基于S7-200的智能溫度控制器的研究

　　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, 0.0～1.012 Kc數(shù)正數(shù)雙字, 實(shí)數(shù)I 回路增益, 正、負(fù)常數(shù)16 Ts I 采樣時間, 單位為s, 正20 Ti I 積分時間常數(shù), 單位為min,24 Td I 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, 直接在控制系統(tǒng)的試驗中進(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算得到PID控制器的參數(shù)。

　　4 PLC 與計算機(jī)通訊的設(shè)計

　　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 相連的計算機(jī).

　　4.1 PLC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與計算機(jī)串行通訊.計算機(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.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"http://波特率9600bps, 無奇偶校驗,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.