基于組態(tài)王-PLC的輪胎硫化溫度壓力控制

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文）PAGE PAGE IV 基于組態(tài)王-PLC的輪胎硫化溫度、壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要 近年來(lái)，隨著我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展，與之處于同一產(chǎn)業(yè)鏈的輪胎工業(yè)也得到了相應(yīng)的提高，輪胎呈現(xiàn)出種類數(shù)目不斷增多與劑型不斷豐富的局面。輪胎硫化過(guò)程是輪胎制造過(guò)程中的一道重要工序，其硫化效果是影響輪胎質(zhì)量的關(guān)鍵因數(shù)之一。 在輪胎硫化過(guò)程中溫度和壓力是兩個(gè)重要指標(biāo)。輪胎硫化控制系統(tǒng)，分為上位機(jī)和下位機(jī)，上位機(jī)采用的是國(guó)內(nèi)的一個(gè)比較流行的組態(tài)王軟件。組態(tài)王可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控。組態(tài)項(xiàng)目中制作了曲線畫(huà)面、報(bào)表畫(huà)面、報(bào)警畫(huà)面和參數(shù)監(jiān)控畫(huà)面，用戶可方便地查詢PLC的運(yùn)行情況、數(shù)據(jù)采集和在線控制

2、。下位機(jī)采用PLC控制。PLC可獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)對(duì)兩套硫化系統(tǒng)的控制。硫化中的溫度數(shù)據(jù)有鉑熱電阻Pt100采集來(lái)后，經(jīng)EM231轉(zhuǎn)換，再送到CPU224。壓力數(shù)據(jù)有壓力表采集后，經(jīng)EM235，送CPU224。 關(guān)鍵字：溫度壓力控制 ；可編程控制器 ；PID ；組態(tài)王；Tire curing temperature and pressure control system based on kingView-PLCAbstractIn recent years, as Chinas automobile industry developing, with the same chain in the ti

3、re industry has also been a corresponding increase in tire showing a growing number of types of formulations enriched with the situation. Tire vulcanizing tire manufacturing process is an important step in the process, and the curing effect is the key factor affecting the quality of the tire.Tempera

4、ture and pressure in the tire curing process are two important indicators. Tire curing control system is divided into upper and lower machine, and the PC uses a more popular domestic Configuration software-KingView. KingView can be achieved online monitoring. Project produced a curve configuration s

5、creens, reports screen, alarm screen and parameter monitoring screen,and users can easily check the operation of the PLC, data acquisition and online controlling. Lower position machine uses PLC controling. PLC can achieve independent controlling of two vulcanization system. Vulcanization temperatur

6、e data are collected to platinum RTD Pt100, through EM231 conversion,and it then can sent to the CPU224. Gauge pressure data are collected, through EM235, sending to CPU224.Key words: Temperature and pressure control; programmable controller; PID; kingview;目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc359325660 摘

7、 要 PAGEREF _Toc359325660 h I HYPERLINK l _Toc359325661 Abstract PAGEREF _Toc359325661 h II HYPERLINK l _Toc359325662 第一章 輪胎硫化的概述 PAGEREF _Toc359325662 h 1 HYPERLINK l _Toc359325663 1.1 輪胎硫化的背景 PAGEREF _Toc359325663 h 1 HYPERLINK l _Toc359325664 1.2 輪胎硫化的工藝要求 PAGEREF _Toc359325664 h 1 HYPERLINK l _To

8、c359325665 1.2.1 技術(shù)參數(shù)和硫化曲線 PAGEREF _Toc359325665 h 1 HYPERLINK l _Toc359325666 1.3 輪胎硫化的方式、方法及步驟 PAGEREF _Toc359325666 h 2 HYPERLINK l _Toc359325667 1.3.1 輪胎硫化的方法 PAGEREF _Toc359325667 h 2 HYPERLINK l _Toc359325668 1.3.2 輪胎硫化的方式 PAGEREF _Toc359325668 h 2 HYPERLINK l _Toc359325669 1.3.3 輪胎硫化的步驟 PAGER

9、EF _Toc359325669 h 3 HYPERLINK l _Toc359325670 1.4 硫化過(guò)程的主要問(wèn)題 PAGEREF _Toc359325670 h 4 HYPERLINK l _Toc359325671 第二章 系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)及人機(jī)界面 PAGEREF _Toc359325671 h 6 HYPERLINK l _Toc359325672 2.1 系統(tǒng)總原理圖 PAGEREF _Toc359325672 h 6 HYPERLINK l _Toc359325673 2.2 人機(jī)界面介紹 PAGEREF _Toc359325673 h 6 HYPERLINK l _Toc359

10、325674 2.2.1 人機(jī)界面概述 PAGEREF _Toc359325674 h 6 HYPERLINK l _Toc359325675 2.2.2 人機(jī)界面定義 PAGEREF _Toc359325675 h 7 HYPERLINK l _Toc359325676 2.2.3 人機(jī)界面產(chǎn)品的組合及工作原理 PAGEREF _Toc359325676 h 7 HYPERLINK l _Toc359325677 2.2.4 人機(jī)界面產(chǎn)品的特點(diǎn) PAGEREF _Toc359325677 h 7 HYPERLINK l _Toc359325678 第三章 硬件配置 PAGEREF _Toc3

11、59325678 h 8 HYPERLINK l _Toc359325679 3.1 設(shè)備生產(chǎn)線要求 PAGEREF _Toc359325679 h 8 HYPERLINK l _Toc359325680 3.2 實(shí)驗(yàn)配置 PAGEREF _Toc359325680 h 8 HYPERLINK l _Toc359325681 3.2.1 西門子 S7-200 PAGEREF _Toc359325681 h 8 HYPERLINK l _Toc359325682 3.3 可編程控制器PLC概述 PAGEREF _Toc359325682 h 8 HYPERLINK l _Toc359325683

12、 3.3.1 PLC特點(diǎn) PAGEREF _Toc359325683 h 9 HYPERLINK l _Toc359325684 3.4 PLC的結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc359325684 h 10 HYPERLINK l _Toc359325685 3.4.1 CPU的構(gòu)成 PAGEREF _Toc359325685 h 10 HYPERLINK l _Toc359325686 3.4.2 I/O模塊 PAGEREF _Toc359325686 h 10 HYPERLINK l _Toc359325687 3.4.3 電池模塊 PAGEREF _Toc359325687 h 11 HY

