基于西门子 s7-200 plc 的温度控制系统设计毕业论文• 摘要:基于西门子 s7-200 plc 的温度控制系统设计毕业论文本文摘自单片机开发平 章 前 言 1.1 课题研究背景 温度是工业生产中常见的工艺 ... 基于西门子 s7-200 plc 的温度控制系统设计毕业论文 本文摘自单片机开发平章 前 言1.1 课题研究背景 温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。
在科学研究和生产实践的诸多领域中 温度控制占有着极为重要的地位 特别是在冶金、 化工、 建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。
对于不同生产情况和工艺要求下 的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案 也有所不同。
例如冶金、机械、食品、 化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、 热处理炉、 反应炉等； 燃料有煤气、 天然气、 油、电等[1]。
温度控制系统 的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先 进的控制技术和控制理论。
可编程控制器（plc）可编程控制器是一种工业控制计算机，是继续计算机、自动控制技术 和通信技术为一体的新型自动装置。
它具有抗*力强，价格便宜， 可靠性强，编程简 朴，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此 plc 已在工业控制的各 个领域中被广泛地使用[2]。
目前在控制领域中， 虽然逐步采用了电子计算机这个*技术工具， 特别是石油化工企业普 遍采用了分散控制系统（dcs）。
但就其控制策略而言，占统治地位的 仍旧是常规的 pid 控制。
pid 结构简朴、稳定性好、工作可靠、使用中不必弄清系统的数学模型[3]。
pid 的使 用已经有 60 多年了，有人称赞它是控制领 域的常青树。
组态软件是指一些数据采集与过程控制的软件， 它们是在自动控制系统监控层一级的软 件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动 控制系统监控功 能的、通用层次的软件工具。
在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序来 实现的。
编写程序不但工作量大、周期长，而且轻易犯错 误，不能保证工期。
组态软件的 出现，解决了这个问题。
对于过去需要几个月的工作，通过组态几天就可以完成.组态王是 海内一家较有影响力的组态软件开发公司 开发的，组态王具有流程画面，过程数据记录， 趋势曲线，报警窗口，生产报表等功能，已经在多个领域被应用[4]。
1.2 温度控制系统的发展状况 温度控制系统在工业生产中获得了广泛的应用，在工农业生产、国防、科研以及日常生活等 领域占有重要的地位。
温度控制系统是人类供热、取暖的主要设备的驱动 来源，它的出现 迄今已有两百余年的历史。
期间，从低级到高级，从简单到复杂，随着生产力的发展和对温 度控制精度要求的不断提高，温度控制系统的控制技术得 到迅速发展。
当前比较流行的温 度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，集散型温度控制系统（dcs），现场总线控制系统（fcs）等。
单片机的发展历史虽不长，但它凭着体积小，成本低，功能强盛和可靠性高等特点，已经在 许多领域得到了广泛的应用。
单片机已经由开始的 4 位机发展到 32 位 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。
但相对其他温度系统而言， 单片机响应速度慢、中断源少，不利于在复杂 的，高要求的系统中使用。
plc 是一种数字控制电子计算机，它使用了可编程序存储器储存指令，执行诸如逻辑、
顺序、计时、计数与演算等功能，并通过模仿和数字输入、输出等组 件，控制各种机械或 工作程序。
plc 可靠性高、抗*力强、编程简单，易于被工程人员把握和使用，目前在 工业领域上被广泛应用[6]。
相对于 ipc，dcs，fsc 等 • 摘要:系统而言，plc 是具有成本上的优势。
因此，plc 占领着很大的*，其前景 也很有前途。
工控机 （ipc）即工业用个人计算机。
ipc 的性能可靠、软件丰富、 价格低廉， 应用日趋广泛。
它能够适应多种工业恶劣环境，抗 ... • 系统而言，plc 是具有成本上的优势。
因此，plc 占领着很大的*，其前景也很有 前途。
工控机（ipc）即工业用个人计算机。
