畢業(yè)設(shè)計(jì)----養(yǎng)護(hù)窯自控系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　引言2</b></p><p><b>　　第一章 緒論3</b></p><p>　　1.2養(yǎng)護(hù)窯控制技術(shù)的研究狀況3</p><p>　　第二章 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1 工藝流程圖的設(shè)計(jì)5</p><p&g

2、t;　　2.2 方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介5</p><p>　　2.2.1 模糊控制方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介5</p><p>　　2.2.2 PWM控制方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介7</p><p>　　2.2.3 PID控制方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介………………………………………………………………….. 8</p><p>　　第三章 主電路的設(shè)計(jì)10</p>

3、<p>　　3.1主電路圖的設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.2 主電路電氣元件的選擇11</p><p>　　3.2.1．低壓隔離開關(guān)選擇：11</p><p>　　3.2.2．低壓熔斷器選擇：11</p><p>　　3.2.3．低壓斷路器：12</p><p>　　3.2.4．接觸器的選擇

4、：12</p><p>　　3.2.5 熱繼電器的選擇：13</p><p>　　3.2.6 中間繼電器的選擇13</p><p>　　第四章 控制電路的設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.1 控制方式的選擇15</p><p>　　4.2 PLC、 I/O點(diǎn)統(tǒng)計(jì)及擴(kuò)展模塊的選擇15</p>

5、;<p>　　4.2.1 I/O點(diǎn)統(tǒng)計(jì)15</p><p>　　4.2.2 西門子S7-200的控制性能的優(yōu)點(diǎn)如下：16</p><p>　　4.2.3 SIMATIC S7-200 PLC功能介紹16</p><p>　　4.3 PID控制算法簡(jiǎn)介……..…………………………………………………………………….17</p&g

6、t;<p>　　4.4 PLC I/O接線圖的設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.4.1 元器件的選擇20</p><p>　　4.4.2． I/O接線圖23</p><p>　　第五章 元器件布置圖及安裝接線圖的設(shè)計(jì)24</p><p>　　5.1 元器件布置圖的設(shè)計(jì)24</p><p>

7、　　5.1.1第一、二種方案24</p><p>　　5.1.2第三種方案24</p><p>　　5.1.3 外部元器件布置圖24</p><p>　　5.2 安裝接線圖的設(shè)計(jì)24</p><p>　　5.3 輸入輸出地址和內(nèi)存變量分配表25</p><p>　　第六章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)26&l

8、t;/p><p>　　6.1 程序流程圖的設(shè)計(jì)26</p><p>　　6.1.1 模糊控制的流程圖設(shè)計(jì)26</p><p>　　6.1.2 PWM控制的流程圖設(shè)計(jì)26</p><p>　　6.1.3 PID控制的流程圖設(shè)計(jì)27</p><p>　　6.2 梯形圖程序的設(shè)計(jì)27</p>&

9、lt;p>　　第七章 控制系統(tǒng)的抗干擾措施28</p><p>　　第八章 三種方案的比較29</p><p>　　8.1 模糊控制方案優(yōu)缺點(diǎn)29</p><p>　　8.2 PWM控制方案優(yōu)缺點(diǎn)29</p><p>　　8.3 PID控制方案優(yōu)缺點(diǎn)29</p><p><b>　　

10、結(jié)論30</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p><b>　　致謝信32</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們的生活水平的提高，各種住宅小區(qū)、商用建筑、寫字樓像雨后

11、春筍般拔地而起。建筑業(yè)的繁榮昌盛，帶動(dòng)了砌塊生產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展與技術(shù)革新。傳統(tǒng)的砌塊上在全自然的環(huán)境中生產(chǎn)出來的，加工周期長(zhǎng)，成功率不高。現(xiàn)在各個(gè)建材生產(chǎn)廠商專門研制出了一種砌塊養(yǎng)護(hù)窯，用來加快砌塊的出廠周期，以便提高生產(chǎn)效率與經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)GJ型系列養(yǎng)護(hù)窯，整個(gè)控制系統(tǒng)是由新式窯體結(jié)構(gòu)、熱工供調(diào)系統(tǒng)、工業(yè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成的成套技術(shù)工藝設(shè)備，一般的其控制核心為單片機(jī)，這類控制系統(tǒng)雖然具有成本低、體積小、程序簡(jiǎn)短等優(yōu)點(diǎn)，但只適合小型控制系統(tǒng)

