太陽能浴室水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PAGEPAGE34西南科技大學(xué)自動化專業(yè)方向設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)名稱：太陽能浴室水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓名：張剛學(xué)號:20096348班級：自動化0903指導(dǎo)教師：王順利起止日期：2012.10.15-2012.11.14西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院制方向設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生班級：自動化0903學(xué)生姓名：張剛學(xué)號：20096348設(shè)計(jì)名稱：太陽能浴室水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)起止日期：2012.10.15-2012.11.14指導(dǎo)教師：王順利設(shè)計(jì)要求：如太陽能浴室結(jié)構(gòu)示意圖所示，針對太陽能水箱內(nèi)的溫度恒溫控制目標(biāo)，基于PLC控制設(shè)計(jì)PID算法實(shí)現(xiàn)對出水口的水溫的恒溫調(diào)節(jié)及儲水箱的水位調(diào)節(jié)。水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真設(shè)計(jì)水溫控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)及通過網(wǎng)上查詢資料進(jìn)行器件選型；設(shè)計(jì)PID算法實(shí)現(xiàn)對水溫的控制，調(diào)節(jié)PID控制器的參數(shù)，并給出整定后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)特性曲線和擾動的響應(yīng)曲線；針對設(shè)計(jì)的PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)出原理圖，要求具有較好的超調(diào)和響應(yīng)時(shí)間和水位過高或過低的報(bào)警與控制。實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)與參數(shù)改進(jìn)根據(jù)調(diào)試結(jié)果改進(jìn)PID算法和參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對水溫水位的設(shè)定參數(shù)指標(biāo)的調(diào)節(jié)，對溫度的控制要求具有較好的響應(yīng)時(shí)間，人體可以接受的溫度超調(diào)量。課程設(shè)計(jì)論文應(yīng)完成的工作摘要，要求100字內(nèi)的中英文摘要。關(guān)鍵詞（3—5個），中英文關(guān)鍵詞。前言、方案論證及方案選擇、基于PID的水溫水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試及結(jié)論、致謝、參考文獻(xiàn)。方向設(shè)計(jì)學(xué)生日志時(shí)間設(shè)計(jì)內(nèi)容2012.10.8—2012.10.14通過網(wǎng)路和書籍查找相關(guān)資料2012.10.15—2012.10.21針對設(shè)計(jì)課題做出整體硬件結(jié)構(gòu)框圖2012.10.22—2012.10.28針對設(shè)計(jì)課題做出整體軟件結(jié)構(gòu)框圖2012.10.29—2012.11.4根據(jù)框圖，利用S7—200編程軟件編寫程序2012.11.5—2012.11.11在實(shí)驗(yàn)室S7—200仿真平臺上調(diào)試程序2012.11.12—2012.11.14繼續(xù)調(diào)試，并撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告太陽能浴室水溫水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：本課題研究了可編程控制器（PLC）在太陽能熱水器水溫水位制系統(tǒng)中的應(yīng)用。重點(diǎn)研究了基于PLC控制設(shè)計(jì)PID算法實(shí)現(xiàn)對出水口的水溫的恒溫調(diào)節(jié)，以及儲水箱的水位調(diào)節(jié)。指出了PLC設(shè)計(jì)的關(guān)鍵主要是能滿足基本控制功能,并考慮維護(hù)的方便性、系統(tǒng)可擴(kuò)展性等。在本文中經(jīng)研究確定出了系統(tǒng)的各個工序，繪制了系統(tǒng)的工藝流程圖；進(jìn)行了系統(tǒng)的I/O分配和PLC的選型；根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)繪制了系統(tǒng)的控制梯形圖；繪制出了控制系統(tǒng)電氣原理圖和接線圖等。通過用PID對太陽能熱水器水溫水位控制系統(tǒng)的改造，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，也使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、檢修維護(hù)方便快捷、可靠性提高，增進(jìn)了系統(tǒng)的先進(jìn)性。關(guān)鍵詞：水溫水位PIDPLCABSTRACTThisstudyisaprogrammablelogiccontroller(PLC)inthesolarwaterheatertemperatureandwaterlevelinthesystemofsystems.PLC-basedcontroldesignPIDalgorithmtoadjusttheoutletwatertemperaturethermostaticallycontrolled,andthewaterlevelofthewatertank.PLCdesign,thekeyistomeetthebasiccontrolfunctions,andtoconsidertheeaseofmaintenance,andsystemscalability.Thestudyidentifiedinthisarticlethevariousprocessesofthesystemtodrawaprocessflowdiagramofthesystem;systemI/OassignmentandPLCselection;systemdesignrequirementsdesignedtodrawthecontrolofthesystemladder;drawoutthecontrolsystemelectricalschematicsandwiringdiagrams.ThroughthetransformationofthesolarwaterheatertemperatureandwaterlevelcontrolsystemwithPID,greatlyenhancetheresponsespeedandstabilityofthesystem,thesystemstructureissimple,quickandeasyrepairandmaintenance,improvereliability,andenhancetheadvancednatureofthesystem..Keywords：WatertemperatureWaterlevelPIDPLC一、設(shè)計(jì)目的和意義用太陽能解決我國家庭熱水是最有希望的、最有效可行的途徑。