ipc 的性能可靠、软件丰富、价格低廉，应用日趋广 泛。
它能够适应多种工业恶劣环境，抗振动、抗高温、防灰尘，防电 磁辐射。
过去工业锅 炉大多用人工结合常规仪表监控， 一般较难达到满意的结果， 原因是工业锅炉的燃烧系统是 一个多变量输入的复杂系统。
影响燃烧的因素十分复 杂，较准确的数学模型不易建立，以 经典的 pid 为基础的常规仪表控制，已很难达到状态。
而计算机提供了诸如数字滤波， 积分分离 pid，选择性 pid。
参数自整定等各种灵活算法，以及“模糊判定”功能，是常规 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采用控机工可大大 改善了对 锅炉的监控品质，提高了平均热效率[7]。
但假如单独采用工控机作为控制系统， 又有易干扰和可靠性差的缺点。
集散型温度控制系统（dcs）是一种功能上分散，治理上集中上集中的新型控制系统。
与常 规仪表相比具有丰富的监控、协调治理功能等特点。
dcs 的要害是通 信。
也可以说数据公 路是分散控制系统 dcs 的脊柱。
由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络，因此， 数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全 性。
基本 dcs 的温度控制系统提供了生 产的自动化水平和管理水平，能减少操作人员的劳动强度，有助于提高系统的效率[8]。
但 dcs 在设备配置上要求网 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，由于设计上的高要求，导致 dcs 成本太高。
现场总线控制系统（fcs）综合了数字通信技术、计算机技术、自动控制技术、网络技术和 智能仪表等多种技术手段的系统。
其优势在于网络化、 分散化控制。
于总线控制系统 基 （fcs） 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、报警和计算功能。
而 且它可以对现场装置(含变送器、执行器等)进 行远程诊断、维护和组态，这是其他系统无法达到的[9]。
但是，fcs 还没有*成熟，它 才刚刚进入实用化的 现阶段，另一方面，另一方面， 目前现场总线的标准共有 12 种 之多，这给 fsc 的广泛应用添加了很大的阻力。
各种温度系统都有自己的优缺点，用户需要根据实际需要选择系统配置，当然，在实际运用 中，为了达到更好的控制系统，可以采取多个系统的集成，做到互补长短。
温度控制系统在海内各行各业的应用虽然已经十分广泛， 但从生产的温度控制器来讲， 总体 发展水平仍旧不高，同日本、美国、德国等*相比有着较大差距。
成熟产品主要以 “点位”控制及常规的 pid 控制器为主。
它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后、复 杂、时变温度系统控制。
而适应于较高控制场合的智能 化、自适应控制仪表，国内技术还 不十分成熟，形成商品化并在仪表控制参数的自整定方面，国外已有较多的成熟产品。
但由 于*保密及我国开发工作的滞 后，还没有开发出性能可靠的自整定软件。
控制参数 大多靠人工经验及现场调试确定。
国外温度控制系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数 自整定等方面取得成 果。
日本、 美国、 德国、 瑞典等技术， 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表，并在各行业广泛应用。
目前，国外温度控制系统及仪表 正 朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展[10]。
1.3 本文的研究内容 本论文主要是利用 plc s7-200 采用 pid 控制技术做一个温度控制系统，• 摘要:要求稳定 误差不超过正负 1℃， 并且用组态软件实现在线监控。
详细有以下几方面的内容： 章， 对 plc 系统应用的背景进行了阐述，并介绍当前温度控制系统的发展状况。
第二章，简单 概述了 plc 的基本概念以及组成。
... • • 要求稳定误差不超过正负 1℃，并且用组态软件实现在线监控。
详细有以下几方面的内 容： 章，对 plc 系统应用的背景进行了阐述，并介绍当前温度控制系统的发展状况。
第二章，简单概述了 plc 的基本概念以及组成。
第三章，介绍了控制系统设计所采用的硬件连接、使用方法以及编程软件的简单介绍。
第四章，介绍了本论文中用到的一些算法技巧和思想，包括 pwm、pid 控制、pid 在 plc 中 的使用方法以及 pid 的参数整定方法。
