2022年PLC的温控制系统设计.docx

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1、封面作者： PanHongliang仅供个人学习基于 PLC 的温度掌握系统设计摘要可编程掌握器 plc 作为传统继电器掌握装置的替代产品已广泛应用工业掌握的各个领域，由于它可通过软件来转变掌握过程，而且具有体积小，组装敏捷，编程简洁抗干扰才能强及牢靠性高等特点，特别适合于在恶劣的工业环境下使用；本文所涉及到的温度掌握系统能够监控现场的温度，其软件掌握主要是编程语言，对 PLC 而言是梯形语言，梯形语言是 PLC 目前用的最多的编程语言；关键字： PLC编程语言 温度Design of the temperature controlSystemsbased on PLCAbstractProg

2、ramming controler plc the replacing product as traditional relay control equipment eachthat already applies industrialcontrolextensivelyfield， Since it can change controlcourse through software ， It is littleto have volume， Assembly is flexible, the programming simple ability of interference rejecti

3、on is strong and reliability higher characteristic, suit very much in bad industrial environment use. The temperature control system that this paper is concerned with canthe temperature of monitoring , its software control is programming language mainly, for PLC is ladder-shaped language, ladder-sha

4、ped language is the most programming language that PLC now uses.Keyword ：PLCProgramming language Temperature目录摘要-1Abstrack-11 引言-31.1 课题讨论背景-31.2 温度掌握系统的进展状况-31.3 总体设计分析-62 系统结构模块-63.1 PLC 的定义-73.2 PLC 的进展-83.2.1 我国 PLC的进展-83. 3 PLC 的系统组成和工作原理-93.3.1 PLC 的组成结构-93.3.2 PLC 的扫描工作原理-93.4 PLC 的进展趋势103.5

5、PLC的优势-103.6 PLC的类型挑选-114.1 PID掌握程序设计-124.1.1 PID 掌握算法-124.1.2 PID 在 PLC 中的回路指令-144.1.3 PID 参数设置-164.2 3A 模块及其温度掌握-174.2.1 3A 模块的介绍174.2.2 数据转换-184.2.3 软件编程的思路-195 程序的流程图-196 整个系统的软件编程207 终止语23谢词-24参考文献-241 引言1.1 课题讨论背景温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都 与温度亲密相关；在科学讨论和生产实践的诸多领域中,温度掌握占有着极为重要的位置 ,特殊是在冶金、

6、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有 举足轻重的作用；对于不同生产情形和工艺要求下的温度掌握，所采纳的加热 方式，燃料，掌握方案也有所不同；例如冶金、机械、食品、化工等各类工业 生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、自然气、 油、电等 1；温度掌握系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的掌握技术和掌握理论；可编程掌握器（ PLC）可编程掌握器是一种工业掌握运算机，是继承运算机、自动掌握技术和通信技术为一体的新型自动装置；它具有抗干扰才能强， 价格廉价，牢靠性强，编程简洁，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜爱，因此 PLC已在工业掌

7、握的各个领域中被广泛地使用2；目前在掌握领域中，虽然逐步采纳了电子运算机这个先进技术工具，特殊 是石油化工企业普遍采纳了分散掌握系统（DCS）；但就其掌握策略而言，占统治位置的仍旧是常规的PID 掌握； PID 结构简洁、稳固性好、工作牢靠、使用中不必弄清系统的数学模型 3；PID 的使用已经有 60 多年了，有人赞扬它是掌握领域的常青树；1.2 温度掌握系统的进展状况温度掌握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位置；温度掌握系统是人类供热、取暖的主要设备的驱动来源，它的显现迄今已有两百余年的历史；期间，从低级到高 级，从简洁到复杂，随着生产力

8、的进展和对温度掌握精度要求的不断提高，温度掌握系统的掌握技术得到快速进展；当前比较流行的温度掌握系统有基于单片机的温度掌握系统，基于PLC 的温度掌握系统，基于工控机（ IPC）的温度掌握系统，集散型温度掌握系统（ DCS），现场总线掌握系统（ FCS）等；单片机的进展历史虽不长，但它靠着体积小，成本低，功能强大和牢靠性高等特点，已经在很多领域得到了广泛的应用；单片机已经由开头的4 位机发展到 32 位机，其性能进一步得到改善5 ；基于单片机的温度掌握系统运行稳固，工作精度高；但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 是一种数字掌握专用电

