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[订阅] RSS 网易 博?首页 相册 搜索 随便看看>> 注册 登录 单片机开发平? http://www.mcudata.com 首页 日志 相册 音乐 收藏 博友 关于? 日志 [图] 单片机开 单片机开发平台提供专业单片机学习资料,包括 51,ARM,PLC,DSP,CPLD/FPGA,NEC,STM,AVR,开关电?嵌入式系统等单片机资 ?还有单片机毕业?文与技?? http://www.mcudata.com/ 加博?关注他最新日? 三相异?电动机Y-△(三?? 从C 8051F ?位单片机发展? 一种基于A T89C2051 单片机的 全自动洗衣机的P LC 控制设? 2009 年索伊冰箱?电下乡产? 基于 FPGA ?的数字?率?? 随机阅? From   Berlin   with   love 张国焘为何成为一大中的二号人物? 魔?地洞 ?和“流氓”国家成为“朋友”的代价 [Dr.YOU ?2 期]塑料?该怎么撕? 剧的报恩 首页推荐 翻拍红楼梦堪比创? 全球最恐怖四条灵异路 美国赌场养两头活? 非诚勿扰改版后不好看 丝?上的插画风情万? 相亲会美女盛装登? 更?>> 基于单片机的?实时温度控制系统

基于 AT89C51 单片机的多路温度检测报警系? 基于西门子S 7-200 PLC 的温度控制系统?计毕业?? 默?分类 2009-05-26 21:06:12 阅? 1267 评? 1 字号???? 基于西门子S 7-200 PLC 的温度控制系统?计毕业?? ? ?http://www.mcudata.com/Webmaster/danpianjilunwen/2009/0526/1747.html ?章?前?言 1.1 课?研究背景 温度?业生产中常?的工艺参数之一,任何物理变化和化 ?反应过程都与温度密切相关。在科?研究和生产实践的诸? 领域? 温度控制占有着极为重?的地? 特别?冶金、化 、建材、?品、机械、石油等工业?具有举足轻重的作用 ?于不同生产情况和工艺要求下的温度控制,所采用的加 ?式,燃料,控制方?也有所不同。例如冶金、机械、?品 化工等各类工业生产?泛使用的各?加热炉、热处理炉 反应炉等;燃料有煤气、天然气、油、电等[ 1]。温度控制系 ?的工艺过程?杂?变,具有不确定性,因?对系统?求更 先进的控制技?控制理?? ?程控制器(P LC )可编程控制器是一种工业控制?算机, 继承计算机、自动控制技?通信技?一体的新型? 置。它具有抗干扰能力强,价格便宜, ?性强,编程简 ,易?易用等特点,在工业?域中深受工程操作人员的喜? 因? PLC 已在工业控制的各??域中?泛地使用[2]? ?在控制?域中,虽然逐?采用了电子?算机这个先进技 ?具,特别?油化工企业普遍采用了分散控制系统(D CS 。但就其控制策略而言,占统治地位?仍然?规的 PID 控制 。P ID 结构简单、稳定性好、工作可靠、使用中不必弄清系统 数学模型[ 3]。P ID 的使用已经有 60 多年了,有人称赞它是控制 ?域的常青树? 组态软件是指一些数?集与过程控制的专用软件,它们? ?控制系统监控层一级的?平台和开发环境,使用灵活 的组态方式,为用户提供快速构建工业自?控制系统监控功 的、通用层?的软件工具。在组态?念出现之前,要实现某 一任务,都?过编写程序来实现的。编写程序不但工作量 、周期长,而且容易? ?不能保证工期。组态软件的 现,解决了这个??。?于过去需要几?的工作,通过组 几天就?完成.组态王?内一家较有影响力的组态软件 发公?开发的,组态王具有流程画面,过程数??录,趋势 曲线,报警窗口,生产报表等功能,已经在???域?应用[4] ? 1.2 温度控制系统的发展状? 温度控制系统在工业生产中获得了广泛的应用,在工农业生 、国防、?研以及日常生活等领域占有重?的地位。温度控 制系统是人类供热、取暖的主?设?的驱?来源,它的出现

今已有两百余年的历史。期间,从低级到高级,从简单到 杂,随着生产力的发展和?温度控制精度要求的不?高, 温度控制系统的控制技? 到迅速发展。当前比较流行的温 控制系统有基于单片机的温度控制系统,基于 PLC 的温度控 制系统,基于工控机( IPC )的温度控制系统,集散型温度控 系统(D CS ),现场总线控制系统(F CS )等? 单片机的发展历史虽不长,但它?体积小,成本低,功能 大和可靠性高等特点,已经在?多?域得到了广泛的应用。 片机已经由开始的 4 位机发展?2 ?机,其性能进一步得到改 善[ 5]。基于单片机的温度控制系统运行稳定,工作精度高。 相?其他温度系统而言,单片机响应速度?中?少, 利于在复杂 的,高?求的系统?用? PLC ?种数字控制专用电子?算机,它使用了可编程序存储 储存指令,执行?如逻辑、 序、?时、?数与演算等功能 并通过模拟和数字输入、输出等?件,控制各?机?或工 程序。P LC ?性高、抗干扰能力强、编程简单,易于? 人员掌握和使用,目前在工业领域上?广泛应用[6]。相对于 IPC ,D CS ,F SC 等系统而言,P LC ?有成?的优势。因此, PLC 占?着很大的市场份额,其前?很有前途? 工控机( IPC )即工业用个人?算机。I PC 的性能?、软件丰 富、价格低廉,应用日趋广泛。它能?适应多?工业恶劣? ?,抗?、抗高温、防灰尘,防?磁辐射。过去工业锅炉大 多用人工结合常??监控,一?难达到满意的结果,原 是工业锅炉的燃烧系统是一??变量输入的?杂系统。影响 烧的因素十分?杂,较??数?模型不易建立,以经典 P ID 为基础的常规仪表控制,已很难达到最佳状态。而?算机 提供了?如数字滤??分? PID ,选择? ID ?参数?定 各?灵活算法,以及“模糊判?功能,?规仪表和人力 难以实现或无法实现的[7]。在工业锅炉温度检测控制系统中 用控机工可大大改善了? 锅炉的监控品?提高了平均热 率[7]。但如果单独采用工控机作为控制系统,又有易干扰和 ?性差的缺点? 集散型温度控制系统( DCS )是一种功能上分散,?理上集中 上集?新型控制系统。与常??相比具有丰富的监控、 调?理功能等特点。D CS 的关??信。也?说数?? 分散控制系统 DCS 的脊柱。由于它的任务是为系统所有部件 间提供通信网络,因此,数据??的?计就决定了总体 的灵活性和安全 性。基本D CS 的温度控制系统提供了生产的自 动化水平和?理水平,能减少操作人员的劳动强度,有助于 高系统的效率[ 8]。但 DCS 在?备配?要求?络、控制器、电 源甚至模件等都为冗余结构,支持无扰切换和带电插拔,由 ?计上的高要求,?致D CS 成本?? 现场总线控制系统(F CS )综合了数字通信技??算机技? 自动控制技?网络技?智能?等?种技?段的系统

