[信息與通信]爐窯溫度控制系統(tǒng)設計 PLC課程設計 21

上傳人:仙*** 文檔編號:75021202 上傳時間:2022-04-14 格式:DOC 頁數(shù):35 大?。?43.59KB
收藏 版權(quán)申訴 舉報 下載
[信息與通信]爐窯溫度控制系統(tǒng)設計 PLC課程設計 21_第1頁
第1頁 / 共35頁
[信息與通信]爐窯溫度控制系統(tǒng)設計 PLC課程設計 21_第2頁
第2頁 / 共35頁
[信息與通信]爐窯溫度控制系統(tǒng)設計 PLC課程設計 21_第3頁
第3頁 / 共35頁

下載文檔到電腦,查找使用更方便

10 積分

下載資源

還剩頁未讀,繼續(xù)閱讀

資源描述:

《[信息與通信]爐窯溫度控制系統(tǒng)設計 PLC課程設計 21》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《[信息與通信]爐窯溫度控制系統(tǒng)設計 PLC課程設計 21(35頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 貴州大學PLC課程設計 PLC課程設計 設計題目: 爐窯溫度控制系統(tǒng)設計 學 院: 職業(yè)技術(shù)學院 專 業(yè): 自動化 班 級: 081班 學 號: 082002110467 學生姓名: 陳井朋 指導教師: 王世蓉 2011年6月 15日

2、 前言 可編程控制器是60年代末在美國首先出現(xiàn)的,當時叫可編程邏輯控制器PLC(ProgrammableLogicController),目的是用來取代繼電器。以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制功能。提出PLC概念的是美國通用汽車公司。PLC的基本設計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來,控制器的硬件是標準的、通用的。根據(jù)實際應用對象,將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲器內(nèi),使控制器和被控對象連接方便。    70年代中期以后,PLC已廣泛地使用微處理器作

3、為中央處理器,輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路,這時的PLC已不再是僅有邏輯(Logic)判斷功能,還同時具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。國際電工委員會(IEC)頒布的可編程控制器標準草案中對可編程控制器作了如下的定義:可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器,用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算,順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令,并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出,控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外圍設備,易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體,易于擴充其功能的設計。    可編程控制器

4、對用戶來說,是一種無觸點設備,改變程序即可改變生產(chǎn)工藝。目前,可編程控制器已成為工廠自動化的強有力工具,得到了廣泛的普及推廣應用。   可編程控制器是面向用戶的專用工業(yè)控制計算機,具有許多明顯的特點。    ①可靠性高,抗干擾能力強;    ②編程直觀、簡單;    ③適應性好;    ④功能完善,接口功能強。 從20世紀20年代起,人們把各種繼電器、定時器、接觸器及其觸點按一定的邏輯關(guān)系連接起來組成控制系統(tǒng),控制各種生產(chǎn)機械,這就是大家熟悉的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)。到20世紀60年代,小型計算機的發(fā)展仍未能滿足人們所需要的要求。1968年美國通用汽車公司招標,對新的汽車流水線控制系

5、統(tǒng)提出具體要求。隨著PLC功能的不斷完善,性價比的不斷提高,PLC的應用面也越來越廣。目前,PLC在國內(nèi)外已經(jīng)廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。PLC的應用范圍通常可分為開關(guān)邏輯控制、運動控制、過程控制、機械加工中的數(shù)字控制、機器人控制、通信和聯(lián)網(wǎng)等。PLC從組成形式上一般分為整體式和模塊式兩種,但在邏輯結(jié)構(gòu)上基本相同。無論是整體式還是模塊式,從硬件結(jié)構(gòu)看,PLC都是由CPU、存儲器、I/O接口單元及擴展接口和擴展部件、外設接口及外設和電源等部分組成,各部分之間通過系統(tǒng)總線連接。 關(guān)鍵詞:恒溫養(yǎng)護爐溫度控制;PID算法;PLC編

6、程; 目錄 緒論 第一章 爐窯溫度控制系統(tǒng)設計的內(nèi)容及要求················· 第一章 系統(tǒng)硬件設計………………………………………………… 2.1 選取PLC的類型及容量……………………………………. 2.2 溫度傳感器的選擇…………………………………………. 2.3 控制開關(guān)及電動機的選擇……………………………….. 第二章 I/O地址的分配…………………………………………… 3.1 I/O地址的簡介…………………………………………… 3.2 系統(tǒng)各元件對應的I/O地址……………………………..