9、子运算机，它使用了可编程序储备器储存指令，执行诸如规律、次序、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，掌握各种机械或工作程序；PLC 牢靠性高、抗干扰才能强、编程简洁，易于被工程人员把握和使用，目前在工业领域上被广泛应用6；相对于 IPC，DCS， FSC 等系统而言， PLC 是具有成本上的优势；因此， PLC 占据着很大的市场份额，其前景也很有前途；工控机（ IPC）即工业用个人运算机； IPC 的性能牢靠、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外表监控，一般较难达到中意的结果，缘

10、由是工业锅炉的燃烧系统是一个多变量输入的复杂系统；影响燃烧的因素特别复杂，较正确的数学模型不易建立，以经典的PID 为基础的常规外表掌握，已很难达到正确状态；而运算机供应了诸如数字滤波，积分分别PID，挑选性 PID；参数自整定等各种敏捷算法，以及“模糊判定”功能，是常规外表和人力难以实现或无法实现的7；在工业锅炉温度检测掌握系统中采纳 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7 ；但假如单独采纳工控机作为掌握系统，又有易干扰和牢靠性差的缺点；集散型温度掌握系统（ DCS）是一种功能上分散，治理上集中上集中的新型掌握系统；与常规外表相比具有丰富的监控、和谐治理功能等特点；DCS 的

11、关键是通信；也可以说数据大路是分散掌握系统DCS 的脊柱；由于它的任务是为系统全部部件之间供应通信网络，因此，数据大路自身的设计就打算了总体 的敏捷性和安全性；基本 DCS 的温度掌握系统供应了生产的自动化水平和治理水平，能削减操作人员的劳动强度，有助于提高系统的效率8；但 DCS 在设备配置上要求网络、掌握器、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；现场总线掌握系统（ FCS）综合了数字通信技术、运算机技术、自动掌握技术、网络技术和智能外表等多种技术手段的系统；其优势在于网络化、分散 化掌握；基于总线掌握系统（FCS）的温度掌握系统具有高

12、精度，高智能，便于治理等特点， FCS 系统由于信息处理现场化，能直接执行传感、掌握、报警和运算功能；而且它可以对现场装置 含变送器、执行器等 进行远程诊断、保护和组态，这是其他系统无法达到的 9 ；但是， FCS 仍没有完全成熟，它才刚刚进入有用化的现阶段，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，用户需要依据实际需要挑选系统配置， 当然，在实际运用中，为了达到更好的掌握系统，可以实行多个系统的集成， 做到互补长短；温度掌握系统在国内各行各业的应用虽然已经特别广泛，但从生产的温度掌握器来讲，总体进展水平仍

13、旧不高，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”掌握及常规的PID掌握器为主；它只能适应一般温度系统掌握，难于掌握滞后、复杂、时变温度系统掌握；而适应于较高掌握场合的智能化、自适应掌握外表，国内技术仍不特别成熟，形成商品化并在外表掌握参数的自整定方面，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，仍没有开发出性能牢靠的自整定软件；掌握参数大多靠人工体会及现场调试确定；国外温度掌握系统进展快速，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、性能优异的温度掌握器及仪器外表，并在各行业广泛应用；

14、目前，国外温度掌握系统及外表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速进展 10；在现代化的今日，现代化掌握是一个国家现代化水平的标志之一，在工业自动化领域，可编程掌握器PLC作为自动掌握的三大技术支柱（PLC、机器人、 CAD/CAM ）之一，成为大多数自动化系统的设备基础；可编程掌握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，它采纳可编程序的储备器，用来在内部储备执行规律运算、次序控定时、计数和算术等操作的指令，并采纳数字式、模拟式的输入和输出，掌握各种的机械或生产过程；长期以来， PLC 始终处于工业自动化掌握领域的主战场，为各种各样的自动化掌握设备供应了特别牢靠的掌握应用；

15、它能够为自动化掌握应用供应安全牢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掌握器，用在GM 公司生产线上的获得胜利；其后日本、德国等相续引入，可编程掌握器快速进展起来；进入 20 世纪 80 岁月，由于运算机技术和微电子技术的快速进展，极大的推动了PLC 的进展，使的 PLC 的功能日益增强； PLC 可进行模拟量掌握、位置掌握和PID 掌握等，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 已成为工业掌握的标准设备，应用面几乎掩盖了全部工业企业；之所以应用广泛，是由于 PLC 有很多优点

