[CAD圖紙全套]用S7-200實(shí)現(xiàn)PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 買文檔送全套圖紙 扣扣 414951605 目 錄 第一章 前言 1 言 1 文研究的目的和主要內(nèi)容 1 第二章 制概述 2 動(dòng)控制原理 2 原理 3 第三章 紹 5 展現(xiàn)狀 5 組成 8 工作原理 10 10 第四章 程序設(shè)計(jì) 14 14 序框圖 14 序及注解 15 序調(diào)試 24 結(jié)論 28 致謝 29 參考文獻(xiàn) 30 第一章 前 言 言 目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器傳感器變送器執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入輸出接口?？刂瀑I文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 器的輸出經(jīng)過輸出接口執(zhí)行機(jī)構(gòu) ,加到被控系統(tǒng)上 ;控制系統(tǒng)的 被控量 ,經(jīng)過傳感器 ,變送器 ,通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng) ,其傳感器變送器執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。而 制又是自動(dòng)控制中非常重要的一種控制方法。目前， 制及其控制器或智能 制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的 制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有 數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器，其中 制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實(shí)現(xiàn)。有利用 制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實(shí)現(xiàn) 制功能的可編程控制器 ( 還有可實(shí)現(xiàn) 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， 30多 年來，可編程控制器從無到有，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍；其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過程控制、及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在世界各地發(fā)揮著越來越大的作用。 因此用 制也是一項(xiàng)非常重要的應(yīng)用。 文研究的目的和主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì)對用 現(xiàn) 制進(jìn)行研究并設(shè)計(jì)出 梯形圖。其目的一是增加人們對 認(rèn)識，了解 優(yōu)越性。二是通過用 制的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 制的簡化、通用性。三是通過這次設(shè)計(jì)對在校期間所學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)練習(xí)。 本設(shè)計(jì)主要以 德國西門子公司（ 體內(nèi)容有： 工作原理設(shè)計(jì)出程序框圖。 第二章 制概述 動(dòng)控制原理 目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各 業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。智能 控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接 口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、 變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前， 制及其控制器或智能 制器 （儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的 制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有 數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器 (其中 制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實(shí)現(xiàn)。有利用 制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制 器，能實(shí)現(xiàn) 制功能的可編程控制器 (還有可實(shí)現(xiàn) 制的 統(tǒng)等等。 可編程控制器 (是利用其閉環(huán)控制模塊來實(shí)現(xiàn) 可編程控制器 (以直接與 有可以實(shí)現(xiàn) 制功能的控制器，如 品系列，它可以直接與 用網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制功能。 1、開環(huán)控制系統(tǒng) 開環(huán)控制系統(tǒng) (指被控對象的輸出 (被控制量 )對控制器 (輸出沒有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。 2、閉環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng) (特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對象的輸出 (被控制量 )會(huì)反送回來影響控制器的輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號與系 統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負(fù)反饋 ( 若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個(gè)具有負(fù)反饋 的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動(dòng)作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個(gè)開環(huán)控制系 統(tǒng)。