畢業(yè)論文---砂布生產(chǎn)線(xiàn)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</b></p><p>　　題 目： 砂布生產(chǎn)線(xiàn)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) </p><p><b>　　、</b></p><p>　　2012年 5月28 日</p><p><b>　　摘 要</b>&l

2、t;/p><p>　　從上世紀(jì)80年代至90年代中期，PLC得到了快速的發(fā)展，在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，是無(wú)法取代的。</p&

3、gt;<p>　　在砂布生產(chǎn)過(guò)程中，從坯布開(kāi)卷，涂底膠，靜電植砂，復(fù)膠到烘干固化成為成品，整個(gè)生產(chǎn)流水線(xiàn)，對(duì)各個(gè)點(diǎn)的溫度控制要求較嚴(yán)格，是產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，必須保證各種型號(hào)砂布在生產(chǎn)過(guò)程中，溫度在生產(chǎn)工藝設(shè)定范圍之內(nèi)，采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)測(cè)控工藝流程參數(shù)，在生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)測(cè)量、控制。通過(guò)改造生產(chǎn)線(xiàn)的溫度控制系統(tǒng)具有響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、可靠性高,控制精度好等特點(diǎn)，對(duì)工業(yè)控制有現(xiàn)實(shí)意義。</p><p

4、>　　關(guān)鍵詞：砂布生產(chǎn)線(xiàn)的控制系統(tǒng) 溫度控制 PLC </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　From the last century to 90 in the mid 80's, PLC has been rapid development in this period, PLC gradually en

5、tering the field of process control, ease of use, wide adaptation, high reliability and strong anti-interference,simple to program and so on.PLC control, especially in the industrial automation sequence control the posit

6、ion, in the foreseeable future, is no substitute. this paper introduces the drying room as the charged object to the production line temperature of the main accused of the </p><p><b>　　1 緒論</b>&

7、lt;/p><p>　　1.1課題背景及研究目的和意義</p><p>　　基于PLC溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，溫度控制系統(tǒng)的性能優(yōu)劣決定了產(chǎn)品的質(zhì)量好壞。目前砂布生產(chǎn)線(xiàn)溫度控制系統(tǒng)大都采用以微處理器為核心的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，既提高設(shè)備的自動(dòng)化程度又提高設(shè)備的控制精度。</p><p>　　PLC的快速發(fā)展發(fā)生在上世紀(jì)80年代至90年代中期。在這時(shí)期，PLC在處理模

8、擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到了很大的提高和發(fā)展。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。[4] </p><p>　　PID控制是迄今為止最通用的控制方法之一。因?yàn)槠淇煽啃愿?、算法?jiǎn)單、魯棒性好，所以被廣泛應(yīng)用于過(guò)程控制中,尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性系統(tǒng)。PID控制的效果完全取決于其四個(gè)參數(shù),即采樣周期ts、比例系數(shù) K、積分系數(shù)Ki、微分系

9、數(shù)D。因而,PID參數(shù)的整定與優(yōu)化一直是自動(dòng)控制領(lǐng)域研究的重要課題。PID在工業(yè)過(guò)程控制中的應(yīng)用已有近百年的歷史，在此期間雖然有許多控制算法問(wèn)世,但由于PID算法以它自身的特點(diǎn)，再加上人們?cè)陂L(zhǎng)期使用中積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，使之在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。在PID算法中，針對(duì)P、I、D三個(gè)參數(shù)的整定和優(yōu)化的問(wèn)題成為關(guān)鍵問(wèn)題。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　自70年代

10、以來(lái)，由于工業(yè)過(guò)程控制的需要，特別是微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)外溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展迅速，并在智能化，自適應(yīng)、參數(shù)整定等方面取得成果，在這方面，以日本、美國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行各業(yè)廣泛應(yīng)用。它們主要有以下特點(diǎn)：</p><p>　　1）適應(yīng)于大慣性、大滯后等復(fù)雜的溫度控制體統(tǒng)的控制。</p&

11、gt;<p>　　2）能適應(yīng)于受控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制。</p><p>　　3）能適用于受控系統(tǒng)過(guò)程復(fù)雜、參數(shù)時(shí)變的溫度控制系統(tǒng)的控制。</p><p>　　4）這些溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用先進(jìn)的算法，適應(yīng)范圍廣泛。</p><p>　　5）溫度控制器普遍具有參數(shù)整定功

12、能。借助于計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，溫度控制器 </p><p>　　具有對(duì)控制參數(shù)及特性進(jìn)行自整定的功能。有的還具有自學(xué)習(xí)功能。</p><p>　　6）溫度控制系統(tǒng)既有控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)、魯棒性好的特點(diǎn)。目前，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方向發(fā)展。</p><p>　　隨溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然應(yīng)用很廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器

13、來(lái)講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比仍然有著較大的差距。目前，我國(guó)在這方面總體水平處于20世紀(jì)80年代中后期的水平，成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適用于一般的溫度系統(tǒng)的控制，難以控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變溫度系統(tǒng)控制。能適應(yīng)于較高的控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國(guó)內(nèi)還不十分成熟。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)溫度控制系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，因此，

14、高精度、智能化、人性化的溫度控制系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)外必然發(fā)展的趨勢(shì)。</p><p>　　1.3 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容</p><p>　　以生產(chǎn)線(xiàn)為被控對(duì)象，以燙平工位溫度為主被控參數(shù)，以烘房溫度為副被控參數(shù)，以加熱爐電阻絲電壓為控制參數(shù)，以PLC為控制器，構(gòu)成生產(chǎn)線(xiàn)溫度串級(jí)控制系統(tǒng)；采用PID算法，運(yùn)用PLC梯形圖編程語(yǔ)言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線(xiàn)溫度的自動(dòng)控制。</p><p>　

15、　可編程邏輯控制器（PLC)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)控制裝置。其性能優(yōu)越，已被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，并已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（PLC、工業(yè)機(jī)器人、CAD/CAM）之一。</p><p>　　PLC技術(shù)在溫度監(jiān)控系統(tǒng)上的應(yīng)用從整體上分析和研究了控制系統(tǒng)的硬件配置、電路圖的設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)，控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立、控制算法的選擇和參數(shù)的整定、人機(jī)界面的設(shè)計(jì)等。論文通過(guò)對(duì)德國(guó)

16、西門(mén)子公司的S7-200系列PLC控制器，溫度傳感器將檢測(cè)到的實(shí)際溫度參數(shù)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到PLC中進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，PID控制器輸出轉(zhuǎn)化為0-10mA的電流信號(hào)輸入晶體管（控制可控硅電壓調(diào)整器）或觸發(fā)板改變可控硅管導(dǎo)通角的大小來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率。</p><p>　　串級(jí)系統(tǒng)是由調(diào)節(jié)器串聯(lián)起來(lái)工作，其中一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出作為另一個(gè)調(diào)節(jié)器的給定值的系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)包括兩個(gè)控制回路，主回路和

