基于西门子plc的温度pid调节毕业设计论文(编辑修改稿)

基于西门子plc的温度pid调节毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

[)()({)(ununununeneTTdieTTneKnudipniip 公式（ 24） 参数说明同上 对于纯滞后对象的补偿 控制点采用了 Smith预测器，使控制对象与补偿环节一起构成一个简单的惯性环节。 青岛农业大学海都学院本科毕业论文（设计） 11 PID 参数整定 ： (1) 比例系数 Kp 对系统性能的影响： 比例系数加大，使系统的动作灵敏，速度加快，稳态误差减小。 Kp偏大，振荡次数加多，调节时间加长。 Kp 太大时，系统会趋于不稳定。 Kp 太小，又会使系统的动作缓慢。 Kp 可以选负数，这主要是由执行机构、传感器以控制对象的特性决定的。 如果 Kc的符号选择不当对象状态 (pv 值 )就会离控制目标的状态 (sv 值 )越来越远，如果出现这样的情况 Kp 的符号就一定要取反。 (2) 积分控制 Ti 对系统性能的影响： 积分作用使系统的稳定性下降， Ti小（积分作用强）会使系统不稳定，但能消除稳态误差，提高系统的控制精度。 (3) 微分控制 Td 对系统性能的影响 微分作用可以改善动态特性， Td 偏大时，超调量较大，调节时间较短。 Td 偏小时，超调量也较大，调节时间也较长。 只有 Td合适，才能使超调量较小，减短调节时间。 第三章 硬件设计 本控制系统硬件设计由 PLC 控制系统硬件、监视系统硬件以及其他辅助 硬件设计组成。 在设计中应考虑以下原则 :。 可靠性是控制系统的生命，系统不可靠，即使功能再完善，经济性再好也没有用，可靠性不好的设备是没有市场的。 在设计中，尽可能选择可靠的元件和产品，虽然初始投资可能多一点但是考虑到因为可靠性不好造成的生产和维修费用，还是值得的。 在保证控制功能的基础上，尽可能的将自检、报警等功能纳入设计方案。 在保证控制功能和可靠性的基础上，尽可能降低成本。 青岛农业大学海都学院本科毕业论文（设计） 12 ，考虑系统的先进性和可扩展性。 西门子 PLC 的特点 可以这样归 纳一下西门子 PLC 的特点，真是基于下面的这些优越性是我们选择了它的重要原因。 （ 1） SIMATIC CPU 将技术功能和运动控制集于一身，最大限度的减少成本。 （ 2） 在同一个 S7 应用程序中同时完成 PLC 和运动控制的编程组态。 （ 3） 现有的 S7程序可以再利用，减少编程的工作量。 （ 4）对于各种控制任务可以提供灵活多样的高级的运动控制功能。 （ 5）从驱动到运动控制再到 PLC，一切尽在 STEP 7 中完成。 （ 6）全部的编程使用 SIMATIC 平台，降低培训费用。 （ 7）运动控制功能符合 PLC open 标准，方便工程实施和服务。 （ 8）同步的 PRIFIBUS DP(DRIVE)保证在高速处理过程中高质量的控制水平。 （ 9）广泛、全面的 SIMATIC 产品线，包括多种集中式和分布式的模块化扩展方 PLC 各部分的作用 (CPU) 1） CPU 在 P LC中的作用类似于人体的神经中枢，它是 PLC的运算、控制中心。 它按照系统程序所斌予的功能，完成以下任务 : (1) 接收并存储从编程器输入的用户程序和数据； (2) 诊 断 电源、 PLC内部电路的工作状态和编程的语法错 误； 青岛农业大学海都学院本科毕业论文（设计） 13 (3) 用 扫 描的方式接收输入信号，送入 PLC的数据寄存器保存起来； (4) PLC进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作； (5) 将用户程序的执行结果送至输出端。 2）现代 PLC使用的 CPU主要有以下几种 : (1) 通用微处理器，如 808018 08812等。 通用微处理器的价格便宜，通用性强，还可以借用微机成熟的实时操作系统、丰富的软硬件资源。 (2) 单片机 ，如 8051等。 单片机由于集成度高、体积小、价格低和可扩充性好，很适合在小型 PLC上使用，也广泛地用于 PLC的智能 UO模块。 (3) 位片式微处理器，如 AMD2900系列等。 位片式微处理器是独立于微型机的另一分支。 它主要追求运算速度快，它以 4位为一片。 用几个位片级联，可以组成任意字长的微处理器二改变程序存储器的内容，可以改变计算机的指令系统。 位片式结构可以使用多个微处理器，将控制任务划分为若千个可以并行处理的部分，几个微处理器同时进行处理。 这种高运算速度与可以适应用户需要的指令系统相结合，很适合于以顺序扫描方式工作的 PLC使用。 存储器 根据存储器在系统中的作用，可以把 它们分为以下 3种 : (1) 系统程序存储器 :和各种计算机一样， PLC也有其固定的监控程序、解释程序，它们决定了 PLC的功能，称为系统程序，系统程序存储器就是用来存放这部分程序的。 系统程序是不能山用户更改的，故所使用的存储器为只读存储器 ROM或 EPROM。 (2) 用户程序存储器 :用户根据控制功能要求而编制的应用程序称为用户程序，用户程序存放在用户程序存储器中。 由于用户程序需要经常改动、调试，故用户程序存储器多为可随时读写的 RAM。 由于 RAM 掉电会丢失数据，因此使用 RAM 作用户程序存储器的 PLC，都有后备电池 (视电池 )保护 RAM，以免电源掉电时，丢失用户程序。 当用户程 青岛农业大学海都学院本科毕业论文（设计） 14 序调试修改完毕，不希望被随意改动时，可将用户程序写入 EPROM。 