一、 項(xiàng)目任務(wù)描述 : 在恒溫箱內(nèi)裝有一個電加熱元件和一致風(fēng)扇，電加熱元件和風(fēng)扇的工作狀態(tài)只有 OFF 和 ON，即不能自行調(diào)節(jié)?，F(xiàn)要控制恒溫箱的溫度恒定，且能在 25-100 攝氏度范圍內(nèi)可調(diào)，如圖所示：

二 硬件選型和系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 在 S7-200 中，模擬量輸入/輸出信號： 單極性 數(shù)值范圍是 0～32 000 雙極性 -32 000～+32 000 2 觸摸屏選型 觸摸屏選擇：TP177B/OPTP177B 的西門子人機(jī)界面 3、溫度傳感器選型 溫度傳感器選擇 PT100 的熱電阻，帶變送器。測量范圍為 0～100℃，輸出信號為 4～20mA，串接電阻把電流信號轉(zhuǎn)換成 0～ 10V 的電壓信號，送入 PLC 的模擬量輸入端口。 4、PLC 的 I/O 口分配 Q1.0： 控制接通加熱器輸出； Q1.1： 控制接通制冷風(fēng)扇輸出； AIW0： 接收溫度傳感器的溫度檢測值(輸入)。 三 PLC 編程 1 、PID 控制算法 在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中，模擬量 PID（由比例、積分、 微分構(gòu)成的閉合回路）調(diào)節(jié)是常用的一種控制方法。 2 、典型 PID 算法包括三項(xiàng)： 輸出=比例項(xiàng)+積分項(xiàng)+微分項(xiàng) ? 計(jì)算機(jī)在周期性地采樣并離散化后進(jìn)行 PID 運(yùn)算，算 法如下： Mn=Kc × （ SPn-PVn ） +Kc × （ Ts/Ti ） × （ SPn-PVn）+Mx+ Kc×（Td/Ts）×（PVn-1-PVn） 3 比例項(xiàng)： 能及時地產(chǎn)生與偏差（ SPn-PVn）成正比的調(diào) 節(jié)作用，比例系數(shù) Kc 越大，比例調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，調(diào)節(jié)速 度越快;但Kc過大會使系統(tǒng)輸出量振蕩加劇，穩(wěn)定性降低。 4 積分項(xiàng)：與偏差有關(guān)，只要偏差不為 0，PID 控制的輸出 就會因積分作用而不斷變化，直到偏差消失，系統(tǒng)處于穩(wěn) 定狀態(tài)，所以積分的作用是消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度;但積分的動作緩慢，給系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定帶來不良影響，很 少單獨(dú)使用。從式中可以看出：積分時間常數(shù)增大，積分 作用減弱，消除穩(wěn)態(tài)誤差的速度減慢。 5 微分項(xiàng)：根據(jù)誤差變化的速度（即誤差的微分）進(jìn)行調(diào) 節(jié)，具有超前和預(yù)測的特點(diǎn)。微分時間常數(shù) Td 增大時， 超調(diào)量減少，動態(tài)性能得到改善;如 Td 過大，系統(tǒng)輸出量 在接近穩(wěn)態(tài)時可能上升緩慢。

? 6、 PID 控制回路選項(xiàng) 常用的控制回路有 PI、PID。 （ 1）如果不需要積分回路 （即在 PID 計(jì)算中無“I”）， 則應(yīng)將積分時間 Ti 設(shè)為無限大。由于積分項(xiàng) Mx 的初始 值，雖然沒有積分運(yùn)算，積分項(xiàng)的數(shù)值也可能不為零。 （ 2）如果不需要微分運(yùn)算（即在 PID 計(jì)算中無“D”）， 則應(yīng)將微分時間 Td 設(shè)定為 0.0。 7 、回路輸入量的轉(zhuǎn)換和標(biāo)準(zhǔn) 在 PLC 進(jìn)行 PID 控制之前，必須將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化浮點(diǎn) 表示法。 （ 1）將回路輸入量數(shù)值從 16 位整數(shù)轉(zhuǎn)換成 32 位浮點(diǎn)數(shù) 或?qū)崝?shù)。指令… （ 2）將實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換成 0.0～1.0 之間的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值。 /R 32000.0, AC0 //使累加器中的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化 +R 0, AC0 //加偏移量 0 MOVR AC0, VD100 //將標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值寫入 PID 8 、PID 回路輸出轉(zhuǎn)換為成比例的整數(shù) 程序執(zhí)行后，PID 回路輸出 0.0～1.0 之間的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí) 數(shù)數(shù)值，必須被轉(zhuǎn)換成 16 位成比例整數(shù)數(shù)值，才能驅(qū) 動模擬輸出。 PID 回路輸出成比例實(shí)數(shù)數(shù)值=（PID 回路輸出標(biāo)準(zhǔn)化 實(shí)數(shù)值-偏移量）×取值范圍 PID 指令

（ 1）程序中可使用 8 條 PID 指令，分別編號 0～7。 (2）使 ENO = 0 的錯誤條件：0006（間接地址），SM1.1 (3) PID 指令不對參數(shù)表輸入值進(jìn)行范圍檢查。必須保證過 程變量和給定值積分項(xiàng)前值和過程變量前值在 0.0～1.0 之 間。 (二) PID 控制的簡易實(shí)現(xiàn)方法 ? 對恒溫箱進(jìn)行恒溫控制，要對溫度值進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)， PID 運(yùn)算的結(jié)果去控制接通電加熱器或制冷風(fēng)扇； ? 由于電加熱器或制冷風(fēng)扇只能為 ON 或 OFF，不能接 受模擬量調(diào)節(jié)，故采用“占空比”的調(diào)節(jié)方法。 ? 溫度傳感器檢測到的溫度值送入 PLC 后，若經(jīng) PID 指 令運(yùn)算得到一個 0～1 的實(shí)數(shù)，把該實(shí)數(shù)按比例換算成 一個 0～100 的整數(shù)，把該整數(shù)作為一個范圍為 0～10s 的時間 t。 ? 設(shè)計(jì)一個周期為 10s 的脈沖，脈沖寬度為 t，把該脈沖 加給電加熱器或風(fēng)扇，即可控制溫度（加熱/冷卻比例）。 第一步：組態(tài)符號表

組態(tài)變量表

9 PLC 程序：

組態(tài)畫面：