3 溫度PID控制的實現(xiàn)
對于模擬量信號的控制PID(比例+積分+微分)算法控制。S7-200系列PLC有專門的PID回路指令，對模擬量進行PID控制十分方便。PID指令使用的算法：(nSP為第n個采樣時刻的給定值，n為過程變量值，MX為積分項值)
PID指令根據(jù)表格(TBL)中的輸入和配置信息對引用LOOP執(zhí)行PID循環(huán)計算。在執(zhí)行PID指令前，要建立一個參數(shù)表，一般要對表1中的參數(shù)進行初始化處理。
在實際控制過程中，無論是給定量還是過程量都是工程實際值，它們的取值范圍都是不相同的。因此在進行PID運算前，必須將工程實際值標(biāo)準(zhǔn)化。PLC在對模擬量進行PID運算后，對輸出產(chǎn)生的控制作用是在[0.0，1]范圍的標(biāo)準(zhǔn)值，不能驅(qū)動實際的驅(qū)動裝置，必須將其轉(zhuǎn)換成工程實際值。
由于電加熱爐具有較大的延時性，所以采輸出值，0.0～1.012Kc數(shù)正數(shù)雙字，實數(shù)I回路增益，正、負(fù)常數(shù)16TsI采樣時間，單位為s，正20TiI積分時間常數(shù)，單位為min，24TdI微分時間常數(shù)，單位為min，正數(shù)式控制。大致采用三段控制：第一段，開始階段置電源為滿開度，以最大的功率輸出克服熱慣性；第二段，等到溫度達到一定值轉(zhuǎn)為PID控制；第三段，接近設(shè)定點時置電源開度為0，提供一個保溫階段，以適應(yīng)溫度的滯后溫升。程序流程圖如圖3所示，圖中X，Y根據(jù)實際設(shè)定。
PID參數(shù)的調(diào)節(jié)是很重要的，調(diào)節(jié)方法有很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法.它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握。在工程實際中，控制系統(tǒng)難以建立起精確的數(shù)學(xué)模型，所以一般采用工程整定法。PID參數(shù)的工程整定法主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。在這里選用臨界比例度法，整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個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算得到PID控制器的參數(shù)。
4 PLC與計算機通訊的設(shè)計
由于VB具有強大的圖形處理功能，界面可視化性強，而且操作簡單，容易實現(xiàn)，故采用VB來實現(xiàn)上位機和下位機的通信.其下位急是S7-200系列PLC，上位機是通過RS-232串行口與PLC相連的計算機。
#p#分頁標(biāo)題#e# 4.1PLC程序部分
S7-200支持多種通訊模式，其中在自由口通訊方式下，用戶可以利用梯形圖程序中的接收完成中斷、發(fā)送完成中斷、發(fā)送指令和接收指令完成S7-200系列PLC與上位機的通訊。
PLC的CPU處于STOP模式時，自由口通訊被禁止，只有當(dāng)CPU處于RUN模式時，才可使用自由口通訊。SMB30(這里選擇端口0)是自由口模式控制字節(jié)，用來設(shè)定校驗方式、通訊協(xié)議、波特率等通訊參數(shù)。發(fā)送指令XMT啟動自由端口模式下數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)發(fā)送，它可以方便地發(fā)送1~255個字符，如果有中斷程序連接到發(fā)送結(jié)束事件上，在發(fā)送完成后，端口0會產(chǎn)生中斷事件9，也可以監(jiān)視發(fā)送完成狀態(tài)位SM45的變化。接收指令RCV可以初始化接收信息服務(wù)，通過指定的通訊端口接收信息并存儲在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)。在接收完最后一個字符時，端口0產(chǎn)生中斷事件23.PLC初始化程序如下：
4.2上位機程序部分
VB帶有專門管理串行通訊的MSComm控件，利用它只需設(shè)置幾個主要參數(shù)就可以實現(xiàn)PLC與計算機串行通訊。計算機采用VB編程，主要有監(jiān)控界面、當(dāng)前溫度顯示、動態(tài)溫度曲線顯示、參數(shù)設(shè)置以及與PLC通信等方面的設(shè)計。通信參數(shù)設(shè)置程序如下：
MSComm1.CommPort=1//設(shè)置通訊口為COM1
MSComm1.Settings=“9600，n，8，1”//波特率9600bps，無奇偶校驗，8位數(shù)據(jù)，1位停止
MSComm1.InputLen=8//一次讀取8個字節(jié)
MSComm1.PortOpen=True//打開通信端口。計算機端的VB程序利用MSComm控件與S7-200交換數(shù)據(jù)，通過自由口通訊程序從現(xiàn)場采集溫度信號。并且上位機程序可以設(shè)定初始溫度和PID參數(shù)、顯示動態(tài)溫度曲線。程序運行界面如圖4所示。
5 結(jié)束語
本文介紹了基于S7-200系列PLC的智能溫度控制器系統(tǒng)。闡述了溫度控制的實現(xiàn)方法。介紹了VB環(huán)境下實現(xiàn)上位機和PLC溫度監(jiān)控系統(tǒng)的串行通信的技術(shù)。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試表明，本系統(tǒng)具有可靠性高，監(jiān)控方便等優(yōu)點。由于PLC在工業(yè)領(lǐng)域使用的普遍性，該系統(tǒng)有很大的使用范圍。
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