目前较先进的 PLC(如欧姆龙公司的 CPMIA 型 PLC)采用快闪存储器作用户程序存储器，快闪存储器可随时读写，掉电时数据不会丢失，不需用后备电池保护。 (3) 工作数据存储器 :工作数据是经常变化、经常存取的一些数据。 这部分数据存储在 RAM 中，以适应随机存取的要求。 在 PLC 的工作数据存储区，开辟有元件映像寄存器和数据表。 元件映像寄存器用来存储 PLC 的开关量输入 /输出和定时器、计数器、辅助 继电器等内部继电器的 ON/OFF 状态。 数据表用来存放各种数据，它的标准格式是每一个数据占一个字。 它存储用户程序执行时的某些可变参数值，如定时器和计数器的当前值和设定值。 它还用来存放 A/D 转换得到的数字和数学运算的结果等。 根据需要，部分数据在停电时用后备电池维持其当前值，在停电时可以保持数据的存储器区域称为数据保持区。 I/0 单元 I/0 单元也称为 I/0 模块。 PLC 通过 I/0 单元与工业生产过程现场相联系，输入单元接收操作指令和现场的状态信息，加控制按钮、操作开关和限位开关、光电管、继电器触点 、行程开关、接近开关等信号，并通过输入电路的滤波、光电隔离和电平转换等将这些信号转换成 CPU 能够接收和处理的信号。 输出单元将 CPU 送出的弱电控制信号通过输出电路的光电隔离和功率放大等转换成现场需要的强电信号输出，以驰动接触器、电磁阀、电磁铁等执行元件。 硬件配置 西门子 S7200 CPU222CN S7200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、写入器等。 S7200系列的基本单元如表 示。 青岛农业大学海都学院本科毕业论文（设计） 15 型号 输入点 输出点 可带扩展模块数 S7200CPU221 6 4 0 S7200CPU222 8 6 2个扩展模块 S7200CPU224 24 10 7个扩展模 块 S7200CPU224XP 24 16 7个扩展模块 S7200CPU226 24 16 7个扩展模块 表 S7200系列 PLC中 CPU22X的基本单元 本文采用的是 CPU222CN。 它具有 8输入 /6 输出共 14 个数字量 I/O 点。 可连接 2个扩展模块，最大扩展至 78 路数字量 I/O 点或 10 路模拟量 I/O 点。 6K 字节程序和数据存储空间。 4 个独立的 30kHz 高速计数器， 2 路独立的 20kHz 高速脉冲输出，具有 PID 控制器。 1个 RS485 通讯 /编程口，具有 PPI 通讯协议、 MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。 I/O 端子排可很容易地整体拆卸。 用于较高要求的控制系统，具有更多的输入 /输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。 可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。 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国家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国际标准生产，并指定 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。 本论文采用的是 K型热电阻。 EM231 模拟量输入模块 EM 231 模块是组合强功率精密线性电流互感器、意法半导体（ ST）单片集成变送器 青岛农业大学海都学院本科毕业论文（设计） 16 ASIC 芯片于一体的新一代交流电流隔离变送器模块，它可以直接将被测主回路交流电流转换成按线性比例输出的 DC4～ 20mA（通过 250Ω电阻转换 DC 1～ 5V 或通过 500Ω电阻 转换 DC2～ 10V）恒流环标准信号，连续输送到接收装置（计算机或显示仪表）。 EM231CN 端子连接图： － 图 EM231CN接线图 单极性 满量程输入 分辨率 SW1 SW2 SW3 ON OFF ON 0 到 10V ON OFF 0 到 5V 0 到 20mA 5uA 双极性 满量程输入 分辨率 OFF OFF ON 177。 5V ON OFF 177。 表 EM 231 CN选择模拟量输入范围的开关表 青岛农业大学海都学院本科毕业论文（设计） 17 注意： －－ 模拟量到数字量转换器 (ADC)的 12位读数，其数据格式是左端对齐的。 最高有 效位是符号位： 0 表示是正值数据字，对单极性格式， 3 个连续的 0 使得 ADC 计数数值每变化 1个单位则数据字的变化是以 8 为单位变化的。 对双极性格式， 4个连续的 0 使得 ADC计数数值每变化 1个单位，则数据字的变化是以 16为单位变化的。 温度检测和控制模块 温度采集由传感器来完成，由灯加热作为加热器模拟热源，输出的模拟信号是 4—20MA。 硬件接线图 硬件接线图见附录 PLC 主机 计算机 PID 调节 执行机构 温度检测装置 图 温度控制系统图 —— 实际温度 加热器 青岛农业大学海都学院本科毕业论文（设计） 18 第四章 PLC 控制系统的软 件设计 PLC 控制系统的设计主要包括硬件设计和软件设计两部分本在硬件基础上，详细介绍本项目的软件设计，主要包括软件设计的基本步骤、方法、编程软件 STEP7Micro/WIN的介绍以及本项目的程序设计。 PLC 程序设计的方法 PLC 程序设计常用的方法：主要有经验设计法、继电器控制电路转换为梯形图法、顺序控制设计法、逻辑设计法等。 ：经验设计法即在一些典型的控制电路程序的基础上，根据被控制对象的。