17、副回路。副回路由副變量檢測(cè)變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過(guò)程構(gòu)成；主回路由主變量檢測(cè)變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過(guò)程和主過(guò)程構(gòu)成。一次擾動(dòng)：作用在主被控過(guò)程上的，而不包括在副回路范圍內(nèi)的擾動(dòng)。二次擾動(dòng)：作用在副被控過(guò)程上的，即包括在副回路范圍內(nèi)的擾動(dòng)。在串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于引入了一個(gè)副回路，不僅能及早克服進(jìn)入副回路的擾動(dòng)，而且又能改善過(guò)程特性。副調(diào)節(jié)器具有“粗調(diào)”的作用，主調(diào)節(jié)器具有“細(xì)調(diào)”的作用，從而使其控制品質(zhì)得到進(jìn)一步提高。&

18、lt;/p><p>　　1.4 砂布生產(chǎn)線(xiàn)溫度控制系統(tǒng)的要求</p><p>　　砂布自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)是以低溫快速固化的樹(shù)脂為粘接劑的砂布自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)線(xiàn)長(zhǎng)</p><p>　　31.5米，寬4.6米，高4米。</p><p>　　1.烘房：總長(zhǎng)17m 分為三段，長(zhǎng)期工作溫度分別為65度、75度、65度，誤差為正負(fù)2度。</p>

19、<p>　　加熱元器件為電熱遠(yuǎn)紅外，90塊電熱遠(yuǎn)紅外，每塊的功率為1.2KW，每10塊串 </p><p>　　聯(lián)為一起。運(yùn)用PLC中的PID回路控制晶閘管的星型連接的觸發(fā)來(lái)控制加熱元器件</p><p>　　2.燙平：溫度65度誤差為正負(fù)2度 功率15KW。</p><p>　　運(yùn)用溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)儀來(lái)控制晶閘管的星型連接的觸發(fā)，來(lái)控制加熱元器件的工

20、作。</p><p>　　3.頭膠：溫度65度誤差為正負(fù)2度 功率18KW。</p><p>　　運(yùn)用溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)儀來(lái)控制晶閘管的星型連接的觸發(fā)，來(lái)控制加熱元器件的工作。</p><p>　　4.復(fù)膠：溫度65度誤差為正負(fù)2度 功率18KW。</p><p>　　運(yùn)用溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)儀來(lái)控制晶閘管的星型連接的觸發(fā)，來(lái)控制加熱元器件的工作。&l

21、t;/p><p>　　2 晶閘管供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，高壓換流設(shè)備在工業(yè)應(yīng)用中日益廣泛。其核心元件晶閘管（SCR）的電壓與電流越來(lái)越高（已達(dá)到10KV\10KA以上），應(yīng)用場(chǎng)合要求也越來(lái)越高在國(guó)際上，晶閘管的光控技術(shù)發(fā)展日益成熟。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)晶閘管技術(shù)發(fā)展前景和需求的展望，本文采用自供電驅(qū)動(dòng)技術(shù)與光控技術(shù)相結(jié)合，研發(fā)光控自供電晶閘管驅(qū)動(dòng)控制板，然后與晶閘

22、管本體相結(jié)合即形成光控晶閘管工程化實(shí)現(xiàn)模型，其可作為光控晶閘管的替代技術(shù)。 在工程應(yīng)用中，光控晶閘管的典型應(yīng)用場(chǎng)合為四象限高壓變頻器和國(guó)家大型直流輸變電系統(tǒng)等。隨著國(guó)家節(jié)能工程的實(shí)施，高壓變頻器的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，已成為工業(yè)節(jié)能中的重要環(huán)節(jié)。高壓直流換流系統(tǒng)難度大，技術(shù)復(fù)雜，要求高，本論文研究的光控晶閘管替代技術(shù)只作為其儲(chǔ)備技術(shù)之一。 國(guó)外對(duì)相關(guān)內(nèi)容已經(jīng)有了深入研究，并將其應(yīng)用在高壓變頻器產(chǎn)品中。在國(guó)內(nèi)，目前還沒(méi)有

23、查到相關(guān)文獻(xiàn)。本文為基于晶閘管的電流源型高壓變頻器設(shè)計(jì)了一種高壓晶閘管自供電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，為自供電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的推廣應(yīng)用和其他高壓開(kāi)關(guān)器件自供電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研制提供了參考。</p><p>　　晶閘管是硅晶體閘流管的簡(jiǎn)稱(chēng)，原名為可控硅整流器，也叫可控硅（Silicon Controlled Rectifier）其特點(diǎn)是：體積小、重量輕、無(wú)噪聲、壽命長(zhǎng)、 容量大（正向平均電流達(dá)千安、正向耐壓達(dá)數(shù)千伏），使

24、半導(dǎo)體從弱電進(jìn)入強(qiáng)電領(lǐng)域。晶閘管主要用于整流、逆變、調(diào)壓、開(kāi)關(guān)四個(gè)方面。晶閘管可分下列種類(lèi)：</p><p>　　1.按關(guān)斷、導(dǎo)通及控制方式：?jiǎn)蜗蚓чl管、雙向晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、溫控晶閘管、光控晶閘管等多種。</p><p>　　2.按引腳和極性分：二極晶閘管、三極晶閘管和四極晶閘管。</p><p>　　3.按封裝形式分：金屬封裝晶閘管、塑封晶閘管和陶瓷封裝晶閘

25、管三種類(lèi)型。</p><p>　　4.按電流容量分：大功率晶閘管、中功率晶閘管和小功率晶閘管三種。</p><p>　　通常，大功率晶閘管多采用金屬殼封裝，而中、小功率晶閘 </p><p>　　管,則多采用塑封或陶瓷封裝 </p><p>　　5.按關(guān)斷

26、速度分：普通晶閘管、高頻（快速）晶閘管 </p><p>　　本書(shū)介紹單向晶閘管，也就是人們常說(shuō)的普通晶閘管。</p><p>　　2.1單向晶閘管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)</p><p>　　單向晶閘管由四層半導(dǎo)體材料組成的，有三個(gè)PN結(jié)，對(duì)外有三個(gè)電極：第一層P型半導(dǎo)體引出的電極叫陽(yáng)極A（anode），第三層P型半導(dǎo)體引出的電極叫控制極G（gate pole），第四層N

