基于s7-200plc的精餾溫度控制系統的設計-資料下載頁

【導讀】品中的組成部分進行分離，最常用的方法。精餾分離是根據溶液中各組分揮發度。或沸點的差異，使各組分得以分離。精餾是化工過程中的核心組成部分，而對于。熱電偶作為溫度的采集元件，采集的信號經過EM231的處理后就?？砂褦祿腿隤LC中進行處理。PLC的程序中采用了位置式PID算法，實現溫度的。使PID控制更為靈活,較好地滿足了生產過程的要求。或減小功率，使溫度達到設定值。實際運行結果驗證了PLC應用于精餾塔溫度控制。系統的可行性及精確性。

　　

【正文】 41 為創建一個自動化項目的基本步驟。 洛陽理工學院畢業設計（論文） 24 設 計 控 制 器 組 態 和 程 序啟 動 s t e p 并 創 建 一 個 項組 態 硬 件 和 連 接定 義 符 號生 成 用 戶 程 序生 成 參 考 數 據下 載 程 序測 試 程 序 并 診 斷 錯 誤打 印 并 存 檔 圖 41 創建自動化項目的步驟 項目可用來存儲為自動化任務解決方案而生成的數據和程序。這些數據包括： 硬件結構的組態數據及模板參數；網絡通訊的組態數據以及為可編程模板編制的程序。它們都被收集在一個項目下。在生成一個項目后，先插入站，然后可以組態硬件。在組態硬件時，可以借助于模板樣本對可編程控制器中的 CPU 及各模板進行定義，通過雙擊站來啟動硬件組態的應用程序。一旦存儲并退 出硬件組態，對于在組態中生成的每一個可編程模板，都會自動生成 S7/M7 程序及空的連接表。連接表可用來定義網絡中可編程模板之間的通訊連接。硬件組態完成后就可為編程模板生成軟件。為可編洛陽理工學院畢業設計（論文） 25 程模板編制的軟件存儲在對象文件夾中。對該對象文件夾稱 “ S7Program”在子菜單中，可以選擇想要生成的塊的類型 (如：數據塊，用戶定義的數據類型，功能，功能塊，組織塊或變量表 )。打開一個空的塊，然后用語句表，梯形圖或功能圖輸入程序 [ 11]。 在完成組態，參數賦值，程序創建和建立在線連接后，可以下載整個用戶程序或個別塊到一個可編程 序控制器。在下載完整的或部分用戶程序到 CPU 之前，把工作方式從 RUN 模式置到 STOP 模式?？梢酝ㄟ^在線連接下載各個塊或整個用戶程序到 RAM。當電源關斷后和 CPU 復位時，保存在他們上面的數據將被保留。另外，可以從可編程控制器中上載一個工作站，或從一個 S7 CPU 中上載塊到 PG/PC。這樣，當出現故障而不能訪問到程序文檔的符號或注釋時，就可以在 PG/PC 中編輯它。用于 S7200的編程語言有：梯形圖 (LAD)，語句表 (STL)和功能塊圖 (FBD)。 LAD 是 STEP7 編程語言的圖形表達方式。它的指令語法與一個繼 電器梯形邏輯圖相似：當電信號通過各個觸點復合元件以及輸出線圈時，梯形圖可以讓你追蹤電信號在電源示意線之間的流動。 STL 是 STEP7 編程語言的文本表達方式，與機器碼相似， CPU 執行程序時按每一條指令一步一步地執行。 FBD 是 STEP7 編程語言的圖形表達方式，使用與布爾代數相類似的邏輯框來表達邏輯。 STEP7 編程軟件允許結構化用戶程序，可以將程序分解為單個的自成體系的程序部分。從而使大規模的程序更容易理解，可以對單個的程序部分進行標準化。程序組織簡化，修改更容易。系統的調試也容易了許多。 在 S7 用戶程序中可以使用 如下幾種不同類型的塊： 組織塊 (OB)是操作系統和用戶程序的接口。它們由操作系統調用，并控制循環和中斷驅動程序的執行，以及可編程控制器如何啟動。它們還處理對錯誤的響應。組織塊決定各個程序部分執行的順序。用于循環程序處理的組織塊 OB1 的優先級最高。操作系統循環調用 OB1 并用這個調用啟動用戶程序的循環執行。功能 (FC)屬于用戶自己編程的塊。功能是 “ 無存儲區 ” 的邏輯塊。 FC 的臨時變量存儲在局域數據堆棧中，當 FC 執行結束后，這些數據就丟失了。功能塊 (FB)屬于用戶自己編程的塊。功能塊是具有 “ 存儲功能 ” 的塊。用數據塊 作為功能塊的存儲器 (背景數據塊 )。傳遞洛陽理工學院畢業設計（論文） 26 給 FB 的參數和靜態變量存在背景數據塊中。