13、PERLINK l _Toc359325688 3.4.4 傳感器 PAGEREF _Toc359325688 h 11 HYPERLINK l _Toc359325689 3.5 硬件電路 PAGEREF _Toc359325689 h 13 HYPERLINK l _Toc359325690 3.6 伺服放大器DFC-1100 PAGEREF _Toc359325690 h 15 HYPERLINK l _Toc359325691 3.6.1 概述 PAGEREF _Toc359325691 h 15 HYPERLINK l _Toc359325692 3.6.2 主要技術(shù)參數(shù) PAGER

14、EF _Toc359325692 h 16 HYPERLINK l _Toc359325693 3.6.3 工作原理與機(jī)構(gòu) PAGEREF _Toc359325693 h 16 HYPERLINK l _Toc359325694 3.7 手操器DFD-0500 PAGEREF _Toc359325694 h 17 HYPERLINK l _Toc359325695 3.8 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)DKZ5500M PAGEREF _Toc359325695 h 18 HYPERLINK l _Toc359325696 3.8.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要組成部件 PAGEREF _Toc359325696 h 18

15、HYPERLINK l _Toc359325697 3.8.2 位置定位器 PAGEREF _Toc359325697 h 19 HYPERLINK l _Toc359325698 第四章 PID控制算法描述 PAGEREF _Toc359325698 h 20 HYPERLINK l _Toc359325699 4.1 PID調(diào)節(jié)程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359325699 h 20 HYPERLINK l _Toc359325700 4.1.1 PID控制算法 PAGEREF _Toc359325700 h 20 HYPERLINK l _Toc359325701 4.1.2 PI

16、D在PLC中的回路指令 PAGEREF _Toc359325701 h 22 HYPERLINK l _Toc359325702 第五章 下位機(jī)PLC程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359325702 h 25 HYPERLINK l _Toc359325703 5.1 軟件編程環(huán)境 PAGEREF _Toc359325703 h 25 HYPERLINK l _Toc359325704 5.1.1 STEP 7Micro/WIN32軟件介紹 PAGEREF _Toc359325704 h 25 HYPERLINK l _Toc359325705 5.1.2 安裝STEP 7Micro/WI

17、N32軟件 PAGEREF _Toc359325705 h 25 HYPERLINK l _Toc359325706 5.1.3 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置 PAGEREF _Toc359325706 h 26 HYPERLINK l _Toc359325707 5.2 程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359325707 h 27 HYPERLINK l _Toc359325708 5.2.1 設(shè)計(jì)思路 PAGEREF _Toc359325708 h 27 HYPERLINK l _Toc359325709 5.2.2 I/O模塊分配表 PAGEREF _Toc359325709 h 27 HYPERLI

18、NK l _Toc359325710 5.2.3 內(nèi)存地址分配 PAGEREF _Toc359325710 h 28 HYPERLINK l _Toc359325711 5.2.4 程序流程圖 PAGEREF _Toc359325711 h 29 HYPERLINK l _Toc359325712 5.3 軟件仿真 PAGEREF _Toc359325712 h 32 HYPERLINK l _Toc359325713 第六章 上位機(jī)主控畫(huà)面設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359325713 h 34 HYPERLINK l _Toc359325714 6.1 組態(tài)王軟件概述 PAGEREF _

19、Toc359325714 h 34 HYPERLINK l _Toc359325715 6.2 組態(tài)王畫(huà)面的建立 PAGEREF _Toc359325715 h 35 HYPERLINK l _Toc359325716 6.2.1 創(chuàng)建項(xiàng)目 PAGEREF _Toc359325716 h 35 HYPERLINK l _Toc359325717 6.3 組態(tài)王軟件報(bào)警組 PAGEREF _Toc359325717 h 37 HYPERLINK l _Toc359325718 6.4 組態(tài)王報(bào)表輸出 PAGEREF _Toc359325718 h 38 HYPERLINK l _Toc35932

20、5719 6.5 組態(tài)王曲線顯示 PAGEREF _Toc359325719 h 39 HYPERLINK l _Toc359325721 總結(jié) PAGEREF _Toc359325721 h 41 HYPERLINK l _Toc359325722 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc359325722 h 42 HYPERLINK l _Toc359325723 附錄A： PAGEREF _Toc359325723 h 43 HYPERLINK l _Toc359325724 致謝 PAGEREF _Toc359325724 h 57PAGE PAGE 58輪胎硫化的概述輪胎硫化的背景 輪胎

21、硫化是輪胎加工生產(chǎn)過(guò)程中很重要的一部分，橡膠在未硫化之前，分子之間沒(méi)有產(chǎn)生交聯(lián)，因此缺乏良好的物理機(jī)械性能，實(shí)用價(jià)值不大。當(dāng)橡膠進(jìn)行硫化以后，經(jīng)熱處理或其他方式能使橡膠分子之間產(chǎn)生交聯(lián)，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使其性能大大改善，尤其是橡膠的定伸應(yīng)力、彈性、硬度、拉伸強(qiáng)度等一系列物理機(jī)械性能都會(huì)大大提高12。輪胎硫化的工藝要求技術(shù)參數(shù)和硫化曲線主要技術(shù)參數(shù)：工業(yè)類型：輪胎硫化控制過(guò)程：全自動(dòng)使用條件：電壓：220V15%；工頻：50Hz；環(huán)境溫度：0-55工藝要求：溫度控制精度為1（0-160） 蒸汽壓力控制精度O.02Mpa（3）測(cè)溫輸入點(diǎn)為9點(diǎn)，即罐體上，中，下各三點(diǎn)（4）罐體上、下的溫度差超