27、型半導(dǎo)體引出的電極叫陰極K（kathode）。晶閘管有螺旋型和平板型等幾種。單向晶閘管和二極管一樣是一種單向?qū)щ姷钠骷?，關(guān)鍵是多了一個(gè)控制極G，這就使它具有與二極管完全不同的工作特性。晶閘管的文字符號(hào)為“V”。普通晶閘管外形、結(jié)構(gòu)和符號(hào)見(jiàn)圖。</p><p>　　2.2普通晶閘管工作特性</p><p>　　1．晶閘管陽(yáng)、陰極間加正向電壓而門(mén)極不加正向電壓時(shí)，晶閘管不導(dǎo)通。</p&g

28、t;<p>　　2．晶閘管陽(yáng)、陰極間加正向電壓而門(mén)極也加正向電壓時(shí)，晶閘管導(dǎo)通。</p><p>　　3．晶閘管導(dǎo)通后，打開(kāi)開(kāi)關(guān)S去掉門(mén)極上的正向電壓，晶閘管仍然導(dǎo)通。</p><p>　　4．晶閘管陽(yáng)、陰極間加加反向電壓，無(wú)論門(mén)極加電壓與否，晶閘管不導(dǎo)通。</p><p>　　2.3 晶閘管導(dǎo)通的條件</p><p>　　1

29、．晶閘管陽(yáng)極電路加足夠的正向電壓（要足以在去掉觸發(fā)電壓后仍能產(chǎn)生足夠的維持電流）；</p><p>　　2．晶閘管門(mén)極與陰極之間必須加足夠的正向電壓。</p><p>　　3.晶閘管導(dǎo)通后和晶體管一樣具有單向?qū)щ娦?。晶閘管一旦導(dǎo)通，門(mén)極便失去控制作用。</p><p>　　2.4 通過(guò)晶閘管供電對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)加熱</p><p>　　加熱系統(tǒng)主回

30、路采用兩只晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，控制晶閘管就可以控制交流電力已達(dá)到控制溫度的目的。晶閘管的觸發(fā)電路屬于過(guò)零觸發(fā)型，即晶閘管導(dǎo)通的時(shí)刻總是在電壓和電流的時(shí)刻，每次過(guò)零觸發(fā)導(dǎo)通輸出正弦波的數(shù)量是被控制的，由此連續(xù)調(diào)節(jié)輸出加熱功率來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的控制。由于輸出的是完整的正弦波，其輻射小，傳導(dǎo)干擾及負(fù)載的態(tài)浪涌電流也最小。</p><p>　　溫度加熱系統(tǒng)主電路如圖所示:</p><p>　

31、　圖2-2 加熱系統(tǒng)主電路</p><p>　　3 溫度控制儀表及元器件選型原理分析</p><p>　　3.1 溫度傳感器的分類(lèi)與應(yīng)用</p><p>　　溫度傳感器即利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。溫度傳感器是溫度測(cè)量?jī)x表的核心部分，其品種繁多。按測(cè)量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類(lèi)，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電

32、偶兩類(lèi)。按照溫度傳感器輸出信號(hào)的模式，可分為模擬式溫度傳感器、數(shù)字式溫度傳感器和邏輯輸出型溫度傳感器。</p><p>　　3.2 溫度傳感器按材料及電子元件特性分類(lèi)</p><p><b>　?。?）熱電偶</b></p><p>　　熱電偶是溫度測(cè)量中應(yīng)用最廣泛的溫度器件，他的主要特點(diǎn)就是測(cè)溫范圍寬，性能比較穩(wěn)定，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，

33、更能夠遠(yuǎn)傳4-20mA電信號(hào)，便于自動(dòng)控制和集中控制。熱電偶的測(cè)溫原理是基于熱電效應(yīng)，將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)處的溫度不同時(shí)，回路中將產(chǎn)生熱電勢(shì)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)，又稱(chēng)為塞貝克效應(yīng)。閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢(shì)有兩種電勢(shì)組成：溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)。溫差電勢(shì)是指同一導(dǎo)體的兩端因溫度不同而產(chǎn)生的電勢(shì)，不同的導(dǎo)體具有不同的電子密度，所以他們產(chǎn)生的電勢(shì)也不相同；而接觸電勢(shì)顧名思義就是指兩種不同的導(dǎo)體相接觸時(shí)，因?yàn)樗麄兊碾娮?/p>

34、密度不同所以產(chǎn)生一定的電子擴(kuò)散，當(dāng)他們達(dá)到一定的平衡后所形成的電勢(shì)，接觸電勢(shì)的大小取決于兩種不同導(dǎo)體的材料性質(zhì)以及他們接觸點(diǎn)的溫度。熱電偶的結(jié)構(gòu)有兩種，普通型和鎧裝型。熱電偶的電信號(hào)需要一種特殊的導(dǎo)線(xiàn)來(lái)進(jìn)行傳遞，這種導(dǎo)線(xiàn)我們稱(chēng)為補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)。不同的熱電偶需要不同的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，其主要作用就是與熱電偶連接，使熱電偶的參比端遠(yuǎn)離電源，從而使參比端溫度穩(wěn)定。</p><p><b>　?。?）熱電阻</b>

35、;</p><p>　　熱電阻雖然在工業(yè)中應(yīng)用也比較廣泛，但是由于他的測(cè)溫范圍使他的應(yīng)用受到了一定的限制，熱電阻的測(cè)溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。其優(yōu)點(diǎn)也很多，也可以遠(yuǎn)傳電信號(hào)，靈敏度高，穩(wěn)定性強(qiáng)，互換性以及準(zhǔn)確性都比較好，但是需要電源激勵(lì)，不能夠瞬時(shí)測(cè)量溫度的變化。工業(yè)用熱電阻一般采用Pt100，Pt10，Cu50，Cu100，鉑熱電阻的測(cè)溫的范圍一般為零下200-800攝氏度，銅

36、熱電阻為零下40到140攝氏度。熱電阻和熱電偶一樣的區(qū)分類(lèi)型，但是他卻不需要補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，而且比熱電偶便宜。</p><p>　　3.2.1 熱電式傳感器</p><p>　　熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)化為電量變化的裝置。在各種熱電式傳感器中，以將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢(shì)和電阻的方法最為普遍。其中最為常用于測(cè)量溫度的是熱電偶和熱電阻，熱電偶是將溫度轉(zhuǎn)化為電勢(shì)變化，而熱電阻是將溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻的變

37、化。這兩種熱電式傳感器目前在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。所以本系統(tǒng)選擇熱電偶溫度傳感器。</p><p>　　該系統(tǒng)需要的傳感器是將溫度轉(zhuǎn)化為電勢(shì)，且生產(chǎn)線(xiàn)上的溫度最高是75℃，所以選擇STTT—B熱電偶傳感器。STTT—B熱電偶傳感器簡(jiǎn)稱(chēng)為STTT—B熱電偶，其電勢(shì)會(huì)隨著溫度的變化而改變。STTT—B熱電偶溫度傳感器采用不銹鋼外殼封裝，頂部為鋁制防水接線(xiàn)盒，廣泛應(yīng)用于電力、石化、烘爐、塑料化纖等大型機(jī)械設(shè)備的溫度測(cè)量

