桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙摘要可樂(lè)原液稀釋控制系統(tǒng)的工藝是用一定的熱水去稀釋可樂(lè)原液，使混合液達(dá)到一定的溫度，以滿足后續(xù)發(fā)酵工藝的要求。本課題主要針對(duì)可樂(lè)原液稀釋控制系統(tǒng)，提出了基于PID調(diào)節(jié)的PLC控制系統(tǒng)，并用觸摸屏顯示混合液的實(shí)測(cè)溫度，流量和電動(dòng)控制閥門開(kāi)度。本系統(tǒng)是一個(gè)帶負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，PID控制的輸入是被測(cè)溫度和設(shè)定溫度的偏差，溫度傳感器將測(cè)得的溫度經(jīng)過(guò)A/D模塊送給PLC處理，PID控制的輸出經(jīng)過(guò)D/A模塊后送給電動(dòng)控制閥作為其輸入信號(hào)，來(lái)改變閥的開(kāi)度，通過(guò)改變閥的開(kāi)度來(lái)改變熱水的流量，從而改變混合液的溫度，直到達(dá)到設(shè)定溫度。然后利用觸摸屏來(lái)顯示混合液的實(shí)測(cè)溫度，流量以及電動(dòng)控制閥的開(kāi)度。本課題的重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)對(duì)可樂(lè)混合液的溫度控制，其采用的是PID調(diào)節(jié)控制溫度。先確定一個(gè)和系統(tǒng)相近的控制系統(tǒng)，并且在MATLAB的SMULINK環(huán)境仿真，用臨界振蕩法求得該系統(tǒng)的PID各調(diào)節(jié)參數(shù)，再根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)不斷調(diào)節(jié)PID的控制參數(shù)，直到得到一組合適的調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量。將這組PID的控制參數(shù)應(yīng)用到不同的控制系統(tǒng)下，去檢驗(yàn)這組控制參數(shù)的通用性。通用性良好則采用這組參數(shù)作為本系統(tǒng)的PID控制參數(shù)。關(guān)鍵詞：PLC；A/D；D/A；PID調(diào)節(jié)；溫度控制；觸摸屏；AbstractSomehotwateristousedtodilutethecolaliquidinthetechnologyofcokeliquiddilutioncontrolsystem,sothatthemixturereachesacertaintemperatureinordertomeettherequirementsofthefollow-upfermentationtechnology.

Theissueisfocusedoncokeliquiddilutioncontrolsystem,andthePLCcontrolsystemwhichisbasedonPIDregulationisproposed,usingtouchscreendisplayedthemeasuredtemperature,flowofthemixture,andelectriccontrolvalveopening.Thissystemisaclosed-loopsystemwithnegativefeedback,PIDcontrolinputisthedeviationofthemeasuredtemperatureandsettemperature,thetemperaturesensorsendsthemeasuredtemperaturethroughtheA/DmodulestogivePLprocessingC,PIDcontroloutputthroughtheD/Amoduletogiveelectriccontrolvalveasitsinputsignal,tochangethevalveopening,bychangingthevalveopeningtochangethewaterflow,thuschangingthetemperatureofthemixture,untilreachingthesettemperature.Thenusingthetouchscreentodisplaythemeasuredtemperature,flowofthemixture,andelectriccontrolvalveopening.

