1、課程設(shè)計任務(wù)書分院信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)自動化學(xué)生姓名090301學(xué)號設(shè)計題目溫度PID控制1、設(shè)計內(nèi)容及要求：欲使受熱體維持一定的溫度，則需要降溫工具不斷給其降溫。這就需要同時有一加熱器以不同加熱量給受熱體加熱，這樣才能保證受熱體溫度恒定。本系統(tǒng)的給定值（目標值）可以預(yù)先設(shè)定后直接輸入到回路中；過程標量由在受熱體中的Pt100測溫并進過溫度變送器給出，為單極性電源模擬量；輸出值是送至加熱器的電源，其允許變化范圍為最大的0%至100%。需設(shè)計不同的PID系數(shù)，去調(diào)試系統(tǒng)，使之可以穩(wěn)定、快速、準確的達到要求值；2、設(shè)計環(huán)境：個人計算機 、 STEP7-Micro/WIN32、溫度控制單元等3、進

2、度及安排：第1、2天：復(fù)習(xí)課本，查找資料，了解 S7-200 PLC的相關(guān)知識；第3、4天：進行整體的設(shè)計，編寫系統(tǒng)程序；第5、6天：進行調(diào)試，完善設(shè)計程序； 第7、8天：初步整理課程設(shè)計；第9、10天：完成課程設(shè)計，得出心得體會。指導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日分院院長（簽字）： 年 月 日I摘 要從上世紀80年代到90 年代中期，PLC得到了快速的發(fā)展，在這時期，PLC在處理模擬量能力，數(shù)字運算能力，人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐步進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域上處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強，使用方便，適用面廣，可靠性高，抗干擾能力強，易于

3、編程等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度,流量，壓力和液位是最常見的四種過程變量。其中溫度是一個重要的變量。例如在冶金工業(yè)，化工工業(yè)和電力工業(yè)等諸多領(lǐng)域，都需要對加熱爐，熱處理爐和鍋爐等的溫度進行控制。本次試驗?zāi)M工業(yè)控制中對溫度的控制。本次PLC課程設(shè)計為溫度PID控制，顧名思義就是用PID的算法去控制溫度，使之快速、穩(wěn)定、準確的達到要求的溫度值。在硬件方面主要用到溫度控制單元、計算機、S7-200 PLC；而軟件方面則通STEP7-Micro/WIN32編程軟件對PLC的PID指令進行操作。實驗需要在溫度

4、控制單元上進行連線，應(yīng)用PLC的擴展模塊模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊對反饋回來的值進行處理,然后再送往PLC的CPU?？梢杂密浖M行監(jiān)控，觀察系統(tǒng)達到穩(wěn)定的時間，然后不斷改變PID系數(shù)，使系統(tǒng)達到最佳。關(guān)鍵字：PLC；PID；受熱體；加熱器；溫度控制目錄摘 要2一、概述11.1 PLC簡述11.2 PLC工作原理1二、硬件設(shè)計22.1 控制要求22.2選擇PLC型號和硬件22.2.1 PLC型號選擇22.2.2 硬件選擇22.3 S7-200 PLC的PID功能指令32.4 系統(tǒng)設(shè)計流程圖42.5 I/O分配表52.6 I/O接線圖6三、軟件設(shè)計73.1軟件梯形圖73.2語句表11四、程序調(diào)

5、試13結(jié)束語14參考文獻15一、概述1.1 PLC簡述可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。1.2 PLC工作原理PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作的，即在PLC運行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器的程序。按指令序號（或地址號）做周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的

6、掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的掃描一個周期必須輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。PLC在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進行程序執(zhí)行階段。PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運算和處理后，其結(jié)果在寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。此課程設(shè)計使用S7-200實現(xiàn)溫度PID控制。 二、硬件設(shè)計2.1 控制要求欲使受熱體維持一定的溫度，則需要降溫