另 例，當(dāng)一臺(tái)真正的全自動(dòng)洗衣機(jī)具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動(dòng)切斷電源，它就是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。 3、階躍響應(yīng) 階躍響應(yīng)是指將一個(gè)階躍輸入（ 到系統(tǒng)上時(shí)，系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)的期望輸出與實(shí)際輸出之差?？刂葡到y(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個(gè)字 來描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性 (一個(gè)系統(tǒng)要能正常工作，首先必須是穩(wěn)定的，從階躍響應(yīng)上看應(yīng)該是收斂的；準(zhǔn)是指控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、控 制精度，通常用穩(wěn)態(tài)誤差來 (述，它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差；快是指控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性，通常用上升時(shí)間來定量描述。 制原理 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱 制，又稱 節(jié)。 制器問世至今已有近 70 年歷史，它 以其結(jié)構(gòu)簡單、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 其它技術(shù)難以采用時(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)場調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用 制 技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對象，或 不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用 制技術(shù)。 制，實(shí)際中也有 制。制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、 積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。 P）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（ P 參數(shù)越小比例作用越強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)越快，消除誤差的能力越強(qiáng)。但實(shí)際系統(tǒng)是有慣性的，控制輸出變化后，實(shí) 際 于實(shí)際系統(tǒng)是有慣性的，比例作用不宜太強(qiáng)，比例作用太強(qiáng)會(huì)引起系統(tǒng)振蕩不穩(wěn)定。 P 參數(shù)的大小應(yīng)在以上定量計(jì)算的基礎(chǔ)上根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)情況，現(xiàn)場調(diào)試決定，通常將 P 參數(shù)由大向小調(diào)，以能達(dá)到最快響應(yīng)又無超調(diào) (或無大的超調(diào) )為最佳參數(shù)。 I）控制 前面已經(jīng)分析過，比例作用的輸出與誤差的大小成正比，誤差越大，輸出越大，誤差越小，輸買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 出越小，誤差為零，輸出為零。由于沒有誤差時(shí)輸出為零，因此比例調(diào)節(jié)不可能完全消除誤差，不可能使被控的 達(dá)到給定值。必須存在一個(gè)穩(wěn)定的誤差，以維 持一個(gè)穩(wěn)定的輸出，才能使系統(tǒng)的就是通常所說的比例作用是有差調(diào)節(jié)，是有靜差的，加強(qiáng)比例作用只能減少靜差，不能消除靜差 (靜差：即靜態(tài)誤差，也稱穩(wěn)態(tài)誤差 )。 為了消除靜差必須引入積分作用，積分作用可以消除靜差，以使被控的 進(jìn)積分作用的目的也就是為了消除靜差，使 保持一致。 積分作用消除靜差的原理是，只要有誤差存在，就對誤差進(jìn)行積分，使輸出繼續(xù)增大或減小，一直到誤差為零，積分停止，輸出不再變化，系統(tǒng)的 等于 ，達(dá)到無差調(diào)節(jié) 的效果。 但由于實(shí)際系統(tǒng)是有慣性的，輸出變化后， 等待一段時(shí)間才緩慢變化，因此積分的快慢必須與實(shí)際系統(tǒng)的慣性相匹配，慣性大、積分作用就應(yīng)該弱，積分時(shí)間 I 就應(yīng)該大些，反之而然。如果積分作用太強(qiáng)，積分輸出變化過快，就會(huì)引起積分過頭的現(xiàn)象，產(chǎn)生積分超調(diào)和振蕩。通常 I 參數(shù)也是由大往小調(diào)，即積分作用由小往大調(diào)，觀察系統(tǒng)響應(yīng)以能達(dá)到快速消除誤差，達(dá)到給定值，又不引起振蕩為準(zhǔn)。 D）控制 前面已經(jīng)分析過，不論比例調(diào)節(jié)作用，還是積分調(diào)節(jié)作用都是建立在產(chǎn)生誤差后才進(jìn)行調(diào)節(jié)以消除誤差，都是 事后調(diào)節(jié)，因此這種調(diào)節(jié)對穩(wěn)態(tài)來說是無差的，對動(dòng)態(tài)來說肯定是有差的，因?yàn)閷τ谪?fù)載變化或給定值變化所產(chǎn)生的擾動(dòng)，必須等待產(chǎn)生誤差以后，然后再來慢慢調(diào)節(jié)予以消除。 但一般的控制系統(tǒng)，不僅對穩(wěn)定控制有要求，而且對動(dòng)態(tài)指標(biāo)也有要求，通常都要求負(fù)載變化或給定調(diào)整等引起擾動(dòng)后，恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)的速度要快，因此光有比例和積分調(diào)節(jié)作用還不能完全滿足要求，必須引入微分作用。