38、。</p><p>　　3.3 電熱遠(yuǎn)紅外加熱裝置簡(jiǎn)介</p><p>　　遠(yuǎn)紅外加熱器又稱(chēng)：遠(yuǎn)紅外線(xiàn)加熱器、遠(yuǎn)紅外線(xiàn)加熱板、遠(yuǎn)紅外電加熱器、紅外線(xiàn)電加熱板、紅外線(xiàn)電加熱器等。</p><p>　　紅外線(xiàn)的物理性質(zhì):在光譜中波長(zhǎng)自0.76至400微米的一段稱(chēng)為紅外線(xiàn)，紅外線(xiàn)是不可見(jiàn)光線(xiàn)。所有高于絕對(duì)零度（－273℃）的物質(zhì)都可以產(chǎn)生紅外線(xiàn)?，F(xiàn)代物理學(xué)稱(chēng)之為熱射線(xiàn)。

39、 </p><p>　　紅外線(xiàn)可分為兩類(lèi)：近紅外線(xiàn)與遠(yuǎn)紅外線(xiàn)。近紅外線(xiàn)或稱(chēng)短波紅外線(xiàn)，波長(zhǎng)0.76～1.5微米，穿入人體組織較深,約5～10毫米；遠(yuǎn)紅外線(xiàn)或稱(chēng)長(zhǎng)波紅外線(xiàn)，波長(zhǎng)1.5～400微米，多被表層皮膚吸收，穿透組織深度小于2毫米。紅外線(xiàn)的物理特性

40、 </p><p><b>　　1.有熱效應(yīng) </b></p><p>　　2.穿透云霧的能力強(qiáng)(波長(zhǎng)較長(zhǎng),易于衍射)紅外線(xiàn)的傳熱學(xué)基本理論</p><p>　　1.不同特性的物體發(fā)射的紅外線(xiàn)特性（波長(zhǎng)）不同，不同特性的紅外線(xiàn)易為特性相同的物體所接收-即固體物質(zhì)發(fā)射的紅外線(xiàn)易被固體吸收，不易被氣體吸收。 </p>&

41、lt;p>　　2.熱能傳遞的形式：輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流。 </p><p>　　3.熱能在高溫下主要（90%）以輻射的形式傳遞，其輻射強(qiáng)度與溫度的四次方成正比。 </p><p>　　4.輻射熱能的吸收能力與受熱物體的表面黑度成正比。 </p><p>　　5.受熱物體的熱能傳導(dǎo)強(qiáng)度與（該物體表面和內(nèi)部）溫度梯度成正比與熱阻成反比遠(yuǎn)紅外線(xiàn)加熱器的節(jié)能原理<

42、/p><p>　　遠(yuǎn)紅外線(xiàn)加熱器的節(jié)能是由電熱涂料在加熱器輻射面形成固化涂層，該涂層因其表面黑度高，故能吸收大量的輻射熱能，又因其發(fā)射率高，故能將吸收的輻射熱能轉(zhuǎn)換成物體易吸收的遠(yuǎn)紅外熱能以電磁波的形式傳遞.微米級(jí)電熱涂料的涂層厚、熱阻大、反射率高，用于烘箱板表面，將散失的熱能轉(zhuǎn)換成遠(yuǎn)紅外熱能以電磁波的形式輻射烘箱內(nèi)，為烘箱內(nèi)的被加熱物體所吸收，而不易被潮氣吸收，從而將熱能留在烘箱內(nèi)，不僅降低了排潮溫度，而且使烘箱內(nèi)

43、的溫度升高，使烘箱內(nèi)的溫度得到了充分的利用.納米級(jí)電熱涂料的涂層薄、熱阻小，用于烘箱中受熱導(dǎo)溫的金屬材料表面，在傳熱過(guò)程中，該涂料層不僅將吸收的輻射熱能轉(zhuǎn)換成遠(yuǎn)紅外熱能傳遞，其自身變成遠(yuǎn)紅外輻射熱源，而且也因其表面溫度的提高，導(dǎo)致溫度梯度增大，使被加熱物體的熱能傳導(dǎo)強(qiáng)度增強(qiáng)，吸熱能力大大提高。總之，通過(guò)電熱涂料將輻射熱能轉(zhuǎn)換成遠(yuǎn)紅外熱能產(chǎn)生的直接作用：提高了烘箱的溫度，降低了排潮損失的溫度，增強(qiáng)了被加熱物體的熱能吸收速度；減少了熱能損失

44、，達(dá)到節(jié)能的目的。</p><p>　　遠(yuǎn)紅外線(xiàn)加熱器的技術(shù)性能</p><p>　　電壓、功率：?jiǎn)蜗?20V/1-3Kw或單相380V/1-3Kw。</p><p>　　控溫范圍：30℃~300℃。 </p><p>　　外形尺寸：300×150 300×200 300×400 300×500 <

45、;/p><p>　　抗電強(qiáng)度：1000V/1分鐘 </p><p>　　絕緣電阻：＞1.5ΜΩ 加熱元器件為電熱遠(yuǎn)紅外，90塊電熱遠(yuǎn)紅外，每塊的功率為1.2KW，每10塊串聯(lián)為一起。運(yùn)用PLC中的PID回路控制晶閘管的星型連接的觸發(fā)來(lái)控制加熱元器件。對(duì)于要求保持恒溫控制而不要溫度記錄的砂布生產(chǎn)線(xiàn)采用帶PID調(diào)節(jié)的數(shù)字式溫度顯示調(diào)節(jié)儀顯示和調(diào)節(jié)溫度，輸出0～10mA作為直流信號(hào)輸入控

46、制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變可控硅管導(dǎo)通角的大小來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率，完全可以滿(mǎn)足要求。溫度測(cè)量與控制是熱電偶采集信號(hào)通過(guò)PID溫度調(diào)節(jié)器測(cè)量和輸出0～10mA或4～20mA控制觸發(fā)板控制晶閘管導(dǎo)通角的大小，從而控制主回路加熱元件電流大小，使砂布生產(chǎn)線(xiàn)保持在設(shè)定的溫度工作狀態(tài)。電熱遠(yuǎn)紅外溫度控制器由主回路和控制回路組成。主回路是由電熱遠(yuǎn)紅外，過(guò)電流保護(hù)快速熔斷器、過(guò)電壓保護(hù)RC和生產(chǎn)線(xiàn)的加熱元件等部分組成。砂布生產(chǎn)線(xiàn)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求

