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3665 小型多工步自动推料进给装置及温控、上位显示系统设计 小型 多工步 自动 进给 装置 温控 上位 显示 系统 设计

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毕设题目：小型多工步自动推料进给装置及温控、上位显示系统的设计,机0405-25朱勇指导老师：李启光,具体工作：,推料进给装置传动系统的设计推料进给装置机械结构的设计,温度控制系统总体结构设计PLC温控程序的设计（定阶段、变阶段）上位界面(E-VIEW)的设计,微调机构,推头微调系统,温控装置硬件:,变阶段温控程序中的存取数据,输入阶段数(确定表的地址)I输入阶段温度值和相应的保温时间(填表)I根据先入先出原则取值(FIFO),即时保温:,将即时温度送给目标温度,从而改变了PID运算的输入量.按下解除保温键后,自动从阶段温度中寻找下一目标温度值,并自动进入正常加温轨道.,小型多工步自动推料进给装置及温控、上位显示系统设计第一章 绪论11 推料进给装置简述自工业革命开始，机器作业逐渐代替了手工作业，而机床作为机器作业的典型代表也日益发展，从人工手动控制的老式机床发展到现在的数控机床。相应的，作为机床作业的基础，推料进给装置的发展也成为了机床发展的一个缩影，从最当初的人工送料到现在的全自动机器送料（涉及到数据库的存取）。随着机床的高速发展，机床设计者对推料进给装置的要求也日渐提高，无论从行程，进给方向还是进给速度方面，提高工作效率，不仅要靠机床的快速加工，迅速而准确的推料进给也是十分必要的。因此在现在的机床推料进给装置的设计上，设计者一般都秉承着进给准确，速度合适，行程合理这几个基本原则12课题的提出和课题的主要任务我的毕业设计的题目是小型多工步自动推料进给装置及温控、上位显示系统设计，主要有两大部分，一部分是机械部分设计，进给装置的传动系统的设计，还有进给装置的结构设计；一部分是电部分的设计，即温控系统硬件和程序的设计，及其上位显示系统的设计。 1221推料进给装置传动系统的设计传动系统的作用是将原动机的运动和动力传递给工作机，以完成预期的功能。常用的传动机构有齿轮机构，连杆机构，凸轮机构，螺旋机构，楔块机构，棘轮机构，槽轮机构，摩擦轮机构，挠性件机构，液气动机构，电气机构以及利用以上一些常用机构进行组合而产生的组合机构。传动机构在使用中最主要的目的是为了实现速度或者力的变换，或实现特定运动规律的要求。 根据功率，速度，输出力三者之间的关系： P=Fv式中 P输出功率 F输出力 V输出速度 在传输功率一定的情况下，为了得到一个比较大的力输出，可以降低输出速度。如果要使输出力按某一规律变化，则可以通过调整输出速度按某种规律变化来得以实现 常见的用于运动速度或力的大小变换的传动机构主要有以下几种： 1）通过啮合方式进行传动（例如：齿轮、蜗轮蜗杆、链传动、同步齿形带等）。其中齿轮传动可以在平行轴或交错轴间实现准确的定传动比传动，适用功率和速度范围广，结构紧凑，传动效率高，工作可靠，寿命长，互换性好，依次得到广泛应用。 2）通过摩擦方式进行传动（例如：摩擦轮传动、摩擦式无级变速器、带传动、滚珠丝杠副传动、滑轮传动等）。这类机构简单，维修方便，成本低廉，由于带具有柔软性，有吸收振动的特性，且有缓冲和安全保护的作用特性使带传动适用于两轴中心距较大的传动。 3）利用楔块进行传动（例如：螺旋传动等）。螺旋传动主要由螺杆、螺母、机架组成，螺旋传动的优点是增力效果大，可用较小的转矩得到较大的轴向力，结构简单，传动精度高，平稳无噪音等。 4）利用流体作用原理进行传动（例如：液压、气动传动等）。液体可以看作一种不可压缩物体，因而液压传动可以传动较大的力，经常用于传动比不需十分精确但载荷很大的情况下，但液压传动速度较慢，例如液压千斤顶、液压挖掘机的推杆等。相反气动传动机构一般用于传输较小的力，但作用速度快。原动机的输出较为常见的运动形式是匀速转动，而工作机的输出要求是多种多样的，因此进行运动形式的变换是传动机构一个很重要的任务。机械机构中常见的运动形式主要有：转动、平动、摆动等。常见的用运动形式的变换机构主要有：凸轮机构、螺旋机构、连杆机构、齿轮机构、挠性件机构、摩擦轮机构、流体机构等。它们能将转动变换成移动，或反之，由于运动形式的变化，机构的传力方式也就随之改变。在我的课题里，我把推料进给装置设计在冲压机床上， 选择的原动件是步进电动机，做的是旋转运动，而进给动作是在一个水平方向上的直线运动，因此在传动机构方面我选用的是滚珠丝杠副，利用它将电机的旋转运动转换成一个水平方向上的直线进给运动。而且在电机选型后，由于电机的输出轴和丝杠所在的轴可能存在粗细不同的情况，连轴器的选用也成为可能。冲压机床由于加工材料都为较细的板材，如何将直线进给运动均匀的分摊在板材上，使板材能够平稳的进行直线运动，也成为我的考虑范围之内。 因此，在进给力的分配上，必须保证钢板在进给方向上受力均匀。我的初步想法是将板材上的受力点设定为2个点。1222 基于加工板材温度的要求对温控装置的设计既然设定为冲压机床上的推料进给装置，就得考虑到机床冲压板材时可能出现由于温度过低而出现板材在冲压结束后形成裂纹。