Thefocusofthisissueistorealizethetemperaturecontrolofthecolamixture,andusingthePIDregulationtocontroltemperature.Firsttoidentifyasimilarcontrolsystem,andsimulateinMATLAB'sSMULINKenvironment,obtainedthePIDadjustmentparametersbyCriticaloscillation,andthencontinuouslyadjustthethecontrolparametersofPID,untilgetasuitablesettlingtimeandovershoot.ThenthisgroupofPIDcontrolparametersappliedtodifferentcontrolsystems,toexaminethissetofcontrolparameters‘sversatility.Iftheuniversalisgood,thenusethissetofparametersasthePIDcontrolparametersofthesystem.Keywords:：PLC；A/D；D/A；temperaturecontrol；PIDregulation；touchscreen；桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙圖4-4輸入電流與輸出數(shù)字的關(guān)系則它們之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系可用如下數(shù)學(xué)表達(dá)式描述：(4-2)綜合式公式（4-1）和公式（4-2），可得溫度值T與數(shù)字量輸出y之間的關(guān)系：（4-3）則（4-4）因此，在實(shí)際程序應(yīng)用中只需將PLC中對(duì)應(yīng)的相關(guān)數(shù)據(jù)除以10便可以得到實(shí)際測(cè)量溫度。4.3.2測(cè)量流量與PLC內(nèi)部可識(shí)別數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系根據(jù)上面對(duì)流量變送器的選擇可知，本系統(tǒng)選擇的流量傳感器的測(cè)量范圍為30~300m3/h，而流量變送器的輸出為+4~+20mA的模擬輸出。它們的數(shù)字對(duì)應(yīng)關(guān)系可用下面的線性關(guān)系圖來(lái)描述。m3/hm3/h30030mA420圖4-5輸入流量與輸出電流的關(guān)系則與他們之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系可用如下數(shù)學(xué)表達(dá)式描述：（4-5）由于同樣流量的輸入也是采用方式1，輸入電流與輸出數(shù)據(jù)之間的關(guān)系如上式②所示。則綜合公式（4-2）和公式（4-5），可得流量Q與數(shù)字輸出y之間的關(guān)系：（4-6）即（4-7）4.3.3電動(dòng)控制閥的開(kāi)度與PLC內(nèi)部可識(shí)別數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系根據(jù)上面對(duì)電動(dòng)控制閥的選擇可知，由于電動(dòng)控制閥的輸入控制信號(hào)為4~20mA的模擬電流信號(hào)而PLC經(jīng)PID運(yùn)算后輸出的數(shù)據(jù)為數(shù)字信號(hào)，這樣要通過(guò)4D/A模塊將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。對(duì)于4D/A模塊模式1下數(shù)字輸入y與模擬電流輸出I的關(guān)系可以如下描述：442001000mA數(shù)字輸入電流輸出圖4-6數(shù)字輸入與輸出電流的關(guān)系則它們之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系可用如下數(shù)學(xué)表達(dá)式描述：（4-38）而對(duì)于控制閥，其輸入電流I與輸出開(kāi)度D之間的關(guān)系可以用如下線性圖描述：00420100mA閥度輸出電流輸入%圖4-7電流輸入與閥度輸出的關(guān)系則（4-9）則綜合公式（4-38）和公式（4-39）可得：（4-10）4.4PID控制參數(shù)的確定4.41PID控制算法描述在工程實(shí)際中，應(yīng)用最廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其他技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和控制對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合采用PID控制技術(shù)。PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值r(t)與實(shí)際輸出值y(t)構(gòu)成控制偏差，即e(t)=r(t)-y(t)（4-11）PID的控制規(guī)律為：（4-12）（4-12）（4-13）（4-13）或者寫成傳遞函數(shù)的形式為：（4-14）G(s)==Kp（1++*S）（4-14）式中Kp為比例系數(shù)，為積分時(shí)間常數(shù)，為微分時(shí)間常數(shù)。