16、，本文涉及的温度监控系统是以PLC为核心的监控系统；该工程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，以便让操作工掌握；本系统在温度掌握方面应用广泛，例如面包的生产，工业中的锅炉加热等；本系统的掌握是采纳 PLC 的编程语言 梯形语言，梯形语言是在可编程掌握器中的应用最广的语言，由于它在继电器的基础上加进了很多功能、使用敏捷的指令，使规律关系清楚直观，编程简洁，可读性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器掌握电路；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进展；1.3 总体设计分

17、析依据温度系统的详细设计要求要求 PLC 系统能够监控反应器的温度；开头工作时全速加热，到设定值时停止加热；保温过程中温度过高 /低时能发出报警，声报警能用按钮手动解除，光报警在正常时自动解除；基于以上的要求，所设计的系统必需有以下结构模块：温度变送器单元、加热单元、 PLC 模拟量转换模块单元、 SSR单元 ；2 系统的结构模块三菱 FX 系列 PLC 掌握的温度掌握系统，由PLC 作为核心构成的系统可便利地运用软件设置、调整参数，利用模拟功能模块和功能指令，在外围电路的协作下实现温度模拟信号采集、转换与处理；温度掌握系统广泛运用在工业掌握的各个领域，温控系统掌握方法的好坏、运行性能的合适与

18、否，直接影响到产品质量、运行效率等；PLC 在温度掌握系统中得到了有效的运用，为温控系统供应安全牢靠和比较完善的解决方案；三菱FX 系列 PLC 掌握的温度掌握系统，由 PLC 作为核心构成的系统可便利地运用软件设置、调整参数，利用模拟功能模块和功能指令，在外围电路的协作下实现温度模拟信号采集、转换与处理；如下图所示为温度掌握系统图；I/O安排： X0：开头掌握 Y0：故障显示 Y1 ：电加热器图 13.1 PLC 的定义可编程掌握器（ Programmable Controller，简称 PC）是在传统的次序掌握器的基础上，为满意不断进展的大规模工业生产柔性掌握的要求而逐步进展起来的；其功能

19、基本限于开关量规律掌握，仅执行规律运算、定时、计数等次序掌握功能所以当时称为可编程规律掌握器（Programmable Logic Controller ， 简称 PLC）；由于可编程序掌握器仍旧处于不断进展之中，因此对它下一个准确的定义是困难的；为了使其生产和进展标准化，美国国际电工委员会IEC 于 1982 年颁布了可编程序掌握器标准草案， 1985 年提交了其次版， 1987 年的第三版对可编程序掌握器作了如下的定义“可编程序掌握器是一种特地为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置；它采纳可以编制程序的储备器，用来在 其内部储备执行规律运算、次序运算、计时、计数和算术运算等操作的

20、指令， 并能通过数字式或模拟式的输入和输出，掌握各种类型的机械或生产过程；可 编程序掌握器及其相关的外围设备都应当依据易于与掌握系统形成一个整体， 易于扩展其功能的原就而设计；”由此可见，可编程掌握器是特地为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置；总之，可编程掌握器也是一台运算机，它是专为工业环境应用而设计制造 的运算机；它具有丰富的输入 / 输出接口，并具有较强的驱动才能；但可编程掌握器产品并不针对某一详细工业应用，在实际应用时，其硬件需依据实际需要 进行选用配置，其软件需依据掌握要求进行设计编制；3.2 PLC 的进展提出 PLC 概念的是美国通用汽车公司；当时，依据汽车制造生产线的

21、需要，期望用电子化的新型掌握器替代继电器掌握柜，以削减汽车改型时重新设计制造继电器掌握柜的成本和时间；通用汽车公司对新型掌握器提出了10 项指标，概括起来， PLC的基本设计思想有以下4 个方面；(1) 把运算机功能完善、敏捷、通用等优点和继电器掌握系统的简洁易懂、操作便利价格廉价等优点结合起来；(2) 掌握器的硬件是标淮的、通用的；(3) 依据应用对象、将掌握内容编成软件写入掌握器的用户程序内存里；(4) 掌握器和被控对象连接便利；随着微处理器和微型运算机技术的进展，70 岁月中期以后， PLC 已广泛地用微处理器作为中心处理器，输入 / 输出模块和外围电路也都采纳了中、大规模甚至超大规模的

