基于PLC的瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

1、本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）摘 要瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線是隨著瀝青混凝土的誕生而產(chǎn)生和發(fā)展的。它是建筑、橋梁、道路、大壩等工程施工中的必備生產(chǎn)線。隨著電力電子技術(shù)及控制技術(shù)的發(fā)展，使得交流變頻調(diào)速在工業(yè)電機拖動領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。由于PLC的功能強大、容易使用、高可靠性，常常被用來作為現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和設(shè)備的控制。本文針對PLC和配料控制器結(jié)合控制的攪拌生產(chǎn)線來設(shè)計其控制及監(jiān)控程序，設(shè)計中主要完成的任務(wù)有系統(tǒng)構(gòu)造、PLC的I/O分配、工作流程圖及PLC程序的編寫。本系統(tǒng)選用西門子S7-200 PLC做控制器，完成數(shù)據(jù)的采集和對變頻器、電機等設(shè)備的控制任務(wù)。采用通用變頻器三菱FR-A540，對4個電機進(jìn)行

2、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。編程軟件選用STEP7，采用順序控制策略。利用組態(tài)軟件良好的人機界面和通信能力，使工作人員可以在觸摸屏上就可以方便的瀏覽現(xiàn)場的工業(yè)流程、實現(xiàn)變頻器的參數(shù)設(shè)置、故障診斷及電機的啟動和停止。用PLC做控制器，完成對瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線的自動控制，該瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線是將兩種石料、兩種粉料和瀝青三類材料，根據(jù)工程配方稱重后放到攪拌缸中進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁瑪嚢韬蠓湃氲叫≤嚥⒋娣诺絻α瞎拗?，系統(tǒng)周而復(fù)始地工作。關(guān)鍵詞：瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線；變頻器；可編程控制器（PLC）；自動控制AbstractAsphalt concrete mix production lines were producted

3、 and developed with the birth of concrete with tar. It is the construction of the necessary equipment for buildings, bridges, roads, dams and other projects. With the development of electric power and electronic technology and control technology，AC frequency conversion velocity modulation technology

4、 is widely used in the industry motor dragging fieldsBecause of the characteristics with powerful function，easy operation and high dependability，PLC is usually used for the field of data gathering and equipment control.In this paper, the controller combines PLC and the control of mixing ingredients

5、production line to design its control and monitoring process, the design of the main tasks in a systematic structure, PLCs I / O allocation, work flow and procedures for the preparation of PLC. The system uses Siemens S7-200 PLC controller to do to complete the data collection and on the drive, moto

6、r and other equipment of the control tasks. Using a common drive Mitsubishi FR-A540, on the 4 motor speed control. Programming software used STEP7, use sequential control strategies.By the virtue of HMI with nice configuration software and strong communication ability，the staff can conveniently brow

7、se the industry flowFig on the locale，set the parameter of the transducer, diagnose the fault，and start or stop the electromotor on the PC machine in the control-center room To do with the PLC controller to complete the mixing of asphalt concrete production line automatic control of the asphalt conc

8、rete mixing two kinds of stone production line, two three types of powder and asphalt materials, according to the project formulation weighed into a full bowl of stir, stir into the car co-exist into the storage tank, the system again and again to work.Key words: Asphalt concrete mix production line

9、s; Frequency; Programmable logic controller (PLC); Automatic control目 錄第1章 緒 論11.1 研究瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線的意義11.2 瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線的發(fā)展情況11.2.1 瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線的發(fā)展過程11.2.2 瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線的發(fā)展趨勢31.3 系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容及目標(biāo)3第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計42.1 瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線系統(tǒng)的工藝流程42.2 系統(tǒng)方案論證及組成52.2.1 系統(tǒng)的方案論證52.2.2 系統(tǒng)的組成6第3章 瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線硬件設(shè)計83.1 可編程控制器83.1.1 可編程控制器的概念83.1.

10、2 可編程控制器的優(yōu)點83.1.3 可編程控制器的發(fā)展趨勢93.1.4 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域93.1.5 可編程控制器的系統(tǒng)組成103.1.6 可編程控制器的工作原理113.1.7 可編程控制器的編程語言113.2 系統(tǒng)的輸入/輸出信號113.2.1 輸入信號分析113.2.2 輸出信號分析123.3 PLC選擇及擴展模塊的選擇133.3.1 PLC的選擇133.3.2 擴展模塊的選擇143.4 系統(tǒng)I/O分配163.5 PLC外部接線設(shè)計183.6 稱量系統(tǒng)的設(shè)計193.6.1 電子皮帶秤193.6.2 稱重傳感器的原理203.6.3 稱重傳感器的選型233.6.4 流量控制233.7 變

11、頻器253.7.1 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)253.7.2 變頻器的控制方式263.7.3 變頻器的控制算法273.7.4 變頻器的選型293.8 控制電機303.9 繼電器控制電路30第4章 瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線軟件設(shè)計314.1 程序地址分配314.2 系統(tǒng)的配料控制原理324.3 系統(tǒng)的整體流程設(shè)計344.4 稱量系統(tǒng)的控制流程設(shè)計354.4.1 流程圖354.4.2 檢測與控制程序說明374.5 觸摸屏人機界面設(shè)計39第5章 結(jié)論41參考文獻(xiàn)42致 謝43附錄I44附錄II46附錄III6173第1章 緒 論1.1 研究瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線的意義隨著中國交通道路網(wǎng)的不斷壯大與延伸，道路的施工生