12、，對(duì)于較大型控制系統(tǒng)，不但成本大大增加，而且可靠性較差，對(duì)要求較高的系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)。PLC具有功能強(qiáng)、可靠性高、使用靈活方便、易于編程及適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，是一種通用的自動(dòng)控制裝置，結(jié)合當(dāng)今發(fā)展較快、應(yīng)用越來越廣的模糊控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)較大型控制系統(tǒng)，且功能完善，效果好。下面介紹一種以PLC為控制核心、以模糊控制、PWM控制、PID控制理論為依據(jù)，通過模糊算法、PID算法等優(yōu)化算法來實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)窯溫度控制。</p><p&g

13、t;<b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1養(yǎng)護(hù)窯控制技術(shù)簡(jiǎn)介</p><p>　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市場(chǎng)上建筑材料的需求也向著高質(zhì)量、大數(shù)量方向展。傳統(tǒng)的建材制造工藝越來越顯露出產(chǎn)品質(zhì)量差，產(chǎn)量小，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重的缺點(diǎn)。砌塊生產(chǎn)線養(yǎng)護(hù)溫度控制是砌塊生產(chǎn)質(zhì)量控制的最后一環(huán)，也是最為重要的一環(huán)。生產(chǎn)成型的砌塊在不同的溫度養(yǎng)護(hù)過程中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，會(huì)有不

14、同質(zhì)量的砌塊生產(chǎn)出來。砌塊生產(chǎn)線養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)主要由蒸氣發(fā)生裝置、蒸氣工藝管路、養(yǎng)護(hù)窯溫度控制系統(tǒng)三部分組成。溫度養(yǎng)護(hù)原理是：蒸氣發(fā)生裝置產(chǎn)生飽和水蒸氣，通過固定管線輸送到各養(yǎng)護(hù)窯內(nèi)，對(duì)所生產(chǎn)的砌塊進(jìn)行溫度養(yǎng)護(hù)，并由養(yǎng)護(hù)窯溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)各養(yǎng)護(hù)窯進(jìn)行溫度控制。</p><p>　　為了適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展和滿足人們對(duì)產(chǎn)品最求的不斷提高國(guó)內(nèi)廠家開始引進(jìn)國(guó)外技術(shù)。例如：</p><p>　　華泰的這條生

15、產(chǎn)線具有MBS數(shù)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程傳感技術(shù)，計(jì)量準(zhǔn)確，成型主機(jī)由世界先進(jìn)的模箱振動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)勁激振力復(fù)合而成，全自動(dòng)監(jiān)控的蒸汽養(yǎng)護(hù)窯，采用氣流循環(huán)原理，高效節(jié)能，溫度均衡，10小時(shí)內(nèi)使砌塊坯體迅速得到養(yǎng)護(hù)，保證產(chǎn)品質(zhì)量。</p><p>　　曲靖華泰新型墻材有限公司是云南省曲靖越鋼集團(tuán)有限公司控股的高新技術(shù)新型墻材生產(chǎn)企業(yè)，位于曲靖市麒麟?yún)^(qū)越州鎮(zhèn)。公司全套引進(jìn)并消化吸收美國(guó)哥倫比亞機(jī)械公司1600HF型高強(qiáng)彩色混凝土空心砌

16、塊自動(dòng)化生產(chǎn)線，年生產(chǎn)能力10萬立方米，這在云南乃至西南地區(qū)都是第一家。</p><p>　　1.2養(yǎng)護(hù)窯控制技術(shù)的研究狀況</p><p>　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市場(chǎng)上建筑材料的需求也向著高質(zhì)量、大數(shù)量方向展。傳統(tǒng)的建材制造工藝越來越顯露出產(chǎn)品質(zhì)量差，產(chǎn)量小，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重的缺點(diǎn)。    </p><p>　　砌塊生產(chǎn)線養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)主要