①比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。②積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的誤差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)，越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。③微分環(huán)節(jié)：反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)，并能在偏差信號(hào)變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。4.4.2PID控制參數(shù)的確定由于本系統(tǒng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，從而得不到精確的數(shù)學(xué)模型。嚴(yán)格的說(shuō)，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的對(duì)象特性都具有非線性、時(shí)變和分布參數(shù)的特征。因此無(wú)論是通過(guò)某些假設(shè)推導(dǎo)出的對(duì)象數(shù)學(xué)模型，還是由辨識(shí)所得的估計(jì)模型，其使用范圍都是有限的。為了研究方便，通常將受控對(duì)象當(dāng)作集中參數(shù)來(lái)處理。它們大多可以近視用一階慣性加純滯后環(huán)節(jié)來(lái)描述，其傳遞函數(shù)為：（4-15）（4-15）式中，K為調(diào)節(jié)系統(tǒng)總放大倍數(shù)；為系統(tǒng)純滯后時(shí)間；T為慣性時(shí)間常數(shù)。因此，在不能確定被控對(duì)象的傳遞函數(shù)情況下，為了確定PID控制的參數(shù)，只能先找一個(gè)和系統(tǒng)相近的傳遞函數(shù)，然后根據(jù)該相近的傳遞函數(shù)求得相應(yīng)的PID參數(shù)后，再通過(guò)不斷的調(diào)整PID控制參數(shù)直到達(dá)到系統(tǒng)的要求。再通過(guò)不同的傳遞函數(shù)去驗(yàn)證這組PID控制參數(shù)的通用性，如果在不同的傳遞函數(shù)下，系統(tǒng)的各方面性能仍能達(dá)到要求，則說(shuō)明這組PID控制參數(shù)具有很強(qiáng)的通用性，則可以作為PLC控制系統(tǒng)中的PID控制參數(shù)。其具體實(shí)施不夠如下：①找一個(gè)相近的與被控對(duì)象相近的傳遞函數(shù)；通過(guò)大量的查找相關(guān)信息，發(fā)現(xiàn)上述傳遞函數(shù)的確具有很強(qiáng)的通用性。在大學(xué)課本《自動(dòng)控制原理》這本課本中也有詳細(xì)的描述幾個(gè)典型系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，其中電樞控制直流伺服電動(dòng)機(jī)、調(diào)節(jié)閥控制單容水槽的水位的控制系統(tǒng)，電加熱爐的傳遞函數(shù)均如公式（4-15）。而且通過(guò)大范圍的查找大多數(shù)溫度控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為也是公式（4-15）。因此根據(jù)上面的描述，確定一個(gè)和系統(tǒng)的被控對(duì)象接近的傳遞函數(shù)。這個(gè)傳遞函數(shù)為（4-16）（4-16）K=4，T=3min,=0.6min②通過(guò)上述相近的傳遞函數(shù)求得其PID控制的參數(shù)；為了快速、方便的獲得系統(tǒng)的PID控制的參數(shù)，我選擇通過(guò)在MATLAB軟件下的SIMULINK環(huán)境中對(duì)系統(tǒng)的PID控制進(jìn)行仿真，并確定PID控制參數(shù)。為了確定PID控制參數(shù)，選擇通過(guò)臨界振蕩法設(shè)計(jì)得到PID控制的參數(shù)。其步驟如下：⑴首先在MATLAB軟件中進(jìn)入SIMULINK環(huán)境，在元件庫(kù)里選擇所需要是元件，用鼠標(biāo)將器件連接起來(lái)，得到一個(gè)完整方框圖如下圖所示：圖4-8系統(tǒng)的SIMULINK仿真圖⑵將積分系數(shù)Ki和Kd設(shè)為0，Kp置較小的值。逐漸改變比例控制系數(shù)Kp使系統(tǒng)的階躍響應(yīng)為臨界振蕩狀態(tài)。