紅棗烘房—溫濕自動控制系統(tǒng)的設計

1、1 引言溫度和濕度是工農業(yè)生產中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學反應過程都與溫度和濕度密切相關。在科學研究和生產實踐的諸多領域中, 溫度和濕度控制占有著極為重要的地位。對于不同生產情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式、燃料、控制方案也有所不同；同時排濕方式不同，其控制方式也不相同。例如冶金、機械、食品、化工等各類工業(yè)生產中加熱裝置廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應爐等，排濕裝置多采用軸流式風機，燃料有煤氣、天然氣、油、電等1。溫度和濕度控制系統(tǒng)的工藝過程復雜多變，具有不確定性，因此對系統(tǒng)要求更為先進的控制技術和控制理論?？删幊炭刂破鳎≒LC）是一種工業(yè)控制計算機，是繼承計算機、

2、自動控制技術和通信技術為一體的新型自動裝置。它具有抗干擾能力強，價格便宜，可靠性強，編程簡單，易學易用等特點，在工農業(yè)領域中深受工程操作人員的喜歡，因此PLC已在工農業(yè)自動控制的各個領域中被廣泛地使用2。紅棗在烘干的過程中不僅需要對溫度和濕度數(shù)值大小進行控制，而且不同烘制階段加熱和排濕的時間也不相同，用PLC來實現(xiàn)溫度和濕度的精確控制，方便快捷，使人從繁重的勞動解放出來。2 棗的干制2.1 工藝流程紅棗烘制的流程大致如下：原料挑選分級裝盤烘制包裝成品2.2 工藝要點 溫度控制通過大量實驗表明紅棗烘干溫度控制分3個階段3,分別包括：緩慢升溫階段、恒溫排濕階段和后熟制干階段。第1階段為緩慢升溫階段

3、，點火后溫度由常溫緩慢升至5055，保持5小時左右。此階段應注意升溫不能過高過快，否則棗果表面易形成硬殼(俗稱燜棗)，破壞果肉水分向外排放的通道，不利于棗果水分排放。第2階段為恒溫排濕階段，是整個烘干過程中主要時期。其特點是需要大火，持續(xù)時間長，棗果表面顏色全變?yōu)樽霞t色。在此期既要注意排濕，又要不停地加火，使炕房溫度控制在6570之間，保持19h左右，若溫度低則會延長烘干時間，溫度高則會形成焦棗。第3階段為后熟制干階段，其特點是棗果表面由軟變?yōu)榘欛?，趨于成熟，溫度應控制?055之間，保持5h左右。此期要一直打開排濕窗和進氣窗。在實際操作中3個階段是連續(xù)進行的，棗農要不斷觀察棗果的變化，以采取

4、相應措施。 濕度控制紅棗在烘干過程中，自身水分在烘房內溫度作用下不斷向外排出、變干，若烘房內水份不能及時排除，制干速度延緩，且易形成焦棗，降低食用價值。在第1階段，溫度緩慢升起后，棗果表皮逐漸變軟，棗果中的水分慢慢向外排放，炕房內的濕度一般在65以下。當進入第2階段，即點火后5h左右，棗果表面顏色變深，果肉繼續(xù)變軟，烘房內的濕度不斷上升，當烘房內干濕球溫度之差小于5或相對濕度大于70時，立即打開排濕窗和進氣窗通氣排濕。當烘房內干濕球溫度差達15或相對濕度低于40時，要停止排濕。若溫度上升到65以上，相對濕度大于70時仍不排濕，就會出現(xiàn)焦棗。據(jù)經(jīng)驗，相對濕度達到70以上時，會感到空氣潮濕悶熱，呼