12、產(chǎn)線也在不斷發(fā)展改進(jìn)。在高等級公路的建設(shè)中，瀝青混凝土作為一種面層料，越來越多地被道路設(shè)計者們采用，而瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線就擔(dān)負(fù)起了生產(chǎn)瀝青混凝土的使命。道路建設(shè)速度日益加快，中小型的瀝青混凝土攪拌站已經(jīng)不能滿足道路建設(shè)的需求。10年前產(chǎn)量在120t/h的瀝青攪拌生產(chǎn)線已經(jīng)漸漸逐出市場競爭的舞臺，取而代之的是360t/h及400t/h等高產(chǎn)量的瀝青混凝土生產(chǎn)線，它們漸漸成為市場的主流產(chǎn)品。瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線是目前道路建設(shè)領(lǐng)域中的重要生產(chǎn)線之一，隨著筑路路面要求提高，它對瀝青混凝土攪拌質(zhì)量提出更高的要求：系統(tǒng)要求能連續(xù)16h工作；要求瀝青混凝土攪拌的油石比精確；要求生產(chǎn)過程中的每一拌料具有數(shù)據(jù)

13、備查功能等。1.2 瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線的發(fā)展情況1.2.1 瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線的發(fā)展過程我國的瀝青攪拌生產(chǎn)線經(jīng)歷了簡單產(chǎn)品的自行開發(fā)、技術(shù)引進(jìn)、技術(shù)合作。到完全自主開發(fā)并達(dá)到國際先進(jìn)水平幾個發(fā)展階段。1969年9月，我國第1臺強制間歇式瀝青混合料攪拌生產(chǎn)線（30t/h）誕生。該產(chǎn)品是由當(dāng)時的交通部公路研究所筑路機械室的幾位留蘇人員參考前蘇聯(lián)的技術(shù)開發(fā)設(shè)計的，由當(dāng)時的交通部西安筑路機械廠生產(chǎn)制造。那時國內(nèi)瀝青路面較少，除應(yīng)用于國內(nèi)市場外，還出口到亞非國家。該產(chǎn)品技術(shù)水平低，全部采用手動控制，燃燒器為人工點火，稱量系統(tǒng)的傳感器為機械杠桿式。20世紀(jì)80年代前國內(nèi)僅有中交西筑生產(chǎn)強制間歇式瀝青攪

14、拌生產(chǎn)線，并沒有進(jìn)口生產(chǎn)線。我國瀝青攪拌生產(chǎn)線真正發(fā)展是從20世紀(jì)80年代初期開始的。1983年，交通部西安筑路機械廠承擔(dān)了國家第1批重大引進(jìn)技術(shù)消化吸收項目，引進(jìn)了當(dāng)時國際上先進(jìn)的英國Parker公司LB1000型強制間歇式瀝青攪拌生產(chǎn)線。其生產(chǎn)能力為80t/h，控制系統(tǒng)采用全自動控制，燃燒器自動點火，熱油加熱器全自動無人看管，稱量系統(tǒng)采用電子稱并通過PLC進(jìn)行稱量誤差的自動補償。在除塵系統(tǒng)上，考慮當(dāng)時的國情。配備的是一級多管旋風(fēng)和二級濕式除塵器，該產(chǎn)品很快推向了市場。同時，當(dāng)時較先進(jìn)的意大利Marini公司和Parker公司的原裝機器以及日本的新瀉等公司的產(chǎn)品也進(jìn)入了中國市場，這些新產(chǎn)品、

15、新技術(shù)給我國瀝青攪拌生產(chǎn)線的發(fā)展帶來了第1次飛躍。這時中國許多廠家，特別是市政系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家，紛紛加入到開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)瀝青攪拌生產(chǎn)線行列。同時，西安筑路機械有限公司推出了LB500型（40t/h）和LB2000型（160t/h）產(chǎn)品，與LB1000型一起形成了該廠的LB系列產(chǎn)品。20世紀(jì)90年代初期，我國的公路建設(shè)迅猛發(fā)展，公路施工部門感到LB2000型及以下產(chǎn)品已不能滿足公路建設(shè)的需要。西安筑路機械有限公司抓住時機，在1994年承擔(dān)了國家“八五”一條龍重大技術(shù)引進(jìn)消化吸收項目，再次引進(jìn)了英國Parker公司的M3000型強制間歇式瀝青攪拌生產(chǎn)線，它不但在產(chǎn)量上達(dá)到了240t/h，而且從技術(shù)

16、上又前進(jìn)了一大步，并且在形式上采用移動式，即全套生產(chǎn)線裝到12個運輸?shù)妆P上，只要有牽引車頭即能行走，不需要專門的平板車，并且不用地腳螺栓，大大方便了用戶。該產(chǎn)品的投放市場，帶動了國內(nèi)生產(chǎn)廠家向著產(chǎn)品便于運輸、無基礎(chǔ)方向發(fā)展，使我國瀝青攪拌生產(chǎn)線技術(shù)的發(fā)展又有了一次飛躍。1998年，該公司又與英國Parker公司合作，聯(lián)合推出了M2000型、M1500型、M750型強制間歇移動式瀝青攪拌生產(chǎn)線，使該公司形成了M系列產(chǎn)品。2000年西安筑路機械有限公司根據(jù)世界瀝青攪拌生產(chǎn)線技術(shù)發(fā)展趨勢，與德國邊寧荷夫公司進(jìn)行技術(shù)合作，聯(lián)合生產(chǎn)出具有當(dāng)代國際先進(jìn)水平的環(huán)保節(jié)能型瀝青攪拌生產(chǎn)線，產(chǎn)量分別為160t/h