太陽能光熱應(yīng)用市場前景廣闊，除家庭用熱水外，還可用于工業(yè)熱水、采暖、空調(diào)、干燥、農(nóng)業(yè)種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖、海水淡化等領(lǐng)域。從發(fā)展角度看，城市家庭生活熱水的供給不應(yīng)由業(yè)主考慮，而應(yīng)與建筑設(shè)計(jì)開發(fā)同時(shí)進(jìn)行。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了全玻璃真空管式熱水器的自動控制系統(tǒng)。在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，有必要而且有可能采用新技術(shù)對原電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，以提高可靠性，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制，提高太陽能熱水器穩(wěn)定性?？删幊炭刂破饔捎诳商峁┦褂玫臅r(shí)間繼電器和中間繼電器相當(dāng)多，而且其常開常閉觸點(diǎn)可多次重復(fù)使用，使得我們在編程中可以隨心所欲。用內(nèi)部編程“軟元件”取代繼電器邏輯控制電路中大量的時(shí)間繼電器和中間繼電器，簡化控制線路、有效提高系統(tǒng)的可靠性，是PLC的突出特點(diǎn)。目前，我國大部分太陽能熱水器控制部分，往往需要大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器來滿足生產(chǎn)工藝要求，結(jié)果使電路設(shè)計(jì)復(fù)雜、繁瑣，故障時(shí)有發(fā)生，給使用和日常維護(hù)帶來了很大的不便。太陽能熱水器是太陽能熱利用中商業(yè)化程度最高、應(yīng)用最普遍的技術(shù)。但是在熱水器自動控制系統(tǒng)中大多采用單片機(jī)控制，單片機(jī)開發(fā)價(jià)格較高，而PLC開發(fā)價(jià)格便宜。選用PLC控制，它具有速度快，可靠性高，體積小，功能全，編程簡單的特點(diǎn)。通過改進(jìn)或完善已有太陽能熱水器控制系統(tǒng)的不足，設(shè)計(jì)開發(fā)新型太陽能水溫水位控制系統(tǒng)—基于PLC的太陽能熱水器水溫水位自動控制系統(tǒng)。二、控制要求圖1陽能浴室的結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)太陽能浴室的結(jié)構(gòu)示意圖圖1，具體控制要求如下：2.1、水溫部分： 當(dāng)溫度探測器PT100從太陽能熱水箱中才寄出溫度后，進(jìn)過變送器，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和線性化，最后輸出紋4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號，再經(jīng)由以250Ω的電阻，將之轉(zhuǎn)換成1-5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓輸出，以此與PLC里面的設(shè)定溫度進(jìn)行PID運(yùn)算控制加熱晶閘管的通斷。2.2、水位部分： 當(dāng)水位到達(dá)探測點(diǎn)1時(shí)，表示太陽能熱水器里面的水量過少，發(fā)出聲光報(bào)警，提醒用戶加水，聲音報(bào)警需要手動關(guān)閉； 當(dāng)水位到達(dá)探測點(diǎn)2時(shí)，表示水量已經(jīng)較少，需要加水，因此控制上水電磁閥合上； 當(dāng)水位到達(dá)探測點(diǎn)3時(shí)，表示水量應(yīng)經(jīng)達(dá)到正常的水量，因此斷開上水電磁閥； 當(dāng)水位到達(dá)探測點(diǎn)4時(shí)，表示水量過高，超過正常值，因此發(fā)出圣光報(bào)警，并且聲音報(bào)警只能手動關(guān)閉。三、設(shè)計(jì)方案論證本設(shè)計(jì)是以西門子S7200PLC為主控制器，，來實(shí)現(xiàn)太陽能水箱水溫水位的自動控制。設(shè)計(jì)的目的是在設(shè)計(jì)過程中能夠了解S7200PLC是如何被運(yùn)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的。通過在實(shí)驗(yàn)臺上動手操作和觀察，實(shí)時(shí)觀察水箱內(nèi)的水溫水位控制的運(yùn)行情況，得到完整的實(shí)時(shí)曲線。本設(shè)計(jì)中使用的主要硬件如圖2所示。計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)PLCS7-200AE2000B型過程控制裝置圖2系統(tǒng)硬件圖按照設(shè)計(jì)的具體要求，所有需要設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)，都需要逐一進(jìn)行分析。因此我把水箱溫度控制系統(tǒng)分成兩大部分來分別設(shè)計(jì)軟硬件。系統(tǒng)硬件框圖結(jié)構(gòu)如圖3所示:圖3基于PLC的太陽能水溫控制系統(tǒng)方框圖設(shè)計(jì)中的被控對象是水箱內(nèi)的溫度，利用Pt100鉑熱電阻傳感器來檢測被控對象（即太陽能水箱的溫度），經(jīng)過溫度變送器給S7-200PLC的EM235模塊送入測量到的水箱溫度轉(zhuǎn)換的1～5V的電壓信號。然后把比較測量值和設(shè)定值所得到的差值經(jīng)過PID運(yùn)算后就可以得到的控制信號來控制加熱器的電壓，這樣就能控制水箱內(nèi)的溫度了。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖4，系統(tǒng)程序框圖如圖5。圖4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖啟動啟動晶閘管探測點(diǎn)1探測點(diǎn)4水位探測變送器設(shè)定值溫度傳感器PLC內(nèi)部PID模塊高水位報(bào)警關(guān)閉上水開始上水低水位報(bào)警探測點(diǎn)2探測點(diǎn)3關(guān)閉上水圖5系統(tǒng)程序框圖四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4.1.1、S7-200PLC選型可編程控制器(ProgrammablelogicController)，簡稱PLC或PC，是指可以通過編程或軟件配置改變控制對策的控制器，它是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。