22、集成电路，这时的PLC 已不再是仅具有规律判定功能，同时仍具有数据处理、 PID 调剂和数据通信、联网等功能，总之PLC 始终处于快速进展之中；3.2.1我国 PLC的进展我国 PLC产品的研制、生产，大体上经受了从次序掌握器到1 位处理器为主体的工业掌握器，再到8 位微处理器为主体的可编程掌握器的三个进展阶段；1974 年，国内一些高校、科研单位开头研制次序掌握器，大多使用分立元件；随着我国改革开放政策的落实，同时国外PLC 人大量进入我国市场，一部分随成套设备进口，一部分直接引进中小型PLC产品 大多为 GE公司、西门子公司、三菱公司、立石公司等 ，开头进入以 8 位微处理器为核心的 PL

23、C时代；目前，可编程掌握器已广泛应用子各个工业领域，并取得了明显的效益；主要表现出以下特点：使用低档机型多，中、高档机型少，使用国外进口机型多，国产机型少；使用在经济发达地区多，在经济落后地区少，用于单个设备或生产线的多、大批量产品配套的少；因此，国产化 PLC 的前景是令人激励的，我们必需加快 PLC国产化步伐，进一步推广 PLC应用技术，努力培育相关专业技术人员；3.3 PLC的系统组成与工作原理3.3.1 PLC的组成结构PLC 本质上是一台用于掌握的专用运算机，因此它与一般的掌握机在结构上有很大的相像性； PLC 的主要特点是才能，也就是说，它的基本结构主要是环围着相宜于过程掌握的要求

24、来进行设计的；按结构形式的不同，PLC 可分为整体式和组合式两类；整体式 PLC 是将中心处理单元 CPU、储备器、输入单元、输出单元、电 源、通信接口等组装成一体，构成主机；另外仍有独立的I/O扩展单元与主机协作使用；主机中， CPU是 PLC的核心， I/O 单元是连接 CPU与现场设备之间的接口电路，通信接口用于 PLC与编程器和上位机等外部设备的连接；组合式 PLC将 CPU单元、输入单元、输出单元、智能I/O单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系；装有 CPU单元的底板称为 CPU底板，其它称为扩展底板； CPU底板与扩展底板之

25、间通过电缆连接，距离一般不超过10m；3.3.2 PLC的扫描工作原理与其它运算机系统相同， PLC 的 CPU采纳分时操作原理，每一时刻执行一个操作，随时间次序执行各个操作；这种分时操作进程称为CPU对程序的扫描；PLC 上电后，第一进行初始化，然后进入循环工作过程；一次循环可归纳为五个工作阶段，各阶段完成的任务如下：公共处理；复位监控定时器 WDT，进行硬件检查，用户内存检查等；检查正常后，方可进行下面的操作；假如有反常情形，就依据错误的严峻程度发 出报警或停止 PLC运行；I/O 刷新；输入刷新时， CPU从输入电路中读出各输入点状态，并将此状态写入输入映象寄存器中；输出刷新时，将输出继

26、电器的元件映象寄存器的状 态传送到输出锁存电路，再经输出电路隔离和功率放大，驱动外部负载；执行用户程序；在程序执行阶段，CPU 按先左后右，先上后下的次序对每条指令进行说明、执行， CPU从输入映象寄存器和输出映象寄存器中读出各继电器的状态，依据用户程序给出的规律关系进行规律运算，运算结果再写入 输出映象寄存器中；外设端口服务；完成与外设端口连接的外围设备 如编程器 或通讯适配器的通信处理；3.4 PLC 的进展趋势目前的可编程掌握器有以下几个方面的进展趋势：(1) 向小型化、专用化方向进展；当前开发出很多简易、经济、超小型可编程掌握器，以使用于单机掌握和机电一体化，真正成为继电器的替代品；(

27、2) 向大型化、复杂化、高功能、分散型、多层分布式工厂自动化网络方向进展；可编程掌握器输入输出容量已超过32K，扫描速度小于 1mS/千步；（3）编程语言和编程工具朝着标准化和高级化方向进展；可编程掌握器问世时间虽然不长，但已步入成熟阶段；这种工业专用微机系统是高精技术普及化的典范，使运算机进入工业各行业，使机械设备和生产线掌握更新换代；可编程掌握器将成为工业掌握的主要手段和重要的基础掌握设备；3.5 PLC 的优势PLC的主要优点可概括如下 :1、高牢靠性(1) 全部的输入接口电路均采纳光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离；(2) 各个输入端口均采纳 RC滤波器，其滤波