47、烘房溫度由用PLC通過(guò)PID調(diào)節(jié)控制晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)實(shí)現(xiàn)烘房溫度，頭膠加熱、復(fù)膠加熱、沙箱加熱、燙平溫度的控制。</p><p>　　4 PLC溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖4.1所示，該結(jié)構(gòu)包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一臺(tái)S7-200 PLC、一個(gè)輸出電壓控制電路、一個(gè)溫度檢測(cè)電路、一個(gè)加熱

48、器、一個(gè)模擬量輸入輸出模塊等組成。</p><p>　　圖4.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　本章主要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)的角度，介紹該項(xiàng)目的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟、PLC的硬件配置、外部電路設(shè)計(jì)以及PLC控制器的設(shè)計(jì)參數(shù)的整定。</p><p>　　4.2 可編程控制器的分類(lèi)及特點(diǎn)</p><p><b>　　(一)小

49、型PLC</b></p><p>　　小型PLC 的I/O 點(diǎn)數(shù)一般在128 點(diǎn)以下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)硬件融為一體，除了開(kāi)關(guān)量I/O以外，還可以連接模擬量I/O 以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)、運(yùn)算數(shù)據(jù)處理和傳送通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。</p><p><b>　　(二)中型PLC</b></p>

50、;<p>　　中型PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，其I/O 點(diǎn)數(shù)一般在256～1024 點(diǎn)之間，I/O 的處理方式除了采用一般PLC 通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式即在掃描用戶(hù)程序的過(guò)程中直接讀輸入刷新輸出，它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。</p><p><b>　　(三)大型PLC</b></p>&l

51、t;p>　　一般I/O點(diǎn)數(shù)在1024 點(diǎn)以上的稱(chēng)為大型PLC，大型PLC 的軟硬件功能極強(qiáng)，具有極強(qiáng)的自診斷功能、通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊可以構(gòu)成三級(jí)通訊網(wǎng)實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)生產(chǎn)管理自動(dòng)化，大型PLC 還可以采用冗余或三CPU 構(gòu)成表決式系統(tǒng)使機(jī)器的可靠性更高。。</p><p>　　4.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟 </p><p>　　4.3.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般

52、步驟</p><p>　　設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，首先是進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，即根據(jù)被控對(duì)象的功能和工藝要求，明確系統(tǒng)必須要做的工作和因此必備的條件。然后是進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能分析，即通過(guò)分析系統(tǒng)功能，提出PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，控制信號(hào)的種類(lèi)、數(shù)量，系統(tǒng)的規(guī)模、布局。最后根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果，具體的確定PLC的機(jī)型和系統(tǒng)的具體配置。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以按以下步驟進(jìn)行：</p><

53、p>　　1．熟悉被控對(duì)象，制定控制方案 分析被控對(duì)象的工藝過(guò)程及工作特點(diǎn)，了解被控對(duì)象機(jī)、電、液之間的配合，確定被控對(duì)象對(duì) PLC控制系統(tǒng)的控制要求。</p><p>　　2．確定I／O設(shè)備 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定用戶(hù)所需的輸入(如按鈕、行程開(kāi)關(guān)、選擇開(kāi)關(guān)等)和輸出設(shè)備(如接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈等)由此確定PLC的I／O點(diǎn)數(shù)。</p><p>　　3．選擇PLC 選擇時(shí)主要包括

54、PLC機(jī)型、容量、I／O模塊、電源的選擇。</p><p>　　4．分配PLC的I／O地址 根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)需要，確定控制按鈕，選擇開(kāi)關(guān)、接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈等各種輸入輸出設(shè)備的型號(hào)、規(guī)格、數(shù)量；根據(jù)所選的PLC的型號(hào)列出輸入／輸出設(shè)備與PLC輸入輸出端子的對(duì)照表，以便繪制PLC外部I／O接線(xiàn)圖和編制程序。</p><p>　　5．設(shè)計(jì)軟件及硬件進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，進(jìn)行控制柜（臺(tái)）

55、等硬件的設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工。由于程序與硬件設(shè)計(jì)可同時(shí)進(jìn)行，因此，PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期可大大縮短，而對(duì)于繼電器系統(tǒng)必須先設(shè)計(jì)出全部的電氣控制線(xiàn)路后才能進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。</p><p>　　6．聯(lián)機(jī)調(diào)試 聯(lián)機(jī)調(diào)試是指將模擬調(diào)試通過(guò)的程序進(jìn)行在線(xiàn)統(tǒng)調(diào)。</p><p>　　4,4 可編程控制器的工作原理</p><p>　　PLC的工作方式是一個(gè)不斷循環(huán)的順序掃描工作方式

56、。每一次掃描所用的時(shí)間稱(chēng)為掃描周期或工作周期。 CPU 從第一條指令開(kāi)始，按順序逐條地執(zhí)行用戶(hù)程序直到用戶(hù)程序結(jié)束，然后返回第一條指令開(kāi)始新的一輪掃描。 PLC 就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。</p><p>　　4.4.1 S7-200 CPU的選擇</p><p>　　S7-200 系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等類(lèi)型。此系統(tǒng)選用的S7-

57、200 CPU226,CPU 226集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)。可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。</p><p>　　4.4.2 CPU擴(kuò)展模塊 </p><p>　　在溫度控制系統(tǒng)中，傳感器將檢測(cè)到的溫度轉(zhuǎn)

58、換成電勢(shì)信號(hào)，系統(tǒng)需要配置模擬量的輸入模塊把電勢(shì)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再送入PLC中進(jìn)行處理。選用主機(jī)CPU226PLC,擴(kuò)展單元選擇模擬量輸入單元EM231熱電偶模塊，EM231有4路熱電偶輸入。模擬量輸出單元選擇EM232模塊，EM232具有2路模擬量輸出。整個(gè)PLC</p><p>　　硬件控制系統(tǒng)如圖 4-2 所示</p><p>　　圖 4-2 PLC溫度控制系統(tǒng)圖</p>

59、;<p>　　4.5 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案和電氣連接圖</p><p>　　系統(tǒng)選用了PLC CPU 226為控制器，STTT—B熱電偶傳感器將檢測(cè)到的實(shí)際生產(chǎn)線(xiàn)上的溫度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)EM235模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)化成數(shù)字量信號(hào)并送到PLC中進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，PID控制器輸出轉(zhuǎn)化為0～10mA的電流信號(hào)輸入控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變晶閘管導(dǎo)通角的大小來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率，從而調(diào)節(jié)電熱絲的加熱。</p

60、><p>　　整體設(shè)計(jì)方案如圖3-3</p><p>　　圖3-3 整體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　4.6 溫度控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立</p><p>　　在本控制系統(tǒng)中，STTT-B1(烘房溫度傳感器)將檢測(cè)到的烘房溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電勢(shì)信號(hào)送入EM231模塊的A路，STTT-B2(燙平工位溫度傳感器)將檢測(cè)到的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電勢(shì)信號(hào)送入EM

