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的控制;當(dāng)與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，可以組成多級(jí)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合性控制。編程器的作用是提供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。編程器

24、有簡易型和智能型兩類。簡易型的編程器只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語言助記符后，才能輸入。它一般由簡易鍵盤和發(fā)光二級(jí)管或其他顯示管件組成。智能型的編程器又稱為圖形編程器，它可以聯(lián)機(jī)編程，也可以脫機(jī)編程，具有 LCD 或 CRL 圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過屏幕對話。還可以利用 PC 作為編程器，PLC 生產(chǎn)廠家配有相應(yīng)的編程軟件，使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實(shí)現(xiàn)不同編程語言的互相轉(zhuǎn)換。程序被下載到 PLC，也可以將 PLC 中的程序上傳到計(jì)算機(jī)。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送?，F(xiàn)在很多 PL

25、C 已不再提供編程器，而是提供微機(jī)編程軟件了，并且配有相應(yīng)的通信連接電纜。2.6 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)日常維護(hù)也變得容易起來，更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類: 開關(guān)量邏輯控制取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于控制單臺(tái)設(shè)備，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、

26、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 工業(yè)過程控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量(即模擬量)，PLC采用相應(yīng)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 運(yùn)動(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。 數(shù)據(jù)處理PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算(含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算)、數(shù)據(jù)

27、傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信包括PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。但是，可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。3 可編程控制器的編程語言PLC 的編程語言有梯形圖語言、助記符語言、流程圖語言和布爾代數(shù)語言等。其中前兩種語言用得較多，流程圖語言也在許多場合被采用。在此介紹梯形圖語言和助記符語言的編程及其特點(diǎn)

28、。3.1 梯形圖語言梯形圖與繼電控制的區(qū)別梯形圖結(jié)構(gòu)沿用繼電控制原理圖的形式，采用了常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)、線圈和功能快等結(jié)構(gòu)的圖形語言。對于同一控制電路，繼電控制原理圖和梯形圖的輸入/輸出信號(hào)基本相同，控制過程等效。二者的區(qū)別在于繼電控制原理圖使用的是硬件繼電器和定時(shí)器，靠硬件連接組成控制線路，而 PLC 梯形圖使用的是內(nèi)部繼電器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，靠軟件實(shí)現(xiàn)控制。因此，PLC 的使用具有很高的靈活性，程序修改過程非常防那個(gè)邊。如圖所示是繼電器線路圖和與其等效 PLC 的梯形圖。X0Y1X1Y0(b)SB1SB2KMKM(a) 圖 3.1 等效 PLC 梯形圖圖（a）中 SB1 為常開按鈕，SB2

29、 為常閉按鈕，KM 為繼電器線圈。按下啟動(dòng)按鈕 SB1，繼電器 KM 的線圈通電，其常開觸點(diǎn) KM 合，由于常開觸點(diǎn) KM 與啟動(dòng)按鈕 SB1 并聯(lián)，即使松開啟動(dòng)按鈕 SB1，已經(jīng)閉合的常開觸點(diǎn) KM 仍然能使繼電器KM 的線圈通電，這個(gè)常開觸點(diǎn)稱做“自鎖”觸點(diǎn)。停止時(shí)按下停止按鈕 SB2，繼電器 KM 的線圈失電。圖（b）中 X0 為常開觸點(diǎn)，X1 為常閉觸點(diǎn)，Y0 表示輸出，其工作狀態(tài)受 X0、X1 信號(hào)控制，邏輯上與圖（a）相同，但是 SB1、SB2 均為物理實(shí)體，而 X0、X1 等表示的可能是外部開關(guān)（或硬開關(guān)） ，也可能是內(nèi)部開關(guān)或觸點(diǎn)（內(nèi)部軟繼電器觸點(diǎn)） 。 梯形圖按行從上到下、每