在可編程序控制器出現(xiàn)以前，繼電器在工業(yè)生產(chǎn)中的控制占了主要地位。但是如果在生產(chǎn)過程中工藝要求出現(xiàn)了改變，那么身為佼佼者的繼電器控制系統(tǒng)會因?yàn)轶w積大、耗電多、壽命短等缺點(diǎn)導(dǎo)致其適應(yīng)性、可靠性都不高，因此當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，整個系統(tǒng)就必須重新設(shè)計(jì)。隨著現(xiàn)代社會生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，出現(xiàn)了現(xiàn)在在工業(yè)生產(chǎn)自動化中占領(lǐng)重要地位的一種新的工控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)是以繼電氣控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)的，具有很高的可靠性，它隨著當(dāng)代生產(chǎn)自動化要求的提高和電子技術(shù)的發(fā)展融合了微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)并且能夠很好的應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。1968年，美國汽車制造行業(yè)的巨頭——通用汽車公司(GM公司)打算設(shè)計(jì)一款結(jié)合了計(jì)算機(jī)的多功能、通用性好等優(yōu)點(diǎn)以及繼電氣控制系統(tǒng)物美價(jià)廉、輕松易懂的優(yōu)點(diǎn)的通用控制裝置。為了降低成本、增加使用壽命，通用汽車公司(GM公司)便打算在新設(shè)計(jì)的控制裝置時(shí)去掉舊的繼電氣裝置在使用時(shí)需要重新設(shè)計(jì)和接線的缺點(diǎn)，因此他們用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，同時(shí)簡化了計(jì)算機(jī)的編程方法和程序的輸入方法，這樣一來也使得不熟悉計(jì)算機(jī)的人可以看懂程序。為實(shí)現(xiàn)這個設(shè)想，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC公司)在1969年研制出了世界上第一臺PLC。PLC除了能夠進(jìn)行邏輯、順序控制，還能對計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)進(jìn)行控制。從1970之后，微電子技術(shù)一直在向更高端發(fā)展，大規(guī)模的集成電路（簡稱LSI）和微型處理器也被運(yùn)用到了PLC中，這大大增強(qiáng)了PLC的功能，使得PLC在原來的基礎(chǔ)上還可以進(jìn)行處理數(shù)據(jù)、算術(shù)運(yùn)算，還能實(shí)現(xiàn)跟外界的通訊以及對分支、自診斷和中斷進(jìn)行處理，大大提高了工作效率。目前，全世界的PLC生產(chǎn)廠家約有200多家，生產(chǎn)300多個品種，主要集中在美國、德國、日本的多家公司。其中德國和美國是以大型PLC而聞名，日本則主要是生產(chǎn)小型PLC。美國的PLC廠家很多，其中以A-B(ALLEN-BRADLEY)公司、美國通用（GE）公司生產(chǎn)的PLC最具代表性。德國的西門子PLC對于大中小型的自動控制都可適用，使用范圍極為廣泛。由于PLC具有輸入輸出光電隔離、停電保護(hù)、自診斷等功能，所以抗干擾能力強(qiáng)，能置于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場中，故障率低。PLC編程簡單，易于通信和聯(lián)網(wǎng)、用于水暖控制能提高性能價(jià)格比，如果從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)來看，其壽命長，故障率低，易于維修，所以選用。本設(shè)計(jì)中要求以德國生產(chǎn)的西門子S7PLC-200為主控制器，因此在此只粗略介紹西門子S7-200PLC。S7-200系列PLC是由德國西門子公司生產(chǎn)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，其設(shè)計(jì)緊湊，價(jià)格低廉，并且具有良好的可擴(kuò)展性以及強(qiáng)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(fù)雜的自動化控制系統(tǒng)。由于它具有極強(qiáng)的通信功能，在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮作用安太興等，基于PLC的溫度控制系統(tǒng)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011.2安太興等，基于PLC的溫度控制系統(tǒng)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，20.1、S7200-PLC的CPU模塊CPU模塊是PLC控制系統(tǒng)的核心，它控制著整個PLC控制系統(tǒng)有序地進(jìn)行。PLC控制系統(tǒng)中，PLC程序的輸入和執(zhí)行、PLC之間或者PLC與上位機(jī)之間的通信、接受現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)都離不開CPU模塊。CPU模塊還可以進(jìn)行自我診斷，即當(dāng)電源、存儲器、輸入/輸出端子、通信等出故障時(shí)，它可以給出相應(yīng)的指示或做出相應(yīng)的動作。圖6是西門子S7-200PLC的模塊面板示意圖。圖6SYMATICS7-200PLCCPU的模塊面板示意圖西門子S7-200PLC包括CPU221、CPU222、CPU224和CPU226這4種型號的CPU，它們的主要性能指標(biāo)如表1所示。表1西門子S7-200CPU主要性能指標(biāo)性能指標(biāo)CPU221CPU222CPU224CPU226外形尺寸90×80×6290×80×62120.5×80×62190×80×62本機(jī)數(shù)字量I/O6個輸入/4個輸出8個輸入/6個輸出14個輸入/10個輸出6個輸入/4個輸出程序空間2048字2048字4096字4096字?jǐn)?shù)據(jù)空間1024字1024字2560字2560字用戶存儲器類型E2PROME2PROME2PROME2PROM擴(kuò)展模塊數(shù)量不能擴(kuò)展2個模塊7個模塊7個模塊數(shù)字量I/O128輸入/128輸出128輸入/128輸出128輸入/128輸出128輸入/128輸出模擬量I/O無16輸入/16輸出32輸入/32輸出32輸入/32輸出定時(shí)器/計(jì)數(shù)器256/256256/256256/256256/256內(nèi)部繼電器256256256256布爾指令執(zhí)行速度0.37μs/指令0.37μs/指令0.37μs/指令0.37μs/指令通信口數(shù)量1（RS-485）1(RS-485)1(RS-485)2(RS-485)根據(jù)控制系統(tǒng)實(shí)際所需端子數(shù)目，考慮PLC端子數(shù)目要有一定的預(yù)留量，為以后新設(shè)備的介入或設(shè)備調(diào)整留有余地，CPU224有14路輸入/10路輸出，一共有24個I/O點(diǎn)，存儲容量比起CPU221和CPU222擴(kuò)大了一倍,它可以有7個擴(kuò)展模塊,有內(nèi)置時(shí)鐘，并且CPU224高速計(jì)數(shù)處理能力也很強(qiáng)，是S7-200產(chǎn)品中使用得最多的一個。