此時(shí)的比例系數(shù)為Kr、振蕩周期為Tr。再根據(jù)下表所示的經(jīng)驗(yàn)公式確定各種控制類型的控制參數(shù)：表4-2臨界振蕩法的經(jīng)驗(yàn)公式控制類型KpKiKdP調(diào)節(jié)器0.5KrPI調(diào)節(jié)器0.455Kr0.535Kr/TrPID調(diào)節(jié)器0.6Kr1.2Kr/Tr0.075KrTr具體在SIMULINK下可以如下實(shí)現(xiàn)：先取較大的Kr，使系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定的增幅振蕩；然后采取折半取中的辦法尋找臨界增益。當(dāng)Kr=2.5時(shí)系統(tǒng)放散；而當(dāng)Kr=2是系統(tǒng)收斂；因此，只要當(dāng)Kr處于2~2.5之間時(shí)，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)臨界振蕩。當(dāng)Kr=2.36時(shí)系統(tǒng)出現(xiàn)臨界振蕩，如圖4-9所示此時(shí)Kr=2.36，從圖4-9可以讀出曲線兩峰值之間的距離約為T=2.1s。下一步即可算出按臨界振蕩法求出的整定的PID參數(shù)了。（4-17）由于Kr=2.36、Tr（4-17）Kp=0.6Kr（4-18）Ki=1.2×Kr/T（4-18）（4-19）Kd=0.075×Kr×T（4-19）（4-20）可以得到（4-20）Kp=0.6Kr=0.6×2.36=1.416（4-21）Ki=1.2×Kr/Tr=1.2×2.36/2.1=1.348（4-21）（4-22）Kd=0.075×Kr×Tr=0.075×2.36×2.1=0.3717（4-22）圖4-9臨界振蕩的階躍響應(yīng)曲線系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線如下圖4-10：圖4-10初步確定的PID參數(shù)下的系統(tǒng)的響應(yīng)圖⑶分析系統(tǒng)的響應(yīng)情況，并且慢正參數(shù)，知道得到最合適的PID控制參數(shù)。由于該系統(tǒng)的響應(yīng)曲線調(diào)節(jié)時(shí)間為8s就，具有快速性,可超調(diào)量大于60%，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)節(jié)，可以得到表格如下表4-3所示的系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。表4-3統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能PID參數(shù)系統(tǒng)性能KpKiKdess1.81.7140.473系統(tǒng)不穩(wěn)定1.4161.3480.37206.5s70%1.21.1430.31507s58%10.9530.26308s48%0.60.5710.178010s39%5010s16%0.30.2860.158015s30%0.10.0270.093025s10%0.060.0570.093025s5%0.030.0290.008030s無(wú)從上表可以得到系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)的參數(shù)及其相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)性能，基本上可以體現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。超調(diào)量反應(yīng)了系統(tǒng)的阻尼程度，而調(diào)節(jié)時(shí)間是反映系統(tǒng)的響應(yīng)速度和阻尼程度的綜合指標(biāo)，穩(wěn)態(tài)誤差是描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的一種性能指標(biāo)。從系統(tǒng)綜合性能的角度考慮，調(diào)節(jié)時(shí)間不能太長(zhǎng)，超調(diào)量也不能太大。但是這兩個(gè)指標(biāo)往往是相互制約的。調(diào)節(jié)時(shí)間太小，則會(huì)導(dǎo)致超調(diào)量可能過(guò)大；超調(diào)量太小，則會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)時(shí)間可能過(guò)長(zhǎng)。因此應(yīng)該選擇一組比較折中的調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量。當(dāng)Kp=0.5，Ki=0.25，Kd=0.15時(shí)，系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間=10s，超調(diào)量=16%。