PLC溫度PID控制

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書分院信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)自動(dòng)化學(xué)生姓名090301學(xué)號(hào)設(shè)計(jì)題目溫度PID控制1、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求：欲使受熱體維持一定的溫度，則需要降溫工具不斷給其降溫。這就需要同時(shí)有一加熱器以不同加熱量給受熱體加熱，這樣才能保證受熱體溫度恒定。本系統(tǒng)的給定值（目標(biāo)值）可以預(yù)先設(shè)定后直接輸入到回路中；過(guò)程標(biāo)量由在受熱體中的Pt100測(cè)溫并進(jìn)過(guò)溫度變送器給出，為單極性電源模擬量；輸出值是送至加熱器的電源，其允許變化范圍為最大的0%至100%。需設(shè)計(jì)不同的PID系數(shù)，去調(diào)試系統(tǒng)，使之可以穩(wěn)定、快速、準(zhǔn)確的達(dá)到要求值；2、設(shè)計(jì)環(huán)境：個(gè)人計(jì)算機(jī) 、 STEP7-Micro/WIN32、溫度控制單元等3、進(jìn)

2、度及安排：第1、2天：復(fù)習(xí)課本，查找資料，了解 S7-200 PLC的相關(guān)知識(shí)；第3、4天：進(jìn)行整體的設(shè)計(jì)，編寫系統(tǒng)程序；第5、6天：進(jìn)行調(diào)試，完善設(shè)計(jì)程序； 第7、8天：初步整理課程設(shè)計(jì)；第9、10天：完成課程設(shè)計(jì)，得出心得體會(huì)。指導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日分院院長(zhǎng)（簽字）： 年 月 日摘 要從上世紀(jì)80年代到90 年代中期，PLC得到了快速的發(fā)展，在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力，數(shù)字運(yùn)算能力，人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐步進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域上處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強(qiáng)，使用方便，適用面廣，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，易于編

3、程等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來(lái)，是無(wú)法取代的。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度,流量，壓力和液位是最常見的四種過(guò)程變量。其中溫度是一個(gè)重要的變量。例如在冶金工業(yè)，化工工業(yè)和電力工業(yè)等諸多領(lǐng)域，都需要對(duì)加熱爐，熱處理爐和鍋爐等的溫度進(jìn)行控制。本次試驗(yàn)?zāi)M工業(yè)控制中對(duì)溫度的控制。本次PLC課程設(shè)計(jì)為溫度PID控制，顧名思義就是用PID的算法去控制溫度，使之快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的達(dá)到要求的溫度值。在硬件方面主要用到溫度控制單元、計(jì)算機(jī)、S7-200 PLC；而軟件方面則通STEP7-Micro/WIN32編程軟件對(duì)PLC的PID指令進(jìn)行操作。實(shí)驗(yàn)需要在溫度控

4、制單元上進(jìn)行連線，應(yīng)用PLC的擴(kuò)展模塊模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊對(duì)反饋回來(lái)的值進(jìn)行處理,然后再送往PLC的CPU。可以用軟件進(jìn)行監(jiān)控，觀察系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間，然后不斷改變PID系數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到最佳。關(guān)鍵字：PLC；PID；受熱體；加熱器；溫度控制目錄摘 要2一、概述11.1 PLC簡(jiǎn)述11.2 PLC工作原理1二、硬件設(shè)計(jì)22.1 控制要求22.2選擇PLC型號(hào)和硬件22.2.1 PLC型號(hào)選擇22.2.2 硬件選擇22.3 S7-200 PLC的PID功能指令32.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖42.5 I/O分配表52.6 I/O接線圖6三、軟件設(shè)計(jì)73.1軟件梯形圖73.2語(yǔ)句表11四、程序調(diào)試

5、13結(jié)束語(yǔ)14參考文獻(xiàn)15一、概述1.1 PLC簡(jiǎn)述可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)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(guò)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(guò)程。1.2 PLC工作原理PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的，即在PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器的程序。按指令序號(hào)（或地址號(hào)）做周期性循環(huán)掃描，如無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃

6、描。在每次掃描過(guò)程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的掃描一個(gè)周期必須輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。PLC在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)行程序執(zhí)行階段。PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后，其結(jié)果在寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。此課程設(shè)計(jì)使用S7-200實(shí)現(xiàn)溫度PID控制。 二、硬件設(shè)計(jì)2.1 控制要求欲使受熱體維持一定的溫度，則需要降溫工