30、行從左到右的順序編寫。PLC 執(zhí)行順序與梯形圖的編寫順序一致。 圖左、右兩邊的垂直線分別稱為起始母線和終止母線。每一邏輯行必須從起始母線開始畫起，終止母線可以省略。 梯形圖中的觸點(diǎn)有兩種，即常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)。這些觸點(diǎn)可以是 PLC的輸入觸點(diǎn)或內(nèi)部繼電器觸點(diǎn)，也可以是內(nèi)部繼電器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的狀態(tài)。同一標(biāo)記的觸點(diǎn)可以反復(fù)使用，次數(shù)不限。這是因?yàn)槊恳挥|點(diǎn)的狀態(tài)存入 PLC 內(nèi)的存儲(chǔ)單元中，可以反復(fù)讀/寫。傳統(tǒng)繼電器控制中的每個(gè)開關(guān)均對應(yīng)一個(gè)物理實(shí)體，故使用次數(shù)有限。這是 PLC 優(yōu)于傳統(tǒng)控制的優(yōu)點(diǎn)之一。 梯形圖的最右側(cè)必須連接輸出元素。PLC 的輸出元素用圓圈表示。機(jī)型不同，輸出元素表示有些區(qū)

31、別。同一輸出變量只能使用一次。 梯形圖中的觸點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，而輸出線圈只能并聯(lián)，不能串聯(lián)。 程序結(jié)束時(shí)要有結(jié)束符，一般用“END”表示。 利用計(jì)算機(jī)編程時(shí)，只要按梯形圖的編寫順序把邏輯行輸入計(jì)算機(jī)，按下傳給 PLC 即可。也可以將梯形圖轉(zhuǎn)化成助記符語言，經(jīng)編程器逐句輸入 PLC。3.2 助記符語言助記符語言是 PLC 的命令語句表達(dá)式。用梯形圖變成雖然直觀、簡便，但要求 PLC 配置較大的顯示器方可輸入圖形符號(hào)，這在有些小機(jī)型上長難以滿足，故需借助助記符語言。應(yīng)該指出的是，不同型號(hào)的 PLC，其助記符語言也不同，但其基本原理是相近的。編寫時(shí)，一般先根據(jù)要求編制梯形圖，然后再根據(jù)梯形圖轉(zhuǎn)換成

32、助記符語言。3.3 基本邏輯指令系統(tǒng)LD：取指令，常用于常開觸點(diǎn)與母線連接。LDI：取反指令，常用于常閉觸點(diǎn)與母線連接。OUT：線圈驅(qū)動(dòng)指令，用于將邏輯運(yùn)算的結(jié)果驅(qū)動(dòng)一個(gè)指定線圈。AND：與指令。用于單個(gè)觸點(diǎn)的串聯(lián)，完成邏輯“與”運(yùn)算。ANI：與反指令。用于常閉觸點(diǎn)的串聯(lián)，完成邏輯“與非“運(yùn)算。OR：或指令。用于單個(gè)觸點(diǎn)的并聯(lián)。ORI：或反指令。用于單個(gè)常閉觸點(diǎn)的并聯(lián)。當(dāng)一個(gè)梯形圖的控制線路由若干個(gè)先串聯(lián)、后并聯(lián)的觸點(diǎn)組成時(shí)，可將每組串聯(lián)的觸點(diǎn)看作一個(gè)塊。與左母線相連的最上面的塊按照觸點(diǎn)串聯(lián)方式編寫語句，依次相聯(lián)的塊叫做子塊。每個(gè)子塊左邊的第一個(gè)觸點(diǎn)用 LD 或 LDI 指令，其余串聯(lián)的觸點(diǎn)用