7、 第三章 軟件系統(tǒng)的設計…………………………………………. 4.1 S7—200軟件的介紹............................. 4.2 系統(tǒng)PID算法及流程圖......................... 4.2.1 PID算法的簡介………………………………………. 4.2.2 PID算法的數(shù)字化處理………………………………. 4.2.3 程序流程圖……………………………………………. 4.3 主程序清單…………………………………………………. 4.4 程序編輯和調(diào)試……………………………………………. 第四章 總結(jié)……………………………………………

8、…………….. 參考文獻…………………………………………………………………. 緒論 人類社會已經(jīng)進入了工業(yè)高度發(fā)達的時代,現(xiàn)在我們對各種工業(yè)產(chǎn)品的要求已經(jīng)從原來的量向質(zhì)轉(zhuǎn)變,對各種工業(yè)產(chǎn)品的要求越來越高,因此,對各種生產(chǎn)設備及過程控制的要求也越來越嚴格,對各種工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的要求也越來越高。 在當今的工業(yè)生產(chǎn)中,溫度、壓力、流量和液位是四種常見的過程變化量。其中,溫度是一個非常重要的過程變量。溫度控制系統(tǒng)是比較常見的,是典型的過程控制系統(tǒng)。溫度是工業(yè)生產(chǎn)中重要的被控制參數(shù)之一,冶金、機械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)過程中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應爐,對工業(yè)的處理溫度等均需

9、要對溫度進行嚴格控制。這方面的應用大多基于單片機進行PID控制,然而單片機的DDC系統(tǒng)軟件硬件設計較為復雜,特別是涉及到邏輯控制方面更不是其長處,但PLC在這方面卻是公認的最佳選擇。 在恒溫養(yǎng)護爐的產(chǎn)品生產(chǎn)過程中,爐窖內(nèi)的溫度控制是一個非常重要的環(huán)節(jié),因此對溫度的控制要求也很嚴格,它不能低于或高于生產(chǎn)設備正常工作的溫度值太多。養(yǎng)護爐內(nèi)溫度控制需要通過對氣流量的控制來實現(xiàn),必須對爐內(nèi)溫度的升溫、恒溫和降溫進行精確的控制,對爐內(nèi)溫度的控制的好壞直接關(guān)系到生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)率和廠家的生產(chǎn)成本以及安全。 本文針對養(yǎng)護爐內(nèi)恒溫過程,在PID調(diào)節(jié)方法中,采用西門子S7-200 PLC,實現(xiàn)了養(yǎng)護爐

10、溫度精確控制的效果。 在工業(yè)生產(chǎn)過程當中,常常需要用閉環(huán)控制方法來控制溫度、壓力、流量和液位連續(xù)變化的量。PID調(diào)節(jié)是經(jīng)典控制理論中最典型的用于閉環(huán)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法。 本設計通過結(jié)合PID算法,運用S7—200軟件以及以前所學的知識,經(jīng)過對任務的分析,設計,編程,調(diào)試來完成。 第一章 爐窯溫度控制系統(tǒng)設計的內(nèi)容及要求 1.1 任務描述 某恒溫養(yǎng)護爐根據(jù)工藝控制要求,需要對養(yǎng)護爐窯內(nèi)的溫度進行嚴格的控制,爐窯溫度控制系統(tǒng)的示意圖如圖1 所示,圖中有兩個爐窯,分別設置有啟動、停止和急停的按鈕開關(guān),同時還設有總啟動和總停止按鈕。要

11、求設計滿足下述控制要求的程序。 1.2 控制要求 (1)系統(tǒng)總的控制過程 按下總啟動按鈕后,允許兩個爐窯按照各自的控制要求運行,如果按下總停止按鈕,則禁止系統(tǒng)運行。 (2)每個爐窯具體的控制要求如下: ①按下啟動按鈕,啟動風機電機,使爐窯內(nèi)的熱氣流循環(huán); ②打開進氣閥,使熱氣流(蒸汽)進入爐窯; ③經(jīng)過一定時間的恒溫控制(如10h),關(guān)閉進氣閥。 ④打開排氣閥,排出熱氣流; ⑤按下停止按鈕,則關(guān)閉風機,延時10s后關(guān)閉排氣閥; ⑥按下急停按鈕,禁止各窯輸出控制(即關(guān)閉風機電機、排氣閥、進氣閥); ⑦每個