17、由蒸氣發(fā)生裝置、蒸氣工藝管路、養(yǎng)護(hù)窯溫度控制系統(tǒng)三部分組成。溫度養(yǎng)護(hù)原理是：蒸氣發(fā)生裝置產(chǎn)生飽和水蒸氣，通過固定管線輸送到各養(yǎng)護(hù)窯內(nèi)，對(duì)所生產(chǎn)的砌塊進(jìn)行溫度養(yǎng)護(hù)，并由養(yǎng)護(hù)窯溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)各養(yǎng)護(hù)窯進(jìn)行溫度控制。</p><p>　　砌塊生產(chǎn)線溫度養(yǎng)護(hù)的控制方式可以采用以下幾種方式：     定時(shí)器控制、    可編程定時(shí)器控制、

18、     PLC控制?    工業(yè)控制機(jī)（IPC）控制等。     每種方式都各有優(yōu)缺點(diǎn)。定時(shí)器控制及可編程定時(shí)器控制優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格，缺點(diǎn)是只能分段控制，不能調(diào)節(jié)，且操作不便；PLC控制的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定可靠，缺點(diǎn)是顯示及控制調(diào)整不便；    工業(yè)控制機(jī)（IPC）控制則具有PLC控制穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，又具有

19、豐富的顯示及控制調(diào)整的功能，并能實(shí)現(xiàn)砌塊溫度養(yǎng)護(hù)的特殊要求：即按給定的溫度曲線，對(duì)養(yǎng)護(hù)窯進(jìn)行溫度控制。 </p><p>　　IPC控制系統(tǒng)可根據(jù)砌塊養(yǎng)護(hù)的特點(diǎn)確定的溫度曲線進(jìn)行嚴(yán)格的溫度控制，使養(yǎng)護(hù)窯溫度按照所給定的溫度曲線運(yùn)行。采用工業(yè)控制機(jī)進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)采集顯示功能及溫度曲線的控制功能，并且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。系統(tǒng)采用漢字操作界面，使用十分方便。 </p><p>　　采用養(yǎng)護(hù)窯

20、自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)后，可提高養(yǎng)護(hù)溫度控制精度，提高砌塊產(chǎn)品質(zhì)量，減輕操作員的勞動(dòng)強(qiáng)度， 并能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。 砌塊生產(chǎn)線溫度養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)功能及主要技術(shù)指標(biāo) </p><p>　　1．系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下功能：        養(yǎng)護(hù)窯溫度自動(dòng)采集顯示功能        溫度曲線顯示功能  &

21、#160;     養(yǎng)護(hù)窯溫度自動(dòng)控制功能        給定溫度曲線，自動(dòng)控制養(yǎng)護(hù)窯溫度功能        數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能 </p><p>　　2．主要技術(shù)指標(biāo)：        給定溫度曲

22、線控制功能；        溫度PID調(diào)節(jié)控制功能， P、I、D參數(shù)可調(diào)；        溫度采集精度：±0.5%        系統(tǒng)溫度控制精度：±0.5% </p><p>　　砌塊在生產(chǎn)過程中最后一道工序

23、是養(yǎng)護(hù)。目前養(yǎng)護(hù)的方法有兩種。一種是傳統(tǒng)的自然養(yǎng)護(hù)；自然養(yǎng)護(hù)只需要一個(gè)可供養(yǎng)護(hù)的露天場(chǎng)地，靠陽光加溫。這種養(yǎng)護(hù)方法 投資少，養(yǎng)護(hù)成本低。缺點(diǎn)是養(yǎng)護(hù)周期太長(zhǎng)，受環(huán)境溫度影響大，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求較高時(shí)，無法保證高質(zhì)量與短生產(chǎn)周期。尤其在我國(guó)北方地區(qū)的冬季，溫度低，陽光少，風(fēng)沙大，天氣條件惡劣，不適用這種養(yǎng)護(hù)方法。但是在一些規(guī)模較小的砌塊加工場(chǎng)所還經(jīng)常用到這種養(yǎng)護(hù)方法。另一種養(yǎng)護(hù)方法就是在養(yǎng)護(hù)窯中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。用戶可以根據(jù)砌塊的工藝要求指定養(yǎng)護(hù)規(guī)則