因此選用的S7-200型PLC的主模塊為CPU224。、EM235模擬量輸入/輸出模塊在溫度控制系統(tǒng)中，溫度傳感器把檢測到的溫度信號轉(zhuǎn)換成4-20mA的電流信號，系統(tǒng)需要配置模擬量的輸入模塊把電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再送入PLC中進(jìn)行處理。在本設(shè)計(jì)中考慮到系統(tǒng)擴(kuò)展的問題，可以用EM235模擬量輸入/輸出模塊用來對CPU進(jìn)行擴(kuò)展。EM235模塊有12位模擬量，輸入速度迅速，價(jià)錢低廉，應(yīng)用廣泛。EM235模塊可以在149μs的時(shí)間段內(nèi)把輸入模塊的模擬量信號轉(zhuǎn)換成為與其對應(yīng)的阿拉伯?dāng)?shù)字值。由于EM235都是在程序訪問模擬點(diǎn)的時(shí)候把輸入的模擬量信號轉(zhuǎn)換成阿拉伯?dāng)?shù)字。因此，模擬量輸入指令的基本時(shí)間是把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字所花費(fèi)的時(shí)間也計(jì)算在內(nèi)的。圖7就是EM235模擬量擴(kuò)展模塊的接線方法。圖7EM235模擬量擴(kuò)展模塊的接線方法電壓信號按正、負(fù)極直接接入X＋和X－；電流信號則需要將RX和X＋短接后接入電流輸入信號的“＋”端；未連接傳感器的通道要將X＋和X－短接。通過表2，我們可以了解怎樣通過DIP開關(guān)來影響并選擇EM235模塊輸入模擬信號的單/雙極性、增益和衰減。表2DIP開關(guān)對EM235極性影響EM235開關(guān)單/雙極性選擇增益選擇衰減選擇SW1SW2SW3SW4SW5SW6

ON單極性

OFF雙極性

OFFOFF

X1

OFFON

X10

ONOFF

X100

ONON

無效

ONOFFOFF

0.8OFFONOFF

0.4OFFOFFON

0.2EM235模塊具有4個模擬信號輸入通道以及1個模擬信號的輸出通道。它允許S7-200PLC連接微小的模擬量信號，電壓信號控制在在±80mV以內(nèi)。我們可以通過選擇DIP開關(guān)去決定所需要的熱電偶的型號。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則（1）根據(jù)工藝流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮PLC功能，最大限度地滿足需要控制的裝置的控制要求。（2）在不影響控制系統(tǒng)精度的前提下，盡量減少PLC系統(tǒng)硬件費(fèi)用。（3）控制系統(tǒng)要使用和維護(hù)方便，同時(shí)降低系統(tǒng)的危險(xiǎn)性。（4）考慮到以后控制任務(wù)的變化，所以當(dāng)我們在挑選合適的PLC型號、PLC的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)和需要的存儲器種類以及容量的時(shí)候，都要考慮到控制系統(tǒng)的多變性，多留出一點(diǎn)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)和存儲器容量。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟（1）控制要求分析。（2）確定輸入輸出設(shè)備。（3）選擇合適PLC。（4）I/O點(diǎn)數(shù)分配。（5）PLC程序設(shè)計(jì)。（6）模擬調(diào)試。（7）現(xiàn)場聯(lián)機(jī)調(diào)試。（8）整理技術(shù)文件。、熱電式傳感器能夠把溫度的變化轉(zhuǎn)換成電流、電壓變化的裝置就是我們所說的熱電式傳感器。目前有很多種熱電式傳感器，最常見就是把溫度的變化量相對的轉(zhuǎn)變成電勢和電阻。熱電偶、熱電勢是被用于溫度測量的最普遍的、目前在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的器件。它們的傳感原理都是相似的，熱電偶可以把變化的溫度變換成電勢，而熱電阻則是把變化的溫度相應(yīng)的轉(zhuǎn)換成電阻。該系統(tǒng)對傳感器的要求是可以把將溫度信號轉(zhuǎn)化為電流信號，測量的水溫上限為100℃Pt100鉑熱電阻簡稱為：Pt100鉑電阻。Pt100傳感器的精度高，熱補(bǔ)償性較好。其阻值會隨著溫度的變化而改變。Pt后的100表示它在0℃時(shí)阻值為100Ω，它的工作原理是當(dāng)Pt100在0℃時(shí)阻值為100Ω，在100℃時(shí)它的阻值約為138.5Ω.它的阻值會隨著溫度的上升而勻速增長。Pt100的測溫范圍是-200℃、可控硅加熱裝置本系統(tǒng)采用三相可控硅移相觸發(fā)裝置，輸入控制信號為4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號，其移相觸發(fā)角與輸入控制電流成正比。輸出交流電壓用來控制電加熱器的端電壓，從而實(shí)現(xiàn)水箱溫度的連續(xù)控制。4.2、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.2.1、PID控制算法在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)有很多年了，現(xiàn)在依然廣泛地被應(yīng)用。P、I、D各有自己的長處和缺點(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。人們在應(yīng)用的過程中積累了許多的經(jīng)驗(yàn)，對PID的研究現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了一個比較高的程度。、PID控制算法的特點(diǎn)比例（P）控制比例控制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(guān)系。若產(chǎn)生偏差，控制器就發(fā)生作用調(diào)節(jié)控制輸出，使被控量向減小偏差的方向變化。偏差減小的速度由比例系數(shù)Kp來決定，Kp越大偏差減小的越快。但這樣會引起振蕩，特別是在遲滯環(huán)節(jié)比較大的時(shí)候，比例系數(shù)Kp減小，振蕩發(fā)生的可能性就會減小，但同時(shí)也會導(dǎo)致調(diào)節(jié)速度變慢。比例控制的缺點(diǎn)是不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，必須要有積分控制來輔助。