22、過(guò)輸入的設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)排放灌底冷凝水，保證硫化罐體內(nèi)的溫度平衡性、均勻性。（5）當(dāng)溫度達(dá)不到要求時(shí)，根據(jù)公式自動(dòng)計(jì)算等效硫化時(shí)間，自動(dòng)進(jìn)行等效硫化。等效硫化公式(其中硫化溫度系數(shù)可調(diào))公式如下:（1.1）1一溫度為 t1的硫化時(shí)間 2 一溫度為 t2的硫化時(shí)間K-硫化溫度系數(shù)(該系數(shù)根據(jù)產(chǎn)品不同為可變值)圖1.1 溫度壓力曲線表1.1 時(shí)間表時(shí)間段1升溫段1時(shí)間段2保溫段1時(shí)間段3升溫段2時(shí)間段4保溫段2時(shí)間段5升溫段3時(shí)間段6保溫段3時(shí)間段7降壓段1時(shí)間段8保壓段1時(shí)間段9降壓段2輪胎硫化的方式、方法及步驟輪胎硫化的方法傳統(tǒng)控制方法:傳統(tǒng)控制硫化過(guò)程的方法是定時(shí)控制，這種方法是假定橡膠硫化的

23、過(guò)程中模柜內(nèi)溫度和壓力保持恒定，但是由于鍋爐蒸汽壓力波動(dòng)以及蒸汽在管道中傳輸溫度遞減等因素的影響，硫化溫度很不穩(wěn)定。這樣生產(chǎn)出的輪胎，經(jīng)常出現(xiàn)過(guò)硫化和欠硫化現(xiàn)象，另外工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，資源浪費(fèi)嚴(yán)重?，F(xiàn)代控制方法:現(xiàn)代控制硫化過(guò)程的方法是根據(jù)蒸汽管道內(nèi)的溫度實(shí)時(shí)調(diào)整硫化時(shí)間的等效硫化控制12。輪胎硫化的方式硫化工藝過(guò)程根據(jù)硫化介質(zhì)的不同而有明顯的區(qū)別，硫化介質(zhì)主要給硫化過(guò)程提供溫度和壓力，硫化中，內(nèi)溫和外溫通常不為同一熱源，外溫介質(zhì)一般為蒸汽，內(nèi)溫介質(zhì)一般分為“過(guò)熱水，“高溫蒸汽”，“蒸汽氣”和“熱氮”四種。國(guó)內(nèi)輪胎廠家一般采用“過(guò)熱水”和“蒸汽”作為內(nèi)溫介質(zhì)。下面簡(jiǎn)要介紹四種內(nèi)溫硫化方式的基本

24、步驟及優(yōu)缺點(diǎn)。(1)過(guò)熱水硫化。首先采用低壓蒸氣使輪胎定型，然后利用高壓過(guò)熱水進(jìn)行硫化，硫化中溫度一般為170-180度，內(nèi)壓一般在2.2-2.6兆帕。它的優(yōu)點(diǎn)是，硫化效果比較均勻，外觀合格率較高，過(guò)熱水性質(zhì)穩(wěn)定，不存在溫度衰減等問(wèn)題;缺點(diǎn)是，硫化溫度低，時(shí)間長(zhǎng)，效率低，設(shè)備不易于安裝和維護(hù)。(2)高溫蒸汽硫化。該方式直接將高壓飽和蒸汽通入膠囊中，內(nèi)壓一般為1.6-1.9兆帕，內(nèi)溫一般為190-210度。優(yōu)點(diǎn)是，時(shí)間短，硫化效率高，飽和蒸汽使硫化中能耗降低，削減了設(shè)各投資；缺點(diǎn)是，對(duì)輪胎生產(chǎn)中其它工序的設(shè)各和裝置有嚴(yán)格的要求，硫化中，內(nèi)壓偏低，容易造成局部壓力不足。 (3)蒸汽/氮?dú)饬蚧Ｊ紫?/p>

25、向膠囊中通入低壓氮?dú)饣蛘羝M(jìn)行定型，然后在通入190-210度高壓飽和蒸汽之后，再向膠囊中通入2.0-2.6兆帕高純氮?dú)膺M(jìn)行增壓硫化。優(yōu)點(diǎn)是，與全蒸汽硫化方式相比，減少了蒸汽耗費(fèi)，降低了能源消耗，增加了膠囊壽命，提高了合格率。(4)熱氮硫化。將經(jīng)過(guò)提純和干燥后的氮?dú)怆娂訜嶂?80度左右之后，再用壓縮機(jī)將其加壓至3.0兆帕，通過(guò)專用循環(huán)裝置使其在膠囊內(nèi)循環(huán)。目前，后兩種硫化方式較前兩種有明顯的優(yōu)勢(shì)和更少,一闊一市場(chǎng)前景。但在實(shí)際應(yīng)用中，它們都有一些共同的問(wèn)題需要考慮，如氣體泄露、溫差、溫度下降等，其硫化工藝也尚存在一些不完善的地方，有待進(jìn)一步從理論和實(shí)際兩個(gè)方面著手改進(jìn)。硫化工藝過(guò)程取決硫化介質(zhì)

26、，而硫化介質(zhì)的選取必須綜合考慮兩個(gè)方面的因素，一是對(duì)輪胎各項(xiàng)物理機(jī)械性能的保證，如抓著力,耐久性能和外觀質(zhì)量等;二是要求能在生產(chǎn)過(guò)程中降低成本，提高生產(chǎn)效率，減少能耗和環(huán)境污染11。輪胎硫化的步驟各輪胎公司采用的硫化步驟不盡相同，但主要由以下步驟組成：(1)通高溫飽和蒸汽(2)充填水(看情況而定)(3)通過(guò)熱水(4)熱水回收(5)通冷卻水(看情況而定)(6)主排(7)抽真空(8)開(kāi)模第3步可采用3種方式:循環(huán)、半循環(huán)或不循環(huán)，需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選取。第4步可采用兩種方式:用高壓蒸汽把膠囊中的過(guò)熱水趕回除氧器或設(shè)置一熱水回收罐。第6和7步可采用單路或雙路。第8步的開(kāi)模壓力一般設(shè)置為0.03MPa