比例作用和積分作用是事后調(diào)節(jié) (即發(fā)生誤差后才進(jìn)行調(diào)節(jié) )，而微分作用則是事前預(yù)防控制，即一發(fā)現(xiàn) 變大或變小的趨勢，馬上就輸出一個(gè)阻止其變化的控制信號，以防止出 現(xiàn)過沖或超調(diào)等。 D 越大，微分作用越強(qiáng)， D 越小，微分作用越弱。系統(tǒng)調(diào)試時(shí)通常把 D 從小往大調(diào)，具體參數(shù)由試驗(yàn)決定。 如：由于給定值調(diào)整或負(fù)載擾動(dòng)引起 化，比例作用和微分作用一定等到 變化后才進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且誤差小時(shí)，產(chǎn)生的比例和積分調(diào)節(jié)作用也小，糾正誤差的能力也小，誤差大時(shí)，產(chǎn)生的比例和積分作用才增大。因?yàn)槭鞘潞笳{(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)指標(biāo)不會(huì)很理想。而微分作用可以在產(chǎn)生誤差之前一發(fā)現(xiàn)有產(chǎn)生誤差的趨勢就開始調(diào)節(jié)，是提前控制，所以及時(shí)性更好，可以最大限度地減少動(dòng)態(tài)誤差，使整體效果更好。但微分作用只能作為比例和積分控制 的一種補(bǔ)充，不能起主導(dǎo)作用，微分作用不能太強(qiáng)，太強(qiáng)也會(huì)引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，產(chǎn)生振蕩，微分作用只能在 P 和 I 調(diào)好后再由小往大調(diào)，一點(diǎn)一點(diǎn)試著加上去。 5. 是根據(jù)被 控過程的特性確定 分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。 制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是 依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過 工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主 要)()(11()( dt 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。要有臨界比例法、反應(yīng) 曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需 要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行 (1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅加入比 例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩， 記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期； (3)在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到 在實(shí)際調(diào)試中，只能先大致設(shè)定一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。 對于溫度系統(tǒng)： P（ %） 20I（分） 3D（分） 對于流量系統(tǒng)： P（ %） 40I（分） 對于壓力系統(tǒng)： P（ %） 30I（分） 對于液位系統(tǒng)： P（ %） 20I（分） 1三章 展現(xiàn)狀 編程控制器 的定義 可編程控制器，簡稱 ,是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在 1987 年國際電工委員會(huì)（ 布的 準(zhǔn)草案中對 了如下定義： “一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或 模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 ” 1可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。 用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的 F 系列 0萬小時(shí)。一些使用冗余 機(jī)外電路來說，使用 成控制 系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外， 現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 2配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) 買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 多具有完善的 數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來 功能單元大量涌現(xiàn)，使 透到了位置控制、溫度控制、 各種工業(yè)控制中。加上 用 3易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī) 原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。 4系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 5體積小，重量輕，能耗低 以超小型 近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制 設(shè)備。 目前， 國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 1開關(guān)量的邏輯控制 這是 廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 2模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫 度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（ 數(shù)字量（ 間的 A/。 ，使可編程控制器用于模擬量控制。 