机电一体化实习报告

1、S7-200的温度控制系统设计实习报告一、实验目的1、掌握温度控制系统工作原理、系统框图及传递函数2、掌握S7200编程软件及梯形图编程3、掌握电气原理图及接线4、掌握温度信号的标定5、掌握组态软件采集飞升曲线，并根据飞升曲线进行参数识别6、掌握PID算法及编程,并分析PID参数对控制性能的影响二、实验电路和原理1、温度控制系统电气图如图1, S7200CPU226通过EM231模拟量采集模块将温度采集下来，并根据反馈控制Q0.0 口输出占空比可调的脉冲（PWM波形），来控制主电路上固态继电器的通断, 度的控制。PLC直流供电方式：24 VDC卜000（ 注 ML，2、CPU 2XXtDC/0

2、C/DC4从而控制加热功率，实现温选择Q0.0输出接线图：24 VDC螭出00000/| IM 1L. 0.12S7-200型PLC的输出的接线图S7-200型PLC的CPU电源的接线宜流供电图模块EM231输入接线方法:231梗拟蹄入，。帽入 (6ES 7 231-0HC22.0XA0) 也流RA 八 卜 B+ 叩 C RD 0. 0-I 1LC3f ICDCZJS7-200型 PLC模块EM231输入接线图0000000Imnnnn250 （内！E） M L+ |24 VDC电源最终电气接线图:rx-CN CL? 9 224U电源S 5 3图1电气接线图(改正图)图2 PWM控制原理PW温

3、度控制的原理如图2。图中，固态继电器的3、4端口 接收控制信号，电压8如图所示，当其为高电平时，1和2之间 导通，所以加热电阻两端的电压U如图。从宏观上而言，加热电 阻的加热功率为P=Us*Ton/T,通过程序控制Ton的大小，就可以 改变加热电阻的功率，从而实现温度控制。2、系统传递函数模型系统的组成图如图30 PLC控制程序中先将设定的温度值减去 反馈的温度值得到e(k),再将e(k)经过PID变换求的u(k),然后 将u(k)赋值给PWM波形的Ton, T为PWM的周期，再将固态继电器 到加热电阻到水温作为是1阶纯滞后环节，如此可得系统的传递 函数如图4。其中，1阶纯滞后环节的参数K,

4、T1,1通过实验测 定飞升曲线的方法来确定。图3温度控制系统框图图4温度控制系统传递函数3、温度标定PLC通过EM231模块读取的值为1个数字，地址为AIW6,需 要进行标定才能知道。标定过程如图5,先标定2点，本例是测定 0度和100度时的AIW6,设为X、Y,即(0,X), (100, Y),设该2 点之间为直线，则根据线性关系可以将读取的AIW6转换为温度。 公式为：(AIW6-X)/(Y-X)=T/100,则 T=(AIW6-X)/(Y-X)*100。T 为转换后的温度。三、系统参数的整定飞升曲线的测定为了设计使系统获得较好的性能指标的数字控制器，首先要了解 被控对象的特性，并用以作为

5、设计自动控制系统的依据。可以利用动 特性(飞升曲线)来识别传递函数。具体做法如下： 1)编制温度采集PLC程序，下载至PLC中。程序如下，程序中M10. 0的值通过组态软件中开始采集按钮设定。(其中标定温度经过计算得到：0度对应AIW6的值为6400. 0, 100度对应AIW6的值为32000. 0)具体程序如下:编制温度采集组态软件对PLC的温度进行采集，存盘。操作过程I 心 /II V <I ，I勉而腰浪|粉戋至蹒9aKttr11只含1001明套矍都闻:2只 XS.11)£软3.211*1(*315只含Wd1$只都算51?3S.G18只的IS.7134aU0l该事W110

6、43ttW费与宽HK1窗帆|袱M合炳|黝四如图,则k = c(s)/p,本例2=0.06,如和T从图中直接读出。4)确定PID参数。PID参数按照如下经验公式选取,Kp /T = 1.211/K. T=2r, Td=0.5r ,式中 T 为 PWM 的周期。经过曲线的分析我们知道K, T, t ,最后得到Kr0.4 , T产6,Td=l. 5o实验所得的飞升曲线5) PID算法开始SBRO开始IT31开始计时(计时时间设 采用周期T2)Main初始化Kp-VDO. Ti-VD1 Td 一 VDST2-VD12, 0-VD16, 0-VD20.0-VD2L 50-VD2S.16«DB

7、-SXB67, 200-SMW6SVDO* (1+VD12/VD1+VDS/VD12)-VD32,VDO* (I+2*VDS/VD12)-VD36VD0*VD8/VD12-VD40VD16对应e(k-l), VD20对应e (k-2), VD24对应u(k-1)，VD28对应 设定的温度，VD32为aO, VD36为al, VD40为a2。本程序将PID变换后 的u (k)赋值给SWM70作为PWM波形Ton的大小。6)结果分析与结论本设计课题是针对基于S7-200PLC温度控制系统，采用西门子 S7-200PLC+EM231扩展模块，并利用MCGS工控软件对温度控制过程 进行实时监控。用户可以通过系统在组态界面中输入想要达到的目标 温度，通过过程监控，用户能够实时掌握实时温度，通过显示加热占 空比，用户能更好的了解实时状态的加热情况。并设置了 PID三参数 的输入及显示功能，可以让用户在控制过程中，改变PID三个参数， 完成分阶段PID等过程控制动作。使系统适应性更加提