積分（I）控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。為了消除控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)會隨著時(shí)間的增加而增大。因此，就算誤差很小，積分項(xiàng)也會慢慢變大，由它推動控制器的輸出增大，使穩(wěn)態(tài)誤差慢慢減小至零。所以，比例—積分(PI)控制器可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。但具有滯后特點(diǎn)，不能快速對誤差進(jìn)行有效的控制。微分（D）控制在微分控制下，控制器的輸出的微分增加了，輸入誤差信號的微分同時(shí)也會增加。而自動控制系統(tǒng)在對于誤差的控制來說，會出現(xiàn)別的不必要的問題，比如波動，更嚴(yán)重的會失穩(wěn)。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，但是加入的微分項(xiàng)卻能夠避免較大的誤差出現(xiàn)，因?yàn)樗梢灶A(yù)測誤差變化的方向。但是微分控制會放大高頻噪聲,降低系統(tǒng)的信噪比,導(dǎo)致系統(tǒng)抑制干擾的能力下降，也就是說微分控制不能消除余差。、PID控制算法原理PID控制本質(zhì)上是一個二階線性控制器,通過調(diào)整比例(P)、積分(I)和微分(D)三個參數(shù),使得大多數(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)獲得良好的閉環(huán)控制性能。PID控制器的理想計(jì)算公式為:(4.1)：(4.1)公式(4.1)中:u(t)為控制器的輸出;e(t)為控制器的輸入(常常是設(shè)定值與被控量之差,即e(t)=r(t)-c(t));Kp、Ti、Td分別為控制器的比例放大系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)。設(shè)u(k)為第k次采樣時(shí)刻控制器的輸出值(采樣周期為T),用一階向后差分代替微分，用矩形法數(shù)值積分代替連續(xù)積分，將上式進(jìn)行離散化處理,可得離散的PID計(jì)算公式：(4.2)式(4.2)為位置式PID控制算法,其當(dāng)前采樣時(shí)刻的輸出與過去的狀態(tài)有關(guān),計(jì)算時(shí)要對e(k)進(jìn)行累加,運(yùn)算量大,因此實(shí)際應(yīng)用中一般采用增量PID控制算法。由式(4.2)可得:(4.3)(4.4)其中式(4.3)、(4.4)是增量PID算法的計(jì)算公式,系統(tǒng)的采樣周期T選定后,一旦確定了Kp、Ti、Td,只要使用前后3次測量的溫度偏差值即可由式(4.3)、(4.4)求出控制量。、PID算法程序?qū)崿F(xiàn)在S7-200PLC中PID功能是通過PID指令功能塊來實(shí)現(xiàn)的。通過定時(shí)(按照采樣時(shí)間T)執(zhí)行PID功能塊,按照PID運(yùn)算規(guī)律,根據(jù)當(dāng)時(shí)的給定、比例-積分-微分?jǐn)?shù)據(jù),計(jì)算出控制量。、PID在PLC中的回路指令西門子S7-200系列PLC中使用的PID回路指令，見表3。表3PID回路指令名稱PID運(yùn)算指令格式PID指令表格式PIDTBL,LOOP梯形圖PID回路在PLC中的地址分配情況如表4所示。表4PID回路在PLC中的地址分配情況偏移地址名稱格式類型說明0過程變量（PVn）實(shí)數(shù)輸入0.0~1.0之間4給定值（SPn）實(shí)數(shù)輸入0.0~1.0之間8輸出值（Mn）實(shí)數(shù)輸入/輸出0.0~1.0之間12增益（Kc實(shí)數(shù)輸入比例常數(shù)，可正可負(fù)16采樣時(shí)間（Ts）實(shí)數(shù)輸入單位為s，正數(shù)20采樣時(shí)間（Ti）實(shí)數(shù)輸入單位為min，正數(shù)24微分時(shí)間（Td）實(shí)數(shù)輸入單位為min，正數(shù)28積分項(xiàng)前值（MX）實(shí)數(shù)輸入/輸出必須在0.0~1.0之間32過程變量前值（PVn-1）實(shí)數(shù)輸入/輸出必須在0.0~1.0之間、調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，是自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中相當(dāng)重要的一個問題。PID參數(shù)整定方法就是確定調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)P、積分時(shí)間Ti和和微分時(shí)間Td，一般可以通過理論計(jì)算來確定，但誤差太大。目前，應(yīng)用最多的還是工程整定法：如經(jīng)驗(yàn)法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應(yīng)曲線法。、PID算法的數(shù)字化處理如果我們想要計(jì)算出輸出值，就必須把連續(xù)算式轉(zhuǎn)化成周期采樣的偏差算式。只有這樣才能保證計(jì)算控制式能被計(jì)算機(jī)識別并且處理。數(shù)字計(jì)算機(jī)處理的算式如(4.5)所示：Mn=Kc*en+Ki*∑ex+MX+Kd*(en-en-1)(4.5)輸出=比例項(xiàng)+積分項(xiàng)+微分項(xiàng)其中：Mn在采樣時(shí)刻n，從PID回路輸出的需要計(jì)算的項(xiàng)Kc增益en采樣時(shí)刻n回路的偏差值en-1回路的偏差值的前一個值ex采樣時(shí)刻x的回路偏差值Ki積分項(xiàng)的比例常數(shù)Mintial回路輸出的初始值Kd微分項(xiàng)的比例常數(shù)上面的式子表明，∑ex就是表示從開始到即時(shí)的采樣周期里面誤差項(xiàng)的和的函數(shù)，也就是“積分項(xiàng)”；“微分項(xiàng)”就是所求的采樣函數(shù)以及其前一次的采樣函數(shù)；而“比例項(xiàng)”就是所求的當(dāng)前的采樣函數(shù)。在計(jì)算機(jī)中是沒有必要保存所有的誤差項(xiàng)的。從第一次采樣開始，每出現(xiàn)一個偏差采樣，計(jì)算機(jī)就不得不計(jì)算其相對的輸出值，但我們只需要計(jì)算機(jī)記錄偏差項(xiàng)的前一個值以及積分項(xiàng)的前一個值。因此，我們用一個算式來解決計(jì)算機(jī)算數(shù)的重復(fù)性。算式如(4.6)所示：Mn=Kc*en+Ki*en+Minitial+Kd*(En-En-1)(4.6)輸出=比例項(xiàng)+積分項(xiàng)+微分項(xiàng)其中：Mn在第n采樣時(shí)刻，需要計(jì)算的PID回路的輸出Kc比例-積分-微分控制回路的增益En采樣時(shí)刻n回路的偏差值En-1回路的偏差值的起一個值Ki比例系數(shù)（積分）MX在第n-1采樣時(shí)刻積分項(xiàng)的值Kd比例系數(shù)（微分）其實(shí)，CPU最終使用的計(jì)算比例-積分-微分回路中輸出項(xiàng)的算式是另一個改進(jìn)式。