61、231模塊的B路。具體流程在第五章程序編寫(xiě)的時(shí)候具體論述。由PLC的串級(jí)控制系統(tǒng)框圖如圖 4-5 </p><p>　　如圖4-5 串級(jí)控制系統(tǒng)框圖 </p><p>　　4.7 PID控制及參數(shù)整定</p><p>　　1.P

62、ID控制器的組成</p><p>　　PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為</p><p><b>　　公式（4-1）</b></p><p>　　(1) 比例系數(shù)KC對(duì)系統(tǒng)性能的影響： 比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小。Ｋc偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)。Ｋc太大時(shí)，系統(tǒng)

63、會(huì)趨于不穩(wěn)定。Ｋc太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。Ｋc可以選負(fù)數(shù)，這主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器以控制對(duì)象的特性決定的。如果Ｋc的符號(hào)選擇不當(dāng)對(duì)象狀態(tài)(av值)就會(huì)離控制目標(biāo)的狀態(tài)(av值)越來(lái)越遠(yuǎn)，如果出現(xiàn)這樣的情況Ｋc的符號(hào)就一定要取反。(2) 積分控制Ｔi對(duì)系統(tǒng)性能的影響： 積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，Ｔi小（積分作用強(qiáng)）會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。(3) 微分控制Ｔd對(duì)系統(tǒng)性能的影響： 微分作用可

64、以改善動(dòng)態(tài)特性，Ｔd偏大時(shí)，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較短。Ｔd偏小時(shí)，超調(diào)量也較大(小)，調(diào)節(jié)時(shí)間也較長(zhǎng)。只有Ｔd合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時(shí)間。</p><p>　　2.主、副回路控制規(guī)律的選擇</p><p>　　采用串級(jí)控制，所以有主副調(diào)節(jié)器之分。主調(diào)節(jié)器起定值控制作用，副調(diào)節(jié)器起隨動(dòng)控制作用，這是選擇規(guī)律的基本出發(fā)點(diǎn)。主參數(shù)是工藝操作的重要指標(biāo)，允許波動(dòng)的范圍較小，一般要求無(wú)余差

65、，因此，主調(diào)節(jié)器一般選PI或PID控制，副參數(shù)的設(shè)置是為了保證主參數(shù)的控制質(zhì)量，可允許在一定范圍內(nèi)變化，允許有余差，因此副調(diào)節(jié)器只要選P控制規(guī)律就可以。在本控制系統(tǒng)中，我們將工位溫度作為主參數(shù)，烘房溫度為副參數(shù)。主控制器采用PI控制，副控制器采用P控制。</p><p>　　3.主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的確定</p><p>　　副調(diào)節(jié)器作用方式的確定： 首先確定調(diào)節(jié)閥，出于生產(chǎn)工

66、藝安全考慮，可控硅輸出電壓應(yīng)選用氣開(kāi)式，這樣保證當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障使調(diào)節(jié)閥損壞而處于全關(guān)狀態(tài)，確保設(shè)備安全，調(diào)節(jié)閥的 Av >0 。然后確定副被控過(guò)程的K02，當(dāng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度增大，電壓增大，工位溫度上升，所以 K02 >0 。最后確定副調(diào)節(jié)器，為保證副回路是負(fù)反饋，各環(huán)節(jié)放大系數(shù)(即增益)乘積必須為負(fù)，所以副調(diào)節(jié)器 K 2<0 ，副調(diào)節(jié)器作用方式為反作用方式。</p><p><b>　?。?/p>

67、1）整定比例控制</b></p><p>　　將比例控制作用由小變到大，觀(guān)察各次響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線(xiàn)。</p><p><b>　?。?）整定積分環(huán)節(jié)</b></p><p>　　若在比例控制下穩(wěn)態(tài)誤差不能滿(mǎn)足要求，需加入積分控制。先將步驟（1）中選擇的比例系數(shù)減小為原來(lái)的50～80％，再將積分時(shí)間置一個(gè)較大值，觀(guān)

68、測(cè)響應(yīng)曲線(xiàn)。然后減小積分時(shí)間，加大積分作用，并相應(yīng)調(diào)整比例系數(shù)，反復(fù)試湊至得到較滿(mǎn)意的響應(yīng)，確定比例和積分的參數(shù)。</p><p><b>　?。?）整定微分環(huán)節(jié)</b></p><p>　　若經(jīng)過(guò)步驟（2），PI控制只能消除穩(wěn)態(tài)誤差，而動(dòng)態(tài)過(guò)程不能令人滿(mǎn)意，則應(yīng)加入微分控制，構(gòu)成PID控制。先置微分時(shí)間TD=0，逐漸加大TD，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，反復(fù)試

69、湊至獲得滿(mǎn)意的控制效果和PID控制參數(shù)。 </p><p>　　5 PLC溫度控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分本在硬件基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹本項(xiàng)目的軟件設(shè)計(jì)，主要包括軟件設(shè)計(jì)的基本步驟、方法、編程軟件STEP7-Micro/WIN的介紹以及本項(xiàng)目的程序設(shè)計(jì)。</p><p>　　5.1 PLC程序設(shè)計(jì)的方

70、法</p><p>　　PLC程序設(shè)計(jì)常用的方法：主要有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法、順序控制設(shè)計(jì)法、邏輯設(shè)計(jì)法等。</p><p>　　1.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法：經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法即在一些典型的控制電路程序的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控制對(duì)象的具體要求，進(jìn)行選擇組合，并多次反復(fù)調(diào)試和修改梯形圖，有時(shí)需增加一些輔助觸點(diǎn)和中間編程環(huán)節(jié)，才能達(dá)到控制要求。這種方法沒(méi)有規(guī)律可遵循，設(shè)計(jì)所用的時(shí)間和設(shè)計(jì)質(zhì)量與設(shè)計(jì)者

71、的經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系，故稱(chēng)為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。 </p><p>　　2.繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法：用PLC的外部硬件接線(xiàn)和梯形圖軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)的功能。</p><p>　　3.順序控制設(shè)計(jì)法：根據(jù)功能流程圖，以步為核心，從起始步開(kāi)始一步一步地設(shè)計(jì)下去，直至完成。此法的關(guān)鍵是畫(huà)出功能流程圖。</p><p>　　4. 邏輯設(shè)計(jì)法：通過(guò)中間量把輸入和輸出聯(lián)系起來(lái)

72、。實(shí)際上就找到輸出和輸入的關(guān)系，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。</p><p>　　5.2 編程軟件STEP7--Micro/WIN 概述 </p><p>　　STEP7-Micro/WIN 編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，由西門(mén)子公司專(zhuān)為S7-200系列可編程控制器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，它功能強(qiáng)大，主要為用戶(hù)開(kāi)發(fā)控制程序使用，同時(shí)也可以實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶(hù)程序的執(zhí)行狀態(tài)。</p><p&g