。其优势在于网络化、分散化控制。基 于总线控制系统(F CS )的温度控制系统具有高精度,高智能,便于管理等特点, FCS 系统由于信息处理现场化,能直接执行传感、控制、报警 计算功能。?且它?对现场???送器、执行器?进? 远程诊断、维护和组态,这是其他系统无法达到的[ 9]。但? FCS 还没有完全成熟,它才刚刚进入实用化的 现阶段,另一 方面,另一方面??现场总线的国际标准共?2 种之多, 给 FSC 的广泛应用添加了很大的阻力? 各?温度系统都有?的优缺点,用户需要根?际需要选 系统配置,当然,在实际运用中,为了达到更好的控制系统 ,可以采取??统的集成,做到互补长?? 温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛,但 生产的温度控制器来讲,总体发展水平仍然不高,同日本、 国、德国等先进国?相比有着较大??成熟产品主?以 点位”控制及常?的P ID 控制器为主。它?适应一?度系 统控制,难于控制滞后、?杂、时变温度系统控制。而适应 较高控制场合的智能 化、自适应控制?,国内技?不十 分成熟,形成商品化并在仪表控制参数的?定方?国? 有较?的成熟产品。但由于国?技?密及我国开发工作的 ?后,还没有开发出性能?的自整定?。控制参数大多 人工经验及现场调试 定。国外温度控制系统发展迅速,并 智能化、自适应、参数自整定等方面取得成 果。日?美 、德国、瑞典等技??先,都生产出了一批商品化的、性能 优异的温度控制器及仪器仪?并在各?业广泛应用。目前 国?温度控制系统及仪表? 朝着高精度、智能化、小型化 方面快速发展[ 10]? 1.3 ?的研究内? ??文主要是利用 PLC S7-200 采用 PID 控制技?一?度控制 统,要求稳定?不超过??℃,并且用组态软件实现在 监控。具体有以下几方面的内?? ?章,对P LC 系统应用的背?行了阐述,并介绍当前温度 控制系统的发展状况? ?章,简单?述了 PLC 的基??念以及组成? ?章,介绍了控制系统?计所采用的硬件连接、使用方法 及编程软件的简单介绍? ?章,介绍了本论文?到的一些算法技巧和思想,包括P WM 、P ID 控制、P ID 在PLC ?使用方法以及 PID 的参数整定方法? ?章,介绍了?计程序的设?思想和程序,包括助?符? 表和?图? ?章,介绍了组态画面的设?方法? ?章,进?系统设?,?验控制系统控制质量? ??对全文进行总结? ???程控制器的?? 2.1 ?程控制器的产?

?程控制器?种工业控制?算机,英文全称: Programmable Controller ,为了和?计算?PC)区分,一?其为 PLC 。可编程 控制?PLC)?承?算机、自动控制技?通信技?一体的 新型? 装置。其性能优越,已?泛地应用于工业控制的 各个领域? 20 世纪 60 年代,?算机技?始应用于工业控制领域,但由于 价格高、输入输出电?匹配、编程难度大,未能在工业领 ?得推广?   1968 年,美国的汽车制造公司通用汽车?(GM)提出了研制一 种新型控制器的?求,并从用户角度提出新一代控制器应具 十大条件,立即引起了开发热??969 年,美国数字设?? (DEC)研制出了世界上?一台可编程序控制器,并应用于通用 车?的生产线上? ?程控制器?世以来,发展极为迅速?971 年日?始生 产可编程控制?而?洲是 1973 开始的。?今,世界各国的一 些著名的电气工厂几乎都在生产?程控制器[11]。可编程控 器从诞生到现在经历了四?更新?,??-1 ?                     ?1-1   ?程控制器功能? 代?    器件    功能 ?代  ?1 位?理器    逻辑控制功能 ?代  ?8 位?理器及存储器    产品系列? ?代  ?高性能 8 位微处理器及位片式微处理? ?处理 度提高,向多功能及联网通信发展 ?代  ?16 位?2 位微处理器及高性能位片式微处理? ? 逻辑、运动、数??理、联网功能的多功? 2.2 ?程控制器的基?? PLC 从组成形式上一?为整体式和模块式两?。整体式 PLC 一 ? CPU 板、I/O 板、显示面板、内存和电源组成。模块式 PLC 一 ? CPU 模块、I /O 模块、内存模块、电源模块、底版或机架组成 。本论文实物采用的是模块式的 PLC ,不管哪种P LC ,都?于 线式的开发结构,其构成??-1 所?[12]? 1)    CPU (中??理器? 和一??一样, CPU ?机P LC 的核心,主?由运算器、控 制器、寄存器以及实现他们之间联系的地址总线、数?线 控制总线构成。C PU 在很大程度上决定了P LC 的整体性能,? 个系统的控制?模、工作速度和内存?量? CPU 控制着PLC 工作,通过读取、解释指令,指? PLC 有条不紊的 作? 2)    存储?      存储?内存)主要用?储程序及数据,是 PLC 不可 缺少的组成部分。P LC ?存储器一??统程序存储器和 户程序存储器两部分。系统程序一??家编写的,用户不 能修改;而用户程序是随P LC 的控制?象而定的,由用户根? ?象生产工艺的控制要求而编制的应用程序?