5、吸困難，棗果表面潮濕。此時，應立即進行烘房內通風排濕工作。經(jīng)驗認為，烘房內相對濕度達70左右時，通風排濕1min，可使相對濕度降至60左右，此時應停止通風排濕。以后視相對濕度情況，多次進行通風排濕(烘干過程中一般排濕7次)。通風排濕時，視烘房內相對濕度的高低和外界風力的大小，決定通風排濕的方法和時間的長短。相對濕度高，外界風力較小時，則將進氣窗和排濕窗全部打開，排濕時間較長。反之，則可將進氣窗和排濕窗交替開放，排濕時間較短，每次通風排濕時間以1015min為宜。過短通風排濕不夠，相對濕度仍高，影響紅棗干燥速度和產品品質；過長，隨著潮濕空氣的排出，室內溫度也隨之下降。當干燥作用繼續(xù)進行時，需要重

6、新升高溫度，耗煤量增加，成本提高。每次通風排濕結束時，應及時將通風設備關閉，使烘房內溫度迅速回升。干燥作用繼續(xù)進行時，感到空氣干燥，呼吸順暢，棗果表皮干燥而出現(xiàn)皺紋，則達到了通風排濕的效果3。3 烘房結構的設計3.1 烘房的外部結構烘房外部結構如圖所3-1示過渡段烘制室加熱室圖3-1烘房結構3.2 烘房的內部設備烘房的內部設備包括有：觀察窗、風機、熱風爐、控制器、風門、鼓風機和排氣窗，其布置如圖所示觀察窗風機熱風爐控制器風門排濕窗鼓風機圖3-2 烘房設備安裝位置1）控制器 三相和單相兩類，都帶有正反轉功能，具有防雷擊保護、過流保護、輸出短路保護等安全防護措施。具有缺相（三相）、過載、短路保護和

7、電流監(jiān)測的功能。烘房管理系統(tǒng)軟件組網(wǎng)連接,通過計算機可讀取所有網(wǎng)內控制器的工作過程記錄。變頻器端口與變頻器連接. 實現(xiàn)風機的無極調速控制。通過模糊自適應控制算法，自動控制鼓風機的啟停和風門的開關角度，可靠并簡捷控制烤房內的溫度和濕度。并具有智能報警和語音提示功能。2）熱風爐選用耐酸鋼、耐候鋼制作，焊接部位選用與母材一致的焊材進行焊接。金屬外表面采用耐500以上高溫、抗氧化、附著力強的環(huán)保材料進行防腐處理。確保設備使用壽命10年以上。3）軸流風機 風機葉片數(shù)量4個，采用內置直聯(lián)電動機，葉輪頂部和風筒的間隙5mm，符合國家規(guī)定。電動機F級絕緣（A級 E級 B級 F級 H級 ）4，選用優(yōu)質高滴點溫度

8、軸承，方形框架結構，強度好，有單相、三相兩種規(guī)格供選擇，適合高溫高濕環(huán)境使用。4）風門和排濕窗 風門的風葉材料是厚度1.5mm冷軋鋼標準板，內設沖壓加強筋。風門關閉嚴密。風葉能在090°開啟，并在任意角度保持穩(wěn)定。電動機控制回路具有保護措施。插座安裝可靠，電動機連接到插座的連線絕緣性能好，不漏電，防雨淋。 排濕窗采用輕質材料，不易變形，開關靈活。采用噴塑或鍍鋅處理，噴塑厚度不小于20m，顏色純正。5）鼓風機離心式鼓風機，運轉穩(wěn)定，但是風量較小，對熱風爐起到輔助的作用。6）溫濕傳感器選擇測量精度高，既有測干球溫度又有測濕球溫度，從而通過干球和濕球溫度之差實現(xiàn)對濕度的測量，使用方便。4