33、 AND 或 ANI 指令。每個(gè)子塊的語句編寫完后，加上 ORB 指令作為指令的結(jié)尾。ORB 指令的作用是將串聯(lián)塊相并聯(lián)，是塊或指令。當(dāng)一個(gè)梯形圖的控制線路由若干個(gè)先并聯(lián)、后串聯(lián)的觸點(diǎn)組成時(shí)，可將每組串聯(lián)的觸點(diǎn)看作一個(gè)塊。與左母線相連的塊按照觸點(diǎn)并聯(lián)方式編寫語句，依次相聯(lián)的塊叫做子塊。每個(gè)子塊左邊的第一個(gè)觸點(diǎn)用 LD 或 LDI 指令，其余串聯(lián)的觸點(diǎn)用 OR 或 ORI 指令。每個(gè)子塊的語句編寫完后，加上一條 ANB 指令，表示個(gè)并聯(lián)電路塊的串聯(lián)。ANB 將并聯(lián)塊相串聯(lián)，為塊與指令。SET 指令用于對邏輯線圈 M、輸入繼電器 Y、狀態(tài) S 的置位；RST 指令用于對邏輯線圈 M、輸入繼電器 Y

34、、狀態(tài) S 的復(fù)位，對數(shù)據(jù)寄存器 D 和變址寄存器 V、Z的清零，還用于對計(jì)時(shí)器 T 和計(jì)數(shù)器 C 邏輯線圈的復(fù)位，使它們的當(dāng)前計(jì)時(shí)值和計(jì)數(shù)值清零。使用 SET 和 RST 指令，可以方便地在用戶程序的任何地方對某個(gè)狀態(tài)或事件設(shè)置標(biāo)志和清除標(biāo)志。SFT：移位指令，用于移位寄存器的移位。移位寄存器的使用說明：數(shù)據(jù)輸入端 由 OUT 指令構(gòu)成數(shù)據(jù)輸入端。數(shù)據(jù)輸入端接點(diǎn)的通/斷狀態(tài)決定移位寄存器首位的狀態(tài)。移位輸入端 由 SFT 指令構(gòu)成移位輸入端。復(fù)位輸入端 由 RST 指令構(gòu)成復(fù)位輸入端。每個(gè)輸入端可以單獨(dú)編程，次序不限。以上所介紹的均是本設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的，當(dāng)然在 PLC 設(shè)計(jì)中不僅僅只有這些指令，

35、還包括很多。由于在本設(shè)計(jì)中沒有用到可提到，就不再一一做介紹4 模塊方案的選擇與論證4.1 總體方案的選擇 方案一： 此方案采用傳統(tǒng)的模擬控制方法，選用模擬電路，用電位器設(shè)定給定值，反饋的溫度值與給定的溫度值比較后，決定加熱或不加熱。本方案的特點(diǎn)是電路簡單，易容易實(shí)現(xiàn)，但系統(tǒng)所得結(jié)果的精度不高并且調(diào)節(jié)動(dòng)作頻繁，系統(tǒng)靜差大，不穩(wěn)定。系統(tǒng)受環(huán)境的影響大，不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，而且不易實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的控制及對溫度的顯示，人機(jī)交換性能差。 方案二： 采用 PLC 來作為整機(jī)的控制單元，組成框圖如圖 4.1.系統(tǒng)的工作中，經(jīng)過溫度檢測及變換電路把被測對象的溫度轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)

36、換為數(shù)字信號(hào)后送入 PLC 中，與給定的對應(yīng)所要控制的多組溫度值進(jìn)行比較，找出現(xiàn)溫度值所在范圍，根據(jù) PLC 中設(shè)置的參數(shù)，通過信號(hào)轉(zhuǎn)化為變頻器的頻率，控制變頻調(diào)速裝置，帶動(dòng)被控對象，并且把被控對象的轉(zhuǎn)速經(jīng)過變換電路和 D/A 轉(zhuǎn)換器反饋到 PLC 中，與輸出的轉(zhuǎn)速初值進(jìn)行比較，其偏差被PID 程序計(jì)算出后重新輸出，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)循環(huán)。對于欠溫度，控制加速功率。對于過溫度，控制吹風(fēng)冷卻裝置。 方案三： 采用 AP89S52 來作為整機(jī)的控制單元。他是一個(gè)功耗，高性能CMOS8 位微控制器，經(jīng)過信號(hào)采集，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理來控制溫度。此方案比方案一簡單，比方案二復(fù)雜。 比較以上三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，