3) 输入输出模块      输入模块和输出模块通常称为 I/O 模块或I/O 单元。P LC 提 了各种工作电平、连接形式和驱动能力的I/O 模块,有各? 能的I/O 模块供拥护选用。按 I/O 点数?模块的?格和数量 I/O 模块???,但其最大数受P LC 所能?理的配置能力,即 底版的限制?   PLC 还提供了各?各样的特殊的 I/O 模块,??阻、热电偶 高速?算器、位?制、以?、现场总线、温度控制、中 ?制、声音输出、打印机等专?型或智能型模块,用以满足 各?特殊功能的控制?求。智能接口模块是一?的?算机 统,它有自己的 CPU 、系统程序、存储器及与 PLC 系统总线相连 接的?口? 4)编程装置 编程器作用是将用户编写的程序下载至P LC 的用户程序存储器 ,并利用编程器?查、修改和调试用户程序,监视用户程序 执?过程,显示P LC 状态、内部器?及系统的参数等。常见 编程器有简易手持编程器、智能图形编程器和基于P C 的专 编程软件。目前P LC 制造厂家大都开发了计算机辅助P LC 编程 ???当个人?算机安?了P LC 编程??后,?作图 形编程器,进行用户程序的编辑、修改,并通过?计算机 PLC 之间的通信接口实现用户程序的双向传 送、监? LC 运? 状态等? 5 )电?     PLC 的电源将外部供给的交流电?成供 CPU 、存储器等所 需的直流电,是整个 PLC 的能源供给中心。P LC 大都采用高质量 工作稳定性好、抗干扰能力?的开关稳压电源,许? PLC 电源 还可向?部提供直?4V 稳压电源,用于向输入接口上的接入 气元件供电,从而简化?围配?? ?章??配置和软件环? 3.1 实验配置 3.1.1 西门子S 7-200 S7-200 系列 PLC ??种不同的基本单元?种型号的扩展单元。 系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写 器、文?示器等。本论文采用的是 CUP224 。它具有 24 ?入 ?6 ?出点。S 7-200 系列的基?元??-1 所示[ 13]? 3.1.2 传感? ?偶是一种感温元件,它直接测量温度,并把温度信号? 成热电动势信号。常用热电偶?为标准热电偶和非标准 ?偶两大类。所调用标准?偶是指国家标 准?定了其热 势与温度的关系、允许??并有统一的标准分度表的热电 ,它有与其配套的显示??选用。非标准化热电偶在使 用范围或数量级上均不及标 准化?偶,一?没有统一的 度表,主要用于某些特殊场合的测量。标准化?偶我国从 1988 ??日起,热电偶和热电阻全部按I EC 国际标准生产?并指

定S、B、E、K、R、J、T七?标准化热电偶为我国统一设?型热 电偶。本论文才用的是 K 型热电阻[14]? 3.1.3 EM 231 模拟量输入模? 传感器?测到温度???1mv 的电压信号,系统需要配? 量输入模块把电压信号转换成数字信号再送入 PLC ?行? 。在这里,我?用了西门子 EM231 4TC 模拟量输入模块? EM231 ?偶模块提供一?便的,隔离的接口,用于七种热 偶类型:J、K、E、N、S、T和R型,它也允?连接?的模拟量 信号(± 80mV 范围),所有连到模块上的热电偶必须?同类型, 且最好使用带屏蔽的热电偶传感器? EM231 模块需要用户通过 DIP 开关进行选择的有:热电偶的类型 断线?查、测量单位、冷?偿和开?障方向,用户? 很方便地通过位于模块下部的组 态D IP 开关进行以上选择,? ?-2 所示。本设?采用的是 K 型热电偶,结合其他的需要,我 设置 DIP 开关为 00100000 ? 对于 EM231 4TC 模块,S W1 ~S W3 用于选择?偶类型,见表3-3 。S W4 没有使用,S W5 用于选择?检测方向, SW6 用于选择?进 ??检测, SW7 用于选择测量单位,S W8 用于选择?进?冷 ?补偿,??-4[15]? 为了使D IP 开关??作用,用户需要给 PLC 的电源断电再通电 ? 3.2 STEP 7 Micro/WIN32 ?介绍   STEP 7-MWIN32 编程??于W indows 的应用软件,?门子? 专门为S IMTIC S7-200 系列 PLC 设?开发的。??功能强大,界 面友好,并有方便的联机功能。用户可以利用??开发程 ,也可以实现监控用户程序的执?状态,??是S IMATIC S7-200 拥护不可缺少的开发工? 3.2.1 安? STEP 7-MWIN32 V4.0 在开始安装的时候是选择?界面,?于版?.0 来?,这时 没有选择?的,但可以先选择其他?,??-5 。等? 安?好之后再进??的切??     在安装的最后,会出现一??按照?的配?我 需要用 232 通信电缆,采用PPI 的通信方式,所以?选择 PPI/PC Cable(PPI),这?候在弹出来的窗口?择?地址,通信模 ,一?择默?就可以了,??-6 ? 如果想改变编程界面的?,可在软件的主界面的工具栏中 择 tools ?下选择 option 选项 ,在出现的界?选择 general,然 在右下?就可以选择?了。??-7 所示? 3.2.2 系统参数设置 系统块用来?置S 7-200 CPU 的系统选项 和参数等。系统块更改后 要下载到 CPU ?新的设置才能生效。系统块的???下, 要注意的? PLC 的地址默??,但??计中需?用到的地址 ?,??-8 。通信?的??同样的,我们用到的地址? ??-9 所示?