7、工具不斷給其降溫。這就需要同時有一加熱器以不同加熱量給受熱體加熱，這樣才能保證受熱體溫度恒定。本系統(tǒng)的給定值（目標值）可以預(yù)先設(shè)定后直接輸入到回路中；過程標量由在受熱體中的Pt100測溫并進過溫度變送器給出，為單極性電源模擬量；輸出值是送至加熱器的電源，其允許變化范圍為最大的0%至100%。2.2選擇PLC型號和硬件2.2.1 PLC型號選擇本溫度控制系統(tǒng)采用德國西門子S7200PLC。S7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。2.2.2 硬件選擇S7-200

8、系列PLC可提供4個不同的基本型號CPU供您使用，即CPU221、CPU222、CPU224、CPU226。此系統(tǒng)選用S7-200CPU226型號，CPU226集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O 點?？蛇B接7個擴展模塊，最大擴展至248路數(shù)字量I/O 點或35路模擬量I/O 點。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和

9、功能更強的內(nèi)部集成特殊功能。可完全適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。2.3 S7-200 PLC的PID功能指令PID循環(huán)（PID）指令根據(jù)表格(TBL)中的輸入和配置信息對引用LOOP執(zhí)行PID循環(huán)計算。提供PID循環(huán)指令（成比例、整數(shù)、導(dǎo)出循環(huán)）進行PID計算。邏輯堆棧（TOS）頂值必須是“打開”（功率流）狀態(tài)，才能啟用PID計算。本指令有兩個操作數(shù)：表示循環(huán)表起始地址的TBL地址和0至7常量的“循環(huán)”號碼。循環(huán)表存儲九個參數(shù)，用于控制和監(jiān)控循環(huán)運算，包括程序變量、設(shè)置點、輸出、增益、樣本時間、整數(shù)時間（重設(shè)）、導(dǎo)出時間（速率）以及整數(shù)和（偏差）的當(dāng)前值及先前值。如果循環(huán)表起始地址或指令中指

10、定的PID循環(huán)號碼操作數(shù)超出范圍，CPU編譯器將生成一則錯誤（范圍錯誤），編譯將會失敗。PID指令不對某些循環(huán)表輸入值進行范圍檢查。您必須保證程序變量和設(shè)置點（以及作為輸入的偏差和先前程序變量）是0.0和1.0之間的實數(shù)。如果進行PID計算的數(shù)學(xué)運算時遇到錯誤，將設(shè)置SM1.1（溢出或非法數(shù)值）并終止PID指令的執(zhí)行。（對循環(huán)表中的輸出數(shù)值的更新可能不完整，因此您應(yīng)當(dāng)忽略這些數(shù)值，并在執(zhí)行下一個循環(huán)PID指令之前糾正引起數(shù)學(xué)錯誤的輸入值。）在PID指令框中輸入的表格（TBL）起始地址為循環(huán)表分配三十六個字節(jié)。表2.1 回路表格式偏移量域格式類型說明0PVn進程變量雙字-實數(shù)入包含進程變量，必須

11、在0.0至1.0范圍內(nèi)。4SPn定點雙字-實數(shù)入包含定點，必須在0.0至1.0范圍內(nèi)。8Mn輸出雙字-實數(shù)入/出包含計算輸出，在0.0至1.0范圍內(nèi)12Kc增益雙字-實數(shù)入包含增益，此為比例常量，可為正數(shù)或負數(shù)。16Ts樣本時間雙字-實數(shù)入包含樣本時間，以秒為單位，必須為正數(shù)。20Ti積分時間或重設(shè)雙字-實數(shù)入包含積分時間或重設(shè)，以分鐘為單位，必須為正數(shù)。24Td微分時間或速率雙字-實數(shù)入包含微分時間或速率，以分鐘為單位，必須為正數(shù)。28Mx偏差雙字-實數(shù)入/出包含0.0和1.0之間的偏差或積分和數(shù)值。32PVn-1以前的進程變量雙字-實數(shù)入/出包含最后一次執(zhí)行PID指令存儲的進程變量以前的數(shù)