27、。全蒸汽硫化一般有兩種方式:高溫蒸汽進(jìn)加熱排或高溫蒸汽進(jìn)，然后主排，再排真空；高溫蒸汽進(jìn)加熱排，然后低壓蒸汽進(jìn)，再主排，抽真空。其中熱排是為了把膠囊中的冷凝水排出。充氮?dú)饬蚧€需要增加兩個(gè)步驟，即放氣(排出膠囊下部的低溫氮?dú)?和查漏(關(guān)閉所有閥門，看內(nèi)壓有無(wú)下降，以觀察有無(wú)閥門泄漏)。由于主排時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響到硫化效率，因此主排管徑的設(shè)定和走向以及輔助措施(如安裝排空管)對(duì)主排的效果至關(guān)重要。抽真空可采用蒸汽或動(dòng)力水，只需將膠囊從胎里脫出并適當(dāng)收縮，以便輪胎能輕松取出即可。若抽真空過(guò)度，膠囊會(huì)緊貼中心機(jī)構(gòu)，上環(huán)下降時(shí)容易夾破膠囊（B型硫化機(jī)）。硫化過(guò)程的主要問(wèn)題 目前，輪胎生產(chǎn)的硫化過(guò)程面臨

28、著兩個(gè)主要問(wèn)題。（1）如何提高輪胎內(nèi)部各點(diǎn)硫化程度的均勻性。由于橡膠是熱的不良導(dǎo)體，硫化中，靠近熱源的輪胎表面溫度變化較快，而內(nèi)部溫度變化較慢，造成了輪胎內(nèi)外硫化程度的不均勻。同時(shí)，輪胎內(nèi)部各部分的組成材料是不同的。其中，胎冠是整個(gè)輪胎溫度最高、厚度較大的部位，主要包括氣密層、胎體和鋼教帶束層等兒個(gè)部分，各部分材料的物性差別很大；胎肩是輪胎中厚度最大的部位，其組成材料種類較多，傳熱過(guò)程很復(fù)雜，最容易“欠硫”胎側(cè)是輪胎中最薄弱的部位，它最易“過(guò)硫”。（2）如何準(zhǔn)確確定輪胎的硫化時(shí)間。硫化中，外界條件一般存在一定的波動(dòng)，它對(duì)輪胎的硫化效應(yīng)影響很大。常規(guī)硫化時(shí)間采用固定周期法，不考慮硫化過(guò)程邊界條件

29、的波動(dòng)情況，每個(gè)輪胎的硫化周期都是同一設(shè)定值，硫化時(shí)間整定按系統(tǒng)參數(shù)變化最壞的情況進(jìn)行，采取“寧過(guò)勿欠”的方針，這必然導(dǎo)致多數(shù)情況下輪胎過(guò)硫，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量和硫化效率。 對(duì)于問(wèn)題（1）通過(guò)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的大量研究，一般從兩方面來(lái)解決，一方面通過(guò)制定新的材料配方，使硫化過(guò)程中輪胎內(nèi)部各區(qū)域的溫度上升速度基本一致；另一方面，通過(guò)在硫化前對(duì)輪胎進(jìn)行預(yù)熱，使硫化開(kāi)始時(shí)，輪胎內(nèi)部保持較高的溫度，從而加快輪胎內(nèi)部各點(diǎn)的硫化速度，以達(dá)到硫化程度的內(nèi)外均4。 對(duì)于問(wèn)題（2）需將固定周期修改為可變周期，每個(gè)輪胎的硫化時(shí)間需根據(jù)外界條件的波動(dòng)而動(dòng)態(tài)確定。系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)及人機(jī)界面硫化是輪胎生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。溫度

30、和壓力是本輪胎硫化的兩個(gè)重要因素。本系統(tǒng)上位機(jī)是組態(tài)畫(huà)面，硫化過(guò)程中，上位機(jī)完成數(shù)據(jù)傳遞，繪制圖形，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)等功能。本系統(tǒng)采用接在一個(gè)計(jì)算機(jī)上的兩臺(tái)PLC 可獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)對(duì)兩套硫化系統(tǒng)的控制。硫化中的溫度數(shù)據(jù)有熱電阻Pt100采集來(lái)后，經(jīng)EM231轉(zhuǎn)換，再送到CPU224。壓力數(shù)據(jù)由擴(kuò)散硅式壓力變送器采集后，經(jīng)EM235轉(zhuǎn)換，送CPU224。系統(tǒng)總原理圖圖2.1 設(shè)計(jì)原理框圖人機(jī)界面介紹人機(jī)界面概述隨著社會(huì)的進(jìn)步，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)迅猛發(fā)展，控制系統(tǒng)功能越來(lái)越強(qiáng)大，控制過(guò)程也變得越來(lái)越復(fù)雜，系統(tǒng)操作最大透明化已經(jīng)成為一種需要。人機(jī)界面（HMI Human Machine Interface

31、）以其美觀易懂、操作人性化等顯著特點(diǎn)，正好滿足這種需求而得到廣泛的應(yīng)用。人機(jī)界面定義人機(jī)界面是指連接可編程控制器（PLC）、變頻器、直流調(diào)速器、儀表等工業(yè)控制設(shè)備，利用顯示屏顯示，通過(guò)輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)等）寫(xiě)入工作參數(shù)或輸入操作命令，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器信息交互的數(shù)字設(shè)備,由硬件和軟件兩部分組成。人機(jī)界面產(chǎn)品的組合及工作原理人機(jī)界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存貯單元等，其中處理器的性能決定了HMI產(chǎn)品的性能高低，是HMI的核心單元。根據(jù)HMI的產(chǎn)品等級(jí)不同，處理器可分別選用8位、16位、32位的處理器。HMI軟件分為兩部分，即運(yùn)行于H

32、MI硬件中的系統(tǒng)軟件和運(yùn)行于PC機(jī)Windows操作系統(tǒng)下的畫(huà)面組態(tài)軟件（如組態(tài)王等）。用戶必須先使用組態(tài)軟件制作“工程文件”，再通過(guò)PC機(jī)和HMI 產(chǎn)品的串行通訊口，把編制好的“工程文件”下載到HMI的處理器中運(yùn)行18。人機(jī)界面產(chǎn)品的特點(diǎn)(1) 系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程清晰化控制過(guò)程可以動(dòng)態(tài)地顯示在HMI設(shè)備上。例如：硫化罐加熱、降壓的通斷可以通過(guò)指示燈亮滅來(lái)顯示，硫化罐的溫度、壓力的大小可以用實(shí)時(shí)曲線來(lái)顯示等等，使整個(gè)控制系統(tǒng)變得形象易懂，也更加清晰。(2) 系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單化操作員可以通過(guò)監(jiān)控界面來(lái)控制過(guò)程?？蓮谋O(jiān)控界面上啟動(dòng)和停止系統(tǒng)、設(shè)定溫度上下限、設(shè)定時(shí)間、設(shè)置PID參數(shù)等。(3) 顯示報(bào)警控制過(guò)