24、，由手動(dòng)或自動(dòng)方法控制養(yǎng)護(hù)程序的進(jìn)行。養(yǎng)護(hù)窯養(yǎng)護(hù)過程是嚴(yán)格按照砌塊的工藝要求實(shí)施控制的。它能保證產(chǎn)品質(zhì)量，保證生產(chǎn)進(jìn)度，不受天氣影響。</p><p>　　第二章 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 工藝流程圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　控制過程應(yīng)該滿足如下要求：總起動(dòng)按鈕按下以后，整個(gè)系統(tǒng)允許運(yùn)行。按下總停止按鈕，整個(gè)系統(tǒng)停止運(yùn)行。每個(gè)窯都可以自行控

25、制。按下各窯的起動(dòng)按鈕后，各窯開始運(yùn)行，按下其停止按鈕，各窯停止運(yùn)行，按下急停按鈕，禁止各窯的輸出控制。    每個(gè)窯的具體流程控制要求：?jiǎn)?dòng)電動(dòng)機(jī)，供風(fēng)循環(huán)熱氣流；開啟進(jìn)氣閥門，供熱氣控溫；經(jīng)過一定時(shí)間（設(shè)恒溫10h），關(guān)閉進(jìn)氣閥門；按下急停安鈕，停止進(jìn)氣閥、排氣閥和風(fēng)機(jī)；打開排氣閥門，排氣；按下停止按鈕，關(guān)風(fēng)機(jī)，關(guān)排氣閥，準(zhǔn)備砌塊出窯。連鎖要求只要有一個(gè)窯排氣，總排氣閥要打開，只有總進(jìn)氣閥打開，才能起

26、動(dòng)各窯進(jìn)氣閥。窯溫控制示意圖如圖2.1所示:</p><p>　　2.2 方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介</p><p>　　2.2.1 模糊控制方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介</p><p>　　模糊邏輯控制(Fuzzy Logic Control)簡(jiǎn)稱模糊控制(Fuzzy Control)，是以模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)。1965年，美國(guó)的L.A.Zad

27、eh創(chuàng)立了模糊集合論；1973年他給出了模糊邏輯控制的定義和相關(guān)的定理。1974年，英國(guó)的E.H.Mamdani首先用模糊控制語句組成模糊控制器，并把它應(yīng)用于鍋爐和蒸汽機(jī)的控制，在實(shí)驗(yàn)室獲得成功。這一開拓性的工作標(biāo)志著模糊控制論的誕生。 模糊控制實(shí)質(zhì)上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇。模糊控制的一大特點(diǎn)是既具有系統(tǒng)化的理論，又有著大量實(shí)際應(yīng)用背景。模糊控制的發(fā)展最初在西方遇到了較大的阻力；然而在東方尤其是在日本，卻得到了迅

28、速而廣泛的推廣應(yīng)用。近20多年來，模糊控制不論從理論上還是技術(shù)上都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，成為自動(dòng)控制領(lǐng)域中一個(gè)非?；钴S而又碩果累累的分支。其典型應(yīng)用的例子涉及生產(chǎn)和生活的許多方面，例如：在家用電器設(shè)備中有模糊洗衣機(jī)、空調(diào)、微波爐、吸塵器、照相機(jī)和攝錄機(jī)等；在工業(yè)控制領(lǐng)域中有水凈化處理、發(fā)酵過程、化學(xué)反應(yīng)釜、水泥窯爐等的模糊控制；在專用系統(tǒng)和其它方面有地鐵靠站停</p><p>　　2.2.2PWM控制方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介<

29、;/p><p>　　PWM脈寬調(diào)制，是靠改變脈沖寬度來控制輸出電壓，通過改變周期來控制其輸出頻率。而輸出頻率的變化可通過改變此脈沖的調(diào)制周期來實(shí)現(xiàn)。這樣，使調(diào)壓和調(diào)頻兩個(gè)作用配合一致，且于中間直流環(huán)節(jié)無關(guān)，因而加快了調(diào)節(jié)速度，改善了動(dòng)態(tài)性能。由于輸出等幅脈沖只需恒定直流電源供電，可用不可控整流器取代相控整流器，使電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)大大改善。利用PWM逆變器能夠抑制或消除低次諧波。加上使用自關(guān)斷器件，開關(guān)頻率大幅度提高，