73、t;<b>　　5.3 程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.3.1 程序設(shè)計(jì)思路</p><p>　　PLC運(yùn)行時(shí)，通過(guò)特殊繼電器SM0.0產(chǎn)生初始化脈沖，進(jìn)行脈沖初始化，將溫度設(shè)定值，PID參數(shù)值等存入數(shù)據(jù)寄存器，隨后系統(tǒng)開(kāi)始溫度采樣，采樣周期是17秒，STTT-B1(熱電偶溫度傳感器)將采集到的燙平工位溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)在通過(guò)AIW0進(jìn)入PLC，

74、作為主回路的反饋值，經(jīng)過(guò)主控制器（PID0）的PI運(yùn)算產(chǎn)生輸出信號(hào)，作為副回路的給定值。STTT-B2(熱電偶溫傳感器)將采集到的烘房溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)在通過(guò)AIW2進(jìn)入PLC，作為副回路的反饋值，經(jīng)過(guò)副控制器（PID1）的P運(yùn)算產(chǎn)生輸出的信號(hào),由AQW0輸出，輸出的4-20mA電流信號(hào)控制可控硅的導(dǎo)通角，從而控制電熱絲的電壓，完成對(duì)溫度的控制。 </p><p>　　5.3.2 PLC程序設(shè)

75、計(jì)的一般步驟</p><p>　　1．繪制系統(tǒng)的功能圖。</p><p>　　2．設(shè)計(jì)梯形圖程序。</p><p>　　3．根據(jù)梯形圖編寫(xiě)指令表程序。</p><p>　　4．對(duì)程序進(jìn)行模擬調(diào)試及修改，直到滿(mǎn)足控制要求為止。調(diào)試過(guò)程中，可采用分段調(diào)試的方法，并利用編程器的監(jiān)控功能。</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的

76、設(shè)計(jì)步驟可參考圖 3-1 ：</p><p>　　圖 3-1 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟</p><p>　　5.3.3 PLC控制軟件</p><p>　　砂布生產(chǎn)線(xiàn)溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)時(shí)變和遲延的系統(tǒng)。生產(chǎn)過(guò)程中，反饋信號(hào)若不能及時(shí)地反映輸入信號(hào)對(duì)控制系統(tǒng)的影響，將產(chǎn)生超調(diào)和持續(xù)的震蕩?？刂苹芈凡捎肞LC實(shí)現(xiàn)PID閉環(huán)控制，以消除靜態(tài)誤差。較好地滿(mǎn)足靜態(tài)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)要

77、求。</p><p>　　晶閘管調(diào)功控溫具有不沖擊電網(wǎng)、對(duì)用電設(shè)備不產(chǎn)生干擾等優(yōu)點(diǎn)，是一種應(yīng)用廣泛的控溫方式。系統(tǒng)采用熱電偶測(cè)溫元件、將溫度信號(hào)輸入EM231熱電偶模塊、當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，其偏差經(jīng)過(guò)PLC調(diào)節(jié)和隔離變送器變成為0～10mA的直流PID調(diào)節(jié)信號(hào)，通過(guò)控制晶閘管電力控制器控制晶閘管的導(dǎo)通周波數(shù)達(dá)到控溫目的。由于系統(tǒng)設(shè)置了PID控制，使系統(tǒng)加熱過(guò)程反應(yīng)速度加快，超調(diào)量小的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的高精度控制

78、。其控制流程如圖所示。</p><p>　　5.3.4 PID指令向?qū)?lt;/p><p>　　編寫(xiě)PID控制程序時(shí)，首先要把過(guò)程變量（PV）轉(zhuǎn)化為0.00-1.00之間的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)數(shù)。PID運(yùn)算結(jié)束之后，需要把回路輸出（0.00--1.00之間的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)）轉(zhuǎn)換為可以送給模擬量輸出模塊的整數(shù)。</p><p>　　5.3.5控制程序及分析</p><p

79、>　　因?yàn)橛葾IW0和AIW2輸入的是6400--32000的數(shù)字量，所以要轉(zhuǎn)換為實(shí)際的溫度要進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算公式為：</p><p><b>　　公式（4-1）</b></p><p>　　其中，T為實(shí)際溫度，D為AIWO和AIW2輸入的數(shù)字量。</p><p>　　PLC的內(nèi)存地址分配見(jiàn) 表4-1 <

80、/p><p>　　表 4-1 內(nèi)存地址分配</p><p>　　PID指令表見(jiàn)表4-2： </p><p>　　表4-2 PID指令回路表</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本文成功的運(yùn)用了西門(mén)子S7-200PLC設(shè)計(jì)了一個(gè)人機(jī)監(jiān)控的溫度控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用串級(jí)PID控制

81、，利用粗調(diào)和細(xì)調(diào)，得到了一個(gè)反應(yīng)比較迅速，控制精度比較高的溫度控制系統(tǒng)。</p><p>　　溫度控制一直是工業(yè)控制中的一個(gè)最重要最常見(jiàn)的被控變量，隨著PLC、單片機(jī)等嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，種類(lèi)繁多的控制設(shè)備和過(guò)程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，使用PID來(lái)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的方法得到廣泛的應(yīng)用，以適應(yīng)溫控系統(tǒng)非線(xiàn)性，干擾多，大時(shí)延，時(shí)變和分布變化的特點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)合、不同的加熱對(duì)象和所要求的控制曲線(xiàn)和控

82、制精度，選擇不同的系統(tǒng)方法。本文通過(guò)使用西門(mén)子的S7-200 PLC設(shè)計(jì)出了溫度控制系統(tǒng)，通過(guò)使用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)的上位機(jī)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集與處理、畫(huà)面顯示、報(bào)警處理以及流程控制等功能，對(duì)整個(gè)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控。</p><p>　　當(dāng)然，本控制系統(tǒng)還有很多不足的地方。例如，系統(tǒng)的自適應(yīng)能力不強(qiáng)，因?yàn)槭抢蒙醽?lái)降溫的，所以與外界溫度環(huán)境密接相關(guān)，在不同的溫度環(huán)境下控制精度和控制能力是不同的。通過(guò)對(duì)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

83、和調(diào)試，我們認(rèn)識(shí)到，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的控制，如果采用繼電控制，不僅系統(tǒng)繁瑣，調(diào)試?yán)щy，故障概率大，而且對(duì)以后的維護(hù)也帶來(lái)困難。用PLC控制除了能解決以上問(wèn)題以外，還具有以下特點(diǎn)：①控制條理清楚，接線(xiàn)簡(jiǎn)單明了。②用軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電控制，減少了設(shè)計(jì)上的困難，減少了系統(tǒng)的故障。③模塊化程序設(shè)計(jì)，便于調(diào)試，并且方便功能的改進(jìn)。④編程圖形化，使之一目了然。</p><p>　　通過(guò)本次設(shè)計(jì)，使我的專(zhuān)業(yè)知識(shí)得到了綜合應(yīng)

84、用，理論和實(shí)踐有了進(jìn)一步的提高，同時(shí)，對(duì)整個(gè)溫度控制系統(tǒng)包括PID、晶閘管、S7-200 PLC等有了更深刻的理解和體會(huì)，受益匪淺。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]邵裕森,巴筱云. 過(guò)程控制及儀表. 機(jī)械工業(yè)出版社, 1999 </p><p>　　[2]邵裕森,戴先中.