?3-9   通信?设置    ??控制算法描述 4.1 PWM 技? 脉?调制(P WM )是利用??理器的数字输出来对模拟电? 控制的一种非常有效的技?广泛应用在测量、通信、功率 制与变换的?多?域中? PWM ?种?模拟信号电平进?数字编码的方法。通过高分辨 计数器的使用,方波的占空比?调制用来对一?体模拟信 号的电平进?编码。P WM 信号仍然?字的,因为在给定的任 何时刻,满幅值的直流供电要么完全?ON),?么完全无(OFF) [16]? ??文中采样周期和加?期都?0 秒。采样后,根?? 大小进? PID 调节,转化得到一??间( 0-10 秒)作为下一 ??期的加热时间。例?温差大,加热时间就大,温? ,那么加?间就小。程序采用的?调和?两?式控 方式。在粗控调阶段,占空比恒为一。在?制阶段,占空 比就根据温差 不停地变化? 4.2 PID 控制程序设? 模拟量闭?制较好的方法之一是P ID 控制,P ID 在工业?域的 应用已经?0 多年,现在依然广泛地?用。人?应用的过 程中?了?多的经验,P ID 的研究已经到达一?较高的程 度? 比例控制(P)?种最简单的控制方式。其控制器的输出与输 ??号成比例关系。其特点?有快速反应,控制及时, 不能消除余差? 在积分控?I)?控制器的输出与输入??号的?成? 关系。积分控制可以消除余?但具有滞后特点,不能? ??进?有效的控制? 在微分控?D)?控制器的输出与输入??号的?(即 ?的变化率)成正比关系。微分控制具有超前作?它能预 ?变化的趋势。避免较大的?出现,微分控制不能消 余?? PID 控制,P、I、D各有?的优点和缺点,它?起使用的时 又和互相制约,但只有合理地选取 PID 值,就可以获得较高 控制质量[17]? 4.2.1 PID 控制算法 如图 4-1 所示, PID 控制器可调节回路输出,使系统达到稳定状 。偏差e和输入量 r 、输出量 c 的关?                          (4.2) 控制器的输出?                         (4.3) 上式?    ——P ID 回路的输?          ——比例系数P;           ——积分系数I;

         ——微分系数D; PID 调节器的传输函数为:                                     (4.4) 数字计算机?理这?数关系式,必须将连续函数离散化, 偏?期采样后,?算机输出值。其离散化的规律如表4-5 所 示: ?4-5   模拟与?散形? 模拟形式    离散化形? 所? ID 输出经过离散化后,它的输出方程为: ?.8 ?                            称为比例项;                           称为?项;                 称为?项; 上式??????一?样周期到当前采样周期的所 ???值[ 17]。?算中,没有必要保留所有的采样周期 ??,只需要保留积分项前值,计算机的处理就是按照这 ?思想。故?用PLC ? PID 指令实现位置式P ID 控制算法量[ 18] ? 4.2.2   PID 在PLC ?回路指令 现在很? PLC 已经具?了P ID 功能,S TEP 7 Micro/WIN 就是其中之一 的?用模块,有些?令形式。西门子 S7-200 系列 PLC ?用 是P ID 回路指令。??-7 ? ?-7   PID 回路指令 名称    PID 运算 指令格式    PID 指令表格式  ?PID TBL ,L OOP ?? 使用方法:当 EN ?执?条件存在时候,就可进? PID 运算。 令的两个操作数T BL 和L OOP ,T BL ??的起始地址,本文采 用的是V B100 ,因 为一个P ID 回路占用?2 ?节,所? D100 到V D132 都?占用了。L OOP ??,可以是 0~7 ,不?重?使用 。P ID 回路在PLC ??址分配情况如表4-8 所示? ?-8   PID 指令回路? 偏移地址    名称    数据类型    说明 0     过程变量(P Vn )  ?实数    必须?.0~1.0 之间 4     给定值( SPn )  ?实数    必须?.0~1.0 之间 8     输出值( Mn )  ?实数    必须?.0~1.0 之间 12     增益(K c )  ?实数    比例常数,可正可? 16     采样时间(T s )  ?实数    单位为s,必须是正数 20     采样时间(T i )  ?实数    单位为m in ,必须是正数 24     ?时间(T d )  ?实数    单位为m in ,必须是正数 28     ?项前值( MX )  ?实数    必须?.0~1.0 之间 32     过程变量前值( PVn-1 )  ?实数    必须?.0~1.0 之间 1)     回路输入输出变量的数值转换方?

??设定的温度是给定值S P ,需要控制的变量?子的 度。但它不完全?程变量P V ,过程变量P V 和P ID 回路输出有 。在??经过测量的温?信号?化为标准信号温度 才?程变量,所以,这两?不在同一?量值,需要他 ?比较,那就必须先作一下数??温度输入变量的?0 倍据??传感器输入的电压信号经过 EM231 ?后,?? 数值,他的值大小是实际温度的把 A/D 模拟量单元输出的整 值的 10 倍。但 PID 指令执?的数???数型,所以需要把 整数?成实数。使用指? TR 就可以了。???计中,是从A IW0 读入温度?感器?后的数字量。其?程序如下: MOVW    AIW0, AC1 DTR     AC1, AC1 MOVR    AC1, VD100 2) 实数的归一化?? 因为 PID ?了采样时间和 PID 的三?数?,其他几?数都 要求输入或输出?.0~1.0 之间,所以,在执行P ID 指令之前,必 须把 PV 和S P 的值作归一化?理。使它们的值都?.0~1.0 之间。 一化的??.9:                          ?.9 ? 式中,     ——标准化的实数值;             ——未标准化的实数?            ——补偿值或偏置,单极性为 0.0 ,双极性为 0.5;          ——值域大小,为最大允许值减去最小允许值, 单极性为 32000.双极性为 6400 ? ??用的?极性,故转换公式为:                  ?.10 ? 因为温度经过检测和?后,得到的值是实际温度?0 倍,所 以为了S P 值和 PV 值在同一?量值,我们输入 SP 值的时候应 是?一?实际温度 10 倍的 数,即想要?定目标控制温 为 100 ℃时,需要输入一?000 。另外一种实现方法就?在归 一化的时候,值域大小?缩小 10 倍,那么,填写目标温度 时候就?把实际值直接写进去[19]? 3)    回路输出变量的数?? ??计中,利用回?输出值来设定下一?期内的加? 。回?输出值是?.0~1.0 之间,是一?准化了的实数,在 输出变量传送给 D/A 模拟量单元之前,必须 把回?出变量转 成相应的整数。这一过程?数值标准化过程?                    ?.11 ? S7-200 不提供直接将实数一步转化成整数的指令,必须先将实 ?成双整数,再将双整数?成整数。程序?下: ROUND   AC1, AC1 DTI    AC1, VW34 4.2.3 PID 参数整定