37、方案二簡單、靈活、可擴(kuò)展性好，具有電路設(shè)計(jì)簡單、精確度高、控制效果好等優(yōu)點(diǎn)，能達(dá)到題目設(shè)計(jì)要求，因此采用方案二實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì). 圖 4.1 PLC 的組成框圖本系統(tǒng)的基本工作原理：假定實(shí)際爐溫等于給定爐溫，這時(shí)( )( )0uu ru t ，故電機(jī)連同調(diào)節(jié)閥門都靜止不動(dòng)，煤氣流量一定，電爐處于規(guī)定的恒溫狀態(tài)。如果增加工件，電爐負(fù)荷加大，而煤氣流量一時(shí)不變，爐溫就要下降，使得給出溫度( ) t下降，則有( )( )0uu ru t ，經(jīng)過溫度檢測以及變換電路把對側(cè)對象轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng) D/A 變換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后送入 PLC 中，與給定的對應(yīng)所要控制的多組溫度值進(jìn)行比較，得知系統(tǒng)處于欠

38、溫度狀態(tài)。此時(shí)系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)熱電阻，控制加熱功率，從而使?fàn)t溫回升，直到重新等于給定值（即( )( )u tu r）為止。如果負(fù)荷減小或煤氣壓力突然加大，則爐溫升高。u(t)隨之加大，使得( )( )0uu ru t 。經(jīng)過溫度檢測及變換電路把被測對象的溫度轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng) D/A 變換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后送入 PLC 中，與給定的對應(yīng)所要控制的多組溫度值進(jìn)行比較，得知系統(tǒng)處于過溫度狀態(tài)。此時(shí)系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)風(fēng)扇，控制吹風(fēng)冷卻裝置，從而使?fàn)t溫下降，知道重新等于給定值為止。由此看出系統(tǒng)是通過熱電偶測量被控量，并反饋到系統(tǒng)的輸入端，從而形成了閉合回路，此反饋信號(hào)通過比較線路與給定值進(jìn)行加法或減法運(yùn)算

39、，獲得偏差信號(hào)，系統(tǒng)再根據(jù)偏差信號(hào)的大小和方向進(jìn)行調(diào)節(jié)。所以，爐溫控制系統(tǒng)是一個(gè)按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)系統(tǒng)。爐溫控制系統(tǒng)的原理方框圖如圖 4.2 所示。 4.2 各獨(dú)立模塊方案論證4.2.1 溫度檢測模塊 溫度檢測電路的選擇 方案一：熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測量精度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。 方案二：熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一，熱電偶工作原理是基于賽貝克效應(yīng)，即兩種不同成分的道題兩端連接成回路，如兩接端溫度不同，則在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流的物理現(xiàn)象。其優(yōu)點(diǎn)是：A 測量精度高。因熱電偶直接與被測對

40、象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。B 測量范圍廣。常用的熱電偶從-50 +1600度均可邊續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269 度，最高可達(dá)+2800 度。C 構(gòu)造簡單，使用方便。熱電偶通常是兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。缺點(diǎn)是熟悉度不夠，想要正常安裝頗有難度。 方案三：采用西門子 S7-200，它集成 14 個(gè)輸入/10 輸出共 24 個(gè)數(shù)字量 I/O點(diǎn)?？蛇B接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 168 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O點(diǎn)。16K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。5 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器，2 路獨(dú)立的20kHz 高速脈