33、程達(dá)到臨界狀態(tài)或系統(tǒng)運(yùn)行錯(cuò)誤時(shí)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警，例如:當(dāng)硫化罐溫度超出溫度上下限時(shí)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警。(4) 數(shù)據(jù)歸檔HMI系統(tǒng)可以記錄過(guò)程變量值和報(bào)警信息并歸檔。例如：通過(guò)歸檔數(shù)據(jù)，您可以查看過(guò)去一段時(shí)間的系統(tǒng)運(yùn)行情況，過(guò)程變量等。(5) 報(bào)表系統(tǒng)HMI系統(tǒng)可以輸出報(bào)警和過(guò)程值報(bào)表。例如，您可以在生產(chǎn)某一輪班結(jié)束時(shí)打印輸出生產(chǎn)數(shù)據(jù)。硬件配置設(shè)備生產(chǎn)線要求設(shè)備要滿足硫化時(shí)間、溫度、壓力曲線，硫化曲線中各段時(shí)間及溫度可調(diào)。數(shù)據(jù)與曲線可同時(shí)顯示在上位機(jī)上，并可同時(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制和遠(yuǎn)程控制。上位機(jī)采用組態(tài)王組態(tài)軟件制作并完成工藝監(jiān)視界面、設(shè)定值輸入、報(bào)表輸出和趨勢(shì)曲線顯示。下位機(jī)則用了PLC S7-200實(shí)現(xiàn)

34、對(duì)硫化溫度、壓力的自動(dòng)化控制。整個(gè)硫化過(guò)程的數(shù)據(jù)以報(bào)表形式生成、存儲(chǔ)。實(shí)驗(yàn)配置西門子 S7-200S7-200系列PLC可提供4種不同的基本單元和6種型號(hào)的擴(kuò)展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲(chǔ)卡、寫(xiě)入器、文本顯示器等。本論文采用的是CUP224。它具有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)23。S7-200系列的基本單元如表3.1所示。表3.1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本單元型 號(hào)輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)可帶擴(kuò)展模塊數(shù)S7-200CPU221640S7-200CPU222862個(gè)擴(kuò)展模塊S7-200CPU22414107個(gè)擴(kuò)展模塊S7-200CPU224XP24167個(gè)擴(kuò)展模塊S7

35、-200CPU22624167個(gè)擴(kuò)展模塊可編程控制器PLC概述 可編程序控制器的英文為Programmable Controller，在二十世紀(jì)七十至八十年代一直簡(jiǎn)稱為PC。由于到90年代，個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)，也簡(jiǎn)稱為PC；加之可編程序的概念所涵蓋的范圍太大，所以美國(guó)AB公司首次將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器（PLC，Programmable Logic Controller），為了方便，仍簡(jiǎn)稱PLC為可編程序控制器。有人把可編程序控制器組成的系統(tǒng)稱為PCS可編程序控制系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)可編程序控制器生產(chǎn)廠商向人們提供的已是完整的系統(tǒng)了1。自20世紀(jì)60年代中期以來(lái)PLC產(chǎn)品在電力、冶金、化

36、工等行業(yè)發(fā)揮了重大作用, 尤其近20年來(lái)計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展,不斷成倍擴(kuò)大的功能和成倍降低的價(jià)格, 使PLC、通訊聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、過(guò)程控制軟件都獲得了長(zhǎng)足進(jìn)步, 也使PLC的廣泛應(yīng)用成為可能。下面通過(guò)兩組數(shù)據(jù)(引自工控網(wǎng))說(shuō)明PLC的應(yīng)用現(xiàn)狀。PLC 在冶金行業(yè)的市場(chǎng)將持續(xù)增加2003 年中國(guó)的工業(yè)出現(xiàn)了快速增長(zhǎng), 工業(yè)產(chǎn)值同比增長(zhǎng)在12%以上, 而且中國(guó)的最大鋼鐵出口對(duì)象美國(guó)在2003 年下半年取消了鋼鐵附加稅, 中國(guó)鋼材對(duì)其出口也將迅速回升。這些有利因素刺激了中國(guó)冶金行業(yè)的投資。據(jù)調(diào)查, 中國(guó)冶金行業(yè)對(duì)設(shè)備的投資同比增長(zhǎng)接近50%。冶金設(shè)備的大量增長(zhǎng)帶動(dòng)了PLC在該行業(yè)的增長(zhǎng), 2003年

37、PLC 在冶金行業(yè)的市場(chǎng)達(dá)到216億元, 2004 年有望達(dá)到3億元10。PLC特點(diǎn)（1）實(shí)時(shí)性由于控制器產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)是基于控制為前提，信號(hào)處理時(shí)間短，速度快。基于信號(hào)處理和程序運(yùn)行的速度，PLC經(jīng)常用于處理工業(yè)控制裝置的安全聯(lián)鎖保護(hù)。更能滿足各個(gè)領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制項(xiàng)目。（2）高可靠性所有的I/O輸入輸出信號(hào)均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與控制器內(nèi)部電路之間電氣上隔離。各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10-20ms。各模塊均采用屏蔽措施，以防止噪聲干擾。采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。對(duì)采用的元器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU

38、立即采取有效措施，以防止故障擴(kuò)大。大型控制器還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),以及實(shí)現(xiàn)電源模塊冗余、I/O模塊冗余，使可靠性更進(jìn)一步提高。（3）系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單靈活控制器 產(chǎn)品種類繁多，規(guī)模可分大、中、小等。I/O卡件種類豐富，可根據(jù)自控工程實(shí)現(xiàn)功能要求不同，而進(jìn)行不同的配置。滿足控制工程需要前提下，I/O卡件可靈活組合3。PLC的結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式(模塊式)兩種。固定式PLC包括CPU板、I/0板、顯示而板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組

39、合配置。CPU的構(gòu)成 CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后冉按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來(lái)，不必要詳細(xì)

40、分析CPU的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，I/O數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模14。I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過(guò)輸入輸出部分(I/0)完成的。I/0模塊集成了PLC的I/0電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相