12、值。2.4 系統(tǒng)設(shè)計流程圖本系統(tǒng)的應(yīng)用程序主要由主程序、中斷服務(wù)程序和子程序組成。主程序的任務(wù)是對系統(tǒng)初始化，實現(xiàn)參數(shù)輸入并控制電加熱爐的正常運行。主程序流程圖 開始計算溫差e(k)和溫差變化率溫度值顯示溫度數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)的初始化 |e(k)| 智能控制算法程序 求出輸出控制量 控制輸出 結(jié)束圖2.1 主程序流程圖2.5 I/O分配表模塊端子05 +05 -+-OUT測溫模擬量端子V0M0A+A-表2.2 I/O分配表存儲地址數(shù)值說明VD10450度目標值VD1160.1s采樣時間VD1120.15回路增益VD12030min積分時間VD1240.0關(guān)閉微分作用SMB34100設(shè)定定時中斷

13、0的時間間隔INT-010設(shè)置定時中斷表2.3 輸入輸出分配2.6 I/O接線圖圖2.2硬件接線圖Pt溫度變送驅(qū)動模塊RA A+ A- RB B+ B- RC C+ C- RD D+ D- M LEM231M0 V0M LEM232未用圖2.3 I/0接線圖三、軟件設(shè)計3.1軟件梯形圖主程序：子程序：VD104目標值50度VD112增益0.15VD116采樣時間0.1sVD120積分時間30minVD124微分時間0s中斷程序：3.2語句表LD SM0.1CALL SBR_0LD SM0.0MOVR 0.1815, VD104MOVR 0.15, VD112MOVR 0.1, VD116MOV

14、R 30.0, VD120MOVR 0.0, VD124MOVB 100, SMB34ATCH INT_0, 10ENILD SM0.0ITD AIW0, AC0DTR AC0, AC0/R 32000.0, AC0MOVR AC0, VD100LD SM0.0PID VB100, 0LD SM0.0LPSMOVR VD108, AC0*R 16000.0, AC0ROUND AC0, AC0DTI AC0, AC0MOVW AC0, MW0MOVR VD100, AC1-R VD104, AC1AR AC1, 0.0015MOVW 0, AQW0LRDAR= AC1, -0.005AR= A

15、C1, 0.0015MOVW MW0, AQW0四、程序調(diào)試本程序分為三部分：主程序、子程序、中斷程序。子程序主要是將各個PID運算所需的參數(shù)變量輸入寄存器中；中斷程序主要是將模擬量輸入寄存器中，并將運算完畢的整數(shù)值寫到模擬輸出寄存器中；輸入數(shù)據(jù)時，裝入設(shè)定值是0.1815，回路增益0.15，采樣時間0.1秒，積分時間30分鐘，關(guān)閉微分作用。設(shè)定定時中斷0的時間間隔是100ms，設(shè)定定時中斷以定時執(zhí)行PID指令。檢查程序有誤錯誤，檢查無誤后接通電源，將程序下載到運行模擬平臺上并運行該程序，并檢查運行情況看看是否運行正常。運行正常停止運行，關(guān)閉計算機關(guān)閉電源，結(jié)束。結(jié)束語通過本次課程設(shè)計，是我加強了對PLC地形圖、指令表、外部接線的理解，還有經(jīng)過在網(wǎng)上查找資料以及到圖書館學(xué)習(xí)，也使我更好的理解和認識了關(guān)于PLC設(shè)計原理和實際中的應(yīng)用過程。在課程設(shè)計過程中我們互相討論，請教老師，在不斷地調(diào)試各自的程序中，發(fā)現(xiàn)了很多各自的問題并進行研究解決。我們試著用不同的設(shè)計方法來實現(xiàn)我們的課題，這樣不僅可以拓展我們的思路，還可以使我們的設(shè)計成果更加嚴謹。本次課程設(shè)計可以為以后工作打下一定的基礎(chǔ)，感謝本次課程設(shè)計，感謝我的指導(dǎo)老師！在這次課程設(shè)計中，我以前關(guān)于PLC的知識面得到了拓展，知道的得到了鞏固，不知道的借助于圖書館和網(wǎng)絡(luò)得到了解決，很棘手的疑難雜癥在老師的幫