而温控装置恰恰就能解决板材温度的问题，但是加工材料是多样的，相应的它们对于温度的要求也是不一样的，而且要将板材在达到温度要求后由于余热的影响降到最小。要一一实现它们的温度要求，温控装置必须能够实现变阶段控温，达到每个阶段温度后的保温时间也能自我设定。 第二章 推料进给装置的设计方案21丝杠副的选型计算及其校核本次设计中选用的滚珠丝杠型号为汉江机床厂C1-4005-2.5型滚珠丝杠副，公称直径为d0=40mm,导程P=5mm。采用两端支撑的支撑方式。该丝杆的额定载荷为：动载=11670N，静载=37658N，设定丝杆转速为540r/min，(1)、最大工作载荷Fm的计算工作台推料尺寸最大为1000mm*1000mm,所推板材的最大厚度为5mm，则板材的重量为G=3m3m0.005m8900kg/m310N/kg=444.8N450N由于滚珠是45#钢所以，经查得，钢-钢的摩擦系数是0.15，摩擦力f为：f =FN =0.15450=67.5N得进给方向载荷Fx=f=67.5N，横向载荷F y =0,垂直载荷Fz=0采用的是综合导轨,K=1.15, =0.150.18Fm=1.1567.5+0.15450=145.125N（2）、最大动载荷FQ的计算FQ = 滚珠丝杆的寿命：=6054015000/106 =486 载荷系数：=1.01.2硬度系数：=2.40滚珠丝杆副的最大工作载荷：=145.125N得FQ =3286.1N经比较丝杆的额定动载荷远大于实际最大动载荷，故丝杆可用。（3）传动效率的计算丝杆的螺旋升角： =2.280度摩擦角：，一般取10分=93.176% （4）、丝杆的拉伸或者压缩变形量 最大工作载荷：,单位为N =145.125N 丝杆两端支撑间的距离：，单位为mm =2000 丝杆的弹性模量：，钢的=2.1105 MPa 丝杆按底径d2确定的截面积：单位为mm2 =39.20625 S=/4=1207.26 mm2 转矩：M，单位为N . mm M=145.12520=2902.5 丝杆按底径d2确定的截面积惯性矩（），单位为mm4 I=75.45mm4 其中：“+”用于拉伸，“”用于压缩。 经计算得=0.01668 滚珠与滚道间的接触变形量(有预紧) 有预紧： 无预紧： 滚珠直径：D,单位为mm D=3.175 滚珠总数量：圈数列数 =92 单圈滚珠数： Z=37 为预紧力，单位为N =0.0007548 刚度验算： 丝杆的总变形量=+=0.0174348 值不应大于机床定位精度的一半（5）稳定性验算丝杆属于受轴向力的细长杆，如果轴向负载过大，则可能产生失稳现象。失稳时的临界载荷Fk 应满足： 临界载荷： 单位为N 丝杆支撑系数：=1 K：压杆稳定安全系数，一般取2.54，垂直安装时取小值 滚珠丝杆两支撑端的距离：a 单位为mm a=2000 =156.379=145.125 22 电机的选型电机分为步进电机和交流伺服电机，交流伺服电机与步进电机相比，二者性能又有较大不同，它主要表现为：(1).控制精度不同两相混合式步进电机步距角一般为3.6、 1.8，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 、0.36。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09；德国百格拉公司（BERGER LAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8、0.9、0.72、0.36、0.18、0.09、0.072、0.036，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360/10000=0.036。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360/131072=9.89秒。是步距角为1.8的步进电机的脉冲当量的1/655。 (2).低频特性不同步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。(3).矩频特性不同 步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。 (4).过载能力不同步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机。 (5).运行性能不同步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。(6).速度响应性能不同步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以松下MSMA 400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。在我的推料进给装置中，基本上对启停速度要求不算太过严格，综上所述，初步选中电机类型为步进电机。具体型号是45BF003-。计算如下：（1）、步进电机转轴上的总转动惯量的计算 式中 为工作台质量（kg） 为丝杠导程（cm） 计算：=(0.5/6.28)* (0.5/6.28)*30=0.1902（2）、步进电机转轴上的等效负载转矩的计算 通常考虑两种情况：一种是快速空载启动，另一种是承受最大工作载荷。 