17、、240t/h和320t/h。該產(chǎn)品從配料開始，就采用計算機進(jìn)行控制，控制部分全部采用計算機觸摸屏，并且實現(xiàn)了故障報警、故障點顯示等功能，真正實現(xiàn)了智能化。同時這種合作方式也使我國瀝青攪拌生產(chǎn)線產(chǎn)品從單純的技術(shù)引進(jìn)轉(zhuǎn)變?yōu)楹献魃a(chǎn)、聯(lián)合開發(fā)，也讓我國瀝青攪拌生產(chǎn)線的技術(shù)水平跟上了國際發(fā)展步伐。該產(chǎn)品的投放市場，推動了國內(nèi)各生產(chǎn)廠家產(chǎn)品開發(fā)向著大型、綠色、環(huán)保、節(jié)能方向發(fā)展。例如現(xiàn)在國內(nèi)的徐工、德基、雪桃等廠家已能生產(chǎn)320t/h的瀝青攪拌生產(chǎn)線。2001年西安筑路機械有限公司又開發(fā)出具有自己知識產(chǎn)權(quán)的獲國家專利并達(dá)到國際先進(jìn)水平的J2000型國際標(biāo)準(zhǔn)及轉(zhuǎn)箱式瀝青攪拌生產(chǎn)線。我國公路建設(shè)仍在快速發(fā)

18、展，對瀝青攪拌生產(chǎn)線的需求量仍在大幅增加。對產(chǎn)品的性能和質(zhì)量也提出了更高的要求。目前我國有能力生產(chǎn)瀝青攪拌生產(chǎn)線的廠家初步統(tǒng)計有70多家，其中年生產(chǎn)能力在1000臺（含1000型以下）以上在10家左右。國內(nèi)每年需求量大約800臺。其中，進(jìn)口生產(chǎn)線約150臺，主要集中在生產(chǎn)能力為240t/h以上的產(chǎn)品上，而進(jìn)口生產(chǎn)線的銷售額卻占總銷售額的50%左右。1.2.2 瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線的發(fā)展趨勢隨著中國交通道路網(wǎng)的不斷壯大與延伸，道路的施工設(shè)備也在不斷發(fā)展改進(jìn)。在高等級公路的建設(shè)中，瀝青混凝土作為一種面層料，越來越多地被道路設(shè)計者們采用，而瀝青拌和樓就擔(dān)負(fù)起了生產(chǎn)瀝青混凝土的使命。道路建設(shè)速度日益加

19、快，中小型的瀝青拌和樓已經(jīng)不能滿足道路建設(shè)的需求。10年前產(chǎn)量在120t/h的瀝青攪拌站樓已經(jīng)漸漸逐出市場競爭的舞臺，取而代之的是360t/h及400t/h等高產(chǎn)量的瀝青攪拌生產(chǎn)線，他們漸漸成為市場的主流產(chǎn)品。隨著瀝青攪拌生產(chǎn)線產(chǎn)量的增大，其各部位結(jié)構(gòu)也相應(yīng)地隨之增大，作為一種大型機械，攪拌生產(chǎn)線的基礎(chǔ)及設(shè)備安裝應(yīng)引起我們的高度重視。同時，由于工程建設(shè)對瀝青混凝土的要求越來越高，控制精確的油石比收到格外重視。1.3 系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容及目標(biāo)本次設(shè)計的瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線按照固定的工作程序，有條不紊的完成每步動作，以達(dá)到系統(tǒng)的控制要求。本課題設(shè)計內(nèi)容：用PLC做控制器，完成對瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線的自動

20、控制，該瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線是將兩種石料、兩種粉料和瀝青三類材料，根據(jù)工程配方稱重后放到攪拌缸中進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，攪拌后放入到小車并存放到儲料罐中，系統(tǒng)周而復(fù)始地工作。設(shè)計目標(biāo)：用PLC組成控制系統(tǒng)，完成瀝青混凝土的配料和攪拌，從而提高工業(yè)自動化程度。第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計2.1 瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線系統(tǒng)的工藝流程系統(tǒng)啟動時，三個料斗處于關(guān)閉狀態(tài)，石料秤斗先通過電子秤稱取1#石料，當(dāng)稱量值到關(guān)閉1#石料倉門，接著電子秤稱取2#石料，直至2#石料稱量值到，關(guān)閉2#石料倉門；在稱石料的同時，粉秤斗與瀝青秤斗也開始稱料。粉秤斗稱量過程同石料一樣，都通過電子秤稱量，而瀝青秤斗通過控制閥門開度控制瀝青流量。當(dāng)

