基于PLC的烤漆房温度控制系统的设计-电气工程及其自动化毕业论文.docx

重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文）编 号：_审定成绩：_ 毕 业 设 计 （论 文）设计（论文）题目:_基于PLC的烤漆房温度控制系统的设计_单 位（系别）：_ 自动化系_ _学 生 姓 名：_ 李宏泽_专 业：电气工程及其自动化_班 级：_ _05111304_学 号：_ 2013212370_指 导 教 师：_ 王瑞芳_答辩组负责人：_ _填表时间： 2017年 4 月重庆邮电大学移通学院教务处制 重庆邮电大学移通学院毕业设计(论文)任务书设计(论文)题目 基于PLC的烤漆房温度控制系统的设计 学生姓名 李宏泽 系别 自动化 专业 电气工程及其自动化 班级 05111304 指导教师 王瑞芳 职称 讲师 联系电话 [phone] 教师单位 自动化系 下任务日期 2017 年 月 日 主 要 研 究 内 容 、 方 法 和 要 求以PLC作为控制器，结合温度传感器、设计一个烤漆房温度控制系统，实现烤漆房的温度设定、温度采集、加热、恒温控制、报警等功能。1.提出系统的总体设计方案； 2.选取合适的元器件对系统进行硬件设计； 3.对系统进行软件设计并测试验证。 进 度 计 划第3周第5周：查阅资料、熟悉PLC的结构、工作原理等；第6周第7周：按烤漆房的功能要求，确定总体设计方案；第8周第12周：完成系统硬件、软件设计，并进行仿真验证；第13周第15周：撰写论文、修改论文，完成答辩。 主 要 参 考 文 献1 刘美俊西门子PLC编程及应用M北京：机械工业出版社2011.2 戴明宏电气控制与PLC应用M北京：北京航空航天大学出版社20073 胡向东，刘京诚传感器与检测技术M北京：机械工业出版社2009.4 相关学术期刊等.指导教师签字： 年 月 日教研室主任签字： 年 月 日备注：此任务书由指导教师填写，并于毕业设计(论文)开始前下达给学生。摘 要 本文介绍了基于PLC烤漆房的温度控制系统，如今温度控制系统广泛应用于工业控制领域。烤漆房一般是用来喷涂和烘烤车漆的，因此，烤漆房最确切的描述应为“喷烤漆房”。一般喷漆烤漆时先期做物体表面处理，无尘打磨。喷漆时，外部空气经过初级过滤网过滤后由风机送到房顶，再经过顶部过滤网二次过滤净化后进入房内。房内空气采用全降式，以0.2-0.3m/s的速度向下流动，使喷漆后的漆雾微粒不能在空气中停留，而直接通过底部出风口被排出房外。这样不断地循环转换，使喷漆时房内空气清洁度达98%以上，且送入的空气具有一定的压力，可在车的四周形成一恒定的气流以去除过量的油漆，从而最大限度地保证喷漆的质量。烤漆时，将风门调至烤漆位置，热风循环，烤房内温度迅速升高到预定干燥温度(5560)。风机将外部新鲜空气进行初过滤后，与热能转换器发生热交换后送至烤漆房顶部的气室，再经过第二次过滤净化，热风经过风门的内循环作用，除吸进少量新鲜空气外，绝大部分热空气又被继续加热利用，使得烤漆房内温度逐步升高。当温度达到设定的温度时，燃烧器自动停止;当温度下降到设置温度时，风机和燃烧器又自动开启，使烤漆房内温度保持相对恒定。最后当烤漆时间达到设定的时间时，烤漆房自动关机，烤漆结束。【关键词】PLC 温度控制 自动化控制ABSTRACTThis paper introduces the temperature control system based on PLC baking room, and now the temperature control system is widely used in the field of industrial control.Paint room is generally used for spraying and baking paint, therefore, the most accurate description of the paint room should be spray paint room. General paint spray when the object surface treatment, clean dust.When painting, the external air is filtered through the primary filter screen, then sent to the roof by the fan, and then filtered into the room after the two filtration. Room air using a full drop type, the flow rate down to 0.2-0.3m/s, so that the paint spray paint particles can not stay in the air, and directly through the bottom of the outlet is discharged outside the room. This constant cycle conversion, make painting room air cleanliness reached above 98%, and