3 溫度PID控制的實(shí)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(jìn)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(xiàng)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(jì)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(jìn)行初始化處理。

    在實(shí)際控制過程中，無論是給定量還是過程量都是工程實(shí)際值，它們的取值范圍都是不相同的。因此在進(jìn)行PID運(yùn)算前，必須將工程實(shí)際值標(biāo)準(zhǔn)化。PLC在對模擬量進(jìn)行PID運(yùn)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(shí)際的驅(qū)動裝置，必須將其轉(zhuǎn)換成工程實(shí)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(shí)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(dá)到一定值轉(zhuǎn)為PID控制；第三段，接近設(shè)定點(diǎn)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(shí)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(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)。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(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，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(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。

　　4 PLC與計(jì)算機(jī)通訊的設(shè)計(jì)

　　由于VB具有強(qiáng)大的圖形處理功能，界面可視化性強(qiáng)，而且操作簡單，容易實(shí)現(xiàn)，故采用VB來實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的通信.其下位急是S7-200系列PLC，上位機(jī)是通過RS-232串行口與PLC相連的計(jì)算機(jī)。

#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(jī)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(yàn)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(jī)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(shí)現(xiàn)PLC與計(jì)算機(jī)串行通訊。計(jì)算機(jī)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(jì)。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(yàn)，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(jì)算機(jī)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(jī)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(yùn)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(shí)現(xiàn)方法。介紹了VB環(huán)境下實(shí)現(xiàn)上位機(jī)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(diǎn)。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。