第五章，介绍了设计程序的设计思想和程序，包括助记符语言表和梯形图。
第六章，介绍了组态画面的设计方法。
第七章，进行系统设计，检验控制系统控制质量。
第八章对全文进行总结。
第二章 可编程控制器的概述 2.1 可编程控制器的产生 可编程控制器是一种工业控制计算机，英文全称：programmable controller，为了和个人 计算机(pc)区分，一般称其为 plc。
可编程控制器(plc)是继续计算机、自动控制技术和通 信技术为一体的新型自动 装置。
其性能优越，已被广泛地应用于工业控制的各个领域。
20 世纪 60 年代，计算机技术开始应用于工业控制领域，但由于价格高、输入输出电路不匹 配、编程难度大，未能在工业领域中获得推广。
1968 年，美国的汽车制造公司通用汽车公司(gm)提出了研制一种新型控制器的要求，并从 用户角度提出新一代控制器应具备条件，立刻引起了开发热潮。
1969 年，美国数字设 备公司(dec)研制出了世界上台可编程序控制器，并应用于通用汽车公司的生产线上。
可编程控制器自问世以来，发展极为迅速。
1971 年日本开始生产可编程控制器，而欧洲是 1973 开始的。
如今，世界各国的一些闻名的电气工厂几乎都在生产可编程控制器[11]。
可 编程控制器从诞生到现在经历了四次更新换代，见表 1-1。
表 1-1 可编程控制器功能表 代次 器件 功能 代 1 位处理器 逻辑控制功能 第二代 8 位处理器及存储器 产品系列化 第三代 高性能 8 位微处理器及位片式微处理器 处理速度提高，向多功能及联网通信发展 第四代 16 位、32 位微处理器及高性能位片式微处理器 逻辑、运动、数据处理、联网功能 的多功能 2.2 可编程控制器的基本组成 plc 从组成形式上一般分为整体式和模块式两种。
整体式 plc 一般由 cpu 板、i/o 板、显示 面板、内存和电源组成。
模块式 plc 一般由 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 plc，都是属于总线式的开 发结构，其构成如图 2-1 所示 [12]。
1) cpu（*处理器） 和一般的微机一样，cpu 是微机 plc 的核心，主要由运算器、控制器、寄存器以及实现他们 之间联系的地址总线、 数据总线和控制总线构成。
在很大程度上决定了 plc 的整体性能， cpu 如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量。
cpu 控制着 plc 工作，通过读取、解释指令，指导 plc 有条不紊的工作。
2) 存储器 存储器（内存）主要用语存储程序及数据，是 plc *的组成部分。
plc 中的存储器一 般包括系统程序存储器和用户程序存储器两部分。
系统程序一般由厂 家编写的，用户不能 修改； 而用户程序是随 plc 的控制对象而定的， 由用户根据对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。
plc 提供了各种工作电平、连接形式和 驱动能力的 i/o 模块，有各种功能的 i/o 模块供拥护选用。
按 i/o 点数确定模块的规格和 数量，i/o 模块可多可少，但其大数受 plc 所能管理的配置能力，即底版的限制。
• 摘 要: plc 还提供了各种各样的非凡的 i/o 模块， 如热电阻、 热电偶、 高速计算器、 位置控制、 以太网、现场总线、温度控制、中断控制、声音输出、打印机等 型或智能型模块，用 以满意各种非凡功能的控制要求。
智能接口 ... • • plc 还提供了各种各样的非凡的 i/o 模块，如热电阻、热电偶、高速计算器、位置控制、以 太网、现场总线、温度控制、中断控制、声音输出、打印机等 型或智能型模块，用以 满意各种非凡功能的控制要求。
智能接口模块是一独立的计算机系统，它有自己的 cpu、系 统程序、存储器及与 plc 系统总线相连接的接 口。
4)编程装置 编程器作用是将用户编写的程序下载至 plc 的用户程序存储器， 并利用编程器检查、 修改和 调试用户程序，监视用户程序的执行过程，显示 plc 状态、内部器件 及系统的参数等。
常 见的编程器有简易手持编程器、智能图形编程器和基于 pc 的编程软件。
目前 plc 制造 厂家大都开发了计算机辅助 plc 编程支持软件，当个人计算机安装了 plc 编程支持软件后， 可用作图形编程器，进行用户程序的编辑、修改，并通过个人计算机和 plc 之间的通信接口 实现用户程序的双向传 送、监控 plc 运行状态等。
5）电源 plc 的电源将外部供应的交流电转换成供 cpu、存储器等所需的直流电，是整个 plc 的能源 供应*。
plc 大都采用高质量的工作稳定性好、抗*力强 的开关稳压电源，许多 plc 电源还可向外部提供直流 24v 稳压电源， 用于向输入接口上的接入电气元件供电， 从而简化 外围配置。