12、爐窯的進氣閥只有在總進氣閥打開5s后才能打開; ⑧只要一個爐窯的進氣閥需要排氣,就要打開總排氣閥; ⑨每個爐窯通過一只熱敏電阻進行溫度檢測。 (3) 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu) 根據(jù)本次設計系統(tǒng)具體指標要求,可以對每一個具體部分進行分析設計。整個控制系統(tǒng)分為硬件設計和軟件設計兩部分。 系統(tǒng)硬件框圖如下圖所示: 整個控制系統(tǒng)是一個相對聯(lián)系的結(jié)合體,但是又可以分開討論。 當被控對象為爐內(nèi)溫度,溫度傳感器檢測爐內(nèi)的溫度信號,經(jīng)變送器將溫度值轉(zhuǎn)換成電信號送入PLC模塊。PLC將這個測量信號與設定值比較得到偏差,經(jīng)PID運算后,發(fā)出控制信號,經(jīng)電動調(diào)節(jié)閥的控制,達到溫度的恒溫控制,

13、下面為溫度控制流程圖: 爐窯溫度采集 比較 判斷 PID算法 輸出控制 N Y 圖3.1爐窯溫度控制系統(tǒng)流程圖 高爐煤氣流量采集 比較 判斷 PID算法 輸出控制 N Y 圖3.2高爐煤氣流量控制系統(tǒng)流程圖 燃燒空氣流量采集 比較 判斷 PID算法 輸出控制 N Y 圖3.3燃燒空氣流量控制系統(tǒng)流程圖 冷卻空氣流量采集 比較 判斷 PID算法 輸出控制 N Y 圖3.4冷卻空氣控制系統(tǒng)流程圖 皮帶秤石料采集 比較 判斷 PID算法 輸出控制 N Y 圖3.5皮帶秤控制系

14、統(tǒng)流程圖 流程圖是流經(jīng)一個系統(tǒng)的信息流、觀點流或部件流的圖形代表。在企業(yè)中,流程圖主要用來說明某一過程。這種過程既可以是生產(chǎn)線上的工藝流程,也可以是完成一項任務必需的管理過程。 流程圖作為一種直觀的圖形,對準確了解事情是如何進行的,以及決定應如何改進過程極有幫助。畫出正確的流程圖不僅可以幫我們直觀的分析設計的過程,也能讓我們更清楚明了的看見控制系統(tǒng)運作方向。 爐窯溫度控制系統(tǒng)流程圖如下所示: 可控閥門 石灰窯爐 溫度傳感 器 給定溫度 S7-200PLC CPU運算處理 變送器 圖3.6 溫度系統(tǒng)硬件框圖 可控閥門 煤氣輸送管道 煤氣流量傳感器 給

15、定流量 S7-200PLC CPU運算處理 變送器 圖3.7 高爐煤氣系統(tǒng)硬件框圖 可控閥門 燃燒空氣輸送管道 燃燒空氣流量傳感器 給定流量 S7-200PLC CPU運算處理 變送器 圖3.8燃燒空氣系統(tǒng)硬件框圖 可控閥門 冷卻空氣輸送管道 冷卻空氣傳感器 給定流量 S7-200PLC CPU運算處理 變送器 圖3.9 冷卻空氣系統(tǒng)硬件框圖 可控閥門 上料皮帶 皮帶秤傳感器 給定值 S7-200PLC CPU運算處理 變送器 圖3.10 皮帶秤系統(tǒng)硬件框圖 1.3 爐窯內(nèi)的溫度控制 爐窯內(nèi)的溫度

16、控制通常采用模糊控制算法或PID算法。本設計要求采用PID 算法,每個爐窯的進氣閥采用電動閥(模擬量輸出),通過調(diào)節(jié)電動閥門的開度來調(diào)節(jié)蒸汽進氣量,完成恒溫控制。 第二章 系統(tǒng)硬件設計 2.1 選取PLC的類型及容量 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,其設計緊湊,價格低廉,并且具有良好的可擴展性以及強大的指令功能,可代替繼電器在簡單的控制場合,也可以用于復雜的自動化控制系統(tǒng)。由于它具有極強的通信功能,在大型網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮作用。 S7-200系列可以根據(jù)對象的不同, 可以選用不同的型號和不同數(shù)量

17、的模塊。并可以將這些模塊安裝在同一機架上。 控制核心采用西門子PLC的CPU224,提供數(shù)字量輸入點數(shù)14點,數(shù)字量輸出點數(shù)10點(提供給擴展單元DC5V電流能力為660mA),完全滿足系統(tǒng)的數(shù)字量和開關(guān)量輸入輸出點數(shù)的要求。CPU224本身不具備模擬量輸入和輸出單元, SiemensS7-200 主要功能模塊介紹: (1)CPU 模塊S7-200的CPU 模塊包括一個中央處理單元,電源以及數(shù)字I/O 點,這些都被集成在一個緊湊,獨立的設備中。CPU 負責執(zhí)行程序,輸入部分從現(xiàn)場設備中采集信號,輸出部分則輸出控制信號,驅(qū)動外部負載.從 CPU 模塊的功能來看, CPU 模塊為CPU22