21、所有原料稱量完畢，開啟各自秤斗閥門注入拌缸攪拌，然后注入料車通過傳送帶送至儲料罐。其工藝流程圖見圖2.1。圖2.1 瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線工藝流程圖2.2 系統(tǒng)方案論證及組成2.2.1 系統(tǒng)的方案論證1、可編程控制器與繼電器控制系統(tǒng)的比較幾十年來，繼電器控制系統(tǒng)為工業(yè)控制的發(fā)展起到了巨大的作用，而且目前仍然在工業(yè)領(lǐng)域中大量地應(yīng)用，然而其控制性能與自身的功能已無法滿足與適應(yīng)工業(yè)控制的要求和發(fā)展，繼電器控制系統(tǒng)故障率高，大大降低了控制系統(tǒng)的可靠性和安全性，因此繼電器控制系統(tǒng)與PLC相比較，存在著質(zhì)的差別，表2.1給出可編程控制器與繼電器控制系統(tǒng)功能與特點的比較。表2.1 可編程控制器與繼電器控制功能

22、與特點的比較比較項目可編程控制器繼電器控制控制功能的實現(xiàn)進(jìn)行編程實現(xiàn)所需控制功能進(jìn)行硬件接線完成控制可靠性采用軟繼電器，可靠性高元器件多觸點多，易出現(xiàn)故障控制的實時性微處理器控制，實時性非常好機械動作時間常數(shù)大實時性差占用空間與安裝體積小，重量輕控制柜體積大、笨重使用壽命壽命長易損、壽命短復(fù)雜控制能力很強極差價格較高較低維護(hù)工作量小復(fù)雜、工作量大2、可編程控制器與計算機控制系統(tǒng)的比較通用計算機具有十分強大的計算與數(shù)據(jù)處理能力，同時數(shù)據(jù)的處理速度已經(jīng)達(dá)到極高的水平，但是應(yīng)用較差，在很多方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有PLC功能強大，表2.2給出可編程控制器與計算機控制系統(tǒng)功能與特點的比較。表2.2 可編程控制器與計

23、算機控制系統(tǒng)功能與特點的比較比較項目可編程控制器通用計算機工作方式掃描式中斷式編程語言語句表、梯形圖等匯編、高級語言續(xù)表2.2工作環(huán)境可在環(huán)境差工作要求工作環(huán)境較高對使用著要求語言易學(xué)專門語言培訓(xùn)可靠性工業(yè)級要求商業(yè)級要求系統(tǒng)軟件功能專用功能強大適用領(lǐng)域工業(yè)控制辦公、管理，科學(xué)計算從上面的論述和比較可以看出，PLC的硬件決定了它的可靠性和控制功能比繼電器控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)高的多，它是專門為工業(yè)控制場合設(shè)計的，所以它的穩(wěn)定性好，而且它操作簡單靈活，易于實現(xiàn)系統(tǒng)升級和功能擴展。選用PLC控制瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線，其硬件接線少、線路設(shè)計合理、編程簡單，參數(shù)修改簡便，降低了維修率，提高了工作效率；

24、具有較強的抗干擾能力，保證了系統(tǒng)運行的可靠性。所以本設(shè)計采用可編程序控制器作控制器。2.2.2 系統(tǒng)的組成本系統(tǒng)采用西門子S7-200 PLC控制，系統(tǒng)稱料分為三路：石料、石粉和瀝青。當(dāng)系統(tǒng)起動，若三個料斗都處于關(guān)門狀態(tài)，三種材料根據(jù)工程配方開始稱料，根據(jù)稱量值是否達(dá)到預(yù)設(shè)值而控制進(jìn)料閥的關(guān)閉，并控制攪拌電機和傳送帶的工作，系統(tǒng)由PLC控制器，石料、石粉和瀝青的稱重電路，A/D轉(zhuǎn)換模塊以及電機控制電路等部分組成，并通過觸摸屏來進(jìn)行參數(shù)修訂和顯示。PLC控制的瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.2。1#石料稱量電路2#石料稱量電路1#石粉稱量電路2#石粉稱量電路瀝青稱量電路A/D轉(zhuǎn)換A

25、/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換S7-200 PLC控制器觸摸屏控制電路圖2.2 PLC控制的瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1、PLC控制器PLC控制器是瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的核心設(shè)備，各稱量電路根據(jù)原料的稱量值是否達(dá)到預(yù)設(shè)值而向PLC的輸入端發(fā)送或者停止發(fā)送電信號，PLC根據(jù)輸入的信號自動控制相對應(yīng)的控制電路從而控制瀝青混凝土原料配比。2、石料（石粉/瀝青）稱量電路石料（石粉/瀝青）秤斗的皮帶秤先稱取石料（石粉/瀝青），當(dāng)稱量值到，通過A/D轉(zhuǎn)換，將信號送PLC，關(guān)閉石料（石粉/瀝青）倉門。3、 A/D轉(zhuǎn)換采用西門子專門A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換

26、成數(shù)字信號送至PLC進(jìn)行控制。4、控制電路控制電路有石料閥門、石粉閥門及瀝青閥門控制電路。4個電機分別控制4個皮帶秤的啟停及調(diào)速，1個電機控制攪拌器的轉(zhuǎn)動，2個電機控制傳送帶的啟停及運行。第3章 瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線硬件設(shè)計3.1 可編程控制器可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)與自動化技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制器。它具有可靠性高、適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的高溫、沖擊和振動等惡劣環(huán)境的特點，已成為解決自動控制問題的最有效工具，是當(dāng)前先進(jìn)工業(yè)自動化的三大支柱之一。3.1.1 可編程控制器的概念可編程控制器(Programmable Logical Controller)簡稱PLC。國際電工委員會