41、反。I/O分為開(kāi)關(guān)量輸入(DI)，開(kāi)關(guān)量輸出(DO)，模擬量輸入(AI),模擬量輸出(AO)等模塊3。開(kāi)關(guān)量是指只有開(kāi)和關(guān)(或I和O)兩種狀態(tài)的信號(hào)，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下: 開(kāi)關(guān)量:按電壓水平分，有220VAC, 110VAC, 24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量:按信號(hào)類型分，有電流型(4-20mA,0-20mA)、電壓型(0-10V,0-5V,-10-10V)等，按精度分，有12 bit,14bit,16bit等。除了上述通用I/O外，還有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最

42、大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制2。 電池模塊 PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有:交流電源( 220VAC或110VAC)，直流電源(常用的為24VDC)。 傳感器熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱是阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。與熱電偶的測(cè)溫原理不同的是，熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測(cè)量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測(cè)量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓?，就可以測(cè)量出溫度。

43、目前主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。相比較而言，熱敏電阻的溫度系數(shù)更大，常溫下的電阻值更高（通常在數(shù)千歐以上），但互換性較差，非線性嚴(yán)重，測(cè)溫范圍只有-50300左右，大量 用于家電和汽車用溫度檢測(cè)和控制。金屬熱電阻一般適用于-200500范圍內(nèi)的溫度測(cè)量，其特點(diǎn)是測(cè)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、性能可靠，在程控制中的應(yīng)用極其廣泛。 單晶硅材料在受外力作用產(chǎn)生微小應(yīng)變時(shí)（一般在400微應(yīng)變），其內(nèi)原子結(jié)構(gòu)的電子能級(jí)狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致其電阻率劇烈變化（G因子突變）。用此材料制成的電阻也就出現(xiàn)極大變化，這種物理效應(yīng)稱為壓阻效應(yīng)。利用壓阻效應(yīng)原理，采用集成工藝技術(shù)經(jīng)過(guò)摻雜、擴(kuò)散，沿單晶硅片上的特點(diǎn)晶

44、向，制成應(yīng)變電阻，構(gòu)成惠斯凳電橋，利用硅材料的彈性力學(xué)特性，在同一切硅材料上進(jìn)行各向異性微加工，就制成了一個(gè)集力敏與力電轉(zhuǎn)換檢測(cè)于一體的擴(kuò)散硅傳感器。給傳感器匹配一放大電路及相關(guān)部件，使之輸出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，就組成了一臺(tái)完整的變送器22。(1)熱電阻模塊EM231RTD傳感器檢測(cè)到溫度轉(zhuǎn)換成0-41mv的電壓信號(hào)，系統(tǒng)需要配置模擬量輸入模塊把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再送入PLC中進(jìn)行處理。在這里，我們選用了西門子EM231 RTD模擬量輸入模塊。技術(shù)參數(shù)：表3.2 EN231RTD模擬量輸入點(diǎn)4輸入類型差分輸入電壓（單極性）電壓（雙極性）電流010V，15V5V,2.5V020mA模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間小于

45、250uS模擬量輸入響應(yīng)1.5ms共模抑制40dB，DC to 60Hz共模電壓信號(hào)電壓+共模電壓（必須=12V）雙極性，全量程范圍-32000+32000單極性，全量程范圍032000輸入阻抗最大輸入電壓=10M30VDC最大輸入電流32mA分辨率12位A/D轉(zhuǎn)換器EM231接線模塊用戶可以直接將EM231 CN熱電阻模塊接到S7-200模塊上，或者用戶可用擴(kuò)展接線方式。使用屏蔽線可達(dá)到最好的抗噪性。如果用戶使用屏蔽線，應(yīng)將屏蔽接到信號(hào)連接器的1至4針接地點(diǎn)上。連接地點(diǎn)與電源連接器的3至7針共地。如果有的熱電阻輸入通道沒(méi)有使用，用戶應(yīng)將一個(gè)電阻器與沒(méi)用的通道輸入相連，以防止由于浮地輸入信號(hào)產(chǎn)

46、生的誤差，影響有效通道的錯(cuò)誤顯示。用戶需將電源連到電源連接器的1和2針上。用戶必須將電源連接器的3連到附近的機(jī)殼地。用戶可用三種方式將熱電阻模塊與傳感器相連。精度最高的是4線，精度最低的是2線，建議只有在用戶應(yīng)用中不在乎接線誤差時(shí)才用2線。本設(shè)計(jì)選用的是4線。(2)壓力采集模塊EM235CN EM235具有四路模擬量輸入和一路模擬量輸出功耗2W，重量為186克。它的輸入信號(hào)是不同量程的電壓或電流。其電壓、電流的量程由開(kāi)關(guān)設(shè)定。EM235有一路模擬量輸出，其輸出可以是電壓，也可以是電流。LED指示燈亮表示無(wú)故障。燈滅表示無(wú)24VDC電源輸入。對(duì)電源的要求，輸入為+5VDC時(shí)，輸入電流為3mA；當(dāng)

47、輸入為+24VDC時(shí)，輸入電流為60mA(輸出20mA)。模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間250us，輸入阻抗大于等于10M ，最大輸入電壓30VDC，最大輸入電流32mA。分辨率12位A/D轉(zhuǎn)換器。輸出信號(hào)范圍，電壓范圍正負(fù)10V，電流輸出0-20mA，穩(wěn)定時(shí)間，電壓輸出l00us，電流輸出2mA。EM235具有以下特點(diǎn)：(1)良好的適應(yīng)性，可適用于較復(fù)雜的控制場(chǎng)合。(2)能直接與傳感器、執(zhí)行器相連，12位分辨率與多種輸入、輸入范圍能夠不用外加放大器而與傳感器和執(zhí)行器直接相連，例如：EM235模塊可直接與PT100熱電阻相連。(3)靈活性，當(dāng)實(shí)際變化時(shí)，PLC可以相應(yīng)的進(jìn)行擴(kuò)展，并可非常容易的調(diào)整用戶程序。硬件