28、时间常数一般为1020ms；(3) 各模块均采纳屏蔽措施，以防止辐射干扰；(4) 采纳性能优良的开关电源；(5) 对采纳的器件进行严格的挑选；(6) 良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生反常情形，CPU立刻实行有效措施，以防止故障扩大；(7) 大型PLC仍可以采纳双 CPU构成冗余系统或用三 CPU构成表决系统，使牢靠性更进一步提高；2、丰富的 I/O 接口模块PLC针对不同的工业现场信号，如 : 沟通或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等；有相应的I/O 模块与工业现场的器件或设备，如: 按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；掌握阀等直接连接；另外

29、，为了提高操作性能，它仍有多种人机对话的接口模块；为了组 成工业局部网络，它仍有多种通讯联网的接口模块等等；3、采纳模块化结构为了适应各种工业掌握需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数 PLC均采纳模块化结构； PLC的各个部件，包括 CPU，电源， I/O 等均采纳模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可依据用户的需要自行组合；4、编程简洁易学PLC的编程大多采纳类似于继电器掌握线路的梯形图形式，对使用者来说， 不需要具备运算机的特地学问，因此很简洁被一般工程技术人员所懂得和掌 握；5、安装简洁，修理便利PLC不需要特地的机房，可以在各种工业环境下直接运行；使用时只需

30、将现场的各种设备与 PLC相应的 I/O 端相连接，即可投入运行；各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户明白运行情形和查找故障；由于采纳模块化结构， 因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统快速复原运 行；3.6 PLC 类型的挑选.目前，各个厂家生产的 PLC 其品种、规格及功能都各不相同；本人挑选了日本三菱电工公司的 FX 系列 PLC，主要有 FX0N、FX1N 和 FX2N；之所以挑选三菱公司的PLC，是由于其产品特点有以下几点；.丰富的指令系统.在 FX 系列 PLC 中，即使是小型机，也具有近200 条指令；除能实现一般规律掌握外，仍可进行运动掌握、复杂数据处

31、理；.快速的 CPU 处理速度.FX 系列 PLC 各种机型的 CPU 速度均优于同类产品； FX2N 的 CPU 处理速度为 0.9MS/千步；.3 大程序容量.FX2N 具有 2000 步的大容量内存及大容量的数据寄存器，可用于复杂掌握及大数据量处理；.4通信功能.由于 FX2N 的编程工具接口是 RS-232C，所以连接个人电脑仅需一根电缆，不需适配器；.5 价格廉价相比于市场上其它类型的 plc，三菱公司的同款类型是性价比最高的4.1 PID 掌握程序设计4.1.1 PID 掌握算法图 4-1 带 PID 掌握器的闭掌握系统框图如图 4-1 所示， PID 掌握器可调剂回路输出，使系统

32、达到稳固状态；偏差 e 和输入量 r、输出量 c 的关系 :掌握器的输出为 :4.24.3上式中, PID 回路的输出；比例系数 P；积分系数 I；微分系数 D；PID 调剂器的传输函数为：4.4数字运算机处理这个函数关系式，必需将连续函数离散化，对偏差周期采样后，运算机输出值；其离散化的规律如表4-5 所示：表 4-5模拟与离散形式模拟形式离散化形式所以 PID 输出经过离散化后，它的输出方程为 : 4.6式 4.8 中，称为比例项； 称为积分项 ；称为微分项；上式中，积分项是包括第一个采样周期到当前采样周期的全部误差的累积值17；运算中，没有必要保留全部的采样周期的误差项，只需要保留积分项

33、前值，运算机的处理就是依据这种思想；故可利用PLC 中的 PID 指令实现位置式PID 掌握算法量 10 ；4.1.2 PID 在 PLC 中的回路指令现在很多 PLC 已经具备了 PID 功能， STEP 7 Micro/WIN 就是其中之一有的是专用模块，有些是指令形式； FX2N 系列 PLC 中使用的是 PID 回路指令；见表 4-7；表 4-7 PID回路指令名称PID 运算指令格式PID指令表格式PID TBL ， LOOP梯形图使用方法：当 EN 端口执行条件存在时候，就可进行PID 运算；指令的两个操作数 TBL 和 LOOP，TBL 是回路表的起始地址，本文采纳的是VB100