3運(yùn)動(dòng)控制 以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量 I/在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要 家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣 泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。 4過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， 成閉環(huán)控制。 節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型 有 塊，目前許多小型 具有此功能模塊。 理一般是運(yùn)行專用的程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 5數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換、買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 6通信及聯(lián)網(wǎng) 著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各 商都十分重視 通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng)。新近生產(chǎn)的 信非常方便。 世界上公認(rèn)的第一臺(tái) 969年美國數(shù)字設(shè)備公司（ 制的。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的 要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。 20 世紀(jì) 70 年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電 路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。此時(shí)的 微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。 20世紀(jì) 70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、 20 世紀(jì) 80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這 個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到 了長足的發(fā)展。 我國可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了 應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的 列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的 D 系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的 S 系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的 列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的 產(chǎn)廠家。可以預(yù)期，隨 著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的深入， 我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。 21 世紀(jì)， 有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國際競爭的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國際市場的 局面，會(huì)出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng) 已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。 組成 盡管 型號、規(guī)格繁多，結(jié)構(gòu)各不盡同，介其主體均主要由微處理器（ 存儲(chǔ)器、電源、輸 入輸出等部分組成；各部分之間均采用總線連接。其基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 示。 圖 組成框圖 一、 微處理器（ 核心，其主要作用為： （ 1） 接收從編程器輸入的用戶程序，并存入程序存儲(chǔ)器中； （ 2） 用掃描方式采集現(xiàn)場輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并存入相應(yīng)數(shù)據(jù)寄存器中； （ 3） 執(zhí)行用戶程序，從程序存儲(chǔ)器中逐條取出用戶程序邏輯，經(jīng)過解釋程序解 釋后逐條執(zhí)行，完成程序邏輯規(guī)定的邏輯和算術(shù)運(yùn)算，產(chǎn) 生相應(yīng)的輸出信號，實(shí)現(xiàn)程序規(guī)定的各種操作； （ 4） 通過故障自診斷程序，診斷 各種運(yùn)行錯(cuò)誤。 二、 存儲(chǔ)器 買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 存儲(chǔ)器用來存入程序和數(shù)據(jù)。程序可分為系統(tǒng)程序和用戶程序兩種。 （ 1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 該存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)程序，包括監(jiān)控程序、解釋程序、故障自診斷程序、標(biāo)準(zhǔn)子程序及其它各種管理程序等。系統(tǒng)程序由制造廠家提供，一般都固化在 。 （ 2）用戶程序存儲(chǔ)器 該存儲(chǔ)器存放用戶程序。用戶程序是用戶為解決實(shí)際問題并根據(jù) 通過編程器輸入，經(jīng) 入用戶程序存儲(chǔ)器。該存儲(chǔ)器使 用 （ 3）變量存儲(chǔ)器 變量存儲(chǔ)器存放 內(nèi)部邏輯變量，如內(nèi)部繼電器、 I/O 寄存器、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器中邏輯變量的現(xiàn)行值等，這些現(xiàn)行值在 行邏輯運(yùn)算時(shí)需隨時(shí)讀出、更新有關(guān)內(nèi)容，所以變量存儲(chǔ)器也采用 三、 輸入輸出接口 （ 1） 輸入接口 輸入接口的功能是采集現(xiàn)場各種開關(guān)接點(diǎn)的狀態(tài)信號，并將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的邏輯 電平，并入 理。