48、電路 硬件電路由兩部分組成，即數(shù)據(jù)采集部分和執(zhí)行部分。數(shù)據(jù)采集部分是由傳感器、信號(hào)調(diào)理模塊和數(shù)據(jù)傳輸總線組成。傳感器包括溫度傳感器鉑熱電阻傳感器，壓力傳感器擴(kuò)散硅式差壓變送器。信號(hào)調(diào)理模塊有熱電阻調(diào)理模塊和壓力采集調(diào)理模塊,數(shù)據(jù)傳輸總線為RS232，RS485串行通信總線。執(zhí)行部分是由伺服放大器、手操器和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。伺服放大器對(duì)S7-200PLC輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行放大，手操器可以進(jìn)行手自動(dòng)一切換，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)最終對(duì)控制閥動(dòng)作。其中控制閥包括進(jìn)氣閥和排氣閥。本設(shè)計(jì)一共設(shè)計(jì)九個(gè)采集點(diǎn)。八個(gè)溫度采集點(diǎn)，一個(gè)壓力采集點(diǎn)。其中溫度采集選用的是八只鉑熱電阻，這樣就需要有四個(gè)鉑熱電阻調(diào)理模塊。每個(gè)鉑熱

49、電阻模塊有兩個(gè)采集通道。溫度采集與輸出分別占用八個(gè)模擬采集通道和八個(gè)模擬輸出通道；壓力采集選用擴(kuò)散硅式差壓變送器，其采集輸出的就是1-20mA的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)。圖3.1 CPU224圖3.2 溫度模塊圖3.3 壓力模塊 圖3.4 硬件連線圖伺服放大器DFC-1100概述伺服放大器也叫伺服驅(qū)動(dòng)器，是用來(lái)控制伺服電機(jī)的一種控制器。DFC-1100型系列伺服放大器是電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的配套裝置，也是工業(yè)工程控制自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的核心部件之一。它與電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)配合，廣泛用于電力、冶金、化工等工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)本伺服采用固態(tài)繼電器做功率輸出部件，體積小，耐振動(dòng)，可靠性高，DFC-1200型產(chǎn)品還具有信號(hào)斷失保護(hù)功

50、能，可提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。主要技術(shù)參數(shù)輸入信號(hào)（1）DFC-110型：0-10mA DC（2）DFC-1100型：4-20mA DC（3）DFC-1200型：4-20mA DC（帶斷信號(hào)保護(hù)）輸入電阻（1）DFC-100型：200（2）DFC-1100型：250（3）DFC-2100型：250死區(qū)可調(diào)節(jié)范圍：1%-3%額定負(fù)載電流：5A(交流有效值)斷信號(hào)識(shí)別：2mA,DC(僅對(duì)DFC-1200)工作電源：220V，50Hz使用環(huán)境：溫度：0-50 相對(duì)溫度：0(且超過(guò)死區(qū))時(shí)，伺服放大器有正向輸出，當(dāng)Ic-IfO(且超過(guò)死區(qū))時(shí)，伺服放電器有反向輸出，當(dāng)Ic-If=0(或不超過(guò)死區(qū))時(shí)，伺

51、服放大器無(wú)輸出。伺服放大器接線端子如下圖:圖3.5 DFC-110接線端子排列圖手操器DFD-0500DFD-05型電動(dòng)操作器是DDZ-II型電動(dòng)單元組合儀表中的一個(gè)輔助單元。DFD-0500型電動(dòng)操作器是DDZ-III型電動(dòng)單元組合儀表中的一個(gè)輔助單元。DFD-05或DFD-0500適用于DDZ-II, DDZ-III型變送器和調(diào)節(jié)器與電動(dòng)執(zhí)行器組成的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，應(yīng)用DFD-05, DFD-0500可以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作在自動(dòng)調(diào)節(jié)、手動(dòng)控制和就地操作三種工作狀態(tài)。與PID調(diào)機(jī)器或PI調(diào)節(jié)器配合使用，可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)由“手動(dòng)”到“自動(dòng)”或由“自動(dòng)”到“手動(dòng)”的無(wú)干擾切換。操作器本身具有手動(dòng)控制和

52、自動(dòng)調(diào)節(jié)工作狀態(tài)的顯示。電流指示：DFD-05（0-10mA）,DFD-0500（4-20mA），指示表刻度誤差正負(fù)2.5%。輸出跟蹤電壓：DFD-05 0-10VDC，DFD-0500 1-5VDC。反饋回路電阻：200歐供電電源：220V 50Hz能對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)無(wú)干擾切換。工作狀態(tài)：轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)觸頭額定電壓為220V電流5A。手動(dòng)狀態(tài)：操作開(kāi)關(guān)觸頭額定電壓 220V電流5A。工作狀態(tài)：環(huán)境溫度（-10-40攝氏度） 相對(duì)溫度=80%周圍腐蝕性氣體及導(dǎo)電塵埃應(yīng)用場(chǎng)所應(yīng)無(wú)劇烈震蕩和沖擊電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)DKZ5500M調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和位置定位器兩大部分組成。在結(jié)構(gòu)及安裝方式上分

53、為整體式和分立式。 整體式比例調(diào)節(jié)型:即執(zhí)行機(jī)構(gòu)與位置定位器GAMX-T組成一個(gè)整體，整機(jī)現(xiàn)場(chǎng)安裝使用。 分立式比例調(diào)節(jié)型:實(shí)際是遠(yuǎn)控型機(jī)構(gòu)與位置定位器分開(kāi)安裝，執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在現(xiàn)場(chǎng)，位置定位器則在室內(nèi)或其它地方安裝，遠(yuǎn)控型執(zhí)行機(jī)構(gòu)也可單獨(dú)使用。執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要組成部件 執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、位置發(fā)送器等組成。 1、電動(dòng)機(jī):伺服電動(dòng)機(jī)采用鼠籠式二相交流伺服電動(dòng)機(jī)，由于轉(zhuǎn)子電阻大，具有較大的宿動(dòng)轉(zhuǎn)矩和軟的機(jī)械特性，伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝有制動(dòng)器，用來(lái)限制電動(dòng)機(jī)在斷電后轉(zhuǎn)子和減速器的輸出軸的慣性惰走及負(fù)載反作用力矩的影響，是減速器的輸出軸準(zhǔn)確地停在相應(yīng)的位置上。 2、減速器:為使執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出桿距有規(guī)定的