9、烘房溫濕控制系統(tǒng)的原理干制過程中，要掌握溫度調節(jié)、通風排濕及倒換烘盤等技術，以較短的時間獲得較高質量的產品。主要控制以下幾大要點5：對不同品種的紅棗采用不同的干制溫度和升溫方式根據(jù)烘房內相對濕度的高低，適時通風排濕掌握干燥時間4.1 目標溫濕度設定依據(jù)影響烘房溫濕度的因素有很多，通常烘房溫度高、風流速度快則烘制速度就快，但是如果目標濕度設置不合適，比如設定目標濕度較低時，烘房的濕度很快就能達到目標濕度，造成風門打開過于頻繁，外界冷空氣進入烘房量加大，烘房內就很難保證較高的溫度。再者，目標濕度較低，就意味著排出的空氣含水量較少，卻排出了大量熱量，造成很大的熱損失。這就提示我們，目標濕度要根據(jù)具體

10、情況確定，過低會造成能源的浪費且紅棗因溫度較低而失水較慢，過高又會造成環(huán)境濕度大而造成的失水較慢，綜合以上的因素，應選擇剛好能達到目標溫度的目標濕度值最為合適，這就需要根據(jù)烘制當時的現(xiàn)場條件摸索出這個值。4.2 溫濕度控制系統(tǒng)的選擇 PLC的應用及特點6隨著農業(yè)科技的不斷發(fā)展,大棗烘房的智能化不斷提高,為提高紅棗烘制品質,工作人員必須時刻對紅棗烘房的溫、濕度進行監(jiān)測和控制。為解決這一問題,多應用一種基于PLC和溫濕度傳感器的智能溫室控制系統(tǒng),該系統(tǒng)實現(xiàn)了紅棗烘房內溫濕度的自動測量和調節(jié)。PLC即可編程序控制器，是在計算機的促進下發(fā)展起來的新一代順序邏輯控制裝置，它使用軟件完成順序邏輯控制功能，

11、用計算機執(zhí)行操作命令，實時操作。因此，順序邏輯控制功能的更改十分方便，并且其工作可靠性和運算速度都比較高。并且具有以下特點：靈活性和通用性強PLC是利用存儲在機內的程序來實現(xiàn)各種控制功能的，因此在PLC控制的系統(tǒng)中，當控制功能發(fā)生改變時只需要修改程序即可，PLC的外部接線改變極少，甚至可以不必改動。一臺PLC在用于不同的控制系統(tǒng)中，只改變其中的程序即可，其靈活性和通用性是其他電路無法比擬的?？煽啃愿摺⒖垢蓴_能力強在PLC控制系統(tǒng)中，大量的開關動作是由半導體電路完成，和同等規(guī)模的繼電接觸器相比，電氣接線和開關節(jié)點已經(jīng)減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。并且在硬件和軟件方面都采取了強有力的

12、措施，使其具有極高的可靠性和抗干擾能力，平均無故障率可達到幾萬甚至幾十萬小時以上。編程語言簡單易學在PLC是一種計算機產品，但是它的編程很容易掌握，PLC的設計人員充分考慮了工程技術人員的技能和習慣，其程序的編制采用繼電器形式的“梯形圖”編程方式及命令語句表編程，只用PLC的少量開關邏輯控制指令就可以方便的實現(xiàn)繼電器電路的功能，這就使PLC的程序簡單并且容易被人掌握，為不熟悉的電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。PLC體積小、重量輕、易于實現(xiàn)機電一體化PLC內部電路主要采用半導體集成電路，具有結構緊湊、體積小、重量輕、能耗低的特點，是實現(xiàn)機電一體化的理想

13、設備。 溫濕度控制系統(tǒng)的工作原理本系統(tǒng)主要由DS18B20型干濕球溫度傳感器、集成運算放大器(LM358) 、A /D轉換器(ADC0809)、光電耦合器(TLP521)和PLC (S7-200系列)組成。干濕球溫度傳感器用來采集烘房內干球溫度和濕球溫度信號,通過二者之差來得到濕度信號，將采集到的信號經(jīng)ADC0809轉換成8路并行數(shù)字信號,信號通過光電耦合器傳入PLC,PLC將經(jīng)轉化后的信號與設定溫、濕度值進行比較。若轉換后的溫度信號若高于設定溫度上限,則開窗降溫;若低于設定溫度下限,則關窗并驅動加熱設備。轉換后的濕度信號高于設定濕度上限,則啟動風機;若低于設定濕度下限,則關閉排濕窗并控制風機