7、具不斷給其降溫。這就需要同時(shí)有一加熱器以不同加熱量給受熱體加熱，這樣才能保證受熱體溫度恒定。本系統(tǒng)的給定值（目標(biāo)值）可以預(yù)先設(shè)定后直接輸入到回路中；過(guò)程標(biāo)量由在受熱體中的Pt100測(cè)溫并進(jìn)過(guò)溫度變送器給出，為單極性電源模擬量；輸出值是送至加熱器的電源，其允許變化范圍為最大的0%至100%。2.2選擇PLC型號(hào)和硬件2.2.1 PLC型號(hào)選擇本溫度控制系統(tǒng)采用德國(guó)西門子S7200PLC。S7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。2.2.2 硬件選擇S7-200系

8、列PLC可提供4個(gè)不同的基本型號(hào)CPU供您使用，即CPU221、CPU222、CPU224、CPU226。此系統(tǒng)選用S7-200CPU226型號(hào)，CPU226集成24輸入/16輸出共40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248路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。13K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。2個(gè)RS485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端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功

9、能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。2.3 S7-200 PLC的PID功能指令PID循環(huán)（PID）指令根據(jù)表格(TBL)中的輸入和配置信息對(duì)引用LOOP執(zhí)行PID循環(huán)計(jì)算。提供PID循環(huán)指令（成比例、整數(shù)、導(dǎo)出循環(huán)）進(jìn)行PID計(jì)算。邏輯堆棧（TOS）頂值必須是“打開”（功率流）狀態(tài)，才能啟用PID計(jì)算。本指令有兩個(gè)操作數(shù)：表示循環(huán)表起始地址的TBL地址和0至7常量的“循環(huán)”號(hào)碼。循環(huán)表存儲(chǔ)九個(gè)參數(shù)，用于控制和監(jiān)控循環(huán)運(yùn)算，包括程序變量、設(shè)置點(diǎn)、輸出、增益、樣本時(shí)間、整數(shù)時(shí)間（重設(shè)）、導(dǎo)出時(shí)間（速率）以及整數(shù)和（偏差）的當(dāng)前值及先前值。如果循環(huán)表起始地址或指令中指定

10、的PID循環(huán)號(hào)碼操作數(shù)超出范圍，CPU編譯器將生成一則錯(cuò)誤（范圍錯(cuò)誤），編譯將會(huì)失敗。PID指令不對(duì)某些循環(huán)表輸入值進(jìn)行范圍檢查。您必須保證程序變量和設(shè)置點(diǎn)（以及作為輸入的偏差和先前程序變量）是0.0和1.0之間的實(shí)數(shù)。如果進(jìn)行PID計(jì)算的數(shù)學(xué)運(yùn)算時(shí)遇到錯(cuò)誤，將設(shè)置SM1.1（溢出或非法數(shù)值）并終止PID指令的執(zhí)行。（對(duì)循環(huán)表中的輸出數(shù)值的更新可能不完整，因此您應(yīng)當(dāng)忽略這些數(shù)值，并在執(zhí)行下一個(gè)循環(huán)PID指令之前糾正引起數(shù)學(xué)錯(cuò)誤的輸入值。）在PID指令框中輸入的表格（TBL）起始地址為循環(huán)表分配三十六個(gè)字節(jié)。表2.1 回路表格式偏移量域格式類型說(shuō)明0PVn進(jìn)程變量雙字-實(shí)數(shù)入包含進(jìn)程變量，必須在

11、0.0至1.0范圍內(nèi)。4SPn定點(diǎn)雙字-實(shí)數(shù)入包含定點(diǎn)，必須在0.0至1.0范圍內(nèi)。8Mn輸出雙字-實(shí)數(shù)入/出包含計(jì)算輸出，在0.0至1.0范圍內(nèi)12Kc增益雙字-實(shí)數(shù)入包含增益，此為比例常量，可為正數(shù)或負(fù)數(shù)。16Ts樣本時(shí)間雙字-實(shí)數(shù)入包含樣本時(shí)間，以秒為單位，必須為正數(shù)。20Ti積分時(shí)間或重設(shè)雙字-實(shí)數(shù)入包含積分時(shí)間或重設(shè)，以分鐘為單位，必須為正數(shù)。24Td微分時(shí)間或速率雙字-實(shí)數(shù)入包含微分時(shí)間或速率，以分鐘為單位，必須為正數(shù)。28Mx偏差雙字-實(shí)數(shù)入/出包含0.0和1.0之間的偏差或積分和數(shù)值。32PVn-1以前的進(jìn)程變量雙字-實(shí)數(shù)入/出包含最后一次執(zhí)行PID指令存儲(chǔ)的進(jìn)程變量以前的數(shù)值