18、*,它具有如下五種不同的結(jié)構(gòu)配置CPU 單元:①CPU221 它有 6 輸入/4 輸出,I/0 共計 10 點.無擴展能力,程序和數(shù)據(jù)存 儲容量較小,有一定的高速計數(shù)處理能力,非常適合于少點數(shù)的控制系統(tǒng)。②CPU222 它有8 輸入/6 輸出,I/0 共計 14 點,和 CPU 221 相比,它可以進行一定的模擬量控制和2個模塊的擴展,因此是應用更廣泛的全功能控制器。③CPU224 它有 14 輸入/10 輸出,I/0 共計 24 點,和前兩者相比,存儲容量 擴大了一倍,它可以有 7 個擴展模塊,有內(nèi)置時鐘,它有更強的模擬量和高速計數(shù)的處理能力,是使用得最多 S7-200 產(chǎn)品。④CPU226

19、 它有 24 輸入/16 輸出,I/0 共計 40 點,和 CPU224 相比,增加了 通信口的數(shù)量,通信能力大大增強。它可用于點數(shù)較多,要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。⑤CPU226XM 它在用戶程序存儲容量和數(shù)據(jù)存儲容量上進行了擴展,其他指標和 CPU226相同。 (2)開關(guān)量 I/O 擴展模塊 當 CPU 的 I/0 點數(shù)不夠用或需要進行特殊功能的控制時,就要進行 I/O 擴 展,I/O 擴展包括 I/O 點數(shù)的擴展和功能模塊的擴展。通常開關(guān)量 I/O 模塊產(chǎn)品 分 3 種類型:輸入模塊,輸出模塊以及輸入/輸出模塊。為了保證 PLC 的工作可 靠性,在輸入模塊中都采用提高可靠性的技術(shù)措

20、施。如光電隔離,輸入保護(浪 涌吸收器,旁路二極管,限流電阻),高頻濾波,輸入數(shù)據(jù)緩沖器等。由于 PLC 要控制的對象有多種,因此輸出模塊也應根據(jù)負載進行選擇,有直流輸出模塊, 交流輸出模塊和交直流輸出模塊。按照輸出開關(guān)器件種類不同又分為 3 種:繼電 器輸出型,晶體管輸出型和雙向晶閘管輸出型。這三種輸出方式中,從輸出響應速度來看,晶體管輸出型最快,繼電器輸出型最差,晶閘管輸出型居中;若從 與外部電路安全隔離角度看,繼電器輸出型最好。在實際使用時,亦應仔細查看開關(guān)量 I/O 模塊的技術(shù)特性,按照實際情況進行選擇。 由于本系統(tǒng)是單回路的反饋系統(tǒng),CPU224XP相比與其他型號具有更好的硬件指

21、標,其上自帶有模擬量的輸入和輸出通道,因此節(jié)省了元器件的成本,CPU224XP自帶的模擬量I/O規(guī)格如表: 表2.1模擬量I/O配置表 I/O信號 信號類型 電壓信號 電流信號 模擬量輸入*2 ±10V / 模擬量輸出 0~10V 0~20mA CPU224XP自帶的模擬量輸入通道有2個,模擬量輸出通道1個。 在S7-200中,單極性模擬量的輸入/輸出信號的數(shù)值范圍是0~32000,雙極性模擬信號的數(shù)值范圍是-32000~+32000 2.2 溫度傳感器的選擇 在此設計中, 爐窯窯頂安裝兩個熱電偶傳感器進行爐內(nèi)溫度采集。按照測溫的范圍,選擇熱電偶傳感器。熱電偶傳

22、感器的測量范圍為-50℃~1600℃,精度為±(1%~5%)。1號爐和2號爐的溫度分別由兩個熱敏電阻傳感器進行采集。按照測溫的范圍,選擇熱敏電阻傳感器。 熱敏電阻:由具有很高電阻溫度系數(shù)的固體半導體材料構(gòu)成的熱敏類型的溫度檢測元件。熱敏電阻器是敏感元件的一類,按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)和負溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)。熱敏電阻器的典型特點是對溫度敏感,不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC)在溫度越高時電阻值越大,負溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)在溫度越高時電阻值越低,它們同屬于半導體器件。熱電偶溫度傳感器的工作原理:兩種不同的金屬A和B構(gòu)成閉合回路

