基于 S7-200 及西门子人机界面触摸屏的温度控制设计

2022-11-29 01:25 作者:张框子zZ 0人读过 | 我要投稿

一、项目任务描述 : 在恒温箱内装有一个电加热元件和一致风扇，电加热元件和风扇的工作状态只有 OFF 和 ON，即不能自行调节。现要控制恒温箱的温度恒定，且能在 25-100 摄氏度范围内可调，如图所示：

二硬件选型和系统设计

1 在 S7-200 中，模拟量输入/输出信号：单极性数值范围是 0～32 000 双极性 -32 000～+32 000 2 触摸屏选型触摸屏选择：TP177B/OPTP177B 的西门子人机界面 3、温度传感器选型温度传感器选择 PT100 的热电阻，带变送器。测量范围为 0～100℃，输出信号为 4～20mA，串接电阻把电流信号转换成 0～ 10V 的电压信号，送入 PLC 的模拟量输入端口。 4、PLC 的 I/O 口分配 Q1.0：控制接通加热器输出； Q1.1：控制接通制冷风扇输出； AIW0：接收温度传感器的温度检测值(输入)。三 PLC 编程 1 、PID 控制算法在工业生产过程控制中，模拟量 PID（由比例、积分、微分构成的闭合回路）调节是常用的一种控制方法。 2 、典型 PID 算法包括三项：输出=比例项+积分项+微分项 • 计算机在周期性地采样并离散化后进行 PID 运算，算法如下： Mn=Kc × （ SPn-PVn ） +Kc × （ Ts/Ti ） × （ SPn-PVn）+Mx+ Kc×（Td/Ts）×（PVn-1-PVn） 3 比例项：能及时地产生与偏差（ SPn-PVn）成正比的调节作用，比例系数 Kc 越大，比例调节作用越强，调节速度越快;但Kc过大会使系统输出量振荡加剧，稳定性降低。 4 积分项：与偏差有关，只要偏差不为 0，PID 控制的输出就会因积分作用而不断变化，直到偏差消失，系统处于稳定状态，所以积分的作用是消除稳态误差，提高控制精度;但积分的动作缓慢，给系统的动态稳定带来不良影响，很少单独使用。从式中可以看出：积分时间常数增大，积分作用减弱，消除稳态误差的速度减慢。 5 微分项：根据误差变化的速度（即误差的微分）进行调节，具有超前和预测的特点。微分时间常数 Td 增大时，超调量减少，动态性能得到改善;如 Td 过大，系统输出量在接近稳态时可能上升缓慢。

• 6、 PID 控制回路选项常用的控制回路有 PI、PID。（ 1）如果不需要积分回路（即在 PID 计算中无“I”），则应将积分时间 Ti 设为无限大。由于积分项 Mx 的初始值，虽然没有积分运算，积分项的数值也可能不为零。（ 2）如果不需要微分运算（即在 PID 计算中无“D”），则应将微分时间 Td 设定为 0.0。 7 、回路输入量的转换和标准在 PLC 进行 PID 控制之前，必须将其转换成标准化浮点表示法。（ 1）将回路输入量数值从 16 位整数转换成 32 位浮点数或实数。指令… （ 2）将实数转换成 0.0～1.0 之间的标准化数值。 /R 32000.0, AC0 //使累加器中的数值标准化 +R 0, AC0 //加偏移量 0 MOVR AC0, VD100 //将标准化数值写入 PID 8 、PID 回路输出转换为成比例的整数程序执行后，PID 回路输出 0.0～1.0 之间的标准化实数数值，必须被转换成 16 位成比例整数数值，才能驱动模拟输出。 PID 回路输出成比例实数数值=（PID 回路输出标准化实数值-偏移量）×取值范围 PID 指令

（ 1）程序中可使用 8 条 PID 指令，分别编号 0～7。 (2）使 ENO = 0 的错误条件：0006（间接地址），SM1.1 (3) PID 指令不对参数表输入值进行范围检查。必须保证过程变量和给定值积分项前值和过程变量前值在 0.0～1.0 之间。 (二) PID 控制的简易实现方法 • 对恒温箱进行恒温控制，要对温度值进行 PID 调节， PID 运算的结果去控制接通电加热器或制冷风扇； • 由于电加热器或制冷风扇只能为 ON 或 OFF，不能接受模拟量调节，故采用“占空比”的调节方法。 • 温度传感器检测到的温度值送入 PLC 后，若经 PID 指令运算得到一个 0～1 的实数，把该实数按比例换算成一个 0～100 的整数，把该整数作为一个范围为 0～10s 的时间 t。 • 设计一个周期为 10s 的脉冲，脉冲宽度为 t，把该脉冲加给电加热器或风扇，即可控制温度（加热/冷却比例）。第一步：组态符号表