41、沖輸出，具有 PID 控制器。1 個(gè) R5485 通訊編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議，MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力，I/O 端能容易的整體拆卸。具有較強(qiáng)的控制力。 這次設(shè)計(jì)我采用方案三，使用西門子 S7-200，其提供一個(gè) 4 點(diǎn) 12 位模擬量輸入和溫度傳感輸入模塊，輸入為 DC-5+5v 和 020mA 電壓或電流。 下面列展了西門子 S7-200 的一些主要技術(shù)指標(biāo)集成的數(shù)字量輸入/輸出 14 入/10 出可連接的擴(kuò)展模塊數(shù)量（最大） 7 個(gè) 最大可擴(kuò)展的數(shù)字量輸入/輸出范圍 168 點(diǎn)最大可擴(kuò)展的模擬量輸入/輸出范圍 35 點(diǎn)用戶程序區(qū) 8 KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū) 8 KB后備數(shù)據(jù)時(shí)間（

42、電容） 100編程軟件 Step 7-Micro/WIN高速計(jì)數(shù)器 6 個(gè) 30 KHZ高速脈沖輸出 2 個(gè) 20 KHZ 通訊借口 1 個(gè) RS-485外部硬件中斷 4支持的通訊協(xié)議 PPI ,MPI ,自由口模擬電位器 2 個(gè) 8 位分辨率實(shí)時(shí)時(shí)鐘 內(nèi)置時(shí)鐘 4.2.2 變頻調(diào)速模塊 A. 變頻調(diào)速器的選擇 由 n=60f/p 知，當(dāng)極對數(shù) p 不變時(shí)，同步轉(zhuǎn)速 n 和電源頻率 f 成正比。因此，連續(xù)地改變供電電源的頻率，就可以平滑地調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這樣的調(diào)速方法就是變頻調(diào)速。變頻調(diào)速具有較好的調(diào)速性能，是交流調(diào)速方法中具有重要意義的一種調(diào)速方法。在國內(nèi)外都已得到推廣和應(yīng)用。目前，國外生

43、產(chǎn)的變頻裝置容量已達(dá)一萬千瓦以上，價(jià)格和性能都可以與直流系統(tǒng)想媲美。國內(nèi)也有不少產(chǎn)品問世。但是，由于元件制造水平低、價(jià)格貴加上技術(shù)上要求復(fù)雜，所以限制了它的推廣和應(yīng)用。隨著生產(chǎn)與技術(shù)水平的提高，變頻調(diào)速系統(tǒng)必蔣得到更大的發(fā)展，以致在某些領(lǐng)域逐步代替直流調(diào)速系統(tǒng)。故本系統(tǒng)采用變頻調(diào)速器。 B. 變頻調(diào)速器的工作原理 變頻器調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：n=60f（1-s)/p， （式中 n、f、s、p 分別是表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對數(shù)） ；通過改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式為：n=60f（1-s)/p。從上

44、式可見，改變供電頻率 f、電動(dòng)機(jī)的級(jí)對數(shù) p 及轉(zhuǎn)差率 s 均可達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的目的。從調(diào)速的本質(zhì)來看，不同的調(diào)速方式無非是改變交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速或不改變同步轉(zhuǎn)速兩種。4.2.3 主控模塊 PLC S7-200 cup 224 集成 14 輸入/10 輸出共 24 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)?？蛇B續(xù) 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 168 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn)，16K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器，2 路獨(dú)立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。1 個(gè) R5485 通訊/編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議，MPI 通訊協(xié)議和自由方式

45、通訊能力。I/O 端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強(qiáng)控制能力的控制器。 圖 4.3 CUP 224 模塊接線圖 圖 4.4 CPU224 AC/DC/繼電器 輸入接線型式簡圖 圖 4.5 24V DC 輸入 輸出接線型式簡圖 繼電器輸出 圖 4.7 24VDC 輸出 4.2.4 功率輸出電路及其控制原理的分析加熱絲輸出功率大小的調(diào)節(jié)，可以使用移相調(diào)壓電路，也可以采用占空比開關(guān)電路進(jìn)行控制。在采用移想調(diào)壓電路時(shí)，即將計(jì)算到的控制量經(jīng) D/A 變換，控制可控硅的移相觸發(fā)電路，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的無極調(diào)節(jié)。由于電壓輸出波形的不完整，含有高次諧波分量，對電網(wǎng)有一定的干擾。采用占空比開關(guān)電路控制，即考慮可控