23、,當兩個接觸端T﹥ T0時,則在該回路中就會產(chǎn)生電動勢,這種現(xiàn)象稱為熱電效應, 該電動勢稱為熱電勢。這兩種不同材料的導體或半導體的組合稱為熱電偶,導體A、B稱為熱電極。 兩個接點,一個稱熱端,又稱測量端或工作端,測溫時將它置于被測介質(zhì)中;另一個稱冷端,又稱參考端或自由端,它通過導線與顯示儀表相連。 圖 2.2 熱電偶 流量傳感器是對進入養(yǎng)護爐空氣流量的檢測部件,在此論文中選擇法蘭式V錐流量傳感器FFM61S。 工作原理:V錐流量計是由V錐傳感器和差壓變送器組合而成的一種差壓流量計,可精確測量寬雷諾數(shù)(8×103≤Re≤5×10

24、7)范圍內(nèi)各種介質(zhì)的流量。 其測量理論是:由于實際流體都具有粘性,不是理想流體,當其在管道中流動時,在充分發(fā)展管內(nèi)流動的前提下,具有層流和紊流兩種流動狀態(tài)。根據(jù)連續(xù)流動的流體能量守恒原理和伯努力方程:對于以層流狀態(tài)流動的流體,其流速分布是以管道中心線為對稱的一個拋物面,流體通過一定管道的壓力降與流量成正比;對于紊流狀態(tài)流動的流體,其流速分布是以管道中心線為對稱的一個指數(shù)曲面,流體通過一定管道的壓力降與流量的平方成正比。 2.3 控制開關(guān)及電動機的選擇 電動調(diào)節(jié)閥是工業(yè)自動化過程控制中的重要執(zhí)行單元儀表。隨著工業(yè)領(lǐng)域的自動化程度越來越高正被越來越多的應用在各種工業(yè)生產(chǎn)林宇中。

25、與傳統(tǒng)的氣動調(diào)節(jié)閥相比具有明顯的優(yōu)點,節(jié)電,環(huán)保,安裝便捷。 可控閥門是對進出爐窯內(nèi)空氣流量的控制部件,在此論文中選擇電動調(diào)節(jié)閥。 風機電動機的額定功率22Kw,額定電壓380V,額定電流7A,額定轉(zhuǎn)速1450rpm。電機使氣流在爐窯內(nèi)循環(huán),因此應該考慮其功率和電流的大小,所以選擇YC YCL系列的電動機。 第三章 I/O地址的分配 3.1 I/O地址的簡介 輸入/輸出信號在PLC接線端子上的地址分配是進行PLC控制系統(tǒng)設計的基礎(chǔ)。對軟件來說,I/O地址分配以后才可進行編程;對控制柜及PLC的外圍接線來說,只有I/O地址確定以后,才可

26、以繪制電氣接線圖、裝配圖,讓裝配人員根據(jù)線路圖和安裝圖安裝控制柜。 3.2 系統(tǒng)各元件對應的I/O地址 根據(jù)設計任務書所給資料和設計任務要求,現(xiàn)把各元器件對應的I/O地址列在下表: I/O地址分配表 名稱 代碼 地址編號 名稱 代碼 地址編號 總啟動按鈕 SF1 I0.0 二號進氣閥 - AIW1 總停止按鈕 SF2 I0.1 一號排氣閥 - AQW0 一號爐急停 SF3 I0.2 二號排氣閥 - AQW1

27、 二號爐急停 SF4 I0.3 總進氣閥 - AIW2 風機一啟動 SF5 I0.4 總排氣閥 - AQW2 風機二啟動 SF6 I0.5 風機一 MB1 Q0.0 風機一停止 SF7 I0.6 風機二 MB2 Q0.1 風機二停止 SF8 I0.7 一號爐 MB3 Q0.2 一號進氣閥 - AIW0 二號爐 MB4 Q0.3 第四章 軟件系統(tǒng)的設計 4.1 S7—200軟件的介紹 S7—200 PLC編程軟件是由西門子公司專為S7-200系列PLC設計開發(fā),它功能強大,主要為用戶開發(fā)控制程序使用,例

28、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,還可直接用軟件設置PLC的工作方式、參數(shù)和運行監(jiān)控等。 程序編輯過程中的語法檢查功能可以提前避免一些語法和數(shù)據(jù)類型方面的錯誤。梯形圖中的錯誤處的下方自動加紅色曲線,語句表中錯誤行前有紅色叉,且錯誤處的下方加紅色曲線。 軟件功能的實現(xiàn)可以在聯(lián)機工作方式(在線方式)下進行,部分功能的實現(xiàn)也可以在離線工作方式下進行。 聯(lián)機方式:有編程軟件的計算機與PLC 連接,此時允許兩者之間做直接通信。 離線方式:有編程軟件的計算機與PLC 斷開連接,此時能完成