34、，由于一个 PID 回路占用了 32 个字节，所以 VD100 到 VD132 都被占用了； LOOP 是回路号，可以是 07，不行以重复使用； PID 回路在 PLC 中的地址安排情形如表 4-8 所示；表 4-8 PID 指令回路表偏移地址名称数据类型说明0过程变量（ PVn ）实数必需在 0.01.0 之间4给定值（ SPn）实数必需在 0.01.0 之间8输出值（ Mn ）实数必需在 0.01.0 之间12增益（ Kc ）实数比例常数，可正可负16采样时间（ Ts）实数单位为 s，必需是正数20采样时间（ Ti ）实数单位为 min ，必需是正数24微分时间（ Td）实数单位为 min

35、 ，必需是正数28积分项前值（ MX ）实数必需在 0.01.0 之间32过程变量前值（ PVn-1 ）实数必需在 0.01.0 之间1) 回路输入输出变量的数值转换方法本文中，设定的温度是给定值SP，需要掌握的变量是炉子的温度；但它不完全是过程变量 PV，过程变量 PV 和 PID 回路输出有关；在本文中，经过测量的温度信号被转化为标准信号温度值才是过程变量，所以，这两个数不在同一 个数量值，需要他们作比较，那就必需先作一下数据转换；温度输入变量的数10 倍据转化；传感器输入的电压信号经过EM231转换后，是一个整数值，他的值大小是实际温度的把A/D 模拟量单元输出的整数值的 10 倍；但

36、PID 指令执行的数据必需是实数型，所以需要把整数转化成实数；使用指令DTR 就可以了；如本设计中，是从 AIW0读入温度被传感器转换后的数字量；其转换程序如下:MOVWAIW0, AC1 DTRAC1, AC1 MOVRAC1, VD1002) 实数的归一化处理由于 PID 中除了采样时间和PID 的三个参数外，其他几个参数都要求输入或输出值 0.01.0 之间，所以，在执行 PID 指令之前，必需把 PV 和 SP 的值作归一化处理；使它们的值都在 0.01.0 之间；归一化的公式如 4.9:（ 4.9） 式中,标准化的实数值；未标准化的实数值；补偿值或偏置，单极性为 0.0，双极性为 0

37、.5；值域大小，为最大答应值减去最小答应值，单极性为32000.双极性为6400；本文中采纳的是单极性，故转换公式为 :（4.10 ）由于温度经过检测和转换后，得到的值是实际温度的10 倍，所以为了 SP 值和 PV 值在同一个数量值，我们输入SP 值的时候应当是填写一个是实际温度10 倍的数，即想要设定目标掌握温度为100时，需要输入一个 1000；另外一种实现方法就是，在归一化的时候，值域大小可以缩小10 倍，那么，填写目标温度的时候就可以把实际值直接写进去11；3) 回路输出变量的数据转换本设计中，利用回路的输出值来设定下一个周期内的加热时间；回路的输出值是在 0.01.0 之间，是一个

38、标准化了的实数，在输出变量传送给D/A 模拟量单元之前，必需把回路输出变量转换成相应的整数；这一过程是实数值标准化过程；（ 4.11 ）FX2N 不供应直接将实数一步转化成整数的指令，必需先将实数转化成双整数，再将双整数转化成整数；程序如下：ROUND AC1, AC1 DTIAC1, VW344.1 .3PID 参数整定PID 参数整定方法就是确定调剂器的比例系数P、积分时间 Ti 和和微分时间 Td，改善系统的静态和动态特性，使系统的过渡过程达到最为中意的质量指标要求12 ；一般可以通过理论运算来确定，但误差太大；目前，应用最多的仍是工程整定法：如体会法、衰减曲线法、临界比例带法和反应曲线

39、法；体会法又叫现场凑试法，它不需要进行事先的运算和试验，而是依据运行体会，利用一组体会参数，依据反应曲线的成效不断地转变参数，对于温度掌握系统，工程上已经有大量的体会，其规律如表 4-12 所示；表 4-12 温度掌握器参数体会数据被控变量温度规律的挑选滞后较大比例度2060积分时间（分钟）310微分时间（分钟）0.53实 验 凑 试 法 的 整 定 步 骤 为 先 比 例 ， 再 积 分 ， 最 后 微 分 ；1）整定比例控制将比例掌握作用由小变到大，观看各次响应，直至得到反应快、超调小的响应曲2）整定积分环节线；先将步骤 1）中挑选的比例系数减小为原先的50 80，再将积分时间置一个较大值