into the air with a certain pressure, but a constant flow formed in the car around to remove excess paint, so as to maximize the quality of paint.Baking paint, the air door to the paint position, hot air circulation, baking room temperature rapidly increased to a predetermined drying temperature (55 C - 60 C). Fan outside fresh air early after filtration, gas chamber heat exchange is sent to the roof with baking heat energy converter, and then after second times of filtration and purification, hot air after air circulation within the role, in addition to small amounts of fresh air, most of the hot air and continue to be heated by the temperature gradually increased, paint room in. When the temperature reaches the set temperature, the burner automatically stops; when the temperature drops to the set temperature, the fan and the burner are automatically opened, so that the temperature of the baking room is kept relatively constant. Finally, when the baking time reaches the set time, the paint room will automatically shut down.【Key words】PLC temperature control Automatic control 目录前 言随着信息时代的到来，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。特别是近年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。 温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。可见，温度的测量和控制是非常重要的。单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。由于传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制，但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响因素。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信和信息处理结合起来，适应传感器的生产、研制、开发和应用。另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。温度传感器是其中重要的一类传感器。其发展速度之快，以及其应用之广，并且还有很大潜力。 第一章第一节 .温度控制系统设计的发展状况温度控制系统在工业生产中获得了广泛的应用，在工农业生产、国防、科研以及日常生活等领域占有重要的地位。温度控制系统是人类供热、取暖的主要设备的驱动来源，它的出现迄今已经有两百余年的历史。再次期间，从低级到高级，从简单到复杂，随着生产力的发展和对温度控制精准度要求的不断提高，温度控制系统的控制技术得到迅速发展。当前比较流行的温度控制系统有基于单片机的温度控制系统，基于PLC的温度控制系统，基于工控机（IPC）的温度控制系统，集散型温度控制系统（DCS），现场总线控制系统（FCS）等。单片机的发展历史虽然不长，但是它凭借着体积小，成本低，功能强大和可靠性高等特点，已经在许多领域得到了广泛的应用。单片机已经开始的4位机发展到32位机。其性能进一步得到改善。基于单片机的温度控制系统运行稳定，工作精度高。单相对其他温度系统而言，单片机响应速度慢、中断源少，不利于在复杂的，高要求的系统中使用。PLC是一种数字控制专用电子计算机，它使用了可编程序存储器储存指令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过模拟和数字输入、输出等组件，控制各种机械或工作程序。PLC可靠性高、抗干扰能力强、编程简单，易于被工程人员掌握和使用，目前在工业领域上被广泛应用。相对于IPC，DCS，FSC等系统而言，PLC是具有成本上的优势。