這樣調(diào)節(jié)時(shí)間不會(huì)太長(zhǎng)，超調(diào)量不會(huì)太大。因此選擇這參數(shù)作為PID控制參數(shù)。在MATLAB中SIMULINK環(huán)境下仿真的結(jié)果如下圖4-11所示：圖4-11合適的控制參數(shù)下系統(tǒng)的響應(yīng)圖從圖4-11中可以看出，系統(tǒng)的超調(diào)量都有所降低，滿足本次設(shè)計(jì)的要求。③判斷在相近被控對(duì)象的傳遞函數(shù)下求得PID控制參數(shù)的通用性。改變被控對(duì)象的傳遞函數(shù)，看看在上述PID控制參數(shù)下系統(tǒng)的響應(yīng)。ⅰ在被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為（4-23）時(shí)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線如下（4-23）4-12系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線由圖4-12可知系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間為9s,超調(diào)量為21%，這樣響應(yīng)的效果是比較理想的，則這組PID控制參數(shù)適合傳遞函數(shù)為公式（4-23）的被控對(duì)象。ⅱ在被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為（4-24）（4-24）時(shí)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線如下4-13系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線由圖4-13可知系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間為8s,超調(diào)量為15%，這樣響應(yīng)的效果是比較理想的，則這組PID控制參數(shù)適合傳遞函數(shù)為公式（4-24）的被控對(duì)象。綜上所述，上面確定的PID控制參數(shù)的通用性很多強(qiáng)，可以作為本系統(tǒng)的PID控制參數(shù)。4.5系統(tǒng)干擾的處理系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中肯定會(huì)受到各種干擾，例如周圍的環(huán)境溫度對(duì)混合液的影響。綜合考慮到上述的PID參數(shù)的適用性很強(qiáng)，而本系統(tǒng)的PID控制又是自動(dòng)控制的，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)處理各種系統(tǒng)，基本系統(tǒng)的響應(yīng)都是符合要求的。4.6PLC控制系統(tǒng)中的各PID參數(shù)的確定PID控制指令為PIDPIDD5D154D100D150Y001圖4-14PID控制指令其中D5中放的是溫度設(shè)定值，D154中放的是當(dāng)前溫度測(cè)量值，D100~D124是PID參數(shù)表，其中D100~D106這七個(gè)存儲(chǔ)空間是必須要設(shè)定的，D150中放的是運(yùn)算結(jié)果。在PLC的PID控制指令中，需要設(shè)定的參數(shù)有采樣周期Ts,輸入濾波常數(shù)，比例增益Kp，積分時(shí)間TI，微分增益Kd，微分時(shí)間TD。由于PID控制的傳遞函數(shù)為G(s)==Kp（1++*S）（4-25）=Kp+Ki*+Kd*S（4-25）（4-26）則==0.5/0.25=2s（4-26）（4-27）==0.15/0.5=0.3s（4-27）①確定采樣周期。根據(jù)香農(nóng)采樣定理以及經(jīng)驗(yàn)值，設(shè)定采樣周期為500ms。②確定D101的賦值。由于本系統(tǒng)中測(cè)量值小于設(shè)定值時(shí)動(dòng)作，是逆動(dòng)作，則D101的bit0位為1。而且由于PID的輸出是經(jīng)過(guò)D/A模塊轉(zhuǎn)換后作為電動(dòng)控制閥的輸入信號(hào)來(lái)控制其開(kāi)度大小，而電動(dòng)控制閥的開(kāi)度的范圍為0~100%，根據(jù)上述4-33中電動(dòng)控制閥的開(kāi)度與PLC內(nèi)部可識(shí)別數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系可知對(duì)應(yīng)的數(shù)字量為0~1000，為了避免PID輸出時(shí)輸出過(guò)大，超過(guò)0~1000的范圍使得閥的開(kāi)度大于100%，因此應(yīng)該設(shè)定輸出上下限值，即D101的bit5位為1。