快速空载启动时电机转轴所受的负载转矩 快速空载启动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩，单位是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩，单位是滚珠丝杆预紧后折算到电机转轴上的附加摩擦转矩，单位是而上式中：电动机转轴的角加速度，单位是电动机的转速，单位是电动机加速所用的时间，单位是s，一般在0.31s之间选取经计算：=10.750 (35.83)导轨的摩擦力，单位是N滚珠丝杆的导程，单位是m传动链总效率，一般取=0.70.85总的传动比 电机的转速 丝杆的转速经计算：=0.0671滚珠丝杆副的预紧力，一般取滚珠丝杆工作载荷的1/3，单位是N滚珠丝杆副未预紧时的传动效率，一般取0.9由于选择的是无预紧丝杠最大工作载荷状态下电动机转轴所承受的负载转矩进给方向最大工作载荷，单位是N代入数据： =0.1444 =10.8171 =0.2115 =0.04775（3）步进电机的选型将上述计算所得的乘上一个系数K，用K的值来初选电机的最大静转矩，其中的系数K称作安全系数，一般应在2.54之间选取。K=0.193（4）步进电机的性能校核 最快工作进给速度时的电动机输出转矩校核 最快工作进给速度 系统的脉冲当量从步进电机的矩频率特性曲线中找出运行频率所对应的输出转矩，同最大工作负载转矩比较，,满足。最快空载时的电动机输出转矩校核最快空载工作进给速度从步进电机的矩频率特性曲线中找出运行频率所对应的输出转矩，同最大工作负载转矩比较，,满足。 最快空载移动时的电动机运行频率校核 由最快空载移动速度和系统脉冲当量，算出电动机对应的运行频率。没有超过所选电动机的极限空载运行频率。 启动频率校核 总的转动惯量对应的启动频率，可以通过上式求得，也可以在步进电动机的启动惯频特性曲线上找出 电机空载启动频率，单位是，由产品资料查得加在步进电动机上的总的转动惯量，单位是步进电动机转子的转动惯量，单位是算得启动频率小于经计算，电机符合要求。23 轴承的选型计算及其校核 一般主轴常用的几种滚动轴承的配置有以下几种。1）前支承采用双列短圆柱滚子轴承和60角接触双列向心推力球轴承组合，承受径向和轴向载荷；后支承采用成对角接触球轴承，特点是刚度高，可以满足强力切削的要求，数控机床应用较多。（图中a）。2）前轴承采用成组角接触球轴承，23个轴承组成一套，要求背靠背安装，承受径向和轴向载荷；后轴承采用双列短圆柱滚子轴承，适用于高速、重载、精度好的主轴要求，但承受的轴向载荷比前一配置小。（图中b）。3）前后支承均采用高精度的成组角接触球轴承，承受径向和轴向载荷；这类轴承具有良好的高速性能，主轴最高转速达4000r/min，它的承载能力小，适合于高速度、图13数控机床主轴轴承的配置形式轻载荷、高精度的数控机床主轴。（图中c）。4）前轴承采用双列圆锥滚子轴承，能够承受较大的径向和轴向载荷，后轴承采用单列圆锥滚子轴承。能承受重载荷尤其能承受较强的动载荷，可调整性好，但限制了主轴最高转速与精度，适合于低速、重载、中等精度的机床。（图中d）。轴承的精度分为2、4、5、6、0五级，2级最高，0级为普通精度级。主轴轴承以4级为主（记为P4），较低精度的主轴可以用P5级，而P6、P0一般不用。前后轴承之间，前轴承对主轴组件的精度影响比后轴承的影响大。因此后轴承精度可以比前轴承低一级。轴承并列使用时，选择背对背的方式。采用推力轴承时，分清楚先装配内径小的圈还是内径大的圈，内径小的圈随轴转动。该设计中采用圆锥滚子轴承，其代号为32914 2BC,计算系数：e=0.32 ;Y=1.9; Y0=1,基本额定静载荷CR=70800N 额定动载荷COR=115000N采用油脂润滑。在我的设计中,选用的是角接触球轴承.当轴承承受轴向145.125N的力时，F a=F d Fr tana=145.125Fr4814Fa/Fre P=fp(XFr+YFa)=1.0(0.44814+1.9 1290)=4376.6N Instruction Wizard，然后在指令向导窗口中选择PID指令。图1. 选择PID向导在使用向导时必须先对项目进行编译，在随后弹出的对话框中选择“Yes”，确认编译。如果已有的程序中存在错误，或者有没有编完的指令，编译不能通过。如果项目中已经配置了一个PID回路，则向导会指出已经存在的PID回路，并让你选择是配置修改已有的回路，还是配置一个新的回路。图2. 选择需要配置的回路第一步：定义需要配置的PID回路号图3. 选择PID回路号一个程序中可同时进行八路PID运算，回路号为0-7。第二步：设定PID回路参数图4. 设置PID参数a. 定义回路设定值（SP，即给定）的范围：在低限（Low Range）和高限（High Range）输入域中输入实数，缺省值为0.0和100.0，在本例中可理解为测量温度的上下限实际值。以下定义PID回路参数，这些参数都应当是实数：b. Gain（增益）：即比例常数。 c. Integral Time（积分时间）：如果不想要积分作用，可以把积分时间设为无穷大：输入“INF”。 d. Derivative Time（微分时间）：如果不想要微分回路，可以把微分时间设为0 。 e. Sample Time（采样时间）：是PID控制回路对反馈采样和重新计算输出值的时间间隔。 