在開關(guān)量輸入電路中光電耦合器件實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場與 機(jī)的電氣隔離，以提高抗干擾性。 在機(jī)械設(shè)備中，除開關(guān)量外，還常遇到一些模擬量如溫度、壓力、位移和速度等。對這些模擬量采 集時(shí)于周期，必須經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換，將模擬量變成數(shù)字量后，才能為 接受。一些新的 具有模擬量輸入接口板供選用，如 司的產(chǎn)品。 （ 2） 輸出接口 為適應(yīng)不同的負(fù)載，輸出接口有多種方式。常用的有繼電器輸出方式、晶體管輸出方式、晶閘管輸出方式。晶體管輸出方式用于直流負(fù)載；雙向晶閘管輸出方式用于交流負(fù)載；繼電器輸出方式既可用于直流負(fù)載，也可用于交流負(fù)載。 現(xiàn)有的 具有模擬量輸出接口，用于需要模擬信號驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。 四、 編程器 編程器是 要的外部設(shè)備，它用于用戶程序的輸入、修 改、調(diào)試、檢查和 監(jiān)視，還可以通過其鍵盤去調(diào)用與顯示 一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。它通過通信端口與 外部設(shè)備還有盒式錄音機(jī)、打印機(jī)、 入器及高分辨率屏幕彩色圖形監(jiān)控設(shè)備等，供用戶根據(jù)需要選用。 工作原理 采用循環(huán)掃描的工作方式來完成控制的，每個(gè)掃描周期分為輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 刷新三個(gè)階段。 一、輸入采樣階段 每個(gè)掃描周期開始，控制器首先順序讀入所有輸入端的信號狀態(tài)（ 0 或 1），并逐一存入狀態(tài)寄存器中。輸入狀態(tài)寄存器的位數(shù)與輸入端子數(shù)目 對應(yīng)，因而輸入狀態(tài)寄存器又稱為輸入鏡像寄存器。輸入采樣結(jié)束后，即使輸入狀態(tài)變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會(huì)發(fā)生改變，這些變化只能在下一周期的輸入采樣階段地被讀入。 二、程序執(zhí)行階段 組成 戶程序的每條指令都有順序號，在 稱步序號。程序是按步序號依次存入存儲(chǔ)單元的。程序執(zhí)行期間，地址計(jì)數(shù)器順序?qū)ぶ?，依次指向每個(gè)存儲(chǔ)單元，控制器順序執(zhí)行這些指令。對指令指定的輸入狀態(tài)寄存器、輸出內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、狀態(tài)器的狀態(tài)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果通過輸出指令存入輸出狀態(tài)寄存器。輸出狀態(tài)寄存器的位數(shù)與輸出 元件數(shù)目相對應(yīng)，所以它又稱為輸出鏡像寄存器。 三、輸出刷新階段 在所有的指令執(zhí)行完畢后，輸出狀態(tài)寄存器中所有的狀態(tài)，在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，驅(qū)動(dòng)輸出繼電器的線圈，形成 實(shí)際輸出。 在一個(gè)周期執(zhí)行完畢后，地址計(jì)數(shù)器恢復(fù)到初始地址，重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段的工作。一個(gè)掃描周期一般為 2050 選擇 在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中，有大量的數(shù)字量及模擬量的控制裝置，例如電機(jī)的起停，電磁閥的開閉，產(chǎn)品的計(jì)數(shù)，溫度、壓力、流量的設(shè)定與控制等，工業(yè)現(xiàn)場中的這些自動(dòng)控制問題，若采用可編 程序控制器 (解決自動(dòng)控制問題已成為最有效的工具之一， 制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意的問題。 硬件選購目前市場上的 品眾多， 名品牌 1993 年中國 場排行榜上的世界十大廠家： A B 公司 （ 2. 德國西門子公司（ E 司 法國的 器公司 買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 中國的華光電子 ( 如何選購 品呢 ? 1、系統(tǒng)規(guī)模首先應(yīng)確定系統(tǒng)用 機(jī)控制，還是用 成網(wǎng)絡(luò)，由此計(jì)算 入、輸出點(diǎn)數(shù)，并且在選購 要在實(shí)際需要點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上留有一定余量 (10%)。 2、確定負(fù)載類型根據(jù) 出端所帶的負(fù)載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及 出點(diǎn)動(dòng)作的頻率等，從而確定 輸出端采用繼電器輸出，還是晶體管輸出，或晶閘管輸出。不同的負(fù)載選用不同的輸出方式，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是很重要的。 3、存儲(chǔ)容量與速度盡管國外各廠家的 品大體相同，但也有一定的區(qū)別。目前還未發(fā)現(xiàn)各公司之間完全兼容的產(chǎn)品。各個(gè)公司的開發(fā)軟件都不相同，而用戶程序的存儲(chǔ)容量和指令的執(zhí)行速度是兩個(gè)重要指標(biāo)。一般存儲(chǔ)容量越大、速度越快的 格就越高，但應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的大小合理選用 品。 4、編程器的選購 程可采用三種方式： 一是用一般的手持編程器編程，它只能用商家規(guī)定語句表中的語句編程。這種方式效率 低，但對于系統(tǒng)容量小，用量小的產(chǎn)品比較適宜，并且體積小，易于現(xiàn)場調(diào)試，造價(jià)也較低。 二是用圖形編程器編程，該編程器采用梯形圖編程，方便直觀，一般的電氣人員短期內(nèi)就可應(yīng)用自如，但該編程器價(jià)格較高。 