PID 参数整定方法就是?调节器的比例系数 P 、积分时间T i 和?时间 Td ,改善系统的静态和动态特性,使系统的过渡 过程达到最为满意的质量指标?求。一?以通过理?计算 确定,但??大。目前,应用最多的还是工程整定法:如 验法、衰减曲线法、临界比例带法和反应曲线法? 经验法又?场凑试法,它不需要进行事先的计算和实验, 是根据运?经验,利用一组经验参数,根据反应曲线的效果 ?改变参数,?于温度控制系统,工程上已经有大量的经 验,其?律??-12 所示?                  ?4-12 温度控制器参数经验数? ?变量    规律的选择    比例度  ??时间(分钟)     ?时间(分钟) 温度    滞后较大    20~60     3~10     0.5~3 实验凑试法的整定步??先比例,再积分,最后微?? 1 )整定比例控?      将比例控制作用由小变到大,?察各次响应,直至得 反应?超调小的响应曲线? 2 )整定积分环? 先将步? 1 )中选择的比例系数减小为原来?0 ?0 %,再将? 时间??大值,观测响应曲线。然后减小积分时间, 大?作用,并相应调整比例系数,反复试凑至得到较满意 响应,确定比例和?的参数? 3 )整定微分环节环? 先置?时间 TD=0 ,逐渐加大 TD ,同时相应地改变比例系数和 分时间,反?试凑至获得满意的控制效果和P ID 控制参数[20] ? 根据反?的试凑,调出比较好的结果是P=120. I=3.0 D=1.0 ? ??程序设? 5.1 方?设?思路 PLC 采用的是的S 7-200 ,C PU ?24 系列,采用了 5 ?来显示过程 状态,分别?行灯,停止灯,温度?常灯,温度过高( 警示??和加???通过 5 ?的开关状况判? ?内的大?情况。K型传感器负责检测加??温度,把 度信号?成?应的电压信号,经过P LC 模数?后进?PID 节。根据P ID 输出值来控制下一?期内?0s )内的加?间 非加?间。在加热时间内使得继电器接通,那加?就可 处于加热状态,反之则停 止加热[ 21]? 1) ?连线如图 5-1 所示? 2) I/O 点地址分配如表5-2 所示? 地址    名称    功能 I0.1     ?按扭    按下开关,设?开始运? I0.2     开关按? ?按下开关,设?停?运? I0.3     保护按钮    按下开关,终?加热 Q0.0     运?? ??表示设?处于运?状?

Q0.1     停?? ??表示设?处于停?状? Q0.3     温度状态指示灯(?常  ??表示炉温在?常范 内 Q0.4     温度状态指示灯(危险)    ?表示炉温过高, ?于危险状? Q0.5     固态继电器    ?表示加热炉?处于加热阶? 3 )程序地址分配如表5-3 所示?                           ?5-3   内存地址分配 地址    说明 VD0     用户设定比例常数 P 存放地址 VD4     用户设定?常数 I 存放地址 VD8     用户设定?常数 D 存放地址 VD12     ?设定温度存放地址 VD16     系统运?时间秒存放地址 VD20     系统运?时间分钟存放地址 VD30     当前实际温度存放地址 VW34     一?期内加热时间存放地址 VW36     一?期内非加?间存放地址 4 ?PID 指令回路表??-4 所示?                          ?5-4   PID 指令回路? 地址    名称    说明 VD100     过程变量(P Vn )  ?必须?.0~1.0 之间 VD104     给定值( SPn )  ?必须?.0~1.0 之间 VD108     输出值( Mn )  ?必须?.0~1.0 之间 VD112     增益(K c )  ?比例常数,可正可? VD116     采样时间(T s )  ?单位为s,必须是正数 VD120     采样时间(T i )  ?单位为m in ,必须是正数 VD124     ?时间(T d )  ?单位为m in ,必须是正数 VD128     ?项前值( MX )  ?必须?.0~1.0 之间 VD132     过程变量前值( PVn-1 )  ?必须?.0~1.0 之间 5.2 程序流程? 程序流程图??-5 所示, 1 ?程序??程序? 5.3 助?符?言? 主程? LD      SM0.0                     //  SM0.0 常O N LPS                               // 将S M0.0 压栈 AR<=   VD30, 105.0                // 如果温度小于 105 ? S       Q0.3, 1                     // 使Q 0.3 保持 ON R       Q0.4, 1                     // 使Q 0.4 保持 OFF LPP                               // 弹出 SM0.0 AR>=   VD30, 105.0                // 如果温度大于 105 ? S       Q0.4, 1                    // 使Q 0.4 保持 ON R       Q0.3, 1                    // 使Q 0.3 保持 OFF LD      SM0.0