14、停止工作7。其系統(tǒng)工作原理如圖4-1所示：溫濕度設定值PLC驅動相應的外圍設備溫濕溫室傳感器圖4-1系統(tǒng)工作原理圖5 烘房溫濕控制系統(tǒng)設計根據(jù)系統(tǒng)具體指標要求，可以對每一個具體部分進行分析設計，整個控制系統(tǒng)分為硬件電路設計和軟件程序設計兩部分。5.1 硬件設計系統(tǒng)硬件框圖結構如圖5-1所示: PLC信號傳感器給定溫度（濕度）集成運算放大器(LM358)信號轉化器加熱器（軸流風機）圖5-1系統(tǒng)硬件框圖系統(tǒng)硬件連接圖如圖5-2所示圖5-2 系統(tǒng)硬件連接圖5.1.1 信號的采集溫濕度信號是由溫濕度傳感器采集并轉化為電壓信號, 經(jīng)運算放大器放大后分別接入A /D轉換器(ADC0809)的IN0、IN1

15、 號通道。PLC輸出口Y0 通過輸出電路接到A /D轉換器(ADC0809)的地址選擇輸入端(A) ,控制具體模擬量信號的轉換。5.1.2 輸入接口電路在輸入采樣階段, PLC首先掃描所有輸入端子,將各輸入狀態(tài)存入內存中的各對應的輸入映像寄存器中(例如按鈕SB1)，接點閉合，就將1寫入對應表示輸入繼電器X0所示的位上, SB1接點斷開,則寫入0 8 。為了保證輸入靈敏度當輸入電流在4.5mA以上(X10以后為3. 5mA以上)時,就把1寫入相應的輸入映像寄存器中,當輸入電流在1. 5mA以下時,就把0寫入相應的輸入映像寄存器中。 系統(tǒng)的硬件配置1）S7-200PLC選型S7-200系列PLC是

16、由德國西門子公司生產的一種超小型系列可編程控制器，它能夠滿足多種自動化控制的需求，適用于各行各業(yè)，各種場合的檢測監(jiān)測和控制的自動化，其設計緊湊，價格低廉，并且具有良好的可擴展性以及強大的指令功能，可代替繼電器在簡單的控制場合，也可以用于復雜的自動化控制系統(tǒng)。S7-200系列可以根據(jù)對象的不同, 可以選用不同的型號和不同數(shù)量的模塊。并可以將這些模塊安裝在同一機架上。在S7-200系列中，單極性模擬量的輸入/輸出信號的數(shù)值范圍是032000，雙極性模擬信號的數(shù)值范圍是-32000+320009綜合S7-200系列的各種特點，此類型的PLC能滿足紅棗烘房的溫、濕度自動控制的要求。2）溫濕傳感器DS1

17、8B20干濕球溫度傳感器如圖5-3所示，它是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度再通過一定的計算方式得到濕度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？蓪崿F(xiàn)高精度測溫，轉換時間為200ms10。干球探頭濕球探頭導水彎管控制器接頭水壺圖5-3干濕球溫度傳感器具體參數(shù)如下：基本功能：檢測溫度；顯示溫度；過限報警主要技術參數(shù) 溫度檢測范圍： -55+125測量精度：±0.5顯示方式：四位顯示報警方式：三極管驅動的蜂鳴音報警傳感器放置位置根據(jù)紅棗烘房內溫濕度的要求，應將傳感器放置在正確的位置才