27、（IEC）在1985年的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第3稿中，對PLC作了如下定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可 編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令。并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。”3.1.2 可編程控制器的優(yōu)點現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程是復(fù)雜多樣的，它們對控制的要求也各不相同。PLC一經(jīng)出現(xiàn)就受到了廣大工程技術(shù)人員的歡迎。PLC具有如下特點：（1）編程方便，可現(xiàn)場修改程序。（2）維修方便，

28、采用插件式結(jié)構(gòu)。（3）可靠性高于繼電器控制裝置。（4）體積小于繼電器控制盤。（5）數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機。（6）成本可與繼電器控制盤競爭。（7）輸入可以是交流電。（8）可直接驅(qū)動接觸器、電磁閥等。（9）擴展時原系統(tǒng)改變最小。（10）用戶存儲器至少擴展到4KB。3.1.3 可編程控制器的發(fā)展趨勢發(fā)展迅速，產(chǎn)品更新?lián)Q代；開發(fā)各種智能化模塊，不斷增強過程功能；PLC與個人計算機（PC）結(jié)合；通信聯(lián)網(wǎng)功能不斷增強；發(fā)展新的編程語言，增強容錯功能。3.1.4 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使

29、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PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、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，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。3、運動控制PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。

30、從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進(jìn)電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、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)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)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PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。

31、5、數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、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)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，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≈票怼?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)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接

32、口，通信非常方便。3.1.5 可編程控制器的系統(tǒng)組成PLC種類繁多，但其組成和工作原理基本相同。用PLC實施控制，其實質(zhì)是按一定算法進(jìn)行輸入/輸出變換，并將這個變換給以物理實現(xiàn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計，采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，它主要是由CPU、電源、存儲器和專門設(shè)計的輸入/輸出接口電路等組成。1、中央處理單元（CPU）中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞，是PLC的核心起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)PLC投入運行時，首先它以掃

33、描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。2、存儲器PLC的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩部分。PLC使用的存儲器類型有三種：ROM、RAM和EEPROM。3、輸入/輸出模塊輸入（Input）模塊和輸出（Output）模塊簡稱為I/O模塊。PLC的輸入和輸出信號類型可以是開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量。輸入/輸出模塊從廣義上分包

34、含兩部分：一是與控制設(shè)備相連接的接口電路；另一部分是輸入和輸出的映像寄存器。輸入模塊用于接收來自用戶設(shè)備的各種控制信號，如限位開關(guān)、行程開關(guān)以及其他一些傳感器的信號。輸出模塊用于將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU能夠識別和處理的信號，并存到輸入映像寄存器。4、電源模塊PLC一般使用220V的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為PLC的中央處理器、存儲器等電路提供5V、12V、24V等直流電源，使PLC能正常工作。5、接口模塊接口模塊用于將擴展單元或功能模塊與基本單元相連，使PLC的配置更加靈活，以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。6、通信接口為了實現(xiàn)“人機”或“機機”之間的對話，PLC配有多種通信接口。7、編程器過去的編程設(shè)

35、備一般是編程器，其功能僅限于用戶程序讀寫和調(diào)試。8、其他部分需要時，PLC可配有存儲器卡、電池卡等。3.1.6 可編程控制器的工作原理PLC是一種工業(yè)控制計算機，故它的工作原理是建立在計算機工作原理之上，即通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)的，但是 CPU是以分時操作方式來處理各項任務(wù)的，計算機在每一瞬間只能做一件事，所以程序的執(zhí)行是按程序順序依次完成相應(yīng)各電器的動作，所以它屬于串行工作方式。概括而言，PLC是按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)掃描的方式進(jìn)行工作的。3.1.7 可編程控制器的編程語言編程語言是PLC的重要組成部分，常見的編程語言有梯形圖（LD）、功能塊圖（FBD）、順序功能圖（

36、SFC）、結(jié)構(gòu)化文本和指令表（IL）。3.2 系統(tǒng)的輸入/輸出信號3.2.1 輸入信號分析輸入設(shè)備用于產(chǎn)生輸入控制信號，本設(shè)計中輸入設(shè)備包括以下幾種：1、啟動按鈕和停止按鈕2、傳感器檢測信號根據(jù)系統(tǒng)控制要求，輸入信號分析如下：啟動信號1個；停止信號1個；稱重傳感器檢測信號5個；速度傳感器檢測信號4個；流量傳感器檢測信號1個。表3.1 輸入設(shè)備及其電氣符號輸入信號名稱電氣符號啟動按鈕SF1停止按鈕SF21#皮帶秤稱重傳感器BP12#皮帶秤稱重傳感器BP23#皮帶秤稱重傳感器BP34#皮帶秤稱重傳感器BP4瀝青斗稱重傳感器BP51#皮帶秤測速傳感器BS12#皮帶秤測速傳感器BS23#皮帶秤測速傳感

37、器BS34#皮帶秤測速傳感器BS4瀝青斗流量傳感器BL3.2.2 輸出信號分析輸出設(shè)備是PLC的輸出信號驅(qū)動的執(zhí)行元件，本設(shè)計中由PLC輸出控制的信號有：閥門繼電器驅(qū)動信號，皮帶秤電機接觸器驅(qū)動信號，傳送帶電機接觸器驅(qū)動信號，攪拌器電機接觸器驅(qū)動信號，速度輸出信號，流量輸出信號。根據(jù)系統(tǒng)控制要求，輸出控制信號分析如下：閥門繼電器驅(qū)動信號9個；皮帶秤電機接觸器驅(qū)動信號4個；傳送帶電機接觸器驅(qū)動信號2個；攪拌器電機接觸器驅(qū)動信號1個；速度輸出信號4個；流量輸出信號1個。表3.2輸出設(shè)備及其電氣符號輸出設(shè)備名稱電氣符號1#石料閥門繼電器KF12#石料閥門繼電器KF21#石粉閥門繼電器KF32#石粉閥