CPU所用的算式是(4.7)：Mn=MPn+MIn+MDn(4.7)PID回路輸出=比例項(xiàng)+積分項(xiàng)+微分項(xiàng)其中：Mn第n采樣的時(shí)候的需要計(jì)算的數(shù)值Min第n采集樣本時(shí)候回路的積分項(xiàng)的數(shù)值MDn第n采集樣本時(shí)候回路的微分項(xiàng)的數(shù)值比例項(xiàng)MP是增益（Kc）和偏差（e）相乘得到的結(jié)果。其采樣的時(shí)候中輸出數(shù)值對于測得的偏差的靈敏度是由Kc說了算的。偏差（e）是給定值（SP）與設(shè)定值（PV）之差，西門子S7-200PLC使用的求解比例的算式是(4.8)：MPn=Kc*（SPn-PVn）(4.8)其中：MPn我們要求的第n時(shí)刻的比例Kc增益SPn設(shè)定的在第n時(shí)刻采集到設(shè)定值PVn在第n時(shí)刻采集的測量值偏差越大，積分值MI就越大，它們呈現(xiàn)一種正比例的關(guān)系。西門子S7-200解決的求積分的算式是(4.9)：MIn=Kc*Ts/Ti*(SPn-PVn)+MX(4.9)其中：MIn第n采樣時(shí)刻積分項(xiàng)的值Kc增益Ts采集樣本之間的時(shí)間間隔Ti積分時(shí)間SPn設(shè)定的在第n時(shí)刻采集樣本時(shí)的數(shù)值PVn在第n時(shí)刻采集樣本時(shí)測量到的數(shù)值MX第n采集樣本時(shí)刻的積分項(xiàng)的前一個的積分項(xiàng)的值采集過程中全部積分項(xiàng)的前面的每一項(xiàng)相加就是積分和（MX）。我們需要在計(jì)算出MIn之后，用它來把MX重新計(jì)算一遍。但是MIn是能夠調(diào)整的，當(dāng)然也可以由一些條件來限制MIn。我們習(xí)慣在第一次計(jì)算輸出以前把MX設(shè)成Minitial，也就是通常所說的初值。還有其他的幾個常數(shù)能構(gòu)成積分項(xiàng)，它們是增益（Kc），采樣時(shí)間（Ts）和積分時(shí)間（Ti）。在這里，采樣時(shí)間就是再次算出輸出時(shí)間之間的間隔，而積分項(xiàng)對整個結(jié)果的影響的多少是由積分時(shí)間來決定的。偏差越大，積分項(xiàng)Md的數(shù)值就越大；偏差越小，積分項(xiàng)Md的值也就隨之變得越小，它們之間是一種正比例關(guān)系。西門子S7-200PLC通過下列算式(4.10)來求解微分項(xiàng)：Mdn=Kc*Td/Ts*((SPn-PVn)-(SPn-1-PVn-1))(4.10)如果設(shè)定值發(fā)生變化，那么由于它的微分作用就會引起一定程度的跳變，為了不引起跳變，我們可以讓把設(shè)定值不要發(fā)生變化，也就是令Spn=Spn-1，那么我們就可以用測量值的變化量來表示偏差的變化量。由此能將原來的算式轉(zhuǎn)換成(4.11)或(4.12)這樣：Mdn=Kc*Td/Ts*(SPn-PVn-SPn+PVn-1)(4.11)或Mdn=Kc*Td/Ts*(PVn-1+PVn)(4.12)其中：Mdn在第n時(shí)刻采集的微分項(xiàng)的數(shù)值Kc回路增益Ts比例-積分-微分回路的采樣控制時(shí)間Td微分時(shí)間SPn事先設(shè)定的第n時(shí)刻采集到的數(shù)值SPn-1設(shè)定的在第n-1時(shí)刻采集到的那個值PVn在第n時(shí)刻采集到的測量的值PVn-1第n-1時(shí)刻采集到的測量的數(shù)值如果想繼續(xù)計(jì)算微分項(xiàng)的數(shù)值，那么我們就需要保存測量得到的數(shù)值，偏差則不需要保存。在第一次采樣的時(shí)候，測量值被初始化成PVn-1=PVn。大部分的控制系統(tǒng)里面，并不需要很多的回路控制，只需要一到兩種即可。比較典型的就是P（比例）控制或者是PI（比例積分）控制回路。常量參數(shù)可以決定回路的控制類型，如果要選擇回路的控制類型，只需要簡單地常量參數(shù)設(shè)置一下就可以將回路控制類型對號入座。我們可以通過將積分時(shí)間（復(fù)位）設(shè)置成無窮大模式INF，就可以去掉PID回路里面的積分動作，即只留下PD作用。但是就算積分作用不動作，由于初值MX的存在，積分項(xiàng)并不是0。但是想去掉微分回路就不能如法炮制了，因?yàn)槲⒎謺r(shí)間是可以被設(shè)置成0的，這樣就達(dá)到我們的目的了。對于比例控制，如果想去掉它但是又要留下其它的兩種回路或者兩種中間的一個，我們可以把回路的增益設(shè)置成0.0，這個時(shí)候，控制系統(tǒng)會自動把回路增益看作是1.0來計(jì)算微分或者積分項(xiàng)。4.2.2、STEP7-Micro/WIN32STEP7-Micro/WIN32編程軟件是由西門子公司專為S7-200系列PLC設(shè)計(jì)開發(fā)，它功能強(qiáng)大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，例如創(chuàng)建用戶程序、修改和編輯原有的用戶程序，編輯過程中編輯器具有簡單語法檢查功能。同時(shí)它還有一些工具性的功能，例如用戶程序的文檔管理和加密等。此外，還可直接用軟件設(shè)置PLC的工作方式、參數(shù)和運(yùn)行監(jiān)控等。輸入輸出點(diǎn)配置：設(shè)計(jì)中對輸入輸出點(diǎn)的分配如表5所示，地址分配如表6所示：表5PLC的I/O分配輸入輸出I0.0系統(tǒng)關(guān)閉Q0.1加熱時(shí)紅燈亮I0.1系統(tǒng)開啟Q0.2保溫時(shí)綠燈亮I.0.2高水位探測點(diǎn)4聲光報(bào)警Q0.3水位過高時(shí)紅燈亮I0.3到達(dá)水位探測點(diǎn)3Q0.4報(bào)警器I0.4低水位加水探測點(diǎn)2Q0.5水位過低時(shí)紅燈亮I0.5低水位聲光報(bào)警探測點(diǎn)1Q0.6低水位加水閥門I0.6報(bào)警器停止表6PLC的內(nèi)存地址分配地址說明VB0-119PID數(shù)據(jù)存儲VD500太陽能水箱設(shè)定水溫存放地址VW200PT100采集數(shù)據(jù)存放五、設(shè)計(jì)結(jié)果及分析5.1、水箱實(shí)際溫度的檢測水箱實(shí)際溫度的檢測是要把測得的溫度量轉(zhuǎn)化為0.0到1.0之間的數(shù)以便于PLC能夠識別。因?yàn)镻ID只能針對浮點(diǎn)型實(shí)數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，因此要先把溫度變送器輸出的值轉(zhuǎn)換成16位的整型存儲在累加寄存器AC0中，再將AC0中的值轉(zhuǎn)化為32位的雙整型繼續(xù)存放于AC0中，接著把AC0中的數(shù)由雙整型轉(zhuǎn)化為實(shí)型，仍然存放到AC0中。鑒于實(shí)型數(shù)的小數(shù)點(diǎn)有6位，所以其相對來說還是比較精確的。接下來就要把實(shí)數(shù)再轉(zhuǎn)化成PLC能夠識別的0.0~1.0之間數(shù)。