30、輸出波形可以非常接近正弦波。PWM變頻電路具有以下特點(diǎn)： 1). 可以得到相當(dāng)接近正弦波的輸出電壓 2). 整流電路采用二極管，可獲得接近1的功率因數(shù) 3). 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 4). 通過對(duì)輸出脈沖寬度的控制可改變輸出電壓，加快了變頻過程的動(dòng)態(tài)響應(yīng) PWM基本原理: 脈寬調(diào)制（PWM）:</p><p>　　控制方式就是對(duì)逆變電路

31、開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個(gè)周期中產(chǎn)生多個(gè)脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次斜波諧波少。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。 在采樣控制理論中有一個(gè)重要的結(jié)論，即沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上，其效果基本相同。沖量既指窄脈沖的面積。這里所說的效果基本相

32、同。是指該環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。如把各輸出波形用傅里葉變換分析，則它們的低頻段特性非常接近，僅在高頻段略有差異。</p><p>　　單周控制法又稱積分復(fù)位控制（Integration Reset Control，簡(jiǎn)稱IRC），是一種新型非線性控制技術(shù)，其基本思想是控制開關(guān)占空比，在每個(gè)周期使開關(guān)變量的平均值與控制參考電壓相等或成一定比例。該技術(shù)同時(shí)具有調(diào)制和控制的雙重性，通過復(fù)位開關(guān)、積分器、觸發(fā)電路、比

33、較器達(dá)到跟蹤指令信號(hào)的目的。單周控制器由控制器、比較器、積分器及時(shí)鐘組成，其中控制器可以是RS觸發(fā)器，其控制原理如圖2.2所示。圖中K可以是任何物理開關(guān)，也可是其它可轉(zhuǎn)化為開關(guān)變量形式的抽象信號(hào)。 </p><p>　　圖2.2 單周控制原理圖</p><p>　　單周控制在控制電路中不需要誤差綜合,它能在一個(gè)周期內(nèi)自動(dòng)消除穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)誤差，使前一周期的誤差不會(huì)帶到下一周期。雖然硬件電路

34、較復(fù)雜，但其克服了傳統(tǒng)的PWM控制方法的不足，適用于各種脈寬調(diào)制軟開關(guān)逆變器，具有反應(yīng)快、開關(guān)頻率恒定、魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，此外，單周控制還能優(yōu)化系統(tǒng)響應(yīng)、減小畸變和抑制電源干擾，是一種很有前途的控制方法。</p><p>　　2.2.3PID控制方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介：</p><p>　　在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問

35、世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象﹐或不能通過有效的測(cè)量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)

36、的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。 </p><p>　　(1) 比例（P）控制：</p><p>　　比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。 </p><p>　　(2) 積分（I）控制：</p><p>　　在

37、積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比

38、例+積分（PI）控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。</p><p>　　(3) 微分（D）控制：</p><p>　　在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑

39、制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分（PD）控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。</p><

40、p>　　選擇PID的參數(shù)，以及相互間的配合，可以影響PID控制的穩(wěn)定性。如采樣時(shí)間過短對(duì)外部信號(hào)的變化有可能檢測(cè)不到，而過長(zhǎng)的采樣時(shí)間顯然不能滿足控制精度的要求。又如過大的增益又會(huì)造成控制的震蕩。在調(diào)試程序時(shí)要注意這些參數(shù)的設(shè)置，慢慢調(diào)試以至達(dá)到穩(wěn)定的PID控制。</p><p>　　第三章 主電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1主電路圖的設(shè)計(jì)</p><p&

41、gt;　　一般說來，7.5KW以下的小容量感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，都可以直接啟動(dòng)；對(duì)于7.5KW以上的電動(dòng)機(jī)，就要考慮過大的直接啟動(dòng)電流對(duì)供電系統(tǒng)的影響，一般按下列的經(jīng)驗(yàn)公式來核定：</p><p>　　式中IQ為直接啟動(dòng)時(shí)的定子線電流；IN為電動(dòng)機(jī)的額定電流；SH為供電電源的總?cè)萘浚↘VA）；PN為電動(dòng)機(jī)額定功率（KW）。如果上面公式能夠滿足，則該機(jī)允許直接啟動(dòng)；如果不能滿足，則必須采取措施限制啟動(dòng)電流。</p>