背景數據塊 (背景 DB)在每次功能塊調用時都要分配一塊給這次調用，用于傳遞參數。系統功能塊 (SFB)和系統功能 (SFC)是 STEP7 為用戶提供的己編程好的程序的塊，經過測試集成 CPU 中的功能程序庫。 SFB 作為操作系統的一部分并不占用程序空間，是具有存儲能力的塊，它需要一個背景數據塊，并須將此塊作為程序的一部分安裝到 CPU 中 [12]。 STEP7 的調用結構如下圖 4 2 所示： D B 1D B 2F C 1F C 1F B 1 S F C 1D B 1C B1操作系統嵌 套 深 度循 環 開 始背 景 D B 1背 景 D B 2 背 景 D B 1 圖 42 STEP7 的調用結構 PID 控制算法描述 模擬量閉環控制較好的方法之一是 PID 控制， PID 在工業領域的應用已經有 60 多年，現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驗， PID 的研究已經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洛陽理工學院畢業設計（論文） 27 系。積分控制可以消除余差，但具有 滯后特點，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，微分控制不能消除余差。 PID 控制， P、 I、 D 各有自己的優點和缺點，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 。 1． PID 控制算法 R ( t ) E ( t )U ( t ) C ( t )P I D 控 制 環 節 被 控 對 象反 饋 環 節+ 圖 43 閉環控制系統 如圖 41 所示， PID 控制 器可調節回路輸出，使系統達到穩定態偏差 e 和輸入量 r、輸出量 c 的關系 : c(t)r(t)=e(t) （式 41） 控制器的輸出為 : ?????? ??? ? t diP dt tdeTdtteTteKtu 0 )()(1)()( （式 42） 上式中 , )(tu —— PID 回路的輸出 。 Kp —— 比例系數 P。 iT —— 積分系數 I。 dT —— 微分系數 D。 PID 調節器的傳輸函數為： 洛陽理工學院畢業設計（論文） 28 ?????? ???? STSTKSE SUSD diP11)( )()( （式 43） 數字計算機處理這個函數關系式，必須將連續函數離散化，對偏差周期采樣后，計算機輸出值。其離散化的規律如表 41 所示： 表 41 模擬與離散形式 模擬形式 離散化形式 )()()( tctrte ?? )()()( nrne ?? dTtde)( T nene )1()( ?? ?t dtte0 )( ?? ?? ? nini ieTTie 00 )()( 所以 PID 輸出經過離散化后，它的輸出方程 ? ?000)()()()1()()()()(unununuuneneTTieTTneKnudiPnidiP??????????? ????? ?? （式 44） 式 44 中， )()( neKnu PP ? 稱為比例項； ???niipi ieTTKnu0 )()( 稱為積分項； ? ?)1()()( ??? neneTTKnu dpd 稱為微分 項； 上式中，積分項 ??ni e1 i)( 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。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 指令實現位置式 PID 控制算法量 [ 13]。 2． PID 參數設定 PID 參數整定方法就是確定調節器的比例 系數 P、積分時間 Ti洛陽理工學院畢業設計（論文） 29 和和微分時間 Td，改善系統的靜態和動態特性，使系統的過渡過程達到最為滿意的質量指標要求 。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：如經驗法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應曲線法 。 