18、能準確的測出烘房內的溫度和濕度，通常將傳感器放置在遠離加熱爐和排濕窗的位置，即通常放在烘房中間房頂出。若離加熱爐較近，則所測溫度高于房內溫度，若離排濕窗較近則，此處空氣交換較為頻繁，所測溫度低于房內實際溫度，因此傳感器的正確位置直接影響到對房內實際溫度的準確控制，進而影響到紅棗的烘制品質。3）A /D轉換器(ADC0809)A /D轉換器(ADC0809)特點是：8路模擬信號的分時采集，片內有8路模擬選通開關，以及相應的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉換時間為100s左右。其內部邏輯結構如圖5-4所示：圖5-4 A /D轉換器(ADC0809)內部邏輯結構圖圖中多路開關可選通8個模擬通道，允許8路

19、模擬量分時輸入，共用一個A/D轉換器進行轉換，這是一種經(jīng)濟的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C 3個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉換結果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。A/D轉換后得到的數(shù)據(jù)應及時傳送給PLC控制器進行處理。數(shù)據(jù)傳送的關鍵問題是如何確認A/D轉換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送。為此可采用下述三種方式11。定時傳送方式對于一種A/D轉換其來說，轉換時間作為一項技術指標是已知的和固定的。例如ADC0809轉換時間為128s，相當于6MHz的MCS-51單片機共64個機器周期?？蓳?jù)此設計一個延時子程序，A/

20、D轉換啟動后即調用此子程序，延遲時間一到，轉換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進行數(shù)據(jù)傳送。查詢方式A/D轉換芯片由表轉換完成的狀態(tài)信號，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測試EOC的狀態(tài)，即可確認轉換是否完成，并接著進行數(shù)據(jù)傳送。中斷方式把表轉換完成的狀態(tài)信號（EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進行數(shù)據(jù)傳送。不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉換完成，即可通過指令進行數(shù)據(jù)傳送。4）集成運算放大器(LM358)LM358內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的

21、使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。LM358 的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。其腳位排列如圖5-5所示：圖5-5 LM358腳位排列圖其特性:內部頻率補償直流電壓增益高約100dB單位增益頻帶寬約1MHz電源電壓范圍寬：單電源330V；雙電源±1.5±15V低功耗電流，適合于電池供電低輸入失調電壓和失調電流輸出電壓擺幅大，約為0 至1.5V5）光電耦合器(TLP521)用來隔離高頻電路與低頻電路，高頻電路產生的高頻信號會干擾低頻電路，用光耦合器既能連接兩個部分又能屏蔽高頻信號。5.2 軟件設計在溫、濕度自動控制器的

22、軟件設計中, 采用了模塊化設計。各個部分分別設計成子程序, 這樣便于軟件的升級和維護, 同時在軟件上也采取了防止程序跑飛（程序沒有按指定的要求進行運行）的措施12。 控制算法的設計1）PID控制程序設計模擬量閉環(huán)控制較好的方法之一是PID控制，PID在工業(yè)領域的應用已經(jīng)有60多年，現(xiàn)在依然廣泛地被應用。人們在應用的過程中積累了許多的經(jīng)驗，PID的研究已經(jīng)到達一個比較高的程度。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系。其特點是具有快速反應，控制及時，但不能消除余差。在積分控制(I)中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。積分控制可以消除余差，但具有滯后

23、特點，不能快速對誤差進行有效的控制。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）成正比關系。微分控制具有超前作用，它能預測誤差變化的趨勢。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各有自己的優(yōu)點和缺點，它們一起使用的時候又和互相制約，但只有合理地選取PID值，就可以獲得較高的控制質量13。2）PID控制算法反饋環(huán)節(jié)PID控制環(huán)節(jié)被控對象r(t)e(t)u(t)C(t)圖5-6帶PID控制器的閉控制系統(tǒng)框圖 如圖5-6所示，PID控制器可調節(jié)回路輸出，使系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。偏差e和輸入量r、輸出量c的關系: (1) 控制器的輸出為: （2）上式中,

