基于S7200的自制温度控制系统设计心得(DOC)

计算机控制技术实训报告 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题     目: 基于S7200的自制温度控制系统设计 系    别:    自动化系      ___ 专    业:  电气工程及其自动化  姓    名:                      学    号:                       指导教师:                      目  录 一、概述    2 二、温度控制原理    3 三、自制温度控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计    4 四、自制温度控制系统设计    6 实训心得    参考书籍    一、 概述 这周实训任务是设计一种基于S7200的自制温度控制系统，并利用组态王软件组态较人性化的人机画面，组态软件采用组态王或者MCGS。阐述该系统的软硬件设计方案。采用模块化设计 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，通过EM235采集到的参数，利用西门子PLC200内部集成PID算法使被控对象的温度值趋于给定值。实验结果表明该系统具有良好的检测和自动控制功能。 二、 温度控制原理 本系统是采用模块控制，原理框图如下图所示。通过EM235的AI口对温度变送器使出端进行数据采样、量化和工程标度变换，将采集的参数传到PLC的PID控制器中，通过和设定值的对比，然后将PLC中PID控制器输出通过EM235 得AO输出0-5V电压，作为驱动模块的输入信号，该模块将接收的0-5V可调电压变换成0-24V可调电压给电加热丝，从而控制电加热丝的加热强度，从而实现温度控制。 三、 自制温度控制系统方案设计 本系统有两种控制方案：①模块控制；②继电器控制。 计算机控制技术实训方案中控制器采用西门子PLC200，IO模版采用工控室与西门子配套的5套EM235(其中4个AI，1个AO)，被控对象为温度对象。方案实现如图1和图2所示 ? 方案1：模拟量输出控制，将PLC中PID控制器输出通过EM235 AO输出0-5V电压，该0-5V电压作为方案1中驱动模块的输入信号，该模块将接收的0-5V可调电压变换成0-24V可调电压给电加热丝，从而控制电加热丝的加热强度，从而实现温度控制。 ? 方案2：继电器输出控制，将PLC中PID运算得到的变化的模拟信号转化为占空比可调的脉冲信号输出，该脉冲信号的占空比与模拟信号大小成比例，从而控制电加热丝的加热功率实现温度可控的目标。 四、 自制温度控制系统设计 该自制温度控制系统设计采用第一种方案，使用模块控制，⑴硬件如下所示： ? 控制器：西门子PLC200。 ? IO模版：EM235，接收4-20mA或0-5V模拟信号，输出4-20mA或0-5V信号。 ? 被控对象：箱内温度。 ? 传感变送：热电偶+温度变送器，变送出 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 电压信号或者电流信号都可。 ? 执行机构：驱动模块，开关电源。 ⑵硬件接线的图： ⑶PID算法 在稳定状态操作中，PID控制器管理输出数值，以便将错误（e）驱动为零。错误测量由定点（所需的操作点）和进程变量（实际操作点）之间的差别决定。PID控制原则基于以下公式，其中将输出M(t)表示为比例项、积分项和微分项的函数： 其中： M(t)        作为时间函数的环路输出 TD        环路增益 E            环路错误（定点和进程变量之间的差别） Minitial    环路输出的初始值 为了在数字计算机中运行该控制函数，必须将连续函数量化为错误值的定期样本，并随后计算输出。数字计算机运算以下列相应的公式为基础： 其中： Mn        采样时间n的环路输出计算值 Kc        环路增益 En        采样时间n的环路错误值 En-1      环路错误的前一个数值（在采样时间n ?1） Ki        积分项的比例常量 Minitial    微分项的比例常量 KD        微分项的比例常量 在该公式中，积分项被显示为全部错误项的函数，从第一个样本至当前样本。微分项是当前样本和前一个样本的函数，而比例项仅是当前样本的函数。在数字计算机中，既不可能也没有必要存储所有的错误项样本。因为从第一个样本开始，每次对错误采样时数字计算机都必须计算输出值，因此仅需存储前一个错误值和前一个积分项数值。由于数字计算机计算结果的重复性，可在任何采样时间对公式进行简化。简化后的公式为： 其中： Mn          采样时间n的环路输出计算值 Kc          环路增益 En          采样时间n的环路错误值 En-1        环路错误的前一个数值（采样时间n ?1） Ki          积分项的比例常量 MX          积分项的前一个数值（采样时间n ?1） KD          微分项的比例常量 计算环路输出值时，CPU使用对上述简化公式的修改格式。