46、硅控制電壓和被控的交流電壓之間以及電熱絲產(chǎn)生的熱量和所家的電壓之間的非線性，通過調(diào)節(jié)周期時(shí)間內(nèi)的通電時(shí)間來調(diào)節(jié)輸出功率的大小，可以避免 D/A 轉(zhuǎn)換和信號(hào)放大造成的不必要的誤差，也可以通過可控硅的過零觸發(fā)電路避免對電網(wǎng)的諧波干擾。在本系統(tǒng)中采用占空比開關(guān)電路控制，功率輸出電路設(shè)計(jì)如圖 4.9。 4.2.5 顯示電路設(shè)計(jì) 方案一：液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)在袖珍儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。方案二：用 LED 數(shù)碼管來顯示。LED 電子顯示屏作為一種現(xiàn)在電子產(chǎn)品，以其靈活的顯示面積、亮度高、壽命長、容量大、等特點(diǎn)。 本系統(tǒng)中 PLC 與液晶顯示器

47、相連太麻煩，但與 LED 連接比較簡單。所以選取方案二。4.2.6 按鍵接入本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,輸入按鍵有三個(gè)，用一個(gè)來控制溫度的升高與下降，一個(gè)用來確認(rèn)，另一個(gè)來取消。PLC 的輸入借口 X1 用來接溫度控制按鍵，X2 作為確認(rèn)按鍵輸入，X3 作為取消按鍵輸入。在需要降穩(wěn)時(shí)按下 X1 鍵再按確認(rèn)。如錯(cuò)按則用 X3 取消。加熱時(shí)按兩下 X1，再確認(rèn)。4.2.7 報(bào)警電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用的是一個(gè)聲光報(bào)警電路。當(dāng)電路檢測到溫度偏高或偏低時(shí)，電路會(huì)產(chǎn)生發(fā)光發(fā)聲報(bào)警。聲光報(bào)警電路采用高亮的 LED 燈以及蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)，其電路如下圖 4.4 所示。 圖4.9 聲光報(bào)警電路4.2.8 溫度調(diào)節(jié)模塊 本系統(tǒng)中風(fēng)扇的

48、作用是，當(dāng)爐溫過高時(shí)控制風(fēng)扇對其進(jìn)行降溫。當(dāng)系統(tǒng)處于過溫度狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)風(fēng)扇，控制吹風(fēng)冷卻裝置，從而使?fàn)t溫下降，知道重新等于給定值為止。本系統(tǒng)中熱電阻的作用是，當(dāng)爐溫過低時(shí)，控制熱電阻對其進(jìn)行加熱。當(dāng)系統(tǒng)處于欠溫狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)熱電阻，控制加熱功率，從而使?fàn)t溫回升，直到重新等于給定值為止。4.2.9 硬件總框圖 下圖是總的接線框圖，在接線配線時(shí)需要注意的是在避免干擾的需求較高時(shí)最好用屏障電纜。還有信號(hào)線與電纜線應(yīng)該分開走。圖 4.10 硬件總框圖 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用 PLC 作為核心處理器件，把經(jīng)過溫度檢測電路現(xiàn)場實(shí)時(shí)采集到的溫度數(shù)據(jù)，存入 PLC 的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，送 LED