42、;<p>　　由于本設(shè)計(jì)采用的是兩臺(tái)5.5KW的電動(dòng)機(jī)，符合直接啟動(dòng)的要求，所以本設(shè)計(jì)采用直接啟動(dòng)的方式啟動(dòng)。</p><p>　　1）該主電路由接觸器KM1 、QF2控制1號(hào)風(fēng)機(jī)，KM2 、QF3控制2號(hào)風(fēng)機(jī)；</p><p>　　2）FR1，F(xiàn)R2是對(duì)1號(hào)風(fēng)機(jī)、2號(hào)風(fēng)機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)；</p><p>　　3）由QF1、FU、QS來控制主干線并對(duì)干

43、線進(jìn)行保護(hù)；</p><p>　　4）由QF4來控制PLC的通斷。</p><p>　　3.2 主電路電氣元件的選擇</p><p>　　3.2.1．低壓隔離開關(guān)選擇：</p><p>　　主要作用是： 1)分閘后，建立可靠的絕緣間隙，將需要檢修的設(shè)備或線路與電源用一個(gè)明顯斷開點(diǎn)隔開，以保證檢修人員和設(shè)備的安全。2)根據(jù)

44、運(yùn)行需要，換接線路。3)可用來分、合線路中的小電流，如套管、母線、連接頭、短電纜的充電電流，開關(guān)均壓電容的電容電流，雙母線換接時(shí)的環(huán)流以及電壓互感器的勵(lì)磁電流等。4)根據(jù)不同結(jié)構(gòu)類型的具體情況，可用來分、合一定容量變壓器的空載勵(lì)磁電流。戶外刀閘按其絕緣支柱結(jié)構(gòu)的不同可分為單柱式，雙柱式和三柱式。其中單柱式刀閘在架空母線下面直接將垂直空間用作斷口的電氣絕緣，因此，具有的明顯優(yōu)點(diǎn)，就是節(jié)約占地面積，減少引接導(dǎo)線，同時(shí)分合閘狀態(tài)特別清晰

45、。在超高壓輸電情況下，變電所采用單柱式刀閘后，節(jié)約占地面積的效果更為顯著。</p><p>　　計(jì)算：已知 P=5.5KW、功率因數(shù)COS∮=0.8</p><p>　　Tanarccos∮=0.75</p><p>　　同期系數(shù)：K∑P=0.95,P=K∑P∑Pi</p><p>　　K∑Q=0.97,P=K∑Q∑Qi</p>

46、<p>　　主回路：P30=0.95×(5.5+5.5)</p><p>　　=0.95×11=10.45KW </p><p>　　Q30=0.97×(5.5×0.75×2)</p><p>　　=0.97×8.25=8KW </p><p>　　其型號(hào)為 HD11

47、-100/31</p><p>　　3.2.2．低壓熔斷器選擇：</p><p>　?。保└鶕?jù)使用條件確定熔斷器的類型。２）選擇熔斷器的規(guī)格時(shí)，應(yīng)首先選定熔體的規(guī)格，然后再根據(jù)熔體去選擇熔斷器的規(guī)格。３）熔斷器的保護(hù)特性應(yīng)與被保護(hù)對(duì)象的過載特性有良好的配合。４）在配電系統(tǒng)中，各級(jí)熔斷器應(yīng)相互匹配，一般上一級(jí)熔體的額定電流要比下一級(jí)熔體的額定電流大２～３倍。５）對(duì)于保護(hù)電動(dòng)機(jī)的熔斷器

48、，應(yīng)注意電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的影響，熔斷器一般只作為電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)，過載保護(hù)應(yīng)采用熱繼電器。６）熔斷器的額定電流應(yīng)不小于熔體的額定電流；額定分?jǐn)嗄芰?yīng)大于電路中可能出現(xiàn)的最大短路電流。</p><p>　　根據(jù)電流I30=19.99A和上述要求 根據(jù)國(guó)標(biāo)選擇FU為NG700-25/380</p><p>　　3.2.3．低壓斷路器：</p><p>　　1).低壓斷路