85、過(guò)程控制工程. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2000 </p><p>　　[3]中國(guó)電子學(xué)會(huì). 2000/2001傳感器與執(zhí)行器大全. 電子工業(yè)出版社,2001</p><p>　　[4]柴瑞娟,陳海霞. 西門(mén)子PLC編程技術(shù)及工程應(yīng)用. 機(jī)械工業(yè)出版社,2006 </p><p>　　[5]文鋒，陳青. 自動(dòng)控制理論.

86、 中國(guó)電力出版社，2008 </p><p>　　[6]廖常初. PLC編程及應(yīng)用. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2009 </p><p>　　[7]林德杰. 過(guò)程控制儀表及控制系統(tǒng). 機(jī)械工業(yè)出版社,2008 </p><p>　　[8]黃俊.

87、半導(dǎo)體變流技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　[9] 廖常初． 可編程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用． 重慶大學(xué)出版社</p><p>　　[10]萬(wàn)太福． 可編程序控制器及其應(yīng)用． 重慶大學(xué)出版社</p><p>　　[11]劉祖潤(rùn)． 畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)．

88、 機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　[12] 新舊圖形符號(hào)對(duì)照讀本． 兵器工業(yè)出版社</p><p>　　[13]謝桂林． 電力拖動(dòng)與控制． 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社</p><p>　　[14] 工廠(chǎng)常用電氣設(shè)備

89、手冊(cè)（上、中、下）． 水利電力出版社</p><p>　　[15]劉星平． 電氣控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)． 湖南工程學(xué)院 </p><p>　　[17]王永華． 現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)． 北京航空航天大學(xué)出版社</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>

90、;　　論文是在肖俊明老師的悉心指導(dǎo)下完成的，從論文最終完成的每一個(gè)環(huán)節(jié)，自始自終得到肖俊明老師精心指導(dǎo)和幫助。通過(guò)這一階段的努力，我的畢業(yè)論文《砂布生產(chǎn)線(xiàn)溫度控制系統(tǒng)》終于完成了，這意味著大學(xué)生活即將結(jié)束。在大學(xué)階段，我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益非淺，這除了自身的努力外，與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵(lì)是分不開(kāi)的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，離不開(kāi)同學(xué)的寶貴意見(jiàn)以及文獻(xiàn)資料的提供，在此對(duì)幫助過(guò)我的同學(xué)再次表示衷心的感謝和祝福，祝愿在日后的工作生活

91、中的合作能更上一層樓，大家共同進(jìn)步。</p><p>　　在本論文的寫(xiě)作過(guò)程中，我的導(dǎo)師肖俊明老師傾注了大量的心血，從選題到開(kāi)題報(bào)告，從寫(xiě)作提綱，到一遍又一遍地指出每稿中的具體問(wèn)題，嚴(yán)格把關(guān)，循循善誘，在此我表示衷心感謝。同時(shí)我還要感謝在我學(xué)習(xí)期間給我極大關(guān)心和支持的各位老師以及關(guān)心我的同學(xué)和朋友。寫(xiě)作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過(guò)程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新的學(xué)習(xí)生活的開(kāi)始。在今后的工作中把嚴(yán)密謹(jǐn)慎的優(yōu)良傳

92、統(tǒng)發(fā)揚(yáng)光大。感謝各位老師的批評(píng)指導(dǎo)。 在此特向肖俊明老師老師表示由衷的感謝和崇高的敬意 !</p><p><b>　　程序附錄</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)PID參數(shù)</b></p><p>　　LD M0.0</p><p>　　MOVR 2.75, VD4</p&

93、gt;<p>　　MOVR 2.0, VD12</p><p>　　MOVR 1.0, VD16</p><p>　　MOVR 0.0, VD20</p><p>　　MOVR 0.0, VD24</p><p>　　MOVB 100, SMB34</p><p>　　ATCH I

94、NT_0, 10</p><p><b>　　ENI</b></p><p><b>　　圖3-6</b></p><p><b>　　取實(shí)際溫度變量</b></p><p>　　1. 四溫度傳感器電壓值送內(nèi)存</p><p>　　LD SM0.

95、0</p><p>　　MOVW AIW0, VW0</p><p>　　MOVW AIW2, VW2</p><p>　　MOVW AIW4, VW4</p><p>　　MOVW AIW6, VW6</p><p><b>　　圖3-7</b></p><p

96、>　　2.溫度實(shí)際電壓值送內(nèi)存</p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　MOVW VW0, VW8</p><p>　　+I VW2, VW8</p><p>　　MOVW VW4, VW10</p><p>　　+I VW6, VW10</p>&

97、lt;p>　　MOVW VW8, VW12</p><p>　　+I VW10, VW12</p><p>　　MOVW VW12, VW14</p><p>　　/I +4, VW14</p><p>　　ITD VW14, VD40</p><p><b>　　圖3-8

98、</b></p><p><b>　　PID調(diào)節(jié)與輸出</b></p><p>　　1. 得到過(guò)程變量VD0</p><p>　　LD M0.0</p><p>　　CALL SBR_1</p><p>　　MOVD VD40, AC0</p><p

99、>　　DTR AC0, AC0</p><p>　　/R 32000.0, AC0</p><p>　　MOVR AC0, VD0</p><p><b>　　圖3-9</b></p><p>　　2.VB0號(hào)PID表</p><p>　　LD SM0.0</

100、p><p>　　PID VB0, 0</p><p><b>　　圖1</b></p><p><b>　　圖3-10</b></p><p><b>　　3.PID調(diào)節(jié)輸出</b></p><p>　　LD SM0.0</p>

101、<p>　　MOVR VD8, AC0</p><p>　　*R 32000.0, AC0</p><p>　　ROUND AC0, AC0</p><p>　　DTI AC0, VW40</p><p>　　MOVW VW40, AQW0</p><p><b>　　主程序

102、：</b></p><p>　　圖4-14 控制程序1</p><p><b>　　主調(diào)節(jié)器程序：</b></p><p>　　圖4-15 控制程序2</p><p>　　圖4-16 控制程序3</p><p>　　圖4-17 控制程序4</p><p><