三是用 人計(jì)算機(jī)加 件包編程，這種方式是效率最高的一種方式，但大部分公司的 發(fā)軟件包價(jià)格昂貴，并且該方式不易于現(xiàn)場調(diào)試。 因此，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的大小與難易，開發(fā)周期的長短以及資金的情況合理選購 品。 5、盡量選用大公司的產(chǎn)品其質(zhì)量有保障，且技術(shù)支持好，一般售后服務(wù)也較好，還有利于你的產(chǎn)品擴(kuò)展與 軟件升級。 隨著工業(yè)自動(dòng)化過程控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及對工業(yè)自動(dòng)化過程控制系統(tǒng)的可靠性、復(fù)雜性、功能的完善性、系統(tǒng)的可維護(hù)性、人機(jī)界面的友好性、數(shù)據(jù)的可分析可管理性等各個(gè)方面都提出了愈來愈高的要求 , 同時(shí)也為工業(yè)自動(dòng)化過程控制系統(tǒng)的發(fā)展指明了方向： 廠商的產(chǎn)品日益開放，通過 技術(shù)使得不同系統(tǒng)之間的準(zhǔn)確、高速、大量的數(shù)據(jù)交換得以實(shí)現(xiàn)全集成，一體化的解決方案 此，傳統(tǒng)的 統(tǒng)已經(jīng)不能滿足 90 年代自動(dòng)化過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求， 程控制系統(tǒng)就是在這種形勢下開發(fā)的新一代過程買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 控制系統(tǒng)，它是一個(gè)全集成的、結(jié)構(gòu)完整、功能完善、面向整個(gè)生產(chǎn)過程的過程控制系統(tǒng)。 西門子公司結(jié)合最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)，在西門子公司 列可編程控制器及列集散系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，面向所有過程控制應(yīng)用場合的先進(jìn)過程控制系統(tǒng)。 程控制系統(tǒng)具備了以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)： 高度的可靠性和穩(wěn)定性；高速 度，大容量的控制器；客戶 /服務(wù)器的結(jié)構(gòu)；集中的，從上到下的組態(tài)方式；能靈活、可靠地嫁接于老系統(tǒng)；集中的，友好的人機(jī)界面；含有配方功能的批量處理包；開放的結(jié)構(gòu)，可以同管理級進(jìn)行通訊；同現(xiàn)場總線技術(shù)溶為一體。 用優(yōu)秀的上位機(jī)軟件 為操作和監(jiān)控的人機(jī)界面，利用開放的現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場信息采集和系統(tǒng)通訊，采用 動(dòng)化系統(tǒng)作為現(xiàn)場控制單元實(shí)現(xiàn)過程控制，以靈活多樣的分布式 I/O 接收現(xiàn)場傳感檢測信號。 基于全集成自動(dòng)化思想的 系統(tǒng)，其集成的核心是統(tǒng)一的過程數(shù)據(jù)庫和唯一的數(shù)據(jù)庫管理軟件，所有的系統(tǒng)信息都存儲(chǔ)于一個(gè)數(shù)據(jù)庫中而且只需輸入一次，這樣就大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的整體性和信息的準(zhǔn)確性。 通訊系統(tǒng)采用的是工業(yè)以太網(wǎng)和 場總線。工業(yè)以太網(wǎng)用于系統(tǒng)站之間的數(shù)據(jù)通訊。 用符合 際標(biāo)準(zhǔn)的編程軟件和現(xiàn)場設(shè)備庫，提供連續(xù)控制、順序控制及高級編程語言?，F(xiàn)場設(shè)備庫提供大量的常用的現(xiàn)場設(shè)備信息及功能塊，可大大簡化組態(tài)工作，縮短工程周期。 有 標(biāo)準(zhǔn)接口，并且應(yīng)用以太網(wǎng)、 而具有很強(qiáng)的開放性，可以很容易地連接上位機(jī)管理系統(tǒng)和其它廠廠商的控制系統(tǒng)。 全國統(tǒng)一價(jià)格， 列的價(jià)格一般在二千元左右。 根據(jù) 制的特性，選擇 列。 列小型 以應(yīng)用于各種自動(dòng)化系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)緊湊，低成本以及功能強(qiáng)大的指令集，使得 制器是各種小型控制任務(wù)理想的解決方案。多種多樣的 寸及電壓范 圍以及基一 編程工具，能更加靈活，方便地解決自動(dòng)化任務(wù)。 買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 第四章 程序設(shè)計(jì) 現(xiàn) 制系統(tǒng)圖 買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 序及注解 初始化部分將 定義了計(jì)算 c。 計(jì)算 現(xiàn)了某些數(shù)字方面的問題，以及控制周期 于掃描時(shí)間的限制，除法運(yùn)算通過位移來實(shí)現(xiàn)（ 1024近似為 1000），而未調(diào)用專門的除法子程序。微分和積分是 另外 2個(gè)比較靈敏的數(shù)學(xué)運(yùn)算，采用如下公式： 買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 處理過程中的反饋輸入變量來自仿真程序全長 370 個(gè)字 主程序 程變量（ 入量 如果模擬塊已準(zhǔn)備好，它將是一個(gè)模擬輸入字，并假設(shè)輸入的最大范圍是 2047 控制差值（運(yùn)行期間計(jì)算） E（ n） 輸出值而設(shè)計(jì)的計(jì)算緩沖器 出值 定值（在 值能夠從模擬調(diào)節(jié)裝置 置定時(shí)中斷個(gè)數(shù)，如果控制周期 55在此內(nèi)存字中置數(shù)； 買文檔就送全套 紙 詢 414951605 最新最全的優(yōu)秀畢設(shè) 資料完整 答辯通過 技術(shù) c（單位： 用 時(shí)中斷 0的時(shí)間（單位： 注意：若 ，則控制周期 若 ，則控制周期 制周期 用 例增益。 1 1000=意：例如，比例增益為 1，可由 28得到 注意：比例增益用于