LPS A       I0.1                      // 按下?按扭 ,启动系? AN      I0.3                   // I0.3 为保护关开,一 ?况下保持 ON S       M0.1, 1 R       M0.2, 1 LPP A       I0.2                     // 按下关闭按扭 停止运? AN      I0.3 R       M0.1, 1 S       M0.2, 1 LD      SM0.0 AN      I0.3 LPS A       M0.1 S       M0.0, 1 R       Q0.1, 1                  // 使停止指示灯(Q 0.1 )O FF S       Q0.0, 1                  // 使运行指示灯(Q 0.0 )O N LPP A       M0.2 S       Q0.1, 1                  // 使停止指示灯(Q 0.1 )O N R       M0.0, 1 R       Q0.0, 1                  // 使停止指示灯(Q 0.0 )O FF LD      M0.0 CALL    SBR0                  // 调用子程? LD      M0.0 CALL    SBR1                  // 调用子程? LD      M0.0 LPS AN      M0.3 TON     T50, 100 LPP A       T50 =      M0.3                    //?0S 使中间继电器 M0.3 为O N LD      M0.3 CALL    SBR2                  //?0S 调用一次子程序 2 LD      M0.0

AN      I0.3 LPS AN      T52                    //T51 炉子一?期内 加?? TON     T51, VW34             //T51 炉子一?期内的非加 时间 LRD AN      T51 =      Q0.5                   //使继电器(Q 0.5 )接 通,炉子加热 LPP A       T51 TON     T52, VW36 子程? LD      M0.0 LPS AR<=   VD30, 84.0            //如果温度小于 84 ? S       I0.4, 1                 //使I 0.4 常O N R       I0.5, 1                 //使I 0.5 常O FF LPP AR>=   VD30, 84.0            //如果温度大于 84 ? S       I0.5, 1                 //使I 0.5 常O N R       I0.4, 1                 //使I 0.4 常O FF LD      M0.0                 //常O N 继电? AN      M0.6 A       I0.4                   //如果 I0.4 为O N ,则执 ?以下程序 MOVR    300.0, VD0            //输入 P ?00 到V D0 MOVR    999999.0, VD4        //输入 I ?99999.0 到V D4 MOVR    0.0, VD8             //输入 D ?.0 到V D8 MOVR    100.0, VD12          //输入设定温度?00.0 到V D12 LD      M0.0 AN      M0.6 A       I0.5                  //如果 I0.5 为O N ,则执? 以下程序 MOVR    120.0, VD0          //输入 P ?20.0 到V D0 MOVR    3.0, VD4            //输入 I ?.0. 到V D4 MOVR    1.0, VD8            //输入 D ?.0 到V D8 MOVR    100.0, VD12         //输入设定温度值, 100.0 到V D12 子程?1 LD      SM0.0 MOVR    VD12, VD104         //输入设定温度? /R      3200.0, VD104           //把?定值归一化?? MOVR    VD0, VD112          //输入 P 值到 PID 回路?

MOVR    10.0, VD116           //输入采样时间到P ID 回路? MOVR    VD4, VD120          //输入 I 值到 PID 回路? MOVR    VD8, VD124          //输入 D 值到 PID 回路? 子程? LD      M0.0 MOVW    AIW0, AC1             //采样温度,放于A IW0 ? DTR     AC1, AC1 MOVR    AC1, VD100 /R      32000.0, VD100           //把采样值归一化?? MOVR    AC1, VD30 /R      10.0, VD30                //把实际温度值放于V D30 ? LD      M0.0 PID     VB100, 0                 //调用 PID 指令 +R      10.0, VD16 MOVR    VD16, VD20            //计时 /R      60.0, VD20 LD      M0.0 MOVR    VD108, AC1            //控制器输? *R      100.0, AC1              //把输出值转化为下一周 的加?? ROUND   AC1, AC1 DTI     AC1, VW34 MOVW    +100, VW36          //下一周期的非加热时间 -I      VW34, VW36             ??组态画面?? 6.1 组态软件?? 组态软件是指一些数?集与过程控制的专用软件,?拥 提供?构建工业自动控制系统监控功能的、通用层?的软 件工具。组态软件一?文简称有三?,分 ? HMI/MMI/SCADA/.HMI/MMI 翻译为人机接口软件, SCADA 翻译为监视控制 数据采集?。国内?的主要产品有 wonderware ?的I nTouch ?,I ntellution ?的F IX ?,C IT ?的C itech ?,S imens ? 的W incc ?,亚控公司的组态王,华富?算机?的C ontrox ?,力控公司的 ForceControl ?和北?仓公司的 MCGS ?[22] ? 6.2 组态王的介? 组态王开发监控系统软件是众?组态软件里面的一种,组态 ??有丰富功能的 HMI/SCADA ?。可用于工业?化的 程控制和?理监控。它提供?集成、灵活、易用的开发环境 广泛的功能,能??建立、测试和部署?化应?来连 接、传递和记录实时信息。使用户?实时查看和控制工业 产过程。? 系统?文界?具有人机界面友好、结果可视 的优点。?用户而言,操作简单易学且编程简?参数输入与