54、輸出推力及全行程時(shí)間配備了減速器裝置，它是由機(jī)械傳動(dòng)和手動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)組成。 二相伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)渦輪副使?jié)L珠螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，因而螺桿產(chǎn)生軸向位移帶動(dòng)輸出桿在導(dǎo)槽內(nèi)上下移動(dòng)。機(jī)架上裝有限位塊，可實(shí)現(xiàn)行程兩端的機(jī)械限位。當(dāng)進(jìn)行就地手操時(shí)，只需將手輪向外拉出，使Z1、 Z2脫開(kāi)，以防止手輪轉(zhuǎn)動(dòng)。 3、位置發(fā)送器 (1)行程限制機(jī)構(gòu):行程限制機(jī)構(gòu)借助于兩個(gè)凸輪板，分別作用于正、反向的微動(dòng)開(kāi)關(guān)(如需用可增至四個(gè)開(kāi)關(guān))來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程。 凸輪板裝在一個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)中，由一套減速裝置驅(qū)動(dòng)。減速裝置與減速器傳動(dòng)軸相連，通過(guò)調(diào)整凸輪板的位置可限定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程。行程調(diào)整極為方便，只需用改錐先向下按動(dòng)后再轉(zhuǎn)動(dòng)，是凸輪板轉(zhuǎn)到

55、所需限位位置即可。 (2)位置傳感器:采用高精度、長(zhǎng)壽命的導(dǎo)電塑料電位器作為位置傳感元件。它與行程控制機(jī)構(gòu)軸相連。其阻值1千歐姆，功率4W，線性精度0.2%，壽命可達(dá)5干萬(wàn)次。電位器的電阻變化值一般作為位置反饋信號(hào)，也可作位置指示信號(hào)。 (3)電流變換器:分立式執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用WF-02型位發(fā)模塊，用以與導(dǎo)電塑料電位器等位置傳感器組成高性能的位置發(fā)送器。該模塊集電源變壓器、直流穩(wěn)壓源、恒流源等于一體，用阻燃換氧灌封。較之普通位置發(fā)送器起防氧化、耐腐蝕，抗震動(dòng)等性能大為提高。采用可調(diào)恒流恒壓元器件作為功率輸出，使之具有較好的溫度和恒流性能，調(diào)零調(diào)滿方便，且II ( 0-10mA) , III (4-

56、20mA 。帶負(fù)載能力為750 (4-20mA) , 1K(0-10mA)整體式執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的電流變換器與位置定位器GAMX-T設(shè)計(jì)在一起，其電流輸出只作位置指示信號(hào)。位置定位器位置定位器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)接受調(diào)節(jié)單元或計(jì)算機(jī)送來(lái)的模擬量信號(hào)與位置反饋信號(hào)綜合比較后進(jìn)行放大輸出的一種多功能大功率放大器。它與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連，以控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求準(zhǔn)確定位。 分立式位置定位器型號(hào)DFC-1100, DFC-1200,其中DFC-1200型具有信號(hào)斷失保護(hù)功能。它是由輸入隔離級(jí)、磁放大電路、功率輸出電路、信號(hào)斷失判別控制電路等部分組成，其中功率輸出電路采用固態(tài)繼電器，體積小、耐振動(dòng)、可靠性高。 整體式位置定位器

57、型號(hào)位GAMX-T ,其電路組成基本上與上述相同。在電路設(shè)計(jì)上，增加了脈沖開(kāi)關(guān)量輸入控制及現(xiàn)場(chǎng)就地軟手操功能。需要說(shuō)明的是:輸入信號(hào)與反饋信號(hào)沒(méi)有完全電路隔離。PID控制算法描述PID調(diào)節(jié)程序設(shè)計(jì)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(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)有60多年，現(xiàn)在依然廣泛地被應(yīng)用。人們?cè)趹?yīng)用的過(guò)程中積累了許多的經(jīng)驗(yàn)，PID的研究已經(jīng)到達(dá)一個(gè)比較高的程度。比例控制(P)是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。其特點(diǎn)是具有快速反應(yīng)，控制及時(shí)，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(hào)的積分成正比關(guān)系。積分控制可以消除余差，但具有滯后特點(diǎn)，

58、不能快速對(duì)誤差進(jìn)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(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。微分控制具有超前作用，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)。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(diǎn)和缺點(diǎn)，它們一起使用的時(shí)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(zhì)量16。PID控制算法圖4.1帶PID控制器的閉控制系統(tǒng)框圖如圖4.1所示，PID控制器可調(diào)節(jié)回路輸出，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。偏差e和輸入量r、輸出量c的關(guān)系：(4.1)控制器的輸出為：(4.2)上式中,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(diào)節(jié)器的傳輸函

59、數(shù)為：(4.3)數(shù)字計(jì)算機(jī)處理這個(gè)函數(shù)關(guān)系式，必須將連續(xù)函數(shù)離散化，對(duì)偏差周期采樣后，計(jì)算機(jī)輸出值。其離散化的規(guī)律如表4.1所示：表4.1 模擬與離散形式模擬形式離散化形式所以PID輸出經(jīng)過(guò)離散化后，它的輸出方程為：(4.4)式4.4中， 稱為比例項(xiàng)； 稱為積分項(xiàng)； 稱為微分項(xiàng)；上式中，積分項(xiàng)是包括第一個(gè)采樣周期到當(dāng)前采樣周期的所有誤差的累積值。計(jì)算中，沒(méi)有必要保留所有的采樣周期的誤差項(xiàng)，只需要保留積分項(xiàng)前值，計(jì)算機(jī)的處理就是按照這種思想。故可利用PLC中的PID指令實(shí)現(xiàn)位置式PID控制算法量。PID在PLC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

60、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(jiàn)表4.2。表4.2 內(nèi)存地址分配名稱PID運(yùn)算指令格式PID指令表格式PID TBL，LOOP梯形圖使用方法：當(dāng)EN端口執(zhí)行條件存在時(shí)候，就可進(jìn)行PID運(yùn)算。指令的兩個(gè)操作數(shù)TBL和LOOP，TBL是回路表的起始地址，本文采用的是VB300，因?yàn)橐粋€(gè)PID回路占用了32個(gè)字節(jié)，所以VD300到VD324都被占用了。LOOP是回路號(hào)，可以是07，不可以重復(fù)使用。壓力采用的是VB400，所以VD400到VD424都被占用。PID回路在PLC中的地址分配情況如表4.3所示。表4.3 PID指令回路表壓力偏移