因此，PLC占领着很大的市场份额，其前景也很有前途。工控机（IPC）即工业用个人计算机。IPC的性能可靠、软件丰富、价格低廉，应用日趋广泛。它能够适应多种工业恶劣环境，抗振动、抗高温、防灰尘，防电磁辐射。过去工业锅炉大多用人工结合常规仪表监控，一般较难达到满意的结果，原因是工业锅炉的燃烧系统是一个多变量输入的复杂系统。影响燃烧的因素十分复杂，较正确的数学模型不易建立，以经典的PID为基础的常规仪表控制，已很难达到最佳状态。而计算机提供了诸如数字滤波，积分分离PID，选择性PID。参数自整定等各种灵活算法，以及“模糊判断”功能，是常规仪表和人力难以实现或无法实现的。在工业锅炉温度检测控制系统中采用控机工可大大改善了对锅炉的监控品质，提高了平均热效率。但如果单独采用工控机作为控制系统，又有易干扰和可靠性差的缺点。集散型温度控制系统（DCS）是一种功能上分散，管理上集中上集中的新型控制系统。与常规仪表相比具有丰富的监控、协调管理功能等特点。DCS的关键是通信。也可以说数据公路是分散控制系统DCS的脊柱。由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络，因此，数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性。基本DCS的温度控制系统提供了生产的自动化水平和管理水平，能减少操作人员的劳动强度，有助于提高系统的效率。但DCS在设备配置上要求网络、控制器、电源甚至模件等都为冗余结构，支持无扰切换和带电插拔，由于设计上的高要求，导致DCS成本太高。现场总线控制系统（FCS）综合了数字通信技术、计算机技术、自动控制技术、网络技术和智能仪表等多种技术手段的系统。其优势在于网络化、分散化控制。基于总线控制系统（FCS）的温度控制系统具有高精度，高智能，便于管理等特点，FCS系统由于信息处理现场化，能直接执行传感、控制、报警和计算功能。而且它可以对现场装置(含变送器、执行器等)进行远程诊断、维护和组态，这是其他系统无法达到的。但是，FCS还没有完全成熟，它才刚刚进入实用化的现阶段，另一方面，另一方面，目前现场总线的国际标准共有12种之多，这给FSC的广泛应用添加了很大的阻力。各种温度系统都有自己的优缺点，用户需要根据实际需要选择系统配置，当然，在实际运用中，为了达到更好的控制系统，可以采取多个系统的集成，做到互补长短。温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比有着较大差距。成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主。它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后、复杂、时变温度系统控制。而适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并在仪表控制参数的自整定方面，国外已有较多的成熟产品。但由于国外技术保密及我国开发工作的滞后，还没有开发出性能可靠的自整定软件。控制参数大多靠人工经验及现场调试确定。国外温度控制系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果。日本、美国、德国、瑞典等技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表，并在各行业广泛应用。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展。在现代化的今天，现代化控制是一个国家现代化水平的标志之一，在工业自动化领域，可编程控制器(PLC)作为自动控制的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一，成为大多数自动化系统的设备基础。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，是专为在工业环境下应用设计，它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控定时、计数和算术等操作的指令，并采用数字式、模拟式的输入和输出，控制各种的机械或生产过程。长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。1969年美国DEC公司研制出第一台可编程控制器，用在GM公司生产线上的获得成功。其后日本、德国等相续引入，可编程控制器迅速发展起来。进入20世纪80年代，由于计算机技术和微电子技术的迅速发展，极大的推动了PLC的发展，使的PLC的功能日益增强。PLC可进行模拟量控制、位置控制和PID控制等，易于实现柔性制造系统。远程通信功能的实现更使PLC如虎添翼。目前，在先进国家中，PLC已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有工业企业。之所以应用广泛，是因为PLC有很多优点，本文涉及的温度监控系统是以PLC为核心的监控系统。该项目的最终目标是开发一个能进行加热，能够通过传感器检测实际的温度值，而且能够显示温度值，当实际温度值和设定温度值不相等时发出报警信号，以便让操作工控制。