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基于S7-200及西门子人机界面触摸屏的温度控制设计.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：3.72M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    基于 S7-200 及西门子人机界面触摸屏的温度控制设计 一、 项目任务描述 : 在恒温箱内装有一个电加热元件和一致风扇，电加热元件和风扇 的工作状态只有 OFF 和 ON，即不能自行调节。现要控制恒温 箱的温度恒定，且能在 25-100 摄氏度范围内可调，如图所示：
    二 硬件选型和系统设计 1 在 S7-200 中，模拟量输入/输出信号： 单极性 数值范围是 0～32 000 双极性 -32 000～+32 000 2 触摸屏选型 触摸屏选择：TP177B/OPTP177B 的西门子人机界面 3、温度传感器选型 温度传感器选择 PT100 的热电阻，带变送器。测量范围为 0～
    100℃，输出信号为 4～20mA，串接电阻把电流信号转换成 0～ 10V 的电压信号，送入 PLC 的模拟量输入端口。 4、PLC 的 I/O 口分配 Q1.0： 控制接通加热器输出； Q1.1： 控制接通制冷风扇输出； AIW0： 接收温度传感器的温度检测值(输入)。 三 PLC 编程 1 PID 控制算法 在工业生产过程控制中，模拟量 PID（由比例、积分、 微分构成的闭合回路）调节是常用的一种控制方法。 2 典型 PID 算法包括三项： 输出=比例项+积分项+微分项 • 计算机在周期性地采样并离散化后进行 PID 运算，算 法如下： Mn=Kc × （ SPn-PVn ） +Kc × （ Ts/Ti ） × （SPn-PVn）+Mx+ Kc×（Td/Ts）×（PVn-1-PVn） 3 比例项： 能及时地产生与偏差（SPn-PVn）成正比的调 节作用，比例系数 Kc 越大，比例调节作用越强，调节速 度越快;但 Kc 过大会使系统输出量振荡加剧，稳定性降低。 4 积分项：与偏差有关，只要偏差不为 0，PID 控制的输出 就会因积分作用而不断变化，直到偏差消失，系统处于稳 定状态，所以积分的作用是消除稳态误差，提高控制精度;
    但积分的动作缓慢，给系统的动态稳定带来不良影响，很 少单独使用。从式中可以看出：积分时间常数增大，积分 作用减弱，消除稳态误差的速度减慢。 5 微分项：根据误差变化的速度（即误差的微分）进行调 节，具有超前和预测的特点。微分时间常数 Td 增大时， 超调量减少，动态性能得到改善;如 Td 过大，系统输出量 在接近稳态时可能上升缓慢。 • 6 PID 控制回路选项 常用的控制回路有 PI、PID。 （1）如果不需要积分回路 （即在 PID 计算中无“I”）， 则应将积分时间 Ti 设为无限大。由于积分项 Mx 的初始 值，虽然没有积分运算，积分项的数值也可能不为零。
    （2）如果不需要微分运算（即在 PID 计算中无“D”）， 则应将微分时间 Td 设定为 0.0。 7 回路输入量的转换和标准 在 PLC 进行 PID 控制之前，必须将其转换成标准化浮点 表示法。 （1）将回路输入量数值从 16 位整数转换成 32 位浮点数 或实数。指令… 32000.0, AC0 //使累加器中的数值标准化 （2）将实数转换成 0.0～1.0 之间的标准化数值。 /R +R 0, AC0 MOVR AC0, VD100 //加偏移量 0 //将标准化数值写入 PID 8 PID 回路输出转换为成比例的整数 程序执行后，PID 回路输出 0.0～1.0 之间的标准化实 数数值，必须被转换成 16 位成比例整数数值，才能驱 动模拟输出。 PID 回路输出成比例实数数值=（PID 回路输出标准化 实数值-偏移量）×取值范围 PID 指令
    （1）程序中可使用 8 条 PID 指令，分别编号 0～7。 (2）使 ENO = 0 的错误条件：0006（间接地址），SM1.1 (3) PID 指令不对参数表输入值进行范围检查。必须保证过 程变量和给定值积分项前值和过程变量前值在 0.0～1.0 之 间。 (二) PID 控制的简易实现方法 • 对恒温箱进行恒温控制，要对温度值进行 PID 调节， PID 运算的结果去控制接通电加热器或制冷风扇； • 由于电加热器或制冷风扇只能为 ON 或 OFF，不能接 受模拟量调节，故采用“占空比”的调节方法。 • 温度传感器检测到的温度值送入 PLC 后，若经 PID 指 令运算得到一个 0～1 的实数，把该实数按比例换算成 一个 0～100 的整数，把该整数作为一个范围为 0～10s 的时间 t。 • 设计一个周期为 10s 的脉冲，脉冲宽度为 t，把该脉冲 加给电加热器或风扇，即可控制温度（加热/冷却比例）。 第一步：组态符号表 符 号 地 址 符 号 地 址 设定值 VD204 回路增益 VD212 采样时间 VD216 微分时间 VD224 控制量输出 VD208 VD200 检测值
    积分时间 VD220 组态变量表 名称 连接 数据类型 地址 数组计数 设定值 PLC Real 回路增益 PLC Real 积分时间 PLC Real 微分时间 PLC Real 检测值 PLC DINT VD 104 1 VD 212 1 VD 220 1 VD 224 1 VD 300 1 控 制 量 输 出 PLC Real VD 208 1 9 PLC 程序： 采 集 周 期 1s 1s 1s 1s 1s 1s
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