用到的公式是式(1):(1)其中Rnorm標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)數(shù)值Rraw沒有標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)數(shù)值或原值offset偏差。單極性為0.0，雙極性為0.5Span值域大小?？赡艿淖畲笾禍p去可能的最小值。單極性是32000（典型值）系統(tǒng)程序如圖8所示：圖8將采集實(shí)際溫度轉(zhuǎn)換為PLC計(jì)算數(shù)值的程序5.2、水箱水位檢測和控制根據(jù)太陽能浴室結(jié)構(gòu)示意圖可知,水箱中有4個液位探測點(diǎn),當(dāng)探測點(diǎn)在水中時(shí)，輸出為高電平，當(dāng)探測點(diǎn)在空氣中時(shí)為低電平，對照根據(jù)要求:當(dāng)水位到達(dá)探測點(diǎn)1時(shí)，表示太陽能熱水器里面的水量過少，發(fā)出聲光報(bào)警，提醒用戶加水，聲音報(bào)警需要手動關(guān)閉； 當(dāng)水位到達(dá)探測點(diǎn)2時(shí)，表示水量已經(jīng)較少，需要加水，因此控制上水電磁閥合上； 當(dāng)水位到達(dá)探測點(diǎn)3時(shí)，表示水量應(yīng)經(jīng)達(dá)到正常的水量，因此斷開上水電磁閥； 當(dāng)水位到達(dá)探測點(diǎn)4時(shí)，表示水量過高，超過正常值，因此發(fā)出圣光報(bào)警，并且聲音報(bào)警只能手動關(guān)閉。 由以上要求,具體程序設(shè)計(jì)如圖9、圖10:圖9水位檢測控制圖10水位檢測控制5.3、PID算法在S7-200PLC中的實(shí)現(xiàn)S7-200的編程軟件Micro/WIN提供了PID指令向?qū)?，PID控制程序可以通過指令向?qū)ё詣由桑荘ID指令也能夠被程序自動調(diào)用。首先選擇運(yùn)用PID算法的回路，本系統(tǒng)就一個回路，故選擇回路0，如圖11所示：圖11回路選擇界面第二步給回路參數(shù)定值，本系統(tǒng)采用的鉑電阻的測量范圍是0~100度，故給定范圍的低限和高限分別為0和100，回路的參數(shù)暫時(shí)先不設(shè)定。如圖12所示：圖12回路給定值范圍和參數(shù)配置界面第三步設(shè)置回路輸入輸出項(xiàng)，輸入和輸出量都是單級性的模擬量，因?yàn)镾7200的單極性模擬量輸入輸出信號的數(shù)值范圍是0~32000，所以輸入項(xiàng)的量程為0~32000。如圖13所示：圖13回路輸入輸出參數(shù)性質(zhì)配置界面因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中沒有采用報(bào)警電路，因此忽略報(bào)警選項(xiàng)，直接到第六步是給該子程序命名和添加手動控制。如圖14所示：圖14子程序命名和選擇手動控制界面 然后在程序中調(diào)用向?qū)傻腜ID子程序，如圖15、圖16所示：圖15生成子程序圖圖16子程序5.4、輸出控制量的處理對于系統(tǒng)輸出量的處理，所用程序如圖17所示：圖17輸出控制程序圖輸出量和PID控制的輸入是一樣的，也要被從整型轉(zhuǎn)換成實(shí)型數(shù)據(jù)。在這次設(shè)計(jì)里面，我用了5伏的電壓變送器反相模塊，相對應(yīng)的最大值就變成了32000。另外，由于Pt100鉑熱電阻傳感器因?yàn)橹圃斓墓に嚥煌?，其測溫范圍也有所不同，本設(shè)計(jì)中設(shè)定的最大量程為100攝氏度。PLC的模擬輸入/輸出最大位是32000，但由于我使用的200PLC的模擬量模塊的量程是4-20mA，因此最大值要減去6400的差值。如果輸出是0~100之間的某個數(shù)值，那么輸出值要用25600減掉測定值才能夠跟反向調(diào)壓模塊相適應(yīng)，輸出值由模擬輸出端A1W0輸出。5.5、通過MATLAB仿真來整定PID控制器的參數(shù)在PID參數(shù)整定中，工程整定法因其固有的優(yōu)點(diǎn)而受到廣大工程技術(shù)人員的歡迎。同時(shí)工程整定法中的穩(wěn)定邊界法由于簡單易行而仍在廣泛的使用，但是穩(wěn)態(tài)邊界法在常規(guī)的實(shí)驗(yàn)中還是有其固有的弱點(diǎn)，如在做實(shí)驗(yàn)時(shí)必須把控制系統(tǒng)調(diào)到等幅震蕩，這樣就可能會影響實(shí)驗(yàn)設(shè)備受到損壞。此時(shí)，我們就想到利用軟件仿真的形式來實(shí)現(xiàn)對PID參數(shù)的整定，而MATLAB／Simulink就給我們提供了一個良好的軟件平臺。下面我們在MATLAB／Simulink仿真環(huán)境下整定水箱溫度PID控制參數(shù)。1)常規(guī)的PID參數(shù)整定根據(jù)PID控制模型，利用SIMULINK靈活的非線性設(shè)計(jì)功能，可建立倒SIMULINK模型如圖18所示：圖18PID控制的SIMULINK模型根據(jù)傳遞函數(shù)的各項(xiàng)系數(shù)，調(diào)節(jié)PID的各個參數(shù)，當(dāng)Kp=100、KI=0.01、KD=50的時(shí)候，運(yùn)行SIMULINK模型，得到仿真曲線圖如圖19所示：圖19Kp=100、KI=0.01、KD=50時(shí)的仿真曲線圖從圖19可以看出系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)有比較小穩(wěn)態(tài)誤差，超調(diào)量為8.2%，在暫態(tài)時(shí)最大超調(diào)量比較大，曲線也比較陡峭，這么長的調(diào)整時(shí)間要求非常高的控制系統(tǒng)，所以還必須進(jìn)一步調(diào)整控制參數(shù)，以使得系統(tǒng)工作在最佳的控制狀態(tài)，通過多次試驗(yàn)，當(dāng)Kp=50、KI=0.01、KD=50時(shí)得到最佳的控制效果如圖20所示圖20Kp=50、KI=0.01、KD=50時(shí)的仿真曲線圖在不改變參數(shù)的情況下，給系統(tǒng)加一個干擾，如圖21所示：圖21PID加擾動的SIMULINK模型運(yùn)行SIMULINK模型得到相應(yīng)的仿真曲線如圖22所示：圖22PID加擾動的仿真曲線根據(jù)圖常規(guī)PID的抗干擾性測試看出，本次試驗(yàn)得到的參數(shù)還是比較理想的。經(jīng)過常規(guī)PID的抗干擾測試，可以看出系統(tǒng)的響應(yīng)曲線基本沒有太大波動。結(jié)束語：時(shí)間流逝的很快，不知不覺我已經(jīng)要結(jié)束在大學(xué)的生活了，畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)校給我們的最后一次考試，考查我們在大學(xué)四年是是否荒廢，學(xué)到了多少東西。我的畢業(yè)設(shè)計(jì)是在導(dǎo)師王新江老師的悉心指導(dǎo)下完成的。王老師學(xué)識淵博，他治學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)，對待工作一絲不茍，對學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)。