24、PID回路的輸出; 比例系數(shù)P; 積分系數(shù)I; 微分系數(shù)D;PID調節(jié)器的傳輸函數(shù)為： (3)數(shù)字計算機處理這個函數(shù)關系式，必須將連續(xù)函數(shù)離散化，對偏差周期采樣后，計算機輸出值。其離散化的規(guī)律如表5-1所示：表5-1模擬與離散形式模擬形式離散化形式所以PID輸出經(jīng)過離散化后，它的輸出方程為: (4)式（4）中， 稱為比例項； 稱為積分項； 稱為微分項；上式中，積分項是包括第一個采樣周期到當前采樣周期的所有誤差的累積值14。計算中，沒有必要保留所有的采樣周期的誤差項，只需要保留積分項前值，計算機的處理就是按照這種思想。故可利用PLC中的PID指令實現(xiàn)位置式PID控制算法量15。3）PID在PLC

25、中的回路指令現(xiàn)在很多PLC已經(jīng)具備了PID功能，STEP 7 Micro/WIN就是其中之一有的是專用模塊，有些是指令形式。西門子S7-200系列PLC中使用的是PID回路指令。見表5-2。表5-2 PID回路指令名稱PID運算指令格式PID指令表格式PID TBL，LOOP梯形圖使用方法：當EN端口執(zhí)行條件存在時候，就可進行PID運算。指令的兩個操作數(shù)TBL和LOOP，TBL是回路表的起始地址，本文采用的是VB100，因為一個PID回路占用了32個字節(jié)，所以VD100到VD132都被占用了。LOOP是回路號，可以是07，不可以重復使用。PID回路在PLC中的地址分配情況如表5-3所示。表5-

26、3 PID指令回路表偏移地址名稱數(shù)據(jù)類型說明0過程變量（PVn）實數(shù)必須在0.01.0之間4給定值（SPn）/ s實數(shù)必須在0.01.0之間8輸出值（Mn）實數(shù)必須在0.01.0之間12增益（Kc）實數(shù)比例常數(shù)，可正可負16采樣時間（Ts）實數(shù)單位為s，必須是正數(shù)20采樣時間（Ti）實數(shù)單位為min，必須是正數(shù)24微分時間（Td）實數(shù)單位為min，必須是正數(shù)28積分項前值（MX）實數(shù)必須在0.01.0之間32過程變量前值（PVn-1）實數(shù)必須在0.01.0之間回路輸入輸出變量的數(shù)值轉換方法 在本系統(tǒng)中，設定的溫度和濕度是給定值，需要控制的變量是烘房中的溫度和濕度。但它不完全是過程變量PV，過程

27、變量PV和PID回路輸出有關。在本文中，經(jīng)過測量的溫度和濕度信號被轉化為標準信號溫度和濕度值才是過程變量，所以，這兩個數(shù)不在同一個數(shù)量值，需要他們作比較，那就必須先作一下數(shù)據(jù)轉換。傳感器輸入的電壓信號經(jīng)過轉換器轉換后，是一個整數(shù)值，他的值大小是實際溫度的把A/D模擬量單元輸出的整數(shù)值的10倍。但PID指令執(zhí)行的數(shù)據(jù)必須是實數(shù)型，所以需要把整數(shù)轉化成實數(shù)。使用指令DTR就可以了。如本設計中，是從AIW0讀入溫度被傳感器轉換后的數(shù)字量。實數(shù)的歸一化處理因為PID中除了采樣時間和PID的三個參數(shù)外，其他幾個參數(shù)都要求輸入或輸出值0.01.0之間，所以，在執(zhí)行PID指令之前，必須把PV和SP的值作歸一