經驗法又叫現場湊試法 ，它不需要進行事先的計算和實驗，而是根據運行經驗，利用一組經驗參數，根據反應曲線的效果不斷地改變參數，對于溫度控制系統，工程上已經有大量的經驗，其規律如表 42 所示。 表 42 溫度控制器參數經驗數據 被控變量 規律的選擇 比例度 積分時間（分鐘） 微分時間（分鐘） 溫度 滯后較大 20~60 3~10 ~3 實驗湊試法的整定步驟為 “ 先比例，再積分，最后微分 ” 。 （ 1） 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響 應曲線。 （ 2）整定積分環節 先將步驟 （ 1）中選擇的比例系數減小為原來的 50～ 80％，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，反復 試驗 至得到較滿意的響應，確定比例和積分的參數。 （ 3）整定微分環節環節 先置微分時間 TD=0，逐漸加大 TD，同時相應地改變比例系數和積分時間，反復試 驗 至獲得滿意的控制效果和 PID 控制參數 。根據反復的試 湊 ，調出比較好的結果是 P=120， I= ， D=。 程序流程圖及程序 程序流程圖 根據溫度控制系統的設計要求， PLC 的設計主要包括以下幾個模塊：洛陽理工學院畢業設計（論文） 30 開始 、 初始化設定值 、 監測精餾塔內溫度 、 判定是否符合設定值 、 溫度恢復設定值模塊 、 加熱 、 返回。如下圖所示。 開 始初 始 化 安 全 燈I 0 . 1 = ？初 始 化 指 示 燈初 始 化 溫 度溫 度 是 否 符 合 設 定值設 定 P I D 值每 1 0 s 讀 一 下 子 程 序加 熱返 回調 節I 0 . 1 = 1I 0 . 1 = 0NY 圖 44 系統程序流程圖 如下為程序的子程序，有 PID 模塊設定每 10S 讀取一次精餾塔內的溫度，并轉換為電信號傳遞到 PLC 中。 洛陽理工學院畢業設計（論文） 31 讀 入 溫 度 并 轉 換把 實 際 溫 度 存 儲調 用 PID指 令時 間 寄 存 器 加 10S設 定 下 一 周 期 加 熱 時 間返 回 圖 45 子 程序流程圖 程序 梯形圖是一種使用最多的 PLC 圖形編程語言。 梯形圖沿用了傳統電器制系統控制圖中繼電器的觸點 、 線圈 、 串并聯等術語和圖形符號，并增加了繼電器系統中沒有的指令符號。其格式和特點可以歸納如下： （ 1）梯形圖自上而下按行繪制，最左邊的豎線稱為起始母線，也左母線，每一行從左至右按一定的控制要求和規則連接各個觸點，最后以繼電器線圈結束，稱為一邏輯行或者一梯級。 （ 2） 梯形圖的繼電器有常開和常閉觸點，它可以是 PLC 輸入點連接外部的開關觸點，也可以是 PLC 內部繼電器的觸點。 （ 3）梯形圖 中 繼電器 只出現輸入繼電器的觸點，而 并 不出現輸入繼電器的線圈。 （ 4） 梯形圖中的繼電 器線圈，其邏輯動作只有線圈接通后才能對其常開或者常閉觸點動作。 （ 5）編程時首先對所使用的編程元件進行編號 [14]。 1．溫度控制模塊程序 溫 度 設 計 模 塊V D 3 0 4 設 定 值 ， V D 3 0 8 回 差 ， V D 3 0 0 測 量 值 ， V D 3 1 2 顯 示 輸 出 洛陽理工學院畢業設計（論文） 32 = = BV B 0E NA L W 03 2 0 06 4 0 01 0 0 . 00 . 0o u t p u tI n p u tI s hI s lO s hO s lV D 3 0 0E NI N 1I N 2V N 3 0 4V D 3 0 8E N OO u tV D 3 2 0A D D _ RS U B _ RE N E N OI N 1I N 2O u tV D 3 0 4V D 3 0 0V D 3 2 4 DV D 3 0 0( S )M 0 . 0V D 3 2 4 DV D 3 0 0M 0 . 1V D 3 2 0( S )M 0 . 1M 0 . 0M O V _ RE NI NE N OO U T0 . 0 V D 3 1 2M 0 . 0M 0 . 1