注意：关于具体的PID参数值，每一个项目都不一样，需要现场调试来定，没有所谓经验参数。第三步：设定回路输入输出值 图5. 设定PID输入输出参数在图5中，首先设定过程变量的范围：a. 指定输入类型o Unipolar： 单极性，即输入的信号为正，如010V或020mA等o Bipolar：双极性，输入信号在从负到正的范围内变化。如输入信号为10V、5V等时选用o 20% Offset：选用20%偏移。如果输入为420mA则选单极性及此项，4mA是020mA信号的20%，所以选20% 偏移，即4mA对应6400，20mA对应32000b. 反馈输入取值范围o 在a.设置为Unipolar时，缺省值为0 - 32000，对应输入量程范围0 - 10V或0 - 20mA等，输入信号为正o 在a.设置为Bipolar时，缺省的取值为-32000 - +32000，对应的输入范围根据量程不同可以是10V、5V等o 在a.选中20% Offset时，取值范围为6400 - 32000，不可改变c. Output Type（输出类型）可以选择模拟量输出或数字量输出。模拟量输出用来控制一些需要模拟量给定的设备，如比例阀、变频器等；数字量输出实际上是控制输出点的通、断状态按照一定的占空比变化，可以控制固态继电器（加热棒等）d. 选择模拟量则需设定回路输出变量值的范围，可以选择：o Unipolar：单极性输出，可为0-10V或0-20mA等o Bipolar：双极性输出，可为正负10V或正负5V等o 20% Offset：如果选中20% 偏移，使输出为4-20mAe. 取值范围： o d为Unipolar时，缺省值为0-32000 o d为Bipolar时，取值-32000到32000 o d为20% Offset时，取值6400-32000，不可改变 如果选择了开关量输出，需要设定此占空比的周期。第四步：设定回路报警选项图6. 设定回路报警限幅值向导提供了三个输出来反映过程值(PV)的低值报警、高值报警及过程值模拟量模块错误状态。当报警条件满足时，输出置位为1。这些功能在选中了相应的选择框之后起作用。a. 使能低值报警并设定过程值(PV)报警的低值，此值为过程值的百分数，缺省值为0.10，即报警的低值为过程值的10。此值最低可设为0.01，即满量程的1%b. 使能高值报警并设定过程值(PV)报警的高值，此值为过程值的百分数，缺省值为0.90，即报警的高值为过程值的90。此值最高可设为1.00，即满量程的100%c. 使能过程值(PV)模拟量模块错误报警并设定模块于CPU连接时所处的模块位置。“0”就是第一个扩展模块的位置第五步：指定PID运算数据存储区图7. 分配运算数据存储区PID指令（功能块）使用了一个120个字节的V区参数表来进行控制回路的运算工作；除此之外，PID向导生成的输入/输出量的标准化程序也需要运算数据存储区。需要为它们定义一个起始地址，要保证该地址起始的若干字节在程序的其它地方没有被重复使用。如果点击“Suggest Address”，则向导将自动为你设定当前程序中没有用过的V区地址。自动分配的地址只是在执行PID向导时编译检测到空闲地址。向导将自动为该参数表分配符号名，用户不要再自己为这些参数分配符号名，否则将导致PID控制不执行。第六步：定义向导所生成的PID初使化子程序和中断程序名及手/自动模式图8. 指定子程序、中断服务程序名和选择手动控制向导已经为初使化子程序和中断子程序定义了缺省名，也可以修改成自己起的名字。a. 指定PID初使化子程序的名字。 b. 指定PID中断子程序的名字c. 此处可以选择添加PID 手动控制模式。在PID手动控制模式下，回路输出由手动输出设定控制，此时需要写入手动控制输出参数一个0.01.0的实数，代表输出的0100而不是直接去改变输出值。第七步：生成PID子程序、中断程序及符号表等一旦点击完成按钮，将在你的项目中生成上述PID子程序、中断程序及符号表等。图9. 生成PID子程序、中断程序和符号表等第八步：配置完PID向导，需要在程序中调用向导生成的PID子程序图10. PID子程序图11. 调用PID子程序在用户程序中调用PID子程序时，可在指令树的Program Block（程序块）中用鼠标双击由向导生成的PID子程序，在局部变量表中，可以看到有关形式参数的解释和取值范围。a. 必须用SM0.0来使能 PIDx_INIT 子程序，SM0.0 后不能串联任何其他条件，而且也不能有越过它的跳转；如果在子程序中调用 PIDx_INIT 子程序，则调用它的子程序也必须仅使用 SM0.0 调用，以保证它的正常运行 b. 此处输入过程值（反馈）的模拟量输入地址 c. 此处输入设定值变量地址（VDxx），或者直接输入设定值常数，根据向导中的设定0.0100.0，此处应输入一个0.0100.0的实数，例：过程值AIW0是量程为0200度的温度值，则此处的设定值20代表40度（即200度的20）；如果在向导中设定给定范围为0.0 - 200.0，则此处的20相当于20度 d. 此处用I0.0控制PID的手/自动方式，当I0.0为1时，为自动，经过PID运算从AQW0输出；当I0.0为0时，PID将停止计算，AQW0输出为ManualOutput（VD4）中的设定值，此时不要另外编程或直接给AQW0赋值。