28、化處理。使它們的值都在0.01.0之間。歸一化的公式如(5): （5）式中, Rnoum標準化的實數(shù)值； Rraw 未標準化的實數(shù)值; Span補償值或偏置，單極性為0.0，雙極性為0.5; Offest值域大小，為最大允許值減去最小允許值，單極性為32000.雙極性為6400。本文中采用的是單極性，故轉換公式為: （6）因為溫度經(jīng)過檢測和轉換后，得到的值是實際溫度的10倍，所以為了SP值和PV值在同一個數(shù)量值，我們輸入SP值的時候應該是填寫一個是實際溫度10倍的數(shù)，即想要設定目標控制溫度為100時，需要輸入一個1000。另外一種實現(xiàn)方法就是，在歸一化的時候，值域大小可以縮小10倍，那么，填寫

29、目標溫度的時候就可以把實際值直接寫進去7。回路輸出變量的數(shù)據(jù)轉換本設計中，利用回路的輸出值來設定下一個周期內的加熱時間。回路的輸出值是在0.01.0之間，是一個標準化了的實數(shù)，在輸出變量傳送給D/A模擬量單元之前，必須把回路輸出變量轉換成相應的整數(shù)。這一過程是實數(shù)值標準化過程。 （7） S7-200不提供直接將實數(shù)一步轉化成整數(shù)的指令，必須先將實數(shù)轉化成雙整數(shù)，再將雙整數(shù)轉化成整數(shù)。程序如下：ROUND AC1, AC1DTI AC1, VW344) PID參數(shù)整定PID參數(shù)整定方法就是確定調節(jié)器的比例系數(shù)P、積分時間Ti和和微分時間Td，改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性，使系統(tǒng)的過渡過程達到最為滿意

30、的質量指標要求。一般可以通過理論計算來確定，但誤差太大。目前，應用最多的還是工程整定法：如經(jīng)驗法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應曲線法。經(jīng)驗法又叫現(xiàn)場湊試法，它不需要進行事先的計算和實驗，而是根據(jù)運行經(jīng)驗，利用一組經(jīng)驗參數(shù)，根據(jù)反應曲線的效果不斷地改變參數(shù)，對于溫度控制系統(tǒng)，工程上已經(jīng)有大量的經(jīng)驗，其規(guī)律如表5-4所示。表5-4溫度控制器參數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)被控變量規(guī)律的選擇比例度積分時間（分鐘）微分時間（分鐘）溫度滯后較大20603100.53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(huán)節(jié)先將步

31、驟中選擇的比例系數(shù)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(shù)，反復試湊至得到較滿意的響應為止，確定比例和積分的參數(shù)。 整定微分環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)先置微分時間TD=0，逐漸加大ID，同時相應地改變比例系數(shù)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(shù)。根據(jù)反復的試湊，調出比較好的結果是P=120. I=3.0 D=1.0。5.2.2 主程序溫度低于設定下限溫度低于設定下限系統(tǒng)啟動設定溫度 溫度采樣溫度超標否 溫度采樣打開排氣窗驅動鼓風機鼓風機繼續(xù)工作開窗并驅動風機工作溫度超標否溫度高于設定上限溫度低于設定下限溫度高于設定上限圖

32、5-5主程序框圖5.2.3 相關子程序(1) 溫度比較子程序為適應查表而對數(shù)據(jù)做必要處理。降溫報警處理Y (2) 數(shù)制轉換子程序完成十六十進制之間的轉換。將采集到的信號進行十六和十進制之間的轉換。(3) 溫濕度之間的轉換程序由干球溫度、干濕球溫差求濕度值(4) 顯示子程序顯示溫、濕度值。(5) 輸出子程序根據(jù)設定值與測量值控制鼓風機、軸流式風機、排濕窗使現(xiàn)場達到相應溫度和濕度。(6) 設定值輸入子程序由傳感器讀入溫度。其設定值包括溫度上限值、溫度下限值、濕度設定值。5.2.4 PLC程序設計1) PLC程序設計的方法PLC程序設計常用的方法：主要有經(jīng)驗設計法、繼電器控制電路轉換為梯形圖法、順序

