基于西門子s7-200plc的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-wenkub

　

【正文】 、控制器、寄存器以及實(shí)現(xiàn)他們之間聯(lián)系的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線構(gòu)成。本論文實(shí)物采用的是模塊式的PLC，不管哪種PLC，都是屬于總線式的開發(fā)結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成如圖21所示 [12]。 高性能8位微處理器及位片式微處理器 1位處理器1971年日本開始生產(chǎn)可編程控制器，而歐洲是1973開始的。第二章 可編程控制器的概述 可編程控制器的產(chǎn)生可編程控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，英文全稱：Programmable Controller，為了和個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)區(qū)分，一般稱其為PLC。第五章，介紹了設(shè)計(jì)程序的設(shè)計(jì)思想和程序，包括助記符語言表和梯形圖。具體有以下幾方面的內(nèi)容：第一章，對(duì)PLC系統(tǒng)應(yīng)用的背景進(jìn)行了闡述，并介紹當(dāng)前溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r。國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成 果。它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變溫度系統(tǒng)控制。但是，F(xiàn)CS還沒有完全成熟，它才剛剛進(jìn)入實(shí)用化的 現(xiàn)階段，另一方面，另一方面， 目前現(xiàn)場(chǎng)總線的國際標(biāo)準(zhǔn)共有12種之多，這給FSC的廣泛應(yīng)用添加了很大的阻力。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）綜合了數(shù)字通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能儀表等多種技術(shù)手段的系統(tǒng)。也可以說數(shù)據(jù)公路是分散控制系統(tǒng)DCS的脊柱。但如果單獨(dú)采用工控機(jī)作為控制系統(tǒng)，又有易干擾和可靠性差的缺點(diǎn)。影響燃燒的因素十分復(fù) 雜，較正確的數(shù)學(xué)模型不易建立，以經(jīng)典的PID為基礎(chǔ)的常規(guī)儀表控制，已很難達(dá)到最佳狀態(tài)。工控機(jī)（IPC）即工業(yè)用個(gè)人計(jì)算機(jī)。PLC是一種數(shù)字控制專用電子計(jì)算機(jī)，它使用了可編程序存儲(chǔ)器儲(chǔ)存指令，執(zhí)行諸如邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)與演算等功能，并通過模擬和數(shù)字輸入、輸出等組 件，控制各種機(jī)械或工作程序。單片機(jī)的發(fā)展歷史雖不長，但它憑著體積小，成本低，功能強(qiáng)大和可靠性高等特點(diǎn)，已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科研以及日常生活等領(lǐng)域占有重要的地位。在組態(tài)概念出現(xiàn)之前，要實(shí)現(xiàn)某一任務(wù)，都是通過編寫程序來實(shí)現(xiàn)的。但就其控制策略而言，占統(tǒng)治地位的 仍然是常規(guī)的PID控制。溫度控制系統(tǒng) 的工藝過程復(fù)雜多變，具有不確定性，因此對(duì)系統(tǒng)要求更為先進(jìn)的控制技術(shù)和控制理論。 言 課題研究背景溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)。Berlinwith在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的諸多領(lǐng)域中, 溫度控制占有著極為重要的地位, 特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足輕重的作用。可編程控制器（PLC）可編程控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是繼承計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)裝置。PID結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、使用中不必弄清系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型[3]。編寫程序不但工作量大、周期長，而且容易犯錯(cuò) 誤，不能保證工期。溫度控制系統(tǒng)是人類供熱、取暖的主要設(shè)備的驅(qū)動(dòng) 來源，它的出現(xiàn)迄今已有兩百余年的歷史。單片機(jī)已經(jīng)由開始的4位機(jī)發(fā)展到32位 機(jī)，其性能進(jìn)一步得到改善[5]。PLC可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單，易于被工程人員掌握和使用，目前在工業(yè)領(lǐng)域上被廣泛應(yīng)用[6]。IPC的性能可靠、軟件豐富、價(jià)格低廉，應(yīng)用日趨廣泛。而計(jì)算機(jī)提供了諸如數(shù)字濾波，積分分離PID，選擇性PID。集散型溫度控制系統(tǒng)（DCS）是一種功能上分散，管理上集中上集中的新型控制系統(tǒng)。由于它的任務(wù)是為系統(tǒng)所有部件之間提供通信網(wǎng)絡(luò)，因此，數(shù)據(jù)公路自身的設(shè)計(jì)就決定了總體的靈活性和安全 性。其優(yōu)勢(shì)在于網(wǎng)絡(luò)化、分散化控制。各種溫度系統(tǒng)都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，用戶需要根據(jù)實(shí)際需要選擇系統(tǒng)配置，當(dāng)然，在實(shí)際運(yùn)用中，為了達(dá)到更好的控制系統(tǒng)，可以采取多個(gè)系統(tǒng)的集成，做到互補(bǔ)長短。