40、，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）整定微分环节环节先置微分时间 TD=0，逐步加大 TD，同时相应地转变比例系数和积分时间，反复试凑至获得中意的掌握成效和PID 掌握参数 13；依据反复的试凑，调出比较好的结果是4.2 3A 模块及其温度掌握4.2.1 3A 模块的介绍P=120. I=3.0 D=1.0；本设计采纳的模拟模块是 FX0N-3A 特殊功能模块； FX0N-3A 特殊功能模块有两个输入通道和一个输出通道，输入通道输入模拟信号并转换为数字信号，输出通道接收数字信号并把

41、它们转换为等量的模拟信号输出；1、占用 I/O 通道3A 模块有 2 个模拟量输入通道： CH0 、CH1， 及占用 I/O 通道分别为：CH0-WX2 （模拟量输入通道） CH1-WX3 （模拟量输入通道） 依据本系统的要求挑选 CH0 通道2、3A 输入的转换特性输入为直流电流 020MA4.2.2 数 据 转 换输入电流转换值0.002.55005.010007.5150010.0200012.5250015.0300017.5350020.04000由于 3A 的输出数据是十进制的，也就是说DT0 中的数据是十进制的，那么必需将温度25 度转换为相应的十制才可以比较，即数据转换的问题；

42、可通过以下计算思路，得出温度与相对应的十进制值的关系；温度传感器的输出信号为4 20mA 的电流值，对应于0度 100 度的温度，温度与电流是线性的，就有：y1=（25/4）x1+25其中 y1 代表温度值， x1 代表电流值，依据以上数据转换图表，当输入 4-20mA 时，温度值与十进制存在以下关系：k2=250x2 1000,且 x2=20MA ，k2=4000就有温度值和十进制的关系如下：（ 4/25）y1-4=k2/250-4其中 y1 和 k2 分别代表温度值和十进制值；当温度值为 40 度时,对应的十进制是 1600；依据以上分析，我们可运算出任意模拟输出的物理量与运算机所能处理的

43、十进制之间甚至二进制的关系，从而为运算机与物理量数据的交互供应了一个通道；在本文的应用中，通过PLC 模拟单元对数据的转换和传递，实现了实时模拟值与需求值不断比较，直到达到需求值时所应执行的动作；因此在程序中用 K1600 与 DM0 中的数据比较；用 CMP 指令实现，同时产生一个标志；但在本文应用中需要留意两点：一是由于PLC 采纳的扫描工作方式，存在着扫描时间，因此所采集的值到执行件执行时模拟值已发生变化，同时， 如我们用 CMP 指令时，取值一般是小于等于或大于等于这个结果，由于PLC 运行时， CPU 只能分时地一个操作一个操作地执行，那么模拟值等于需求值同时又在执行 CMP 的指令

44、的概率就很小，极其简洁导致死循环；因此我们用以上介绍的方法时，应用在执行元件取值的范畴答应大于PLC 一个扫描周期内模拟值变化的状态.4.2.3 软件编程的思路在程序开头时，第一要将设定值写入输出通道，以便进行A/D 转换，用第一次循环标志 R9012 执行； PLC 上电后，需要约 100ms 开头进行 A/D 转换，为了使数据完全转换，在程序开头时，延时200 到 300ms 后再从通道中用 MOVE 指令读出数据，程序如下：该指令用于从模拟 I/O 单元读取数据，并把数据传送至目的寄存器中；经过 A-21 将温度的值输入 PLC 内部后，可以通过DT0 值执行动作；这里介绍一下在温度为 40 度时停止加热；为实现这样的功能我们的思路是：温度为40 度作为一个标准值，拿这个值与DT0 中的值不断的比较，直到DT0 中的值等于 40 度， DT0 中的值为 40 度产生一个标志 ,在 R900B 为 ON 后，表示温度已达到设定值，可执行相应的动作处理；5 程序的流程图实现整个系统功能的流程图如下图所示 ；6 整个系统的软件编程