若在向导中没有选择PID手动功能，则此项不会出现 e. 定义PID手动状态下的输出，从AQW0输出一个满值范围内对应此值的输出量。此处可输入手动设定值的变量地址（VDxx），或直接输入数。数值范围为0.0-1.0之间的一个实数，代表输出范围的百分比。例：如输入0.5，则设定为输出的50。若在向导中没有选择PID手动功能，则此项不会出现 f. 此处键入控制量的输出地址 g. 当高报警条件满足时，相应的输出置位为1，若在向导中没有使能高报警功能，则此项将不会出现 h. 当低报警条件满足时，相应的输出置位为1，若在向导中没有使能低报警功能，则此项将不会出现 i. 当模块出错时，相应的输出置位为1，若在向导中没有使能模块错误报警功能，则此项将不会出现 调用PID子程序时，不用考虑中断程序。子程序会自动初始化相关的定时中断处理事项，然后中断程序会自动执行。第九步：实际运行并调试PID参数没有一个PID项目的参数不需要修改而能直接运行，因此需要在实际运行时调试PID参数。查看Data Block（数据块），以及Symbol Table（符号表）相应的PID符号标签的内容，可以找到包括PID核心指令所用的控制回路表，包括比例系数、积分时间等等。将此表的地址复制到Status Chart（状态表）中，可以在监控模式下在线修改PID参数，而不必停机再次做配置。参数调试合适后，用户可以在数据块中写入，也可以再做一次向导，或者编程向相应的数据区传送参数。3） PID自整定原理在STEP 7-Micro/WIN V4.0中可用PID调节控制面板，根据工艺要求为调节回路选择快速响应、中速响应、慢速响应或极慢速响应，PID自整定会根据响应类型而计算出最优化的比例、积分、微分值，并可应用到控制中。以下是PID调节控制面板的介绍：图14. PID调节控制面板在图14中：a. 过程值指示显示过程变量的值及其棒图b. 当前的输出值指示显示当前使用的设定值、采样时间、PID 参数值及显示当前的输出值和棒图c. 可显示过程值、设定值及输出值的PID趋势图d. 调节参数1) 选择PID参数的显示：当前参数（Current）、推荐参数（Suggested）、手动输入（Manual) 2) 在Manual模式下，可改变PID参数，并按Update PLC按钮来更新PLC中的参数 3) 启动PID自整定功能 4) 选择Advanced（高级）按钮进入高级参数设定e. 当前的PID回路号这里你可以选择需要监视或自整定的PID回路 f. 时间选项设定这里你可以设定趋势图的时基，时基以分为单位 g. 图例颜色这里你可以看到趋势图中不同的颜色代表不同的值的趋势h. 帮助按钮i. PID信息显示窗口 j. 关闭PID调节面板PID步骤如下：第一步：在PID Wizard (向导）中完成PID功能配置注意：要想使用PID自整定功能，PID编程必须用PID向导来完成 第二步：打开PID调节控制面板，设置PID回路调节参数在Micro/WIN V4.0在线的情况下，从主菜单Tools PID Tune Control Panel或点击进入PID调节控制面板中，如果面板没有被激活（所有地方都是灰色），可点击Configure（配置）按钮运行CPU。在PID调节面板的e.区选择要调节的PID回路号，在d.区选择Manual（手动），调节PID参数并点击Update（更新），使新参数值起作用，监视其趋势图，根据调节状况改变PID参数直至调节稳定。为了使PID自整定顺利进行，应当做到： 使PID调节器基本稳定，输出、反馈变化平缓，并且使反馈比较接近给定 设置合适的给定值，使PID调节器的输出远离趋势图的上、下坐标轴，以免PID自整定开始后输出值的变化范围受限制 第三步：在d.区点击Advanced（高级）按钮，设定PID自整定选项。如果不是很特殊的系统，也可以不加理会。第四步：在手动将PID调节到稳定状态后，即过程值与设定值接近，且输出没有不规律的变化，并最好处于控制范围中心附近。此时可点击d.区内的Start Auto Tune按钮启动PID自整定功能，这时按钮变为Stop Auto Tune。这时只需耐心等待，系统完成自整定后会自动将计算出的PID参数显示在d.区。当按钮再次变为Start Auto Tune时，表示系统已经完成了PID自整定。注意：要使用自整定功能，必须保证PID回路处于自动模式。开始自整定后，给定值不能再改变。第五步：如果用户想将PID自整定的参数应用到当前PLC中，则只需点击Update PLC。完成PID调整后，最好下载一次整个项目（包括数据块），使新参数保存到CPU的EEPROM中。 4） 变量换算PID功能块只接受0.0-1.0之间的实数（实际上就是百分比）作为反馈、给定与控制输出的有效数值，如果是直接使用PID功能块编程，必须保证数据在这个范围之内，否则会出错。其他如增益、采样时间、积分时间、微分时间都是实数。因此，必须把外围实际的物理量与PID功能块需要的（或者输出的）数据之间进行转换。这就是所谓输入/输出的转换与标准化处理。编程软件Micro/WIN提供了PID指令向导，以方便地完成这些转换/标准化处理。因为A/D（模/数）、D/A（数/模）转换之间的对应关系，S7-200 CPU内部用数值表示外部的模拟量信号，两者之间有一定的数学关系。