而適應(yīng)于較高控制場(chǎng)合的智能 化、自適應(yīng)控制儀表，國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并在儀表控制參數(shù)的自整定方面，國外已有較多的成熟產(chǎn)品。日本、美國、德國、瑞典等技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。第二章，簡單概述了PLC的基本概念以及組成。第六章，介紹了組態(tài)畫面的設(shè)計(jì)方法。可編程控制器(PLC)是繼承計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng) 裝置。1968年，美國的汽車制造公司通用汽車公司(GM)提出了研制一種新型控制器的要求，并從用戶角度提出新一代控制器應(yīng)具備十大條件，立即引起了開發(fā)熱潮。如今，世界各國的一些著名的電氣工廠幾乎都在生產(chǎn)可編程控制器[11]。 功能第一代 產(chǎn)品系列化第三代 邏輯、運(yùn)動(dòng)、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)功能的多功能 可編程控制器的基本組成PLC從組成形式上一般分為整體式和模塊式兩種。1)CPU在很大程度上決定了PLC的整體性能，如整個(gè)系統(tǒng)的控制規(guī)模、工作速度和內(nèi)存容量。3) 輸入輸出模塊 輸入模塊和輸出模塊通常稱為I/O模塊或I/O單元。PLC還提供了各種各樣的特殊的I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、高速計(jì)算器、位置控制、以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線、溫度控制、中斷控制、聲音輸出、打印機(jī)等專用 型或智能型模塊，用以滿足各種特殊功能的控制要求。目前PLC制造廠家大都開發(fā)了計(jì)算機(jī)輔助PLC編程支持軟件， 當(dāng)個(gè)人計(jì)算機(jī)安裝了PLC編程支持軟件后，可用作圖形編程器，進(jìn)行用戶程序的編輯、修改，并通過個(gè)人計(jì)算機(jī)和PLC之間的通信接口實(shí)現(xiàn)用戶程序的雙向傳 送、監(jiān)控PLC運(yùn)行狀態(tài)等。 PLC的電源將外部供給的交流電轉(zhuǎn)換成供CPU、存儲(chǔ)器等所需的直流電，是整個(gè)PLC的能源供給中心。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、寫入器、文本顯示器等。 傳感器熱電偶是一種感溫元件，它直接測(cè)量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶我國從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)， 并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。EM231熱電偶模塊提供一個(gè)方便的，隔離的接口，用于七種熱電偶類型：J、K、E、N、S、T和R型，它也允許連接微小的模擬量信號(hào)(177。對(duì)于EM231 4TC模塊，SW1～SW3用于選擇熱電偶類型，見表33 。 STEP 7MWIN32編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，是西門子公司專門為SIMTIC S7200系列PLC設(shè)計(jì)開發(fā)的。如果想改變編程界面的語言，可在軟件的主界面的工具欄中選擇tools目錄下選擇option選項(xiàng)，在出現(xiàn)的界面中選擇general,然后在右下角就可以選擇中文了。系統(tǒng)塊的設(shè)置如下，需要注意的是，PLC的地址默認(rèn)是2，但本設(shè)計(jì)中需要 用到的地址是1，如圖38。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF) [16]。程序采用的是粗調(diào)和微控兩段式控制方式。人們?cè)趹?yīng)用的過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。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。避免較大的誤差出現(xiàn)，微分控制不能消除余差。 ——積分系數(shù)I。 稱為比例項(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[17]。 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就是其中之一有的是專用模塊，有些是指令形式。 PID回路指令名稱PID回路在PLC中的地 址分配情況如表48所示。 數(shù)據(jù)類型 ~4 輸出值（Mn） 實(shí)數(shù) 單位為s，必須是正數(shù)20 微分時(shí)間（Td） 實(shí)數(shù) ~1)回路輸入輸出變量的數(shù)值轉(zhuǎn)換方法本文中，設(shè)定的溫度是給定值SP，需要控制的變量是爐子的溫度。 傳感器輸入的電壓信號(hào)經(jīng)過EM231轉(zhuǎn)換后，是一個(gè)整數(shù)值，他的值大小是實(shí)際溫度的把A/D模擬量單元輸出的整數(shù)值的10倍。其轉(zhuǎn)換程序如下:MOVW~。 ——未標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)數(shù)值。 ——值域大小，為最大允許值減去最小允許值。這一過程是實(shí)數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化過程。程序如下：ROUND一般可以通過理論計(jì)算來確定，但誤差太大。 積分時(shí)間（分鐘） 3~101）整定比例控制 將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。根據(jù)反復(fù)的試湊，調(diào)出比較好的結(jié)果是P=120. I= D=。在加熱時(shí)間內(nèi)使得繼電器接通，那加熱爐就可處于加熱狀態(tài)，反之則停 止加熱[21]。 啟動(dòng)按扭 保護(hù)按鈕 停止燈 溫度狀態(tài)指示燈（危險(xiǎn)） 內(nèi)存地址分配地址 用戶設(shè)定微分常數(shù)D存放地址VD12 當(dāng)前實(shí)際溫度存放地址VW34 PID指令回路表地址 ~VD104 ~VD112 單位為s，必須是正