本系统在温度控制方面应用广泛，例如面包的生产，工业中的锅炉加热等。本系统的控制是采用PLC的编程语言-梯形语言，梯形语言是在可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的基础上加进了许多功能、使用灵活的指令，使逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路。温度监控系统作为一个应用系统，要不断地完善，适应时代、市场的需要才能有所发展。第三节.PLC控制系统的硬件设计本章主要从系统设计结构和硬件设计的角度，介绍该项目的控制系统的设计步骤、的硬件配置、外部电路设计以及控制器的设计参数的整定。（一）PLC控制系统设计的基本原则和步驟（1）PLC控制系统设计的基本原则1.充分发挥PLC功能，最大限度地满足被控对象的控制要求。2.在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。3.保证控制系统安全可靠。4.应考虑生产的发展和工艺的改进，在选择PLC的型号、I/O点数和存储器容量等内容时，应留有适当的余量，以利于系统的调整和扩充。(2)PLC控制系统设计的一般步骤设计PLC应用系统时，首先是进行PLC应用系统的功能设计，即根据被控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。然后是进行PLC应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出PLC控制系统的结构形式，控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。最后根据系统分析的结果，具体的确定PLC的机型和系统的具体配置。控制系统设计可以按以下步骤进行：1.熟悉被控对象，制定控制方案分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，确定被控对象对PLC控制系统的控制要求。2.确定I/O设备根据系统的控制要求，确定用户所需的输入(如按钮、行程开关、选择开关等)和输出设备(如接触器、电磁阀、信号指示灯等）由此确定PLC的点数。3.选择PLC选择时主要包括PLC机型、容量、I/O模块、电源的选择。4.分配PLC的I/O地址根据生产设备现场需要，确定控制按钮，选择关、接触器、电磁阀、信号指示灯等各种输入输出设备的型号、规格、数量；根据所选的PLC的型号列出输入/输出设备与PLC输入输出端子的对照表，以便绘制PLC外部I/O接线图和编制程序。5.设计软件及硬件进行PLC程序设计，进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。由于程序与硬件设计可同时进行，因此，PLC控制系统的设计周期可大大缩短，而对于继电器系统必须先设计出全部的电气控制线路后才能进行施工设计。6.联机调试联机调试是指将模拟调试通过的程序进行在线统调。（二）PLC程序设计的一般步骤1.绘制系统的功能图。2.设计梯形图程序。3.根据梯形图编写指令表程序。4.对程序进行模拟调试及修改，直到满足控制要求为止。调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。PLC控制系统的设计步骤可参考下图： 图（1）PLC控制系统的设计步骤 第二章.PLC的选型和硬件配置 第一节.PLC型号的选择本温度控制系统采用德国西门子S7-200PLC。S7-200是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能价格比。 第二节.S7-200CPU的选择S7-200系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等类型。此系统选用的S7-200CPU226，CPU226，CPU226集成24输入/16输出共个40数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K字节程序和数据存储空间。6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。2个RS485通讯/编程口，具有PPT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。 第三节.EM235模拟量输入输出模块在温度控制系统中，传感器将检测到的温度转换成4-20mA的电流信号，系统需要配置模拟量的输入模块把电流信号转换成数字信号再送入PLC中进行处理。在这里我们选择西门子的EM235模拟量输入/输出模块。EM235模块具有4路模拟量输入/一路模拟量的输出。它允许S7-200连接微小的模拟量信号，80mV范围。用户必须用DIP开关来选择热电偶的类型，断线检查，测量单位，冷端补偿和开路故障方向：SW1SW3用于选择热电偶的类型，SW4没有使用，SW5用于选择断线检测方向，SW6用于选择是否进行断线检测，SW7用于选择测量方向，SW8用于选择是否进行冷端补偿。所有连到模块上的热电偶必须是相同类型。 第四节.热电式传感器 热电式传感器是一种将温度变化转化为电量变化的装置。在各种热电式传感器中，以将温度量转换为电势和电阻的方法最为普遍。