則D101的賦值為H21。③確定輸入濾波常數(shù)。根據(jù)查找大量的資料，將其設(shè)定為一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值為70%。④確定比例增益Kp。由上面的計(jì)算可得Kp=0.5。而在PID控制指令中Kp的單位為%，則Kp=50%。⑤確定積分時(shí)間。由上面的計(jì)算可得=2s。而在PID控制指令中TI的單位為100ms，則=20*100ms。⑥確定微分增益Kd。由上面的計(jì)算可得Kd=0.15。而在PID控制指令中Kd的單位為%，則Kd=15%。⑦確定微分時(shí)間。由上面的計(jì)算可得=0.3s。而在PID控制指令中TD的單位為10ms，則=30*10ms。⑧由于D101中bit5位為1有輸出上下限設(shè)定，則D122中設(shè)定輸出上限值為1000，D123中設(shè)定輸出下限值為0。4.7系統(tǒng)軟件程序本系統(tǒng)程序分為自動(dòng)程序和手動(dòng)程序兩部分。由于程序中需要輸出控制啟停的只有原液電磁閥和熱水電磁閥，手動(dòng)控制和自動(dòng)控制都比較簡(jiǎn)短，因此沒(méi)有運(yùn)用跳轉(zhuǎn)指令來(lái)明顯區(qū)分手動(dòng)程序和自動(dòng)程序。具體程序見(jiàn)附錄二的梯形圖和附錄三的指令表。5系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問(wèn)題分析整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，要進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，排除軟件和硬件的故障，同時(shí)驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性，使系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)要求。本系統(tǒng)的調(diào)試主要分兩個(gè)步驟:PLC程序驗(yàn)證和觸摸屏顯示驗(yàn)證。5.1觸摸屏模塊的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用觸摸屏來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的輸入輸出。故需要對(duì)觸摸屏的畫面進(jìn)行設(shè)計(jì)。GTDesignerVer.2是由三菱電機(jī)公司所開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的，用于圖形終端顯示屏幕制作的Windows系統(tǒng)平臺(tái)軟件，支持所有的三菱圖形終端。該軟件功能完善，圖像、對(duì)象工具豐富，窗口界面直觀形象，操作簡(jiǎn)單易用，可以方便的改變所接PLC的類型，實(shí)時(shí)讀取、寫入顯示屏幕，還可以設(shè)置保護(hù)密碼。設(shè)計(jì)畫面時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)，由于控制分手動(dòng)和自動(dòng)部分，故準(zhǔn)備設(shè)計(jì)三個(gè)畫面。即主控畫面，手動(dòng)畫面，和自動(dòng)畫面。5.1.1主控畫面主控畫面的作用是用于切換手動(dòng)與自動(dòng)程序。如下所圖5-11示。其中自動(dòng)和手動(dòng)兩個(gè)觸摸鍵用的是畫面切換開(kāi)關(guān)，這兩個(gè)開(kāi)關(guān)在OFF狀態(tài)時(shí)是綠色，當(dāng)按下按鈕后是紅色。并迅速切換到相應(yīng)的畫面。畫面還設(shè)置有報(bào)警燈，屬于指示燈顯示，代表軟元件Y002。報(bào)警功能主要是在啟動(dòng)1分鐘后混合液溫度仍達(dá)不到設(shè)定值則報(bào)警，報(bào)警燈滅時(shí)是綠色，亮?xí)r是紅色。圖5-1觸摸屏的主控畫面5.1.2自動(dòng)畫面如下圖5-2所示，在自動(dòng)畫面中，自動(dòng)和停止兩個(gè)觸摸鍵，屬于位開(kāi)關(guān)，動(dòng)作是點(diǎn)動(dòng)，分別代表軟元件X000和X006；返回按鍵屬于畫面切換開(kāi)關(guān)，用于切換到主控畫面中。它們OFF狀態(tài)時(shí)的顏色是綠色，ON時(shí)是紅色。根據(jù)程序可以看出，自動(dòng)按鍵接通后，直接跳過(guò)手動(dòng)程序執(zhí)行自動(dòng)程序部分。報(bào)警指示燈如5.1.1已經(jīng)提到，在此不再贅述。