例如，使用一个0-20mA的模拟量信号输入，在S7-200 CPU内部，0-20mA对应于数值范围0-32000；对于4-20mA的信号，对应的内部数值为6400-32000。但模拟量转换的目的显然不是在S7-200 CPU中得到一个0 - 32000之类的数值；对于编程和操作人员来说，得到具体的物理量数值（如压力值、流量值），或者对应物理量占量程的百分比数值要更方便，这是换算的最终目标。模拟量的输入/输出都可以用下列的通用换算公式换算：Ov = (Osh - Osl)*(Iv - Isl)/(Ish - Isl) + Osl其中：OV（实数）：换算结果IV（整数）：换算对象Osh（实数）：换算结果的高限Osl(实数)：换算结果的低限Ish（整数）：换算对象的高限Isl（整数）：换算对象的低限它们之间的关系可以图示如下：图15. 模拟量比例换算关系使用编程软件Micro/WIN32中的PID Wizard（PID向导）生成PID功能子程序，就不必进行0-20mA与4-20mA信号之间的换算，只需进行简单的设置。本例中PID子程序获得的当前值是输入电流经过模数转换后得到的6400-32000之间的数值，设定值是实际的温度值，PID向导根据设置将设定值转换为6400-32000之间的数值使物理意义一致，计算后输出0.0-1.0之间的实数。输入电流经过模数转换后得到的6400-32000之间的数值，通过整数-实数转换子程序，按照模数比例换算关系得到实际的温度值，用于显示，方便操作人员监控。44定阶段温度控制系统的PLC程序设计在我的设计中，我实现的是固定4个阶段的控温，4个阶段温度是不固定的，可以人为设置；但每个阶段的保温时间是一样的，同时还能实现即时保温，并且能设置一个固定的停机温度，在机床停止运作时，板材能保证在这个停机温度，同样的，停机温度也是可以人为设置的。首先在设计程序的思路上我没有考虑到即时保温和停机保温，考虑到的只是加热到目标温度，紧接着保温，然后选取下一个目标温度，如此继续的程序问题。在控温装置的硬件电路和装置已经做出来的情况下，假设温度传感器采集到的系统当前温度信号送入PLC中，并且4个阶段温度值和停机保温的温度值都已经设定好（用S7-200系列PLC的数据传输指令即可完成），如何控制加热器加热并且加热到正确的阶段温度，这成为我的程序设计首先考虑的问题。既然有4个温度值，可以利用PLC程序执行的特点和大于和小于的比较指令来确定哪个阶段温度值是第一个加热的目标温度值。具体程序如下：而加热装置是否加热，我是通过程序中PID指令执行的，加热到当前温度=第一个目标温度（阶段温度中的一个）时，可以通过开启一个接通延时定时器，利用它的延时功能来实现保温。具体设计是将延时计时器的接通状态设定为确定下一个目标温度的程序语句（通过=号比较当前加热的目标温度和剩余阶段温度来确定下一个目标温度，具体程序如下）的条件。由于PLC中程序的执行是以扫描的形式往复执行的，因此确定下一个目标温度的语句设定一句即可满足整个加热过程的需要。剩下的工作是在设计好的加热和保温程序中加入停机保温和即时保温这2大功能。1）停机保温实现这一功能比较简单，由于我在上面的程序中用来确定第一个加热目标温度的比较指令是通过大于或小于来实现的，而加热到这个目标温度后用来确定下一个加热目标温度的比较指令是通过等号来实现的，因此在按下停机保温按钮后，立即将程序开始前设定的停机保温的温度值送入目标温度值中即可，在加热到这个温度时，也同样开启了接通延时计时器，但是系统当前的目标温度和阶段温度值中的任何一个都不是等号的关系，即确定不出来下一个目标温度，因此温度会一直维持在这个停机温度值。具体程序如下：对于解除停机保温，可以在程序的前端部分通过整个加热系统的开始和停止按钮的开启来设定一个启停标志位，可以利用解除保温按钮和启停标志位来作为系统确定第一个目标温度的条件，这样，当按下解除保温按钮后，PLC中程序又会通过当前温度和设定的4个阶段温度利用大于或小于的比较指令来确定目标温度，进而继续加热。2）即时保温即时保温，顾名思义，按下这一按钮后，整个加热装置要做的工作是将温度值保持在当前温度左右，直到保温时间到或者按下解除保温按钮，在处理的方法上，我选择了一种比较有特点的方法，当按下即时保温按钮后，直接通过延时计时器来控制启停标志位，启停标志位是PID计算的输入，最终实现的是将PID运算暂时停止一段时间，这一段时间即是保温时间，而在这一段时间内，由于做为输入的启停标志位的消失，PLC的PID模块中不会有输出，没输出，也就无法通过固态继电器来控制加热器对材料进行加热。PID算法的惯性不能立即停止加热的，所以误差方面即使存在，由于余热，在设定好的时间内也不会过大。具体PID在程序中如下：这只是一个初步的想法，如何通过延时定时器和启停标志位来关闭PLC，而在延时时间到了后，PID运算又会重新开始。对次，我用到了一个下降沿开关，并且在延时定时器的选择上选的是断开延时定时器，当按下即时保温按钮后，断开延时定时器的常闭触电直接置0，直接将启停标志位置0，从而关闭了PID计算，而此时常开触电也被直接置1，在延时时间到了的时候，由于下降沿着的存在，在延时定时器即将改变的瞬间使得启停标志位置1。具体程序语句如下： 至于解除即时保温按钮，和停机保温的解除保温按钮可以共同使用同一个。