12、。2.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖本系統(tǒng)的應(yīng)用程序主要由主程序、中斷服務(wù)程序和子程序組成。主程序的任務(wù)是對(duì)系統(tǒng)初始化，實(shí)現(xiàn)參數(shù)輸入并控制電加熱爐的正常運(yùn)行。主程序流程圖 開始計(jì)算溫差e(k)和溫差變化率溫度值顯示溫度數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)的初始化 |e(k)|> 智能控制算法程序 求出輸出控制量 控制輸出 結(jié)束圖2.1 主程序流程圖2.5 I/O分配表模塊端子05 +05 -+-OUT測(cè)溫模擬量端子V0M0A+A-表2.2 I/O分配表存儲(chǔ)地址數(shù)值說(shuō)明VD10450度目標(biāo)值VD1160.1s采樣時(shí)間VD1120.15回路增益VD12030min積分時(shí)間VD1240.0關(guān)閉微分作用SMB34100設(shè)定定

13、時(shí)中斷0的時(shí)間間隔INT-010設(shè)置定時(shí)中斷表2.3 輸入輸出分配2.6 I/O接線圖圖2.2硬件接線圖Pt溫度變送驅(qū)動(dòng)模塊RA A+ A- RB B+ B- RC C+ C- RD D+ D- M LEM231M0 V0M LEM232未用圖2.3 I/0接線圖三、軟件設(shè)計(jì)3.1軟件梯形圖主程序：子程序：VD104目標(biāo)值50度VD112增益0.15VD116采樣時(shí)間0.1sVD120積分時(shí)間30minVD124微分時(shí)間0s中斷程序：3.2語(yǔ)句表LD SM0.1CALL SBR_0LD SM0.0MOVR 0.1815, VD104MOVR 0.15, VD112MOVR 0.1, VD116

14、MOVR 30.0, VD120MOVR 0.0, VD124MOVB 100, SMB34ATCH INT_0, 10ENILD SM0.0ITD AIW0, AC0DTR AC0, AC0/R 32000.0, AC0MOVR AC0, VD100LD SM0.0PID VB100, 0LD SM0.0LPSMOVR VD108, AC0*R 16000.0, AC0ROUND AC0, AC0DTI AC0, AC0MOVW AC0, MW0MOVR VD100, AC1-R VD104, AC1AR> AC1, 0.0015MOVW 0, AQW0LRDAR< AC1, -

15、0.005MOVW +16000, AQW0LPPAR>= AC1, -0.005AR<= AC1, 0.0015MOVW MW0, AQW0四、程序調(diào)試本程序分為三部分：主程序、子程序、中斷程序。子程序主要是將各個(gè)PID運(yùn)算所需的參數(shù)變量輸入寄存器中；中斷程序主要是將模擬量輸入寄存器中，并將運(yùn)算完畢的整數(shù)值寫到模擬輸出寄存器中；輸入數(shù)據(jù)時(shí)，裝入設(shè)定值是0.1815，回路增益0.15，采樣時(shí)間0.1秒，積分時(shí)間30分鐘，關(guān)閉微分作用。設(shè)定定時(shí)中斷0的時(shí)間間隔是100ms，設(shè)定定時(shí)中斷以定時(shí)執(zhí)行PID指令。檢查程序有誤錯(cuò)誤，檢查無(wú)誤后接通電源，將程序下載到運(yùn)行模擬平臺(tái)上并運(yùn)行該程序，

16、并檢查運(yùn)行情況看看是否運(yùn)行正常。運(yùn)行正常停止運(yùn)行，關(guān)閉計(jì)算機(jī)關(guān)閉電源，結(jié)束。結(jié)束語(yǔ)通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，是我加強(qiáng)了對(duì)PLC地形圖、指令表、外部接線的理解，還有經(jīng)過(guò)在網(wǎng)上查找資料以及到圖書館學(xué)習(xí)，也使我更好的理解和認(rèn)識(shí)了關(guān)于PLC設(shè)計(jì)原理和實(shí)際中的應(yīng)用過(guò)程。在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中我們互相討論，請(qǐng)教老師，在不斷地調(diào)試各自的程序中，發(fā)現(xiàn)了很多各自的問(wèn)題并進(jìn)行研究解決。我們?cè)囍貌煌脑O(shè)計(jì)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)我們的課題，這樣不僅可以拓展我們的思路，還可以使我們的設(shè)計(jì)成果更加嚴(yán)謹(jǐn)。本次課程設(shè)計(jì)可以為以后工作打下一定的基礎(chǔ)，感謝本次課程設(shè)計(jì)，感謝我的指導(dǎo)老師！在這次課程設(shè)計(jì)中，我以前關(guān)于PLC的知識(shí)面得到了拓展，知道的得到了鞏固，不知道的借助于圖書館和網(wǎng)絡(luò)得到了解決，很棘手的疑難雜癥