其中最为常用于测量温度的是热电偶和热电阻，热电偶是将温度转化为电势变化，而热电阻是将温度变化转化为电阻的变化。这两种热电式传感器目前在工业生产中被广泛应用。 该系统需要的传感器是将温度转化为电流，且水温最高是100度所以选择PT100铂热电阻传感器。P100铂热电阻，简称为：PT100铂电阻，其阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0度时阻值为100欧姆，在100度时它的阻值约为138.5欧姆。它的工作原理：当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的的阻值会随着温度上升它的阻值成匀速增长。 第五节.可控硅加热装置简介对于要求保持恒温控制而不要温度记录的电阻炉采用带PID调节的数字式温度显示调节仪显示和调节温度，输出010mA作为直流信号输入控制可控硅电压调整器或触发板改变可控硅管导通角的大小来调节输出功率，完全可以满足要求，投入成本低，操作方便直观并且容易维护。温度测量与控制是热电偶采集信号通过PID温度调节器测量和输出010mA或420mA控制触发板控制可控硅导通角的大小，从而控制主回路加热元件电流大小，使电阻炉保持在设定的温度工作状态。可控硅温度控制器由主回路和控制回路组成。主回路是由可控硅，过电流保护快速溶断器、过电伍保护和电阻炉的加热元件等部分组成。 第三章.PLC控制器的设计控制器的设计是整个控制系统设计中最重要的一步。首先要根据受控对象的数学模型和它的各特性以及设计要求，确定控制器的结构以及和受控对象的连接方式。最后根据所要求的性能指标确定控制器的参数值。(一).控制系统数学模型的建立在本控制系统中，TT1(出口温度传感器)将检测到的出口水温度信号转化为电流信号送入EM235模块的A路，TT2(炉膛温度传感器)将检测到的出口水温度信号转化为电流信号送入EM235模块的B路。两路模拟信号经过EM235转化为数字信号送入PLC，PLC再通过PID模块进行PID调节控制。由PLC的串级控制系统框图如下图 （图2）串级控制系统框图(二).PID控制及参数整定1.PID控制器的组成PID控制器由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元（D）组成。其数学表达式为：（1） 比例系数KC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，稳态误差件次奥。KC偏大，振荡次数加多，调节时间加长。KC太大时，系统会趋于不稳定。KC太小，又会使系统的动作缓慢。KC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，提局系统的控制精度。(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。2.主、副回路控制规律的选择采用串级控制，所以有主副调节器之分。主调节器起定值控制作用，副调节器起随动控制作用，这是选择规律的基本出发点。主参数是工艺操作的重要指标，允许波动的范围较小，一般要求无余差，因此，主调节器一般选PI或PID控制，副参数的设置是为了保证主参数的控制质量，可允许在一定范围内变化，允许有余差，因此副调节器只要选P控制规律就可以。在本控制系统中，我们将锅炉出口水温度作为主参数，炉腔温度为副参数。主控制采用控制，副控制器采用P控制。3.主、副调节器正、反作用方式的确定副调节器作用方式的确定：首先确定调节阀，出于生产工艺安全考虑，可控硅输出电压应选用气开式，这样保证当系统出现故障使调节阀损坏而处于全关状态，防止燃料进入加热炉，确保设备安全，调节阀KV0的。然后确定副被控过程的KO2，当调节阀开度增大，电压增大，炉膛水温度上升，所以KO20。最后确定副调节器，为保证副回路是负反馈，各环节放大系数（即增益）乘积必须为负，所以副调节器K20。为保证主回路、为负反馈，各环节放大系数乘积必须为负，所以主调节器的放大系数K10，主调节器作用方式为反作用方式。4.采样周期的分析采样周期TS越小，采样值就越能反应温度的变化情况。但是，TS太小就会增加CPU的运算工作量，相邻的两次采样值几乎没什么变化，将是PID控制器输出的微分部分接近于0，所以不应使采样时间太小。确定采样周期时，应保证被控量迅速变化时，能用足够多的釆样点，以保证不会因采样点过稀而丢失被采集的模拟量中的重要信息。因为本系统是温度控制系统，温度具有延迟特性的惯性环节，所以采样时间不能太短，一般是15s20s，本系统采样17s。经过上述的分析，该温度控制系统就已经基本确定了，在系统投运之前还要进行控制器的参数整定。常用的整定方法可归纳为两大类，即理论计算整定法和工程整定法。理论计算整定法是在已知被控对象的数学模型的基础上，根据选取的质量指标，经过理论的计算（微分方程、根轨迹、频率法等），求得最佳的整定参数。这类方法比较复杂，工作量大，而且用于分析法或实验测定法求得的对象数学模型只能近似的反映过程的动态特征，整定的结果精度不是很高，因此未在工程上受到广泛的应用。对于工程整定法，工程人员无需知道对象的数学模型，无需具备理论计算所学的理论知识，就可以在控制系统中直接进行整定，因而简单、实用，在实际工程中被广泛的应用常用的工程整定法有经验整定法、临界比例度法、衰减线法、自整定法等。