第三章 硬件配置和软件环境 3.1 实验配置 3.1.1 西门子 s7-200 s7-200 系列 plc 可提供 4 种不同的基本单元和 6 种型号的扩展单元。
其系统构成包括基本
单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。
本论文采用的是 cup224。
它 具有 24 个输入点和 16 个输出点。
s7-200 系列的基本单元如表 3-1 所示[13]。
3.1.2 传感器 热电偶是一种感温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号。
常用热电偶 可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。
所调用标准热电偶是指标 准规定了其热电 势与温度的关系、答应误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可 供选用。
非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标 准化热电偶，一般也没有统一的 分度表，主要用于某些特殊场合的测量。
标准化热电偶我国从 1988 年 1 月 1 日起，热电偶 和热电阻全部按 iec 标准生产， 并 s、b、e、k、r、j、t 七种标准化热电偶为我 国统一设计型热电偶。
本论文才用的是 k 型热电阻[14]。
3.1.3 em 231 模仿量输入模块 传感器检测到温度转换成 0～41mv 的电压信号， 系统需要配置模拟量输入模块把电压信号转 换成数字信号再送入 plc 中进行处理。
在这里，我们选用了西门子 em231 4tc 模拟量输入模 块。
em231 热电偶模块提供一个方便的，隔离的接口，用于七种热电偶类型：j、k、e、n、s、t 和 r 型，它也答应连接微小的模拟量信号(±80mv 范围)，所有连到模块上的热电偶必须是 相同类型，且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、断线检查、测量单位、冷 端补偿和开路故障方向，用户可以很方便地通过位于模块下部的组 态 dip 开关进行以上选 择，如图 3-2 所示。
本设计采用的是 k 型热电偶，结合其他的需要，我们设置 dip 开关为 00100000。
对于 em231 4tc 模块，sw1～sw3 用于选择热电偶类型，见表 3-3 。
sw4 没有使用，sw5 用于 选择断线检测方向，sw6 用于选择是否进行断线检测，sw7 用于选择测量单位，sw8 用于选 择是否进行冷端补偿，见表 3-4[15]。
为了使 dip 开关设置起作用，用户需要给 plc 的电源断电再通电。
3.2 step 7 micro/win32 软件介绍 step 7-mwin32 编程软件是基于 windows 的应用软件，是西门子公司专门为 simtic s7-200 系列 plc 设计开发的。
该软件功能强盛，界面友好，并有方便的联机功能。
用户可以利用该 软件开发程序，也可以实现监控用户程序的执行状态，该 软件是 simatic s7-200 拥护不可 缺少的
• 开发工具 3.2.1 安装 step 7-mwin32 v4.0 在开始安装的时候是选择语言界面，对于版本 4.0 来说，这时候没有选择中文的，但可以先 选择其他语言，见图 3-5。
等软件安装好之后再进行语言的切换。
在安装的后，会出现一个界面，按照硬件的配置，我们需要用 232 通信电缆，采用 ppi 的通信方式，所以要选择 ppi/pc cable(ppi)，这个时候在弹出来的窗口中选择端口地址， 通信模式，一般选择默认就可以了，见图 3-6。
假如想改变编程界面的语言，可在软件的主界面的工具栏中选择 tools 目录下选择 option 选项，在出现的界面中选择 general 然后在右下角就可以选择中文了。
见图 3-7 所示。
3.2.2 系统参数设置 系统块用来设置 s7-200 cpu 的系统选项和参数等。
系统块更改后需要下载到 cpu 中，新的 设置才能生效。
系统块的设置如下， 需要注重的是， 的地址默认是 2， plc 但本设计中需要 用 到的地址是 1，如图 3-8。
通信端口的设置，同样的，我们用到的地址是 1，如图 3-9 所示。
图 3-9 通信端口设置第四章 控制算法描述 4.1 pwm 技术 脉宽调制 （pwm） 是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术， 广泛应用在测量、通信、功率控制与变换的许多领域中。