33、控制設計法、邏輯設計法等17。經(jīng)驗設計法：經(jīng)驗設計法即在一些典型的控制電路程序的基礎上，根據(jù)被控制對象的具體要求，進行選擇組合，并多次反復調試和修改梯形圖，有時需增加一些輔助觸點和中間編程環(huán)節(jié)，才能達到控制要求。這種方法沒有規(guī)律可遵循，設計所用的時間和設計質量與設計者的經(jīng)驗有很大的關系，故稱為經(jīng)驗設計法。 繼電器控制電路轉換為梯形圖法：用PLC的外部硬件接線和梯形圖軟件來實現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)的功能。順序控制設計法：根據(jù)功能流程圖，以步為核心，從起始步開始一步一步地設計下去，直至完成。此法的關鍵是畫出功能流程圖。邏輯設計法：通過中間量把輸入和輸出聯(lián)系起來。實際上就找到輸出和輸入的關系，完成設計任務

34、。2)編程軟件STEP7-Micro/WIN 概述 STEP7-Micro/WIN 編程軟件是基于Windows的應用軟件，由西門子公司專為S7-200系列可編程控制器設計開發(fā)18，它功能強大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時也可以實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。3)STEP7-Micro/WIN 簡單介紹 以 STEP7-Micro/WIN創(chuàng)建程序，為接通STEP7-Micro/WIN，可雙擊STEP7 -Micro/WIN的圖標，如圖10所示，STEP7-Micro/WIN項目窗口將提供用于創(chuàng)建程序的工作空間。瀏覽條給出了多組按鈕，用于訪問STEP7-Micro/WIN的不同編程特性。指令樹將

35、顯示用于創(chuàng)建控制程序的所有項目對象指令。程序編輯器包括程序邏輯和局部變量表，可在其中分配臨時局部變量的符號名。子程序和中斷程序在程序編輯器窗口的底部按標簽顯示。圖5-7STEP7-Micro/WIN項目窗口本項目中主要利用 STEP7-Micro/WIN V4.0 SP5編程軟件，其界面如圖10所示。項目包括的基本組件：程序塊、數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊、符號表、狀態(tài)表、交叉引用表。5.2.5 主程序語言表19 見附錄15.2.6 程序的保護在PLC程序的設計中，要特別注意幾個問題20:啟動和停止控制系統(tǒng)運行的時候，要注意速度不能過快，否則程序很容易跑偏。程序的糾偏是一件難度非常高的事情，所以從程序設計上

36、和操作上考慮到這點能少浪費很多時間。程序設計中應控制速度的增量。要注意限制各輸出量量程的范圍，要是量程過大，會出現(xiàn)一些不必要的麻煩。比如風機的速度轉速我們要限制在一定的范圍內。要是轉速過小，也會出現(xiàn)一些不必要的狀況。在遇到緊急情況的時候要注意急停保護。比如烘房溫度過高，傳感器會發(fā)生警報，此時采取急停措施。在程序設計中，我們設計了一個急停按鈕。當按下按鈕的時候，變頻器的輸出置為0，加熱系統(tǒng)就會自動停止工作。6 結語本文主要闡述了有PLC自動控制系統(tǒng)的原理、結構及軟硬件的設計，在軟件設計中結合自動控制基礎用PID算法實現(xiàn)了用PLC的自動控制。無論是從硬件的經(jīng)濟實用性還是軟件的簡易操作性，都體現(xiàn)出了PLC自動控制系統(tǒng)的方便性、經(jīng)濟性和易操作性，因此在工農業(yè)生產中得到了廣泛的應用。在紅棗烘房中應用此系統(tǒng)實現(xiàn)了對紅棗烘干過程中溫濕度的精確控制提高了紅棗干制的質量和勞動生產率，達到了一定的經(jīng)濟效益。當然本文設計的溫濕控制系統(tǒng)還有一定的不足：其一，在軟件設計方面還有一定的欠缺。軟件設計本身就