DOC《实验六 基于西门子s7-200电炉的温度控制实验》

实验六 基于西门子s7-200电炉的温度控制实验 实验目的 学习利用PID指令编写程序.

实验设备 西门子S7-200PLC一台, EM231模拟量输入模块一个,EM232模拟输出模块一个,0-5V直流稳压电源一台,RS232数据线. 实验功能 有一台电炉要求炉温控制在一定得范围.电炉的工作原理如下: 当设定电炉温度后,S7-200PLC经过PID运算后由模拟量输出模块EM232输出一个电压信号送到控制板,控制板根据电压信号(弱点信号)的大小控制电热丝加热电压(强电信号)的大小(甚至断开),温度传感器测量电炉的温度,温度信号经过控制板的处理后输入到模拟量输入模块EM231,再送到S7-200PLC进行PID运算,如此循环.在实验中没有温度传感器,由0~5V可变电压源代替反馈的温度值.整个系统的硬件配置如图所示: 图1 硬件配置图 实验原理 1. PID算法 图2为PID的控制过程 图2 PID控制过程 PID控制器调节输出,保证偏差(e)为零,使系统达到稳定状态,偏差是给定值(SP)和过程变量(PV)的差.PID控制的原理基于以下公式: (1-1) 式中,M(t)是PID回路的输出;

是PID回路的增益;

e是PID回路的偏差(给定值与过程变量的差);

是PID回路输出的初始值. 由于以上的算式是连续量,必须将以上的连续量离散化才能在计算机中运算,离散处理后算式如下: (1-2) 式中,是在采样时刻n时PID回路的输出的计算值;

是PID回路的增益;

是积分项的比例常数;

是微分项的比例常数;

是采样时刻n的回路的偏差值;

是采样时刻n-1的回路的偏差值;

是采样时刻x的回路的偏差值;

是PID回路输出的初始值. 在对以上算式进行改进和简化,得到如下计算PID输出的算式: (1-3) 式中,是第采样时刻的计算值;

是第n时刻的比例项值;

是第n采样时刻的积分项的值;

是第n采样时刻微分项的值. 2. PID指令介绍 PID回路(PID)指令,当使能有效时,根据表格(TBL)中的输入和配置信息对引用LOOP执行PID回路计算.PID指令的格式见下表 表1 PID指令格式 LAD 输入/输出 含义 数据类型 EN 使能 BOOL TBL 参数表的起始地址 BYTE LOOP 回路号,常数范围0~7 BYTE PID指令的使用注意事项: (1)程序中最多可以使用8条PID指令回,回路号为0~7,不能重复使用. (2)PID指令不对参数表输入值进行范围检查.必须保证过程变量、给定值积分项前值和过程变量前值在0.0~0.1之间. (3)使EN0=0的错误条件:0006(简介地址),SM1.1(溢出,参数表起始地址或指令中指定的PID回路指令号操作数超出范围). 在工业生产过程中,模拟信号PID(由比例、积分和微分构成的闭合回路)调节是常见的控制方法.运行PID控制指令,S7-200PLC将根据参数表中输入测量值、控制设定值及PID参数,进行PID运算,求的输出控制值.参数表中有9个参数,全部是32位的实数,共占用36个字节.PID控制回路的参数表见表2. 表2 PID控制回路参数表 偏移地址 参数 数据格式 参数类型 描述

0 过程变量PVn REAL 输入/输出 必须在0.0~0.1之间

4 给定值SPn REAL 输入 必须在0.0~0.1之间

8 输出值Mn REAL 输入 必须在0.0~0.1之间

12 增益Kc REAL 输入 增益是比例常数,可正可负

16 采样时间Ts REAL 输入 单位为秒,必须是正数

20 积分时间Ti REAL 输入 单位为分钟,必须是正数

24 微分时间Td REAL 输入 单位为分钟,必须是正数

28 上一次积分值Mx REAL 输入 必须在0.0~0.1之间