pwm 是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。
通过高分辨率计数器的使用，方波的占空 比被调制用来对一个详细模拟信号的电平进行编码。
pwm 信号仍然是数字的，因为在给定的 任何时刻，满幅值的直流供电要么*有(on)，要么*无(off) [16]。
本论文中采样周期和加热周期都是 10 秒。
采样后，根据温差的大小进行 pid 调节，转化得 到一个加热时间 （0-10 秒） 作为下一个加热周期的加热时间。
例如 温差大， 加热时间就大， 温差小，那么加热时间就小。
程序采用的是粗调和微控两段式控制方式。
在粗控调阶段，占 空比恒为一。
在微控制阶段，占空比就根据温差 不停地变化。
4.2 pid 控制程序设计
模拟量闭环控制较好的方法之一是 pid 控制，pid 在工业领域的应用已经有 60 多年，现在 依然广泛地被应用。
人们在应用的过程中积累了许多的经验，pid 的研究已经到达一个比较 高的程度。
比例控制(p)是一种的控制方式。
其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。
其特 点是具有快速反应，控制及时，但不能消除余差。
在积分控制(i)中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。
积分控制可以消除余 差，但具有滞后特点，不能快速对误差进行有效的控制。
在微分控制(d)中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。
微分控制具有超前作用，它能猜测误差变化的趋势。
避免较大的误差出现，微分控制不能消 除余差。
pid 控制，p、i、d 各有自己的长处和缺点，它们一起使用的时候又和互相制约，但只有合 理地选取 pid 值，就可以获得较高的控制质量[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，使系统达到稳定状态。
偏差 e 和输入量 r、输 出量 c 的关系: (4.2) 控制器的输出为: (4.3) 上式中 ——pid 回路的输出; ——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) 数字计算机处理这个函数关系式，必须将连续函数离散化，对偏差周期采样后，计算机输出 值。
其离散化的规律如表 4-5 所示： 表 4-5 模拟与离散形式 模拟形式 离散化形式 所以 pid 输出经过离散化后，它的输出方程为 • • 吉杰博客 • • 楼主 发表于 2009-05-26 21:06:12 引用 1 楼 • 摘要: 式 4.8 中， 称为比例项； 称为积分项； 称为微分项； 上式中，积分项 是包括 个采样周期到当前采样周期的所有误差的累积值[17]。
计算中 ... • • 式 4.8 中， 称为比例项；
称为积分项； 称为微分项； 上式中， 积分项 是包括个采样周期到当前采样周期的所有误差的累积值[17]。
计算中， 没有必要保留所有的采样周期的误差项， 只需要保留积分项前值， 计算机的处理就是按照这 种思想。
故可利用 plc 中的 pid 指令实现位置式 pid 控制算法量[18]。
4.2.2 pid 在 plc 中的回路指令 现在很多 plc 已经具备了 pid 功能，step 7 micro/win 就是其中之一有的是模块，有 些是指令形式。
西门子 s7-200 系列 plc 中使用的是 pid 回路指令。
见表 4-7。
表 4-7 pid 回路指令 名称 pid 运算 指令格式 pid 指令表格式 pid tbl，loop 梯形图 使用方法： en 端口执行条件存在时候， 当 就可进行 pid 运算。
指令的两个操作数 tbl 和 loop， tbl 是回路表的起始地址，本文采用的是 vb100，因 为一个 pid 回路占用了 32 个字节，所 以 vd100 到 vd132 都被占用了。
loop 是回路号，可以是 0~7，不可以重复使用。
pid 回路在 plc 中的地 址分配情况如表 4-8 所示。
表 4-8 pid 指令回路表 偏移地址 名称 数据类型 说明 0 过程变量（pvn） 实数 必须在 0.0~1.0 之间 4 给定值（spn） 实数 必须在 0.0~1.0 之间 8 输出值（mn） 实数 必须在 0.0~1.0 之间 12 增益（kc） 实数 比例常数，可正可负 16 采样时间（ts） 实数 单位为 s，必须是正数 20 采样时间（ti） 实数 单位为 min，必须是正数 24 微分时间（td） 实数 单位为 min，必须是正数 28 积分项前值（mx） 实数 必须在 0.0~1.0 之间 32 过程变量前值（pvn-1） 实数 必须在 0.0~1.0 之间 1) 回路输入输出变量的数值转换方法 本文中，设定的温度是给定值 sp，需要控制的变量是炉子的温度。