可樂(lè)混合液實(shí)測(cè)溫度，流量，電動(dòng)控制閥的開(kāi)度顯示表可以讓工作人員更了解可樂(lè)原液稀釋控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。溫度顯示的代表軟元件D154.它會(huì)隨著混合液實(shí)測(cè)溫度的變化而變化。流量顯示的代表軟元件D160，它會(huì)隨著混合液實(shí)測(cè)流量的變化而變化。閥開(kāi)度顯示的代表軟元件D152，它會(huì)隨著電動(dòng)控制閥的開(kāi)度變化而變化。圖5-2觸摸屏的自動(dòng)畫面5.1.3手動(dòng)畫面如下圖5-3所示為手動(dòng)操作畫面。報(bào)警，返回，溫度，流量，閥開(kāi)度顯示的詳細(xì)功能如前所述。手動(dòng)鍵為位開(kāi)關(guān)，動(dòng)作是點(diǎn)動(dòng)，代表的軟元件是X001，OFF狀態(tài)時(shí)是綠色，ON時(shí)是紅色。右兩排觸摸鍵為手動(dòng)按鍵，每個(gè)按鍵控制一個(gè)動(dòng)作。X002,X003分別控制原液閥和熱水閥的開(kāi)啟，X004,X005分別控制原液閥和熱水閥的關(guān)閉。它們都屬于位開(kāi)關(guān)，動(dòng)作形式是點(diǎn)動(dòng)。OFF狀態(tài)時(shí)為綠色，ON狀態(tài)時(shí)為紅色。圖5-3觸摸屏的手動(dòng)畫面5.2梯形圖的仿真本程序運(yùn)用的編程軟件是GXDeveloper8c,此軟件需要與GXSimulator6.0一并安裝仿真。在仿真的過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)題及其解決方法。①仿真時(shí)在程序里，主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)PID指令的賦值指令以及各數(shù)據(jù)量的轉(zhuǎn)換輸出。因此在程序中主要用到的是數(shù)據(jù)傳送指令MOV和數(shù)據(jù)運(yùn)算指令。由于程序中涉及到實(shí)數(shù)運(yùn)算，如果采用MOV指令傳給某一指定的存儲(chǔ)器，結(jié)果在檢查程序時(shí)出現(xiàn)亂碼。后來(lái)經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查及其查閱資料后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題在于MOV指令是將源操作數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制再送到目標(biāo)操作數(shù)中，其只能處理整數(shù)，不能處理小數(shù)。同樣要處理小數(shù)，數(shù)據(jù)運(yùn)算指令的前面要加DE，這樣源操作數(shù)和目標(biāo)操作數(shù)都是要占兩個(gè)存儲(chǔ)空間的，但是MOV指令的前面是加不了DE，也就不能處理小數(shù)了。在PID控制指令中，參數(shù)表的前七個(gè)連續(xù)的存儲(chǔ)空間是需要賦值的，而有的賦值可能是小數(shù)，但是由于七個(gè)存儲(chǔ)空間是連續(xù)的，如果通過(guò)數(shù)據(jù)運(yùn)算指令間接給存儲(chǔ)空間賦值，這樣就會(huì)需要兩個(gè)存儲(chǔ)空間，但是PID指令去對(duì)于一個(gè)需賦值的變量只提供一個(gè)存儲(chǔ)空間，這樣就會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)空間的重疊使用，從而導(dǎo)致亂碼。因此為了系統(tǒng)的正常運(yùn)行，可以盡量使PID指令的各個(gè)賦值變量盡量的為整數(shù)。②由于PID指令屬于外部設(shè)備指令，在沒(méi)有接入PLC、只用軟件仿真的情況下是該指令是不被支持的。因此要觀察PID指令效果就應(yīng)該接入到PLC進(jìn)行仿真。5.3系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真的方法是：將FX2N-64MR、A/D模塊、D/A模塊與PC機(jī)連接起來(lái)，（A/D模塊的輸入部分用兩個(gè)電位器代替）。打開(kāi)程序，將程序稍入PLC中，按鍵F3打開(kāi)監(jiān)視狀態(tài)。再打開(kāi)GTsimulator2（觸摸屏仿真軟件），在此軟件中打開(kāi)之前設(shè)計(jì)的觸摸屏畫面設(shè)計(jì)（可樂(lè)原液稀釋控制系統(tǒng)）。點(diǎn)擊各個(gè)觸摸鍵，看其是否能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，并在PLC中實(shí)現(xiàn)相應(yīng)動(dòng)作。