在我們畢業(yè)設(shè)計(jì)期間遇到的各種問題王老師都會詳細(xì)耐心地給我們解答，有時(shí)候忙的連吃飯的時(shí)間都沒有，我們都非常的敬佩他。跟著王老師做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間我學(xué)到了很多東西，在此謹(jǐn)向王老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意！通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對于本專業(yè)的知識有了更深入的了解。以前只是為了通過考試而死記硬背一些課本上的東西，但是在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，所有的東西都需要自己動手去做，不懂的地方也要自己去查找資料，王老師也鼓勵我們多了解、學(xué)習(xí)相關(guān)的軟件、硬件，為以后的工作打基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)過程中，我學(xué)到了很多東西，并且大大的鍛煉了我的自學(xué)能力和動手能力，可以說是受益匪淺。另外，在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間我也得到了同組其他同學(xué)的幫助，在此我表示衷心的感謝！參考文獻(xiàn)：[1]畢效輝、于春梅、安永泉.自動控制原理，北京：北京工業(yè)出版社2006。[2]邵裕森、戴先中，過程控制工程，東南大學(xué)：機(jī)械工業(yè)出版社2003[3]金以慧，過程控制，北京：清華大學(xué)出版社，1993[4]吳堅(jiān)、趙英凱、黃玉清，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2002[5]黃中霖，控制系統(tǒng)MATLAB計(jì)算及仿真，北京：國防工業(yè)出版社，2001[6]沈輝，精通SIMULINK系統(tǒng)仿真與控制，北京：北京大學(xué)出版社，2003.1[7]郭戍生、古天翔、陸玉新、張世箕，電子儀器原理，北京：國防工業(yè)出版社，1989[8]胡曉麗基于PLC的太陽能熱水器自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2012.6附錄：梯形圖：語句表：ORGANIZATION_BLOCK主程序:OB1TITLE=程序注釋BEGINNetwork1//網(wǎng)絡(luò)標(biāo)題//網(wǎng)絡(luò)注釋LDI0.1OM0.0ANI0.0=M0.0Network2LDM0.0MOVR50.0,VD500Network3LDM0.0CALLSBR1,AIW0,VD500,AQW0Network4LDM0.0MOVWAIW0,VW200MOVW18688,VW202Network5//加熱時(shí)紅燈亮。LDM0.0AW<=VW200,VW202=Q0.1Network6//保溫時(shí)綠燈亮。LDM0.0AW>VW200,VW202=Q0.2Network7//閃爍電路LDNT38TONT37,10Network8LDT37TONT38,10Network9//熱水器水位高于探測點(diǎn)4，聲光報(bào)警,q0.3為報(bào)警燈LDI0.2AM0.0LPSEUSM0.1,1LPPAM0.1LPSAT37=Q0.3LPP=Q0.4Network10//水位低于他測點(diǎn)1，聲光報(bào)警LDNI0.5AM0.0LPSEUSM0.2,1LPPAM0.2LPSAT37=Q0.5LPP=Q0.4Network11//水位低于探測點(diǎn)2，加水LDNI0.4EUSQ0.6,1Network12//s水位高于探測點(diǎn)3，停止加水LDI0.3EURQ0.6,1Network13//f復(fù)位按鈕，按下后停止報(bào)警LDM0.0AI0.6RM0.1,2END_ORGANIZATION_BLOCKSUBROUTINE_BLOCKSBR_0:SBR0TITLE=子程序注釋BEGINNetwork1//網(wǎng)絡(luò)標(biāo)題//網(wǎng)絡(luò)注釋END_SUBROUTINE_BLOCKSUBROUTINE_BLOCKPID0_INIT:SBR1TITLE=此POU由S7-200指令向?qū)У腜ID功能創(chuàng)建。//要在用戶程序中使用此配置，請?jiān)诿總€掃描周期內(nèi)使用SM0.0在主程序塊中調(diào)用此子程序。此代碼配置PID0。在DB1中可以找到從VB0開始的PID回路變量表。此子程序初始化PID控制邏輯使用的變量，并啟動PID中斷程序"PID_EXE"。PID中斷程序會根據(jù)PID采樣時(shí)間被周期性調(diào)用。如需PID指令的完整說明，請參見《S7-200系統(tǒng)手冊》。注意：當(dāng)PID位于手動模式時(shí)，輸出應(yīng)該通過寫入一個標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)值（0.00至1.00）至手動輸出參數(shù)來控制，而不是直接改動輸出。這將使PID返回至自動模式時(shí)保持輸出無擾動。VAR_INPUTPV_I:INT; //過程變量輸入：范圍從6400至32000Setpoint_R:REAL; //給定值輸入：范圍從0.0至100.0END_VARVAR_OUTPUTOutput:INT; //PID輸出：范圍從6400至32000END_VARVARTmp_DI:DWORD;Tmp_R:REAL;END_VARBEGINNetwork1//ThisPOUispassword-protectedagainsteditingandviewing.END_SUBROUTINE_BLOCKINTERRUPT_BLOCKINT_0:INT0TITLE=中斷程序注釋BEGINNetwork1//網(wǎng)絡(luò)標(biāo)題//網(wǎng)絡(luò)注釋END_INTERRUPT_BLOCKINTERRUPT_BLOCKPID_EXE:INT1TITLE=此POU由S7-200指令向?qū)У腜ID功能創(chuàng)建。//此中斷程序執(zhí)行PID定時(shí)中斷。此中斷子程序已附加在子程序"PID0_INIT"內(nèi)。BEGINNetwork1//ThisPOUispassword-protectedagainsteditingandviewing.END_INTERRUPT_BLOCK基于C8051F單片機(jī)直流電動機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機(jī)的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動檢測儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號檢測儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專用單片機(jī)核的可測性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測量儀的研制基于單片機(jī)的紅外測油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F