38、門繼電器KF4瀝青料倉閥門繼電器KF51#皮帶秤電機接觸器QA12#皮帶秤電機接觸器QA23#皮帶秤電機接觸器QA34#皮帶秤電機接觸器QA4石料斗閥門繼電器KF6石粉斗閥門繼電器KF7瀝青斗閥門繼電器KF8拌缸閥門繼電器KF9攪拌器電機接觸器QA51#傳送帶電機接觸器QA62#傳送帶電機接觸器QA73.3 PLC選擇及擴展模塊的選擇3.3.1 PLC的選擇PLC誕生不久即顯示了其在工業(yè)控制中的重要地位，目前國際上生產(chǎn)PLC的公司有很多，如德國的西門子、日本的三菱、歐姆龍、松下；法國的TE、施耐德、韓國的三星等。本設(shè)計選用的是德國西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列的PLC。S7-200系列PLC

39、是西門子公司生產(chǎn)的一種小型PLC，其許多功能已經(jīng)達(dá)到大、中型PLC的水平，而價格卻和小型PLC的一樣。CPU22*系列PLC它有如下六種不同結(jié)構(gòu)的配置單元：（1）CPU221本機集成6輸入/4輸出，無擴展能力。（2）CPU222本機集成8輸入/6輸出，最多可擴展2個模塊。（3）CPU224本機集成14輸入/10輸出，最多可擴展7個模塊。（4）CPU224XP本機集成14輸入/10輸出，最多可擴展7個模塊，并且在主機上增加了2輸入/1輸出的模擬量單元和一個通信口。（5）CPU226本機集成24輸入/16輸出，最多可擴展7個模塊，具有2個通信口。綜上所述，瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線系統(tǒng)開關(guān)量輸入點數(shù)為2

40、點，開關(guān)量輸出點數(shù)為16點，綜合分析瀝青混凝土攪拌生產(chǎn)線系統(tǒng)的動作要求，并且系統(tǒng)要具有通信功能，考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟性、技術(shù)指標(biāo)和不同型號S7-200CPU的特點，以及對它的控制要求和對環(huán)境的適應(yīng)能力等多方面的要求，根據(jù)I/O點數(shù)選擇PLC型號為S7-200CPU226。3.3.2 擴展模塊的選擇由于選擇的是CPU226型號，為數(shù)字量24點輸入，16點輸出，缺模擬量10點輸入，5點輸出，故本系統(tǒng)需對模擬量進(jìn)行模塊擴展。S7-200系列的PLC的主機提供一定數(shù)量的數(shù)字量I/O和模擬量I/O，當(dāng)CPU的I/O點數(shù)不夠用或需要進(jìn)行特殊功能的控制時，就要進(jìn)行I/O的擴展。I/O擴展包括I/O點數(shù)的擴展和功能

41、模塊的擴展。不同的CPU有不同的擴展規(guī)范，它主要受CPU的功能限制。S7-200PLC的模擬量擴展模塊有：（1）模擬量輸入擴展模塊EM231 共有3種：4AI、2路熱電阻輸入和4路熱電偶輸出。（2）模擬量輸出擴展模塊EM232 只有一種2路模擬量輸出的擴展模塊。（3）模擬量輸入/輸出擴展模塊EM235只有一種4路AI/1路AO（占用2路輸出地址）。根據(jù)本系統(tǒng)需要模擬量輸入10點，輸出5點，需要3個EM235，一個EM232，共有12路AI，5路AO。本系統(tǒng)本設(shè)計的CPU226 與EM235及EM232模塊連接方式如圖3.1所示。模塊4EM232模塊3EM235模塊2EM235模塊1EM235主

42、機CPU226AC/DC繼電器圖3.1 模塊連接方式表3.3為各模塊編址。表3.3 各模塊編址主機I/O模塊1I/O模塊2I/O模塊3I/O模塊4I/OI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I1.6I1.7Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1Q1.2 Q1.3Q1.4Q1.5Q1.6Q1.7AIW0AIW2AIW4AIW6AQW0AIW8AIW10AIW12AIW14AQW4AIW16AIW18AIW20AIW22AQW8AQW12AQW163.4 系統(tǒng)I/O分配1、數(shù)字量輸入

43、部分控制系統(tǒng)的數(shù)字輸入信號有啟動、停止信號等。表3.4 數(shù)字量輸入 I/O分配表輸入地址分配功能對應(yīng)的外部設(shè)備I0.0啟動SF1I0.1停止SF22、數(shù)字量輸出部分該系統(tǒng)需要控制的外部輸出設(shè)備的輸出信號有閥門繼電器驅(qū)動信號，皮帶秤電機接觸器驅(qū)動信號，傳送帶電機接觸器驅(qū)動信號，攪拌器電機接觸器驅(qū)動信號，速度輸出信號，流量輸出信號。表3.5 數(shù)字量輸出I/O分配表輸出地址分配功能對應(yīng)的輸出設(shè)備Q0.01#石料閥門繼電器KF1Q0.12#石料閥門繼電器KF2Q0.21#石粉閥門繼電器KF3Q0.32#石粉閥門繼電器KF4Q0.4瀝青料倉閥門繼電器KF5Q0.51#皮帶秤電機接觸器QA1Q0.62#皮