无论要解除的是即时保温还是停机保温，都能实现，具体解除保温的按钮见44定阶段温度控制系统的PLC程序设计在即时保温和停机保温还有解除保温的按钮的设计上，要满足的条件必须是：按下即时或者停机保温后，程序开始工作，按下解除保温后，系统停止保温工作，但是同时即时保温和停机保温这2个按钮必须得复位，这样才能实现下一次的即时保温或者停机保温，具体程序语句的设计如下：45变阶段温度控制系统的PLC程序设计我设计的这套变阶段温度控制程序在程序运行后可以设置控温阶段数，并且每个阶段的控温度数和相应的保温时间都可以设置。在按下开始按钮后，系统能自动选择第一个目标温度并且开始控温，到达目标温度后会自动保温一段时间，然后选择出下一目标温度值，并继续循环加热，控温。并且能实现即时保温60秒，这个时间原理上是可以随意设定的。因为要实现变阶段控温，肯定会有一个存数据和取数据的问题。在这套程序开始设计时，对于我来说，这就是面前的一大难题，用什么指令实现存数据和取数据？这种类似数据库的功能用什么样的程序能实现？经过翻阅相关的PLC编程资料，我发现基本上能实现上述功能的有2种方法，一种是用间接寻址的方法，另外一种是利用PLC指令中的表功能指令。在对这2种方法学习研究后，得出以下结论：每种板材对控温阶段数，阶段温度和相应的保温时间都不一样。用间接寻址的方法能将许多种板材对于以上3中参数的要求储存起来，并且能实现一一调用，但是这种调用是将某套板材的一整套资料一次性取出；用表功能指令能根据板材的不同要求利用填表指令输入控温阶段数，阶段温度和相应的保温时间，利用表功能中的先入先出指令（FIFO）挨个取数据，并且根据存储器填充指令能将表内的数据全部复位清零。对于存取数据，我选择的方式是表功能指令。它总共有以下几个表指令：1） 填表指令ATT填表指令（Add To Table）向表格（TBL）中增加一个字的数值（DATA）。表内第一个数是表的最大长度（TL）。第二个数是表内的实际项数（EC）。新数据被放入表内上一次填入的数的后面。每向表内填入一个新的数据，EC自动加1。除了TL和EC外，表内最多可以装入100个数据。TBL为WORD型，DATA为INT型。填入表的数据过多（溢出）时，SM1.4将被置1。2） 查表指令（Table Find）查表指令从指针INDX所指的地址开始查表格TBL，搜索与数据PTN的关系满足CMD定义的条件的数据。命令参数CMD=1-4，分别表示“=”、“”（不等于）、“”。如果发现了一个符合条件的数据，则INDX指向该数据。要查找下一个符合条件的数据，再次启动查表指令之前，应先将INDX加1。如果没找到，INDX的数值等于EC。TBL和INDX为WORD型，PTN为INT型，CMD为字节型。3） 先入先出指令（FIFO）先入先出（First In First Out）指令从表（TBL）中移走最先放进去的第一个数据（数据0），并将它送入DATA指定的地址。表中剩下的各项依次向上移动一个位置。每次执行此指令，表内的项数EC减1。TBL为INT型，DATA为WORD型如果试图从空表中移走数据，特殊存储器位SM1.5将被置1。4） 后入先出指令（LIFO）后入先出（Last In First Out）指令从表（TBL）中移走最后放进的数据，并将它送入DATA指定的位置。每次执行一次指令，表内的项数EC减1。TBL为INT型，DATA为WORD型。如果试图从空表中移走数据，特殊存储器位SM1.5将被置1。5） 存储器填充指令 存储器填充指令FILL（Memory Fill）用输入值（IN）填充从输出OUT开始的N个字，字节型整数N=1-255。对于控温阶段数、阶段温度以及每个阶段温度对应的保温时间这三个量的输入通过填表指令即可完成，具体程序如下：而提取则可以通过先入先出的原则，用先入先出指令完成。具体程序如下：取出第一套数据后，如何确定这是否是要加热到的第一个目标温度和相应的保温时间呢。这跟定阶段温控程序有了明显的不同，不用拿当前温度跟那几个阶段温度一一比较了，而是比较提取出来的阶段温度和当前温度即可。若提取出来的阶段温度当前温度，则说明这一套温度和保温时间就是合理的第一套目标温度和相应的保温时间；若阶段温度当前温度。具体这一步的程序如下：现在，正确的目标温度和保温时间都已确定，剩下的加热和保温跟定阶段温控程序大同小异，过程都是以PID运算为中心，开始按钮确定出来了启停标志位ON_OFF，而起停标志位和目标温度Target_Value做为PID运算的输入部分，用来确定加热器是否加热，当温度到达加热的目标温度时，启动了接通延时定时器T37，并且开启了中间变量，由于中间变量的常闭触电断开，表内取值开关不能置1，这就控制了程序不能再从表中取下一个温度值，直到T37延时时间到，具体程序如下：这样就实现了每个阶段温度的保温。由于T37的分辨率我选顶的是100ms，所以在保温度时间提取出来后，我用到了一个整数乘法指令，将时间扩大了10倍，这样输入的保温时间变是能以秒为单位输入，方便了输入前的计算，使程序的使用大大简化。而在这部程序的即时保温方面，我选取的方法跟定阶段保温的方法一模一样。即利用断开延时定时器和下降沿开关使PID运算暂时关闭一段时间，以做为即时保温，余热的存在使得误差即使存在，也不会过大。而程序最开始设计的输入确认键和表的复位键都是自我实现复位功能的，在按下的同时使自己复位，这样程序设计得更加合理。