29、大部分基本功能。如編程、編譯和調(diào)試程序系統(tǒng)組態(tài)等,但所有的程序和參數(shù)都只能存放在計算機上。 兩者的主要區(qū)別是:聯(lián)機方式下可直接針對相連的PLC進行操作,如上載和下載用戶程序和組態(tài)數(shù)據(jù)等;而離線方式下不直接與PLC 聯(lián)系,所有程序和參數(shù)都暫時存放在磁盤上,等聯(lián)機后在下載到PLC 中。 4.2 系統(tǒng)PID算法及流程圖 4.2.1 PID算法的簡介 在工程實際中,應用最為廣泛的調(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控制器問世至今已有近80年歷史,它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)

30、不能完全掌握,或得不到精確的數(shù)學模型時,控制理論的其它技術(shù)難以采用時,系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定,這時應用PID控制技術(shù)最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象,或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時,最適合用PID控制技術(shù)。PID控制,實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差,利用比例、 積分、微分計算出控制量進行控制的。 比例(P)控制:比例控制是一種最簡單,最常用的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差(Steady-state error)。 積分(I)控制:在積分控制中,控制器的輸出

31、與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng),如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差,則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的 或簡稱有差系統(tǒng)(System with Steady-state Error)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差,在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分,隨著時間的增加,積分項會增大。這樣,即便誤差很小,積分項也會隨著時間的增加而加大,它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小,直到等于零。因此,比例+積分(PI)控制器,可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 微分(D)控制:在微分控制中,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(guān)系。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的

32、調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件(環(huán)節(jié))或有滯后(delay)組件,具有抑制誤差的作用, 其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”,即在誤差接近零時,抑制誤差的作用就應該是零。這就是說,在控制器中僅引入 “比例”項往往是不夠的,比例項的作用僅是放大誤差的幅值,而目前需要增加的是“微分項”,它能預測誤差變化的趨勢,這樣,具有比例+微分的控制器,就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零,甚至為負值,從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象,比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。 4.2.2 PID算

33、法的數(shù)字化處理 為了能讓數(shù)字計算機處理這個控制式,連續(xù)算式必須離散化為周期采樣偏差算式,才能用來計算輸出值,數(shù)字計算機處理的算式如下: Mn =Kc*en +Ki*∑ex+Mintial+Kd*(en-en-1) 輸出=比例項+積分項+微分項 其中:Mn 在采樣時刻n,PID回路輸出的計算值 Kc PID回路增益 en 采樣時刻n回路的偏差值 en-1 回路的偏差值的前一個值 ex 采樣時刻x的回路偏差值 Ki 積分項的比例常數(shù) Mintial 回路輸出

34、的初始值 Kd 微分項的比例常數(shù) 從這個公式可以看出,積分項是從第一個采樣周期到當前采樣周期所有誤差項的函數(shù),微分項是當前采樣和前一次采樣的函數(shù),比例項是當前采樣的函數(shù),在數(shù)字計算機中,不保存所有的誤差項,實際上也不必要。 其中:MIn 第n采樣時刻積分項的值由于計算機從第一次采樣開始,每有一個偏差采樣值必須計算一次輸出值,只要保存偏差前值和積分項前值。作為數(shù)字計算機解決的重復性的結(jié)果,可以得到在任何采樣時刻必須計算的方程的一個簡化算式。簡化算式是: Mn =Kc*en +Ki*en +MX+Kd*(en-en-1) 輸出=比例項+積分項+微分項 其中:Mn

35、 在第n采樣時刻,PID回路輸出的計算值 Kc PID回路增益 en 采樣時刻n回路的偏差值 en-1 回路的偏差值的起一個值 Ki 積分項的比例常數(shù) MX 積分項前值 Kd 微分項的比例常數(shù) CPU實際上使用以上簡化算式的改進形式計算PID輸出,這個改進型算式是: Mn =MPn +MIn +MDn 輸出=比例項+積分項+微分項 其中:Mn 第n采樣時刻的計算值 MPn 第n采樣時刻的比例項值 Min 第n采樣時刻的積分項值 MDn 第n采樣時刻的微分項值 比例項MP是增益(

36、Kc)和偏差(e)的乘積。其中Kc決定輸出對偏差的靈敏度,偏差(e)是給定值(SP)與過程變量值(PV)之差,S7-200解決的求比例項的算式是: MPn=Kc*(SPn-PVn) 其中:MPn 第n采樣時刻比例項的值 Kc 增益 SPn 第n采樣時刻的給定值 PVn 第n采樣時刻的過程變量的值 積分項值MI與偏差和成正比。S7-200解決的求積分的算式是: MIn=Kc*Ts/Ti*(SPn-PVn)+MX Kc 增益 Ts 采樣時間間隔 Ti 積分時間 SPn 第n采樣時刻的給定值 PVn 第n采樣時