44、帶秤電機接觸器QA2Q0.73#皮帶秤電機接觸器QA3Q1.04#皮帶秤電機接觸器QA4Q1.1石料斗閥門繼電器KF6Q1.2石粉斗閥門繼電器KF7Q1.3瀝青斗閥門繼電器KF8Q1.4拌缸閥門繼電器KF9續(xù)表3.5Q1.5攪拌器電機接觸器QA5Q1.61#傳送帶電機接觸器QA6Q1.72#傳送帶電機接觸器QA73、模擬量輸入部分模擬量輸入信號有稱重傳感器檢測信號、速度傳感器檢測信號、流量傳感器檢測信號等。表3.6 模擬量輸入分配表輸入地址分配功能AIW01#稱重傳感器檢測信號AIW22#稱重傳感器檢測信號AIW43#稱重傳感器檢測信號AIW64#稱重傳感器檢測信號AIW8瀝青斗稱重傳感器檢測

45、信號AIW101#速度傳感器檢測信號AIW122#速度傳感器檢測信號AIW143#速度傳感器檢測信號AIW164#速度傳感器檢測信號AIW18瀝青斗流量傳感器檢測信號4、模擬量輸出部分模擬量輸出信號有速度輸出信號，流量輸出信號等。表3.7 模擬量輸出 I/O分配表輸出地址分配功能AQW01#皮帶秤速度輸出信號AQW42#皮帶秤速度輸出信號續(xù)表3.7AQW83#皮帶秤速度輸出信號AQW124#皮帶秤速度輸出信號AQW16瀝青斗流量輸出信號3.5 PLC外部接線設(shè)計PLC外部電氣接線圖如圖3.2（a）、3.2（b）。（a）CPU226外部接線圖3.2 PLC外部電氣接線圖（b）外部擴展模塊接線圖3

46、.2 系統(tǒng)硬件接線EM235、EM232的輸出接變頻器S1、S2端。3.6 稱量系統(tǒng)的設(shè)計3.6.1 電子皮帶秤電子皮帶秤是機電一體化產(chǎn)品，它是利用皮帶的運轉(zhuǎn)將其上物料進(jìn)行稱重，并根據(jù)流量設(shè)定的要求調(diào)整皮帶速度，使出料口物流達(dá)到設(shè)定流量。電子皮帶秤不僅用于各種規(guī)則物體稱量，還可稱量各種散裝的連續(xù)物料。電子皮帶秤稱重橋架安裝于輸送機架上，當(dāng)物料經(jīng)過時，計量托輥檢測到皮帶機上的物料重量通過杠桿作用于稱重傳感器，產(chǎn)生一個正比于皮帶載荷的電壓信號。速度傳感器直接連在大直徑測速滾筒上，提供一系列脈沖，每個脈沖表示一個皮帶運動單元，脈沖的頻率正比于皮帶速度。稱重儀表從稱重傳感器和速度傳感器接收信號，通過積

47、分運算得出一個瞬時流量值和累積重量值，并顯示出來。電子皮帶秤的結(jié)構(gòu)原理如圖3.3所示。物料運輸?shù)姆较蛉鐖D3.3中箭頭所示。皮帶秤分為3個區(qū)域，自左至右分別是落料區(qū)、稱重區(qū)和出料區(qū)，稱重框架(圖中粗線部分)全部支撐在支點上，稱重托輥正好位于稱量區(qū)的中點，稱重傳感器位于支點和稱量托輥的中點。在調(diào)整時，考慮到皮帶自身的重量及調(diào)整的簡便，一開始在稱重傳感器上便有一個力，稱之為預(yù)加載。這樣在沒有物料的時候，皮帶作用在稱重托輥上的力、稱重傳感器上的預(yù)加載以及配重塊，這幾個作用力對稱重框架共同作用，使得稱重框架達(dá)到了平衡。這點便是電子皮帶稱的稱重零點，所有的稱量均須以此點為基準(zhǔn)。圖3.3 電子皮帶秤的結(jié)構(gòu)原

48、理圖3.6.2 稱重傳感器的原理稱重傳感器實現(xiàn)了對物料的快速、準(zhǔn)確的稱量，它是影響電子秤測量精度的關(guān)鍵部件，目前除特殊用途外，90以上采用電阻應(yīng)變式稱重傳感器。四片電阻應(yīng)變片分別粘在傳感器粱的上下平面，即連成惠斯登電橋。稱重傳感器電氣原理圖如圖3.4所示。圖中R1R4為電橋測量電阻應(yīng)變片；RD初始不平衡補償電阻；RT零點溫度補償電阻；RE輸出靈敏度溫度補償電阻。稱重傳感器的激勵電壓為10V，稱重傳感器的靈敏度為11.5mV，則稱重傳感器的額定載荷下的輸出電壓為1015mV。圖3.4 稱重傳感器電氣原理圖當(dāng)被測物的重量通過傳感器直接作用在粘有電阻應(yīng)變片的彈性梁時，使其彎曲變形，梁相對變形大小正比