改灵?具有多?或重复仿真运行的控制能力,?以实时地显 参数变化前后系统的特性曲?能很直?地显示控制系统的 时趋势曲线,这些很强的交互能力使其在?控制系统的实 中?发挥理想的效?[23]? 6.3 组态画面的建立 ??文的组态软件采用亚控公司的组态王 6.53 版本。组态软 提供了??化监控画?包括动画,实时趋势曲线,历史趋 曲线,实时数??历史数据??实时报?窗口,历 报警窗口,配方管理等等的功能。可方便地监视系统的运? 。并?在线?程序参数,有利于系统的性能发挥? 6.3.1 创建项目       双击组态王的快捷方式,出现组态王的工程?理器 口,双击新建按?按照弹出的建立向导,?工程名称。 后打开刚建立的工程。进入组态画面的设?,如图 6.1 所示? 1 )新建画? 进入工程管理器后,在画面右方双击“先建”,新建画面, 设置画面属性,如图 6.2 所示,包括画面名称,注释,画面 置,画面?格,画面类型和背???等。?下图。点击确定 就会出现,画面就会自动打开。画面的工具栏里?? 择工具箱,调色板,线形等在画面?示,这些在画图的时 经常需要用上? 2 )新建变? 要实现组态王对S 7-200 的在线监控,就先必须 建立两者之间的 系,那就需要建立两者间的数?量。基?型的变量? 分为“内存变量”和 I/O 变量?类。内存变量是组态王内部的 量,不跟?控的设?进?交换。而I/O 变量?者之间互 交换数?桥?,S 7-200 和组态王的数?换是双向的,一? 的数?生变化,另?一者的数据也跟着变化。。所以需要 创建连接前新建一些变量,如图 6.3 所示? ?? PLC 用内存V D30 来存放当前的实际温度值。并规定温度 超过 105 ℃为温度过高,立刻?作出相应警示信号? 点击工程管理器中的“数?典”再双击右边窗口的新建, 出现的定义变量口中?相应的?求项 ,并?“报警定义 中设定报?,??.4 所示? 6.3.2 建立主画?  如图 6.5 所示,在?画面?仿真实物设?的连接,通过设 开关按?关闭按扭来控制系统的?和停?旁边的指示 ?与Q 0.0 对应绿色表示系统在运 行,红色表示系统停?运 ?。加?的指示灯?示加?的加?态,与Q 0.5 对应绿 (亮),表示系统处于加热状态,黑色(暗)表示炉正? 加?态?炉子的温度可以在画面?示出来? 6.3.3 建立趋势曲线画面 实时趋势曲线?工具箱中双击后在画面直接获得。实时趋 曲线随时间变化?卷动,可?反应变量的新变化,但不

能查询过去的情况,其画面时间跨度??过动画连接中 表示定义??,一?面最多可以??条曲线,?? 要用到两条曲线,绿色曲线表示设定的温度,红色曲线表示 当前实际温度。X方向表示 时间,Y方向表示变量的量程百份 。Y轴上不能直接出现实际的过程值,但可以通过工具箱的 本进?对应的标记,????量程?00 ℃,?.50 ?的X 向表示 100 ℃。另外,在画?设置了返回按?点击就可 返回到主画???.6 所示? ? 历史趋势曲线?图库管理器中得到。历史趋势曲线可以查 查询过去的情况。?历史趋势曲线需要事先建立两?存变 ,分表?整跨度和举动百分比。调整跨度是为了设置画面 跨度的时间。以秒为单位,可以输?600 ,,表示跨度? ? 时。卷动百分比?了控制一次卷动的时间跨度,最小值是 0 ,最大值是 100 。历史趋势曲线可设置 8 条曲线,??用了 两条。X表示时间,Y表示百分 比,需要另外标识实际的温度 ? 另?,画?设置了炉温度的在某?时间内的最大值最小值 平均值,时间段可以在画面?过按扭选择。这里需要应 到一? 数, HTGetValueAtZone ,例如,需要输出最小值,那么 需要输入函数H TGetValueAtZone ( 历史曲线,2, "MinValue" );,??.7 所 示? 6.3.4 建立数据报表 1 )建立实时数??  数据报表?应生产过程中的数?状态等,并对数? ?录的一种重要形式。数?表有实时数据报表和历史数? ?既能反应系统实时的运行情况,也能监测长期的系统运 行状况? 在组态王的工具?内选择“报表工具”,在数?表画? 制报表,双击窗口灰色部分,在弹出的画面?写控件名为 实时数?表”,并?定?数和列数? 设置报表时间:在 B4 ,C 4 单元??入?Date($?$?$? ”和 ?Time($?$?$?”,这样在系统运行的时候, B4 就可以显示当 前的日期,C 4 ??显示当前时间? 显示变量的实际值:利用数据改变命令?和报表函数。选 ? A4 单元,在数据改变命令??? eportSetCellValue("实时 表",4,1 , 当前实际温度 VD30);,??.8 所示? 2 )建立历史数?? 如图 6.9 所示,创建历史报表和表格样式?计与实时数据报表 一样,并可以通过调用历史报表查?函数实现。在画面? 一??命名为报表查?在“弹?时”命令?言?入 史查询函数: ReportSetHistData2();。在设置报表的格式可以根 ?际需要??在组态王运?的时候可以进行相?数据变量的 择?

6.3.5 建立报?窗口 1)    历史报?? 在工具??用报?窗口工具,在面板?制报警窗口,添 文本等就?? 如图 6.10 所示。由于前面已经??报?变量,所以当变量 超过所设置的温度时,那就会在报警画???录? 6.10 历史报?设置 2)    实时报?窗口 其制作过程和历史报?窗口类似,不同的?实时报?画面 ??弹出来的,所以必须在新建画面的时候,把大小调好,并 择??盖式”。画面的?弹出,在?件命令?言? 入 showpicture("实时报?窗口");\\?点\$新报?0;,这样每次 报?有产生,就会立刻出报警画???.11 所示? 6.11   实时报?设置 6.3.6 建立参数监控画面 此画面可在线查看当前程序的参数,分别有?定的温度、当 实际温度、运行时间,比例系数 P ,积分系数I,微分系数D 可以通过手动按扭和自动按??PID 参数的选择。双击自 按?系统按程序初始的 PID 参数进?控制,双击手动按? ?线修改P ID 参数,并使得程序在?定的 PID 参数下运行。当 然,也可以修改?定的?温度值,如图 6.12 所示? ??系统测试 组态王和P LC 编程?不能同时?,因为他?用的?一 ??口,要想在线利用组态王监控程序,那就先必须 在关? 态王的情况下,先把P LC 程序下载到P LC ?并且运?程序,再 把编程软件关?才可以启动组态王,这样就?利用组态 在线监控了? 7.1 ?组态王 打开组态王的项?程?理器,点击窗口栏?W IEW ”或者在 画面?击右?选择“切换到 VIEW ”,?组态王,进入主 画面。这?候,系统会自动打 开一??口,?通过 信息窗口来知道,组态王的运行情况以及和 PLC 的连接是否成 功。?果连接不成功,会出现通信失败的提示?言,那就? 明原因,否 则不能监控。?果提示连接?备成功,窗口会显 示开始?录数?那就表示?开始系统的运?了? 进入系统的主画面后,如图 7.2 所示。?果没有点击启动按? PLC ??于待命停止阶段的,指示灯?色的。当?? 始系统运行的时候,单击???就相当于按下连在 PLCI0.1 口的开关,程序进入加热模式,指示灯变绿,?时开 。炉子里的灯相当于实物中加热炉的加热指示?两者亮暗 步伐? 步的。?果点击关??相当于按下P LC ? I0.2 想连接的关闭开关,系统进入停?阶?。画面的下方设置? ?接,?点击进入选?画面。?果提?连接设?成功,窗 口会显示开始?录数?那就表示?开始系统的运?了?