37、刻的過程變量的值 MX 第n-1采樣時刻積分項(積分項前值) 積分和(MX)是所有積分項前值之和,在每次計算出MIn后,都要用MIn去更新MX。其中MIn可以被調(diào)整或限制,MX的處置通常在第一次計算輸出以前被設為Minitial(初值)。積分項還包括其他幾個常數(shù):增益(Kc),采樣時間(Ts)和積分時間(Ti)。其中采樣時間是重新計算輸出的時間間隔,而積分時間控制積分項在整個輸出結(jié)果中影響的大小。 微分項值Md與偏差的變化成正比,S7-200使用下列算式來求解微分項: Mdn=Kc*Td/Ts*((SPn-PVn)-(SPn-1-PVn-1)) 為了避免給定值變化的微分作用

38、而引起的跳變,假定給定值不變SPn=SPn-1,這樣可以用過程變量的變化替代偏差的變化,計算算式可改進為: Mdn=Kc*Td/Ts*(SPn-PVn-SPn+PVn-1) 或 Mdn=Kc*Td/Ts*(PVn-1+PVn) 其中:Mdn 第n采樣時刻的微分項值 Kc 回路增益 Ts 回路采樣時間 Td 微分時間 SPn 第n采樣時刻的給定值 SPn-1 第n-1采樣時刻的給定值 PVn 第n采樣時刻的過程變量的值 PVn-1 第n-1采樣時刻的過程變量的值 為了下一次計算微分項值,必須保存過程

39、變量,而不是偏差,在第一采樣時刻,初始化為PVn-1=PVn。 在許多控制系統(tǒng)中,只需要一兩種回路控制類型。例如只需要比例回路或者比例積分回路,通過設置常量參數(shù),可以選擇需要的回路控制類型。 如果不想要積分動作(PID計算中沒有“I”),可以吧積分時間(復位)置為無窮大“INF”。即使沒有積分作用,積分項還是不為零,因為有初值MX。 如果不想要微分回路,可以把微分時間置為零。 如果不想要比例回路,但需要積分或積分微分回路,可以把增益設為0.0,系統(tǒng)會在計算積分項和微分項時,把增益當做1.0看待。 本系統(tǒng)設計采用PID算法閉環(huán)控制系統(tǒng)程序,優(yōu)點是: PID算法蘊涵了動態(tài)控制過程中過去、

40、現(xiàn)在、將來的主要信息,而且其配置幾乎最優(yōu)。PID控制適應性好,有較強的魯棒性,對各種工業(yè)應用場合,都可在不同的程度上應用。PID算法簡單明了,各個控制參數(shù)相對較為獨立,參數(shù)的選定較為簡單,形成了完整的設計和參數(shù)調(diào)整方法,很容易為工程技術(shù)人員所掌握。PID控制根據(jù)不同的要求,針對自身的缺陷進行了不少改進,形成了一系列改進的PID算法。 4.4 程序編輯和調(diào)試 子程序注釋

41、 第五章 總結(jié) 通過本學期我的課程設計,是我們對大大三學習的一次總結(jié),它是教學計劃中學生必修的最后一個教學環(huán)節(jié),是教學、科研、工程實踐結(jié)合的重要結(jié)合點。它的主要目的是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識和技能去分析和解決本專業(yè)范圍內(nèi)的一般工程技術(shù)問題,建立正確的設計思想,掌握工程設計的一般程序和方法。通過課程設計,進行工程知識和工程技能的綜合訓練,使我們一走上工作崗位,就具有較強的應用生產(chǎn)現(xiàn)場正在使用和近期可能推廣使用的技術(shù)去解決工程實際問題的能力。 在課程設計中,我是采用PLC來實現(xiàn)爐窖溫度控制系統(tǒng)控制,這次課程設計我根據(jù)設計要求考慮許

42、多工程實際問題,并根據(jù)設計要求選擇PLC型號、以及其它元件、設計程序等讓我把以前學過的知識真正的應用了溫度控制系統(tǒng)西門子PLC S7-200為核心控制爐窖。 本次設計基本上達到了設計目的,利用PLC實現(xiàn)了對的各種控制,通過合理的設備選型、參數(shù)設置和軟件設計,提高了爐窖運行的可靠性,改善了爐窖運行的舒適感。經(jīng)過這次設計得到了如下幾點感想: 1)由于本次設計采用的是西門子PLC,對其有了一定的了解后才明白為何國內(nèi)這么多企業(yè)為何要不約而同的選擇西門子PLC。采用功能強、安全系數(shù)高的德國SIEMENS SIMATIC S7-200可編程控制器完全企業(yè)的設備所需的控制要求。還有西門子最大的優(yōu)點就