修改后的公式为： 其中： Mn          采样时间n的环路输出计算值 MPn        采样时间n的环路输出比例项数值 MIn        采样时间n的环路输出积分项数值 MDn        采样时间n的环路输出微分项数值 比例项 比例项MP是增益和错误（e）的乘积，其中增益控制输出计算的敏感度，错误是在某一特定采样时间定点（SP）和进程变量（PV）之间的差别。CPU采用的计算比例项的公式为： 其中： MPn        采样时间n的环路输出比例项数值 Kc          环路增益 SPn        采样时间n的定点数值 PVn        采样时间n的进程变量数值 积分项 积分项MI在时间上与错误（e）和成比例。CPU采用的积分项公式为： 其中： MIn        采样时间n的环路输出积分项数值 Kc        环路增益 Ts        环路采样时间 Ti        积分时间（亦称为积分时间或重设） SPn        采样时间n的定点数值 PVn      采样时间n的进程变量数值 MX      采样时间n - 1的积分项数值（亦称为积分和或偏差） 积分和或偏差（MX）是积分项所有先前数值的运行和。每次MIn计算后，根据MIn的数值更新偏差，该数值可能被调节或截取（详情请参阅“变量和范围”一节）。偏差的初始值通常被设为第一次环路输出计算之前的输出值Minitial。其他几个常量也是积分项的一部分，例如增益Kc、采样时间Ts（即PID环路重新计算输出值的循环时间）以及积分时间或重设Ti（即用于控制积分项对输出计算影响的时间）。 微分项 微分项MD与错误变化成比例。计算微分项的公式为： 为了避免步骤改变或由于对定点变化求导带来的输出变化，对该公式进行修改，假定定点为常量 = 。如下所示，会导致计算进程变量的变化，而不计算错误的变化： 或： 其中： MDn      采样时间n的环路输出微分项数值 Kc        环路增益 Ts        环路采样时间 TD        环路微分阶段（亦称为导数时间或速率） SPn      采样时间n的定点数值 SPn-1      采样时间n - 1的定点数值 PVn      采样时间n - 1的进程变量数值 PVn-1      采样时间n - 1的进程变量数值 必须保存进程变量，而不必保存错误，用于下一次微分项计算。第一次采样时，数值PVn-1被初始化，等于PVn。 ⑷PLC程序 ①主程序 ②子程序SBR_0 ③子程序SBR_1 ④中断程序 ⑸工程转换 实训编程过程中涉及到大量工程标度变换，现总结如以下所示： ? 输入部分： 温度变送器参数为： 0-300度——4-20mA EM235输入AI接收电流范围0-20mA，为12位A/D转换器，其转换后数字量范围为：0-32000，故对应范围为： 0-20mA——0-32000。 故编程时： 0-300度-----------6400-32000 PID子程序中检测值PV=AIW0, 归一化得 PV/32000=VD100 ? 输出部分： 实际中，驱动模块调压范围为：1.3V-3.2V——0-24V PLC的EM235中AO输出为0-10V——0-32000 实验中我们只需要0-5V电压给驱动模块，即数字量为0-16000 PID运算输出范围为0-1之间小数，实训中我们需要将该0-1对应到1.3-3.2V 因此PID运算输出对应数字量范围为：4160-10240 因此， D/A转换器的数字量D对应PID程序输出x之间关系为： D=f(x)= 4160+6080x 驱动模块输入电压V与PID输出x之间关系为： V=x*（3.2-1.3）+1.3 ? PID子程序设定值VD104为归一化0-1之间的值 0-300度---6400-32000 0-32000-----0-1 综合得0-300度------0.2-1 X=T*(1-0.2)/300+0.2 ⑹PID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最为满意的质量指标要求。一般可以通过理论计算确定，但是误差太大。目前，应用工程做多的还是工程整定法：如 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 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，工程上有大量的经验，其规律如下表所示： 实验凑试法的整定步骤为“现比例，再积分，最后微分”。 ①整定比例控制 将比例控制作用由下变大，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%，再将积分时间置一较大值，反复试凑至获得满意的控制效果，确定比例和积分参数。 ③整定微分环节 先置微分时间Td=0，同时相应的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。根据经验，微分环节一般都置为0，可以不调的尽量不要调。