由于之前只是用此軟件在PC機(jī)上仿真，只需要同時(shí)打開(kāi)GXsimulator6.0和GTsimulator2便可實(shí)現(xiàn)，此時(shí)的連接方式是GXsimulator。當(dāng)把程序稍入PLC中時(shí)，必須將選項(xiàng)中的連接方式改為CPU，否則觸摸屏中的按鍵都是無(wú)效的，無(wú)法控制PLC的相應(yīng)動(dòng)作。經(jīng)過(guò)改變此設(shè)置，便能順利仿真程序。6結(jié)論本課題主要針對(duì)可樂(lè)原液稀釋控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。系統(tǒng)是以基于PLC的PID調(diào)節(jié)為控制核心，并用觸摸屏顯示混合液的實(shí)測(cè)溫度和流量以及電動(dòng)控制閥的開(kāi)度。本系統(tǒng)是一個(gè)帶負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)，其中涉及到的元器件很少，只有兩個(gè)電磁閥，一個(gè)電動(dòng)控制閥，還有一個(gè)溫度變送器和一個(gè)流量變送器。其主要核心還是PID控制。系統(tǒng)主要是將實(shí)際溫度與設(shè)定溫度之間的溫度差作為PID控制的輸入信號(hào)，然后通過(guò)PID的輸出去控制電動(dòng)控制閥的開(kāi)度，從而改變熱水的流量達(dá)到控制混合液溫度的效果。因此本課題最大的難題就是確定PID控制參數(shù)，由于不能通過(guò)具體的數(shù)學(xué)關(guān)系去求得控制對(duì)象的傳遞函數(shù)，也沒(méi)有具體的實(shí)物去獲得相關(guān)傳遞函數(shù)，因此只能通過(guò)大量的查找相關(guān)的資料，找到一個(gè)相近的系統(tǒng)，在MATLAB軟件的SIMULINK環(huán)境中通過(guò)臨界振蕩法去求得PID控制的各參數(shù)，然后不斷修整參數(shù)，直到確定一組比較理想的PID控制參數(shù)。然后在用不同的傳遞函數(shù)去檢驗(yàn)這組控制參數(shù)的通用性。由于本人最開(kāi)始在這個(gè)確定PID參數(shù)的過(guò)程中，不是很明白一些具體的實(shí)踐過(guò)程，因此迷茫了很久，請(qǐng)教了很多人，浪費(fèi)了大量的時(shí)間和人力。但是最終還是在老師和同學(xué)的細(xì)心直到下，找到了正確的方向，基本按要求完成了本次課題。謝辭經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的查資料、整理材料、寫作論文，今天終于可以順利的完成論文的最后的謝辭了，想了很久，要寫下這一段謝詞，表示可以進(jìn)行畢業(yè)答辯了，時(shí)光匆匆飛逝，四年多的努力與付出，隨著論文的完成，終于讓我在大學(xué)的生活得以劃下完美的句點(diǎn)。論文得以完成，要感謝的人實(shí)在太多了，首先要感李海標(biāo)老師，因?yàn)楸井厴I(yè)設(shè)計(jì)是在李海標(biāo)老師的悉心指導(dǎo)下完成的。李海標(biāo)老師淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。李海標(biāo)老師指引我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的著手方向和架構(gòu)，并對(duì)本論文初稿進(jìn)行逐字批閱，指正出其中誤謬之處，使我有了思考的方向，他的循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪，他的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)，將一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣。李海標(biāo)老師要指導(dǎo)很多同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)，加上本來(lái)就有的教學(xué)任務(wù)，工作量之大可想而知，但在一次次的答疑中，詳細(xì)得到老師的指導(dǎo)給了我深刻的印象，使我在論文之外明白了做學(xué)問(wèn)所應(yīng)有的態(tài)度。論文的順利完成，也離不開(kāi)其它各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助。在整個(gè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，各位老師、同學(xué)和朋友積極的幫助我查資料和提供有利于畢業(yè)設(shè)計(jì)動(dòng)手方向的建議和意見(jiàn)，在他們的幫助下，設(shè)計(jì)得以不斷的完善，最終幫助我完整的寫完了整個(gè)論文。另外，要感謝在大學(xué)期間所有傳授我知識(shí)的老師，