49、顯示，并與預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行比較，然后由 PLC 輸出信號(hào)去控制加熱器。進(jìn)行溫度控制程序的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下幾個(gè)問題：實(shí)時(shí)采集溫度、溫度顯示、與上位 PLC 通信程序、警告和處理。軟件設(shè)計(jì)主要有：主程序、初值設(shè)定子程序、溫度讀取子程序、顯示子程序和輸出控制子程序等。初值設(shè)定子程序完成對溫度初值的設(shè)定及數(shù)據(jù)保存；溫度讀子程序完成對溫度傳感器數(shù)據(jù)的讀取、并通過液晶顯示子程序顯示溫度值等等。PLC 的具體軟件主程序流程圖如圖 5-1 所示。圖 5.1 主程序流程圖5.2 PID 控制器的參數(shù)整定PID 控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定 PID 控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和

50、微分時(shí)間的大小。PID 控制器參數(shù)整定的方法有很多，概括起來有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還要通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行，方法簡單，易于掌握，在工程中被廣發(fā)應(yīng)用，PID 控制時(shí)和自動(dòng)調(diào)諧時(shí)的動(dòng)作情況如圖 5.2。圖 5.2 PID 控制動(dòng)作圖PID 控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過實(shí)驗(yàn)、然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都

51、需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。本系統(tǒng)采用的是臨界比例法。李勇該方法進(jìn)行 PID 控制器的參數(shù)整定步驟如下：（1）首先選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；（2）僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；（3）在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到 PID 控制器的參數(shù)。在實(shí)際調(diào)試中，只能先大致設(shè)定一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。根據(jù)被控對象以及基本設(shè)計(jì)要求，自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行大量的計(jì)算分析，要保證系統(tǒng)良好的性能又要保證給定的技術(shù)要求，在此過程中，可采用理論指導(dǎo)，結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù)，確定控制算法。對于溫度系統(tǒng)的建模，可以近似地認(rèn)為“純滯后+一

52、階慣性”環(huán)節(jié)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)先測出開環(huán)曲線，對于一階慣性環(huán)節(jié)對象，往往采用 PID 控制算法，控制效果比較好。PID 控制表示比例（proportional）積分（integral）微分differential）控制。 圖 5.3 比例積分微分圖 調(diào)節(jié)器輸入輸出之間的比例積分微分關(guān)系如下： ( ) ( ) 1/( )*( )/u tKp e tTi e t dtTdde tdt 式（1.1）其中 K p 為比列系數(shù)，Ti 為積分時(shí)間常數(shù)，T d 為微分時(shí)間常數(shù)。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中使用的是數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)，就是對式（1）進(jìn)行離散化，離散化時(shí)，令 ( )()u tu kt ， ( )()e te k

53、T ( )()e tTe jT ， ( )/ ()()/de tdte kte kTTT 式中 T 是采樣周期，顯然，上述周期 T 必須足夠短，才能保證有足夠的精度。因此數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器，表達(dá)式如下：()()/()/()()u kTKp e kTT Tie jTTd T e Kde KtT 式（1.2）由控制理論可知：離散化采樣頻率越高，采樣后失去的信息越少，相應(yīng)的控制性能也越好。但由于水溫是一個(gè)慢變信號(hào)，進(jìn)行 PID 算法控制時(shí)，若采樣頻率過高，相鄰兩次采樣信號(hào)差距很小，將會(huì)失去 PID 控制的優(yōu)勢，因此確定采樣頻率為 1/15HZ，即 15S 進(jìn)行一次 PID 算法。在反饋控制部分的然間程序設(shè)計(jì)上主要采用 PID 控制算法，但由于過早地引入積分作用容易產(chǎn)生飽和，產(chǎn)生過大的超調(diào)量，預(yù)期的調(diào)節(jié)規(guī)律將遭到破壞。為了克服這一缺點(diǎn)，可以采用積分分離的 PID 控制算法，這樣既保持了積分的作用，又減少了超調(diào)量，使控制性能有較大的改善。在本系統(tǒng)的實(shí)際控制中，微分作用的改善不是很明顯，因此，在軟件編制時(shí)可不加微分調(diào)節(jié)。5.3 程序設(shè)計(jì) 圖 5.4 程序設(shè)計(jì)圖