7.2 参数监控和?? 如图 7.3 所示,画面的上半部分可以查询当前的实际温度和系 统运行时候的 PID 参数,还?观察系统运?了?少时间。下 半部分??变系统的运?参数。点 击“手动”按?? 在下面的 PID 参数栏中输入新的 PID 值,系统在下一采样周期就 以按照?定的参数执?。?果想恢?默?的参数值,? 击“自动?按扭,点击按?,系统又恢?到原来的默?参 。按?的灯?来显示系统?处于?种模式下运?? 7.3 报?信息提示 报?窗口实时报?窗口和历史报警窗口,实时报?窗口? 用户?于哪??一旦满足报警条件,实时报?窗口就会 弹出来,提示用户,本论文?报?窗口?设置了两?? 一?停?按扭,按下就会使程序进?停?模式,用于应 ,如果用户觉得引起报?的事件还不足于停止?备的运?, 就可以点退出按?退?实时报?窗口。实时报警不能? 。只能显示当前的报?事件 历史报?窗口?责?录过去系统的报?事件,它不会? 出来,用户需要切换到他的画面进?查?? 系统??定了一旦温度超?05 ℃就报?,但实际操作?如 没有特殊的情况,一?会出现那么大的超调,下面的画 是人为的使系统温度过高,来测试一下报警的功能,??.4 和图 7.5 所示? 7.4 报表系统查? 数据报表有利于工程人员进行统计、分析和处理。组态王提 的是内嵌式报表系统,?按自己意愿??表格式,下图 ??实时数据报表和历史数?表? 7.5 趋势曲线监控 7.5.1 实时趋势曲线 进入此画??看到当前实际温度和?定目标温度两条曲 的实时走势。蓝色线表示设定温度的趋势曲?红色表示当前 实际温度的趋势曲?通过两个曲线的比,?清?地监视实际 度曲线的动态特?这可为系统调试提供一定的?.?按 回按?到主画面? 7.5.2 分析历史趋势曲线 此画面可以?录系统自?以来的数?化,主??际温 度的反应曲线。画??查看时间,和对应的数值,并? 了某个区间内的最大值、最小值和平均值, 这个区间? 随意选择的。这样就?通过画面上的按钮查看曲线任意一 点或一段内的某些值,例?超调量,调节时间,振动周期和 定?等等? 如图 7.8 所示,该曲线是采用粗调和细调程序控制下的反应曲 线,?看出,调节时间约?0 分钟,最大超调量?.5 ℃,就 ?大超调量也在?的温度之内,而且调节时间很短,只 ?0 分钟。而且稳定的温度?负不超过 0.5 ℃,?在允许的

围内? 下面来与没有使用粗调和细调控制的程序的效果比较一下。 用组态王的参数监控画面的参数?功能,使程序从一开 就在P=120 ,I=3.0 ,D=1.0 的参数下运?。得到的曲线图?下, 曲线图?道,虽然程序能把温度控制,控制精度也算不错 但它的调节时间是大约 15 分钟,最大超调量?.8 ℃。在?90 ℃以前,它的曲线上升速度?够上图的曲线?没有充分 用加热管的作用? ?.10 ?应曲线从室温升到稳定 60 ℃以后,运?一小时利用 参数监控和?定画?的在线修改程序功能,把?定温度从 来?0 ℃变?0 ℃,再运行一小时,然?再循?运?一次。 图中?道,系统具有?反应的特点,一旦修改了设定 度,系统能?地跟踪,而且很快就能稳定下来,在稳定的 程中,具有小超调?运?一?时,?变量都在允?地范 围内波动,稳定性很好。由此可见,此系统具有反应迅速, 干扰能力强,稳定性好,控制精度高的优点? ???? ?成功的运用了组态王和S 7-200 设?了一?机监控的温度 控制系统,系统采用位? PID 控制,结合了粗调和微调思想 ,得到了一?应迅速,控制?度高、稳定可靠的温度控制 统。实验表明,使用粗调和微调程序控制的系统比只使用单 PID 参数控制的系统性能更为优越,它具有更小的最大超调 和调节时 间? 组态王操作方便,功能强大,为我?调试程序和系统测试 时候提供了很大的帮助。通过实时趋势曲线?很好地了 系统的动态特性;通过历史趋势曲线??成历史数?查 工作;报表系统反应了系统的实时和历史的运行情况;报? 功能使得系统运?更为安全。?计实验结果?合我?期望 ? 当然,但此温度监控系统存在一些不足: 其一,系统的?应性不够强。由于?系统散热很慢,控制 外界温度(周围气温)的改变密切相关,在不同的室温下虽 然最终都能把温度控制在?求的范围内,但调节时间有时候 过大? 其二,程序采用的粗调和微调的程序,但?两组固定的控 参数,相比现在一些智能控制系统就显得不?智能,?果采 取更为先进的控制方法,控制效果可以得到进一步的提高? 其三,人机界面?计不够好,在画面布局和功能?定方? 友好,对于工程操作人员来?显得有点复杂,不容易?懂 ? 展望?的温度控制系统,将朝着采用先进的控制理论、方 和技?先进控制系统发展。高精度,高智能将是温度控制 系统追求的目标? 分享到: 分享到网易微?分享到人人网 分享到开心网 分享

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