49、于外加載荷。同時，粘貼在梁上、下平面上的電阻應(yīng)變片同步產(chǎn)生電阻應(yīng)變，且與梁變形(或梁應(yīng)力)成正比。粘貼在梁平面的R1、R2電阻應(yīng)變片阻值增加，R3、R4電阻應(yīng)變片阻值減小，故電橋失去平衡，對角端有不平衡電壓輸出，其不平衡電壓正比于被測物重量。稱重傳感器根據(jù)所受力的大小輸出一個電壓信號，輸出的電壓信號與所受力的大小之間是一種線性關(guān)系，特性曲線如圖3.5所示。特性曲線橫坐標(biāo)表示稱重傳感器所受的力，縱坐標(biāo)表示稱重傳感器輸出電壓。傳感器受一定的力，便對應(yīng)輸出一定的電壓，在二維圖形上形成一個點，將許許多多不同的點連接起來，則是一條直線，即是稱重傳感器受力與輸出電壓之間的關(guān)系曲線。鑒于二者之間的關(guān)系，利用

50、一個標(biāo)準(zhǔn)砝碼，根據(jù)兩點能確定一條直線的原理，便可求出稱重傳感器受力與輸出電壓的對應(yīng)關(guān)系。圖3.5 稱重傳感器受力與輸出電壓關(guān)系曲線皮帶稱上沒有物料時，皮帶稱已經(jīng)受到一個預(yù)加載力F0，對應(yīng)的電壓輸出值為V0，在稱重托輥上加一個標(biāo)準(zhǔn)砝碼，重量為B。此時，傳感器上所受的力為F1，輸出電壓為V1，V1的值是可知的，則F1的大小為預(yù)加載力與標(biāo)準(zhǔn)砝碼之和，F(xiàn)1=F0+B。即，B=F1-F0因此，當(dāng)某個X重量的物體被稱重時，由此時的輸出電壓便能求出它的重量X。具體分析如下：設(shè)重量X的物體加載后，傳感器受力為FX，輸出電壓為VX。 FX=F0+X （3-1）即， X=FX-F0 （3-2）根據(jù)三角形相似原理，

51、可求得 （3-3）將式（3-1）、（3-2）代入式（3-3）得 （3-4）則， （3-5）式中，B為標(biāo)準(zhǔn)砝碼重量，V0為空載時的輸出電壓，V1為加上標(biāo)準(zhǔn)砝碼時的輸出電壓，VX為X重量物體加載時輸出電壓(可在物體加載時讀取)，V0和V1的讀取由校零部分完成。任何物體的重量便都可以由式(3-5)計算而來。電子皮帶稱是連續(xù)稱重的設(shè)備，就是說物體從進(jìn)入稱重區(qū)開始一直到走出稱重區(qū)為止，所得重量才是物體真正的重量，在這一過程計算機要經(jīng)過幾百次的采樣，這幾百次的采樣必須累加后才是物體的重量，如果每次采樣的數(shù)據(jù)都按式(3-5)計算后并累加，最后的結(jié)果與真實值會有極大的差距。物體從皮帶稱走過時稱重傳感器的受力情

52、況如圖3.6所示。圖3.6中L為物體在皮帶上走過的距離，F(xiàn)為稱重傳感器受的力。圖3.6 稱重傳感器的受力物體落在皮帶上且位于稱重區(qū)以外時，稱重傳感器不受力。當(dāng)物體落在稱重區(qū)邊沿L1時，傳感器開始受力并逐漸增大；當(dāng)物體運動到稱重區(qū)中部LM(稱重托輥)時，傳感器受力最大：以后物體逐漸離開稱重托輥，受力也逐漸減??；當(dāng)物體過了L2點離開稱重區(qū)時，傳感器上就不受力。由數(shù)學(xué)知識知道，由這條曲線所圍的面積等于物體的重量。每次采樣走過的距離為L，根據(jù)幾百次采樣所得的曲線以及L2-L1的稱重區(qū)長度，便可計算出該物體的重量。解決了連續(xù)物料稱重的問題。3.6.3 稱重傳感器的選型系統(tǒng)選用ICS14電子皮帶秤，選用的

53、稱重傳感器為電阻應(yīng)變片拉式（壓）力傳感器。稱重傳感器主要技術(shù)參數(shù)：（1）輸出：4-20mA（2）非線性：小于額定輸出的0.05 （3）重復(fù)性：小于額定輸出的0.03 （4）滯后：小于額定輸出的0.03 （5）溫度靈敏度：零值時為0.003，滿值時為0.004（6）安全過載： 1503.6.4 流量控制 本系統(tǒng)需要控制石料、石粉的流量，采用PID調(diào)節(jié)，控制精確的物料量。所謂流量，就是一定時間內(nèi)皮帶上走過的物料量。在過程控制中，按偏差的比例、積分、微分進(jìn)行控制，簡稱為PID控制。(1)PID調(diào)節(jié)原理PID控制就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進(jìn)行控制的，具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工

54、作可靠、調(diào)整方便，是工業(yè)控制主要和可靠的技術(shù)工具。PID控制結(jié)構(gòu)圖如圖3.7所示，控制器輸入和輸出(誤差)之間的關(guān)系在時域中可用公式表示如下：圖3.7 PID控制結(jié)構(gòu)框圖 （3-6）公式中e(t)表示誤差、控制器輸入，u(t)是控制器的輸出，KP為比例系數(shù)，Ti為微分時間常數(shù)，TD為積分時間常數(shù)。比例(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)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差(Steadystate error)。積分(I)控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)(System with Steadystate Error)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引