由于在我设计的温度采集子程序中，输出的当前温度是以实数形式输出的，而表功能中数据都是以整数形式存在的，所以在使用当前温度时需要做数据转化的工作，将实数形式的当前温度转化成整数形式的当前温度；同样的，在PID的输入部分，我是以实数形式的目标温度输入的，而提取出来的阶段温度是以整数形式存在于程序中，因此也必须做数据转化的工作，将它转化成实数形式的目标温度再作为输入送到PID模块中进行运算。第五章 温度控制系统的上位系统设计（E-VIEW）51E-VIEW及其设计软件MT500的介绍和使用方法如下图所示，eView MT500常用软件，即：EasyManager，PLCAddressView和EasyBuilder。 1 EasyManager EasyManager是整套eView MT500软件的系统整合软件，整个eView MT500系统工包含3个模块：EasyLoadUpload(上传)和Download(下载)，EasyWindow(在线模拟和离线模拟)及Easybuilder。Easybuilder是组态软件，是用来配置各种元件，一般简称为EB500。在Easybuilder中也可以下载及在线（或离线）模拟，但是它通过EasyManager来调用其他2个模块的方式来实现的。在Easybuilder中下载。在（离）线模拟时并不需要打开EasyManager窗口，但是必须先设定好EasyManager上的相关参数（比如通信口，通信速率等）， 否则这些操作可能会不能进行。EasyManager的结构关系图如下所示：选择菜单开始/程序/Easybuilder/EasyManager，将弹出EasyManager的对话窗口如下所示：在EasyManager上的通信参数是计算机和触摸屏之间的通信参数，具体定义如下：1）通信口选择：选择计算机和触摸屏相连接的计算机的串口为COM1还是COM2。2）通信口速率选择：在下载/上传时决定计算机和出触摸屏之间的数据传输速率，建议选择115200bps（一般对于一些老型机器或特殊要求时才选用38400bps）3）Project Download/Upload or Recipe Download/Upload： 上传/下载工程或者上传/下灾配方资料数据 Project：工程的所有相关文件 Recipe：配方资料数据4）Complete or Partial Download/Upload：对于下载，“complete”是包含工程文件（*.eob）和系统文件（*.bin）一起下载，速度较慢，“Partial”则仅下载工程文件（*.eob），速度较快。对于上传则只上传工程文件（*.eob），选择“complete”和“Partial”都是一样的。5）EasyBuilder：EasyBuilder是用来配置MT500系列触摸屏的元件的综合设计软件，或者称为组态软件（简称为EB500）。按下这个按钮可以进入EB500组态软件的编辑画面。6）OnLine-Simulator（在线模拟）：工程胫由EB500编译后（其编译后的文件为.eob文件），Simulator可经由MT500读取PLC的数据，并在PC屏幕上直接模拟MT500的操作。在调试过程中使用在线模拟功能可以节省大量程序重复下载所耗费的时间。7）OffLine-Simulator（离线模拟）：可以离线模拟程序运行，其读取的数据都是触摸屏内部的静态数据。8）Download（下载）：将编译过的程序下载到MT500。9）Upload（上传）：从MT500上传工程文件到一个存档文件（后缀名为*.eob），这个存档文件并不能用EB500打开，但可以传送到其它的HMI。这可以用来在需要使用相同程序的HMI之间传送文件。10）Jump To RDS模式（远端在线模式）：用于在线模拟或远端侦错，下载或上传时也会自动使用这一个模式，也可由此查看系统的Rom版本等一些系统信息。11）Jump To Application模式（应用程序状态模式）：这是触摸屏的正常操作模式。按下这个按钮触摸屏将首先显示下载的工程文件中所设定的起始窗口。如果在触摸屏中没有工程文件（或工程文件损坏）的话，开机后会自动切换到RDS模式，这时可以下载一个完整的工程触摸屏中，然后再返回操作模式状态。12）Jump To Touch Adjust（触控校准模式）：用于校准触摸屏。13）Touch Test模式（触控测试模式）：用于测试触摸屏的准确度。14）Exit:离开2 下载当编译好工程后，就可以下载到触摸屏上进行实际的操作了。在这里，下载有两种方式，一般是通过EasyManager的DownLoad来进行，另一宗就是直接在EB500中选择菜单工具下的下载来进行下载操作。1）通过EasyManager来下载：a. 从开始菜单选择程序/EB500中文版/EasyManager。b. 设置好各种参数，按下DownLoad。 c. 选择要下载的工程文件，然后按下打开。 d. 下载完毕，按下确定。按下Jump To Application或者把触摸屏重新复位，切换到应用程序状态，该程序就可以在触摸屏上运行。2） 通过EB500来下载在EB500中打开您想下载的文件的.epj格式文件，或者选择正在编辑的文件保存后编译，在编译完成后，关闭编译对话框，接着选择菜单工具下的下载，将弹出如下对话框：完成后按下确定便完成工程的下载。把触摸平复位或利用EasyManager的J