在这里，我们采用经验整定法整定控制器的参数值。整步骤为“先比例，再积分，最后微分”。（1）整定比例控制将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。（2）整定积分环节若在比例控制下稳态误差不能满足要求，需加入积分控制。先将步骤（1）中选择的比例系数减小为原来的5080%，再将积分时间置一个较大值，观测响应曲线。然后减小积分时间，加大积分作用，并相应调整比例系数，反复试凑至得到较满意的响应，确定比例和积分的参数。（3）整定微分环节若经过步骤（2），PI控制只能消除稳态误差，而动态过程不能令人满意，则应加入微分控制，构成PID控制。先置微分时间TD=0，逐渐加大TD，同时相应地改变比例系数和积分时间，反复试凑至获得满意的控制效果和PID控制参数。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STEP7-Micro/WIN的介绍以及本项目的程序设计。1.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。(1).经验设计法：经验设计法即在一些典型的控制电路程序的基础上，根据被控制对象的具体要求，进行选择组合，并多次反复调试和修改梯形图，有时需增加一些辅助触点和中间编程环节，才能达到控制要求。这种方法没有规律可遵循，设计所用的时间和设计质量与设计者的经验有很大的关系，故称为经验设计法。(2).继电器控制电路转换为梯形图法：用的外部硬件接线和梯形图软件来实现继电器控制系统的功能。(3).顺序控制设计法：根据功能流程图，以步为核心，从起始步开始一步一步地设计下去，直至完成。此法的关键是画出功能流程图(4).逻辑设计法：通过中间量把输入和输出联系起来。实际上就找到输出和输入的关系，完成设计任务。 第二节。编程软件STEP7-Micro/WIN概述 STEP7-Micro/WIN编程软件是基于Windows的应用软件，由西门子公司专为系列可编程控制器设计开发，它功能强大，主要为用户开发控制程序使用，同时也可以实时监控用户程序的执行状态。 第二节.STEP7-Micro/WIN简单介绍以STEP7-Micro/WIN创建程序，为接通STEP7-Micro/WIN可STEP7-Micro/WIN的图标，如图所示，STEP7-Micro/WIN项目窗口将提供用于创建程序的工作空间。浏览条给出了多组按钮，用于访问STEP7-Micro/WIN的不同编程特性。令树将显示用于创建控制程序的所有项目对象指令。程序编辑器包括程序逻辑和局部变量表，可在其中分配临时局部变量的符号名。子程序和中断程序在程序编辑器窗口的的底部按标签显示。 图STEP7-Micro/WIN项目窗口本项目中我们利用编程软件，项目包括的基本组件：程序块、数据块、系统块、符号表、状态表、交叉引用表。 第二节.计算机与PLC的通信在STEP7-Micro/WIN中双击指令树中的“通信”图标，或执行菜单命令的“查看”“组件”“通信”，将出现“通信”对话框，在将新的设置下载到S7-200之前，应设置远程站的地址，是它与S7-200的地址。双击“通信”对话框中“双击刷新”旁边的蓝色箭头组成的图标，编程软件将会自动搜索连接在网络上的S7-200，并用图标显示搜索到的S7-200。 图PLC通信窗口 第五章.程序设计 第一节.设计思路PLC运行时，通过特殊继电器SM0.0产生初始化脉冲进行初始化，将温度设定值，PID参数值等存入数据寄存器，随后系统开始温度采样，采样周期是17秒，TT1(出口水温温度传感器)将采集到的出口水温度信号转换为电流信号，电流信号在通过ATWO进入PLC，作为主回路的反馈值，经过主控制器（PIDO)的PI运算产生输出信号，作为副回路的给定值。TT2(炉膛水温传感器)将采集到的炉膛水温度信号转换为电流信号，电流信号在通过ATW2进入PLC,作为副回路的反馈值，经过副控制器（PID1)的P运算产生输出的信号，由AQWO输出，输出的4-20mA电流信号控制可控硅的导通角，从而控制电热丝的电伍，完成对温度的控制。 第二节.PID指令向导编写PID控制程序时，首先要把过程变量（PV)转化为0.00-1.00之间的标准实数。PID运算结束之后，需要把回路输出（0.00-1.00之间的标准化实数）转换为可以送给模拟量输出模块的整数。 图4.PID初始化指令如图4，PV_I是模拟量输入模块提供的反馈值的地址，Setpoint_R是以百分比为单位的实数给定值（SP），OUTPUT是PID控制器的INT型的输出地址。HighAlarm和LowAlarm分别是超过上限和下限的报警信号输出，ModuleErr是模拟量模块的故障输出信号。 图5.主回路用0号PID回路 图6.设置PID参数给定值的范围是0.0-100.0，比例增益Kc为-3.0，积分时间Ti=7min，因为主控制器采用控制，所以微分时间Td=0。 图7.输入输出量的设置 图8.地址设置 图9.向导完成 图10.副回路PID回路设置 图11.PID配置新建 图12.副回路PID设置因为副回路主要起到“粗调”、“快调”的作用，所以我们采用调节作用，比例增益K=-4.0，T无穷大。 图13.副回路输入输出设置 图14.副回路存储区设置