43、是穩(wěn)定性好、安全系數(shù)高,常??梢詿o故障工作好幾年,而且就算是哪里壞了也只要換其中的一個模塊,既方便又經(jīng)濟。 2)實踐結(jié)果證明, PLC 爐窖溫溫度控制系統(tǒng)是一種切實可行、運行可靠的控制系統(tǒng)。利用現(xiàn)場總線方式進行微機監(jiān)控是一種比較先進的方式,也是今后發(fā)展的趨勢之一,具有廣闊的應用前景。 通過設計,我學到不少東西,基本上使我以前所學的相關(guān)專業(yè)知識結(jié)合起來,讓我對大學三年以來的學業(yè)有了一個完整的綜合,但還需做進一步的研究。另外,我的知識領(lǐng)域得到進一步擴展,專業(yè)技能得到進一步提高,同時增強了分析和解決工程實際的綜合能力,以其控制的先進性、快速性、準確性和可靠性亦是溫度控制的發(fā)展潮流。 本文介

44、紹了一種利用S7-200型PLC的PID控制技術(shù)來實現(xiàn)砌塊養(yǎng)護窯的自動控制系統(tǒng),詳細介紹了系統(tǒng)的硬件配置以及軟件設計流程圖,并介紹了編程中的關(guān)鍵問題。該控制系統(tǒng)提高了砌塊的生產(chǎn)周期和質(zhì)量,創(chuàng)新了"強制式熱交換、使窯內(nèi)溫度場、濕度場、壓力場、速度場、聲能場分布均勻,使水泥制品水化反應具備良好條件,提高水泥砌塊等制品密實度和彈性模量,相應地提高了砌塊的抗壓強度、抗凍性能、抗?jié)B透性能,減少相對含水率,有效地解決了砌塊建筑存在的熱、裂、滲等難題。 該控制系統(tǒng)實用性強,可靠性高,以一臺PLC控制2個養(yǎng)護窯為例,用戶也可根據(jù)控制需要,對系統(tǒng)的I/O模塊進行擴展,控制多個養(yǎng)護窯。所以,系統(tǒng)的可擴展

45、性強,但有很多還比較模糊,以后還要多加努力學習,在此多謝老師 參考文獻 范永勝 王岷 主編 電氣控制PLC應用 中國電力出版社 張鳳珊.電氣控制及可編程序控制器(第二版).北京:中國輕工業(yè)出版社,1999.4. 袁任光.可編程序控制器選用手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002.7. 何友華.可編程序控制器及常用控制電器[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1999.9. 吳麗 主編 電氣控制與PLC實用教程 黃河水利出版社 廖常初 主編 FX系列PLC編程及應用 機械工業(yè)出版社 盧金鼎等.機電一體化技術(shù)[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,1996.5. 宮淑貞,王冬青,徐世許.可編程序控制器原理及應用[M].北京:人民郵電出版社.2002.7. 謝克明,夏路易.可編程序控制器原理與程序設計[M].北京:電子工業(yè)出版社,2002.8. 何衍慶,戴自祥,俞金壽.可編程序控制器原理及應用技巧(第二版)[M].北京:化學工業(yè)出版社,2003.4. 齊占慶.機床電氣控制技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,1993.5

展開閱讀全文
溫馨提示:
1: 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
2: 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
3.本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
5. 裝配圖網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

相關(guān)資源

更多
正為您匹配相似的精品文檔
關(guān)于我們 - 網(wǎng)站聲明 - 網(wǎng)站地圖 - 資源地圖 - 友情鏈接 - 網(wǎng)站客服 - 聯(lián)系我們

copyright@ 2023-2025  zhuangpeitu.com 裝配圖網(wǎng)版權(quán)所有   聯(lián)系電話:18123376007

備案號:ICP2024067431-1 川公網(wǎng)安備51140202000466號


本站為文檔C2C交易模式,即用戶上傳的文檔直接被用戶下載,本站只是中間服務平臺,本站所有文檔下載所得的收益歸上傳人(含作者)所有。裝配圖網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對上載內(nèi)容本身不做任何修改或編輯。若文檔所含內(nèi)容侵犯了您的版權(quán)或隱私,請立即通知裝配圖網(wǎng),我們立即給予刪除!

五月丁香婷婷狠狠色,亚洲日韩欧美精品久久久不卡,欧美日韩国产黄片三级,手机在线观看成人国产亚洲