但它不*是过程变量 pv，过程变量 pv 和 pid 回路输出有关。
在本文中，经过测量的温度 信号被转化为标准信号 温度值才是过程变量，所以，这两个数不在同一个数量值，需要他们作比较，那就必须先作 一下数据转换。
温度输入变量的数 10 倍据转化。
传感器输入的电压信号经过 em231 转换后， 是一个整数值，他的值大小是实际温度的把 a/d 模拟量单元输出的整数值的 10 倍。
但 pid 指令执行的数据必须 是实数型，所以需要把整数转化成实数。
使用指令 dtr 就可以了。
如 本设计中，是从 aiw0 读入温度被传感器转换后的数字量。
其转换程序如下: movw aiw0 ac1
dtr ac1 ac1 movr ac1 vd100 2) 实数的归一化处理 因为 pid 中除了采样时间和 pid 的三个参数外， 其他几个参数都要求输入或输出值 0.0~1.0 之间，所以，在执行 pid 指令之前，必须把 pv 和 sp 的值作归一化处理。
使它们的值都在 0.0~1.0 之间。
归一化的公式如 4.9: （4.9） 式中 ——标准化的实数值； ——未标准化的实数值; ——补偿值或偏置，单极性为 0.0，双极性为 0.5; ——值域大小，为大允许值减去小允许值，单极性为 32000.双极性为 6400。
本文中采用的是单极性，故转换公式为: （4.10） 因为温度经过检测和转换后，得到的值是实际温度的 10 倍，所以为了 sp 值和 pv 值在同一 个数量值，我们输入 sp 值的时候应该是填写一个是实际温度 10 倍的 数，即想要设定目标 控制温度为 100℃时，需要输入一个 1000。
另外一种实现方法就是，在归一化的时候，值域 大小可以缩小 10 倍，那么，填写目标温度的 时候就可以把实际值直接写进去[19]。
3) 回路输出变量的数据转换 • 楼主 发表于 2009-05-26 21:06:12 引用 1 楼 • 摘要: 本设计中，利用回路的输出值来设定下一个周期内的加热时间。
回路的输出值是 在 0.0~1.0 之间，是一个标准化了的实数，在输出变量传送给 d/a 模拟量单元之前，必须把 回路输出变量转换成相应的整数。
这一过程是实数值 ... • • 本设计中，利用回路的输出值来设定下一个周期内的加热时间。
回路的输出值是在 0.0~1.0 之间，是一个标准化了的实数，在输出变量传送给 d/a 模拟量单元之前，必须把回路输出变 量转换成相应的整数。
这一过程是实数值标准化过程。
（4.11） s7-200 不提供直接将实数一步转化成整数的指令，必须先将实数转化成双整数，再将双整 数转化成整数。
程序如下： round ac1 ac1 dti ac1 vw34 4.2.3 pid 参数整定 pid 参数整定方法就是确定调节器的比例系数 p、积分时间 ti 和和微分时间 td，改善系统 的静态和动态特性，使系统的过渡过程达到满足的质量指标要 求。
一般可以通过理论
计算来确定，但误差太大。
目前，应用多的还是工程整定法：如经验法、衰减曲线法、临 界比例带法和反应曲线法。
经验法又叫现场凑试法，它不需要进行事先的计算和实验，而是根据运行经验，利用一组经 验参数，根据反应曲线的效果不断地改变参数，对于温度控制系统，工程上已经有大量的经 验，其规律如表 4-12 所示。
表 4-12 温度控制器参数经验数据 被控变量 规律的选择 比例度 积分时间（分钟） 微分时间（分钟） 温度 滞后较大 20~60 3~10 0.5~3 实验凑试法的整定步骤为先比例，再积分，后微分。
1）整定比例控制 将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。
2）整定积分环节 先将步骤 1）中选择的比例系数减小为原来的 50～80％，再将积分时间置一个较大值，观测 响应曲线。
然后减小积分时间，加大积分作用，并相应调整比例系数，反复试凑至得到较满 意的响应，确定比例和积分的参数。
3）整定微分环节环节 先置微分时间 td=0，逐渐加大 td，同时相应地改变比例系数和积分时间，反复试凑至获得 满意的控制效果和 pid 控制参数[20]。
根据反复的试凑，调出比较好的结果是 p=120. i=3.0 d=1.0。
第五章 程序设计 5.1 方案设计思路 plc 采用的是的 s7-200， 是 224 系列， cpu 采用了 5 个灯来显示过程的状态， 分别是运行灯， 停止灯，温度正常灯，温度过高（警示灯）灯，和加热 灯，可以通过 5 个灯的开关状况判 定加热炉内的大概情况。
k 型传感器负责检测加热炉中的温度，把温度信号转化成对应的电 压信号，经过 plc 模数转换后进行 pid 调节。
根据 pid 输出值来控制下一个周期内（10s） 内的加热时间和非加热时间。
在加热时间内使得继电器接通，那加热炉就可处于加热状态， 反之则停 止加热[21]。
1) 硬件连线如图 5-1 所示。
2) i/o 点地址分配如表 5-2 所示。
地址 i0.1 i0.2 i0.3 q0.0 q0.1 q0.3 q0.4 名称 功能 启动按扭 按下开关，设备开始运行 开关按钮 按下开关，设备停止运行 保护按钮 按下开关，终止加热 运行灯 灯亮表示设备处于运行状态 停止灯 灯亮表示设备处于停止状态 温度状态指示灯（正常 灯亮表示炉温在正常范围内 温度状态指示灯（危险） 灯两表示炉温过高，处于危险状态
q0.5 固态继电器 灯亮表示加热炉正处于加热阶段 3）程序地址分配如表 5-3 所示。
表 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 用户设定积分常数 i 存放地址 vd8 用户设定微分常数 d 存放地址 vd12 目标设定温度存放地址 vd16 系统运行时间秒存放地址 vd20 系统运行时间分钟存放地址 • 摘要: vd30 当前实际温度存放地址 vw34 一个周期内加热时间存放地址 vw36 一个周 期内非加热时间存放地址 4） pid 指令回路表如表 5-4 所示。
表 5-4 pid 指令回路表 地 址 名称 ... • • vd30 当前实际温度存放地址 vw34 一个周期内加热时间存放地址 vw36 一个周期内非加热时间存放地址 4） pid 指令回路表如表 5-4 所示。
表 5-4 pid 指令回路表 地址 名称 说明 vd100 过程变量（pvn） 必须在 0.0~1.0 之间 vd104 给定值（spn） 必须在 0.0~1.0 之间 vd108 输出值（mn） 必须在 0.0~1.0 之间 vd112 增益（kc） 比例常数，可正可负 vd116 采样时间（ts） 单位为 s，必须是正数 vd120 采样时间（ti） 单位为 min，必须是正数 vd124 微分时间（td） 单位为 min，必须是正数 vd128 积分项前值（mx） 必须在 0.0~1.0 之间 vd132 过程变量前值（pvn-1） 必须在 0.0~1.0 之间 5.2 程序流程图 程序流程图如图 5-5 所示，1 个主程序，3 个子程序。
5.3 助记符语言表 主程序 ld sm0.0 // sm0.0 常 on lps // 将 sm0.0 压栈
ar= vd30 105.0 // 如果温度大于 105℃ s q0.4 1 // 使 q0.4 保持 on r q0.3 1 // 使 q0.3 保持 off ld sm0.0 lps a i0.1 // 按下启动按扭，启动系统 an i0.3 // i0.3 为保护关开，一般情况下保持 on s m0.1 1 r m0.2 1 lpp a i0.2 // 按下关闭按扭，停止运行 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（q0.1）off s q0.0 1 // 使运行指示灯（q0.0）on lpp a m0.2 s q0.1 1 // 使停止指示灯（q0.1）on r m0.0 1 r q0.0 1 // 使停止指示灯（q0.0）off ld m0.0 call sbr0 // 调用子程序 0 ld m0.0 call sbr1 // 调用子程序 1 ld m0.0 lps an m0.3 ton t50 100 lpp a t50 = m0.3 //每 10s 使中间继电器 m0.3 为 on ld m0.3 call sbr2 //每 10s 调用一次子程序 2 ld m0.0 an i0.3 lps an t52 //t51 炉子一个周期内的加热时间 ton t51 vw34 //t51 炉子一个周期内的非加热时间
lrd an t51 = q0.5 //使继电器（q0.5）接通，炉子加热 lpp a t51 ton t52 vw36 子程序 0 ld m0.0 lps ar= vd30 84.0 //如果温度大于 84℃ s i0.5 1 //使 i0.5 常 on r i0.4 1 //使 i0.4 常 off ld m0.0 //常 on 继电器 an m0.6 a i0.4 //如果 i0.4 为 on，则执行以下程序 movr 300.0 vd0 //输入 p 值 300 到 vd0 movr 999999.0 vd4 //输入 i 值 999999.0 到 vd4 movr 0.0 vd8 //输入 d 值 0.0 到 vd8 movr 100.0