49、器的選擇和應(yīng)用 低壓斷路器用途廣泛，它不僅用于主干線、支路、電路末端等作線路（電纜、電線）及電氣設(shè)備的不頻繁合、分和過載、短路、欠電壓等故障的保護(hù)，還應(yīng)用于各種負(fù)載，如照明回路、電熱回路、電動(dòng)機(jī)回路、可控硅整流回路、電容器回路等的單獨(dú)使用和保護(hù)。負(fù)載的性質(zhì)不同，選用斷路器的額定電流和保護(hù)特性也有差異。</p><p>　　2).選擇低壓斷路器應(yīng)滿足下列條件</p><p>　?、俚蛪簲嗦菲?/p>

50、的額定電壓應(yīng)不低于保護(hù)線路的額定電壓。</p><p>　　②低壓斷路器的額定電流應(yīng)不小于它所裝的脫扣器的額定電流。</p><p>　?、鄣蛪簲嗦菲鞯念愋蛻?yīng)符合安裝條件，保護(hù)性能及操作方式的要求。 </p><p><b>　?、?QF1的選擇：</b></p><p>　　I30=19.99A,UN=3

51、80V，脫扣電流150A，極限通斷能力COS∮≥0.4</p><p>　　根據(jù)國(guó)標(biāo)選擇QF1為 DW10-200/3</p><p>　?、?QF2，QF3的選擇：</p><p>　　I301=I302 = 10.44A 根據(jù)國(guó)標(biāo)選擇QF2、QF3為C45N-D-380/16</p><p><b>　　③ QF4的選擇：<

52、;/b></p><p>　　I=5A 根據(jù)國(guó)標(biāo)選擇QF4為C45N-D-220/6</p><p>　　3.2.4．接觸器的選擇：</p><p>　　接觸器是用來接通和切斷電動(dòng)機(jī)或其它負(fù)載主電路的一種控制電器.接觸器具有強(qiáng)大的執(zhí)行機(jī)構(gòu),大容量的主觸頭及迅速的熄滅電弧的能力.當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),能根據(jù)故障檢測(cè)元件所給出的動(dòng)作信號(hào),迅速可靠的切斷電源,并有低壓釋

53、放功能.與保護(hù)電器組合可構(gòu)成各種電磁啟動(dòng)器,用于電機(jī)的控制及保護(hù)。</p><p>　　接觸器的結(jié)構(gòu)及工作原理:</p><p>　　接觸器由磁系統(tǒng),觸頭系統(tǒng),滅弧系統(tǒng),釋放彈簧機(jī)構(gòu),輔助觸頭及基座等幾部分組成.</p><p>　　接觸器的基本工作原理:利用電磁原理通過控制電路和可動(dòng)銜鐵的運(yùn)動(dòng)來帶動(dòng)觸頭控制主電路通短的.</p><p>　

54、　選擇接觸器的類型：根據(jù)電路中負(fù)載電流的種類選擇。交流負(fù)載應(yīng)選用交流接觸器，直流負(fù)載應(yīng)選用直流接觸器，如果控制系統(tǒng)中主要是交流負(fù)載，直流電動(dòng)機(jī)或直流負(fù)載的容量較小，也可都選用交流接觸器來控制，但觸點(diǎn)的額定電流應(yīng)選得大一些。</p><p>　　選擇接觸器主觸頭的額定電壓：應(yīng)等于或大于負(fù)載的額定電壓。</p><p>　　選擇接觸器主觸頭的額定電流：被選用接觸器主觸頭的額定電流應(yīng)不小于負(fù)

55、載電路的額定電流。也可根據(jù)所控制的電動(dòng)機(jī)最大功率進(jìn)行選擇。如果接觸器是用來控制電動(dòng)機(jī)的頻繁啟動(dòng)、正反或反接制動(dòng)等場(chǎng)合，應(yīng)將接觸器的主觸頭額定電流降低使用，一般可降低一個(gè)等級(jí)。</p><p>　　主觸頭額定電流由經(jīng)驗(yàn)公式：ICN=PN×103／KUN</p><p>　　K為常數(shù)取1～1.4,一般為1.2 ICN—主觸頭額定電流(A)</p><p>

56、;　　PN—被控制的電動(dòng)機(jī)的額定功率(KW) UN—電動(dòng)機(jī)的額定電壓(v)。</p><p>　　I301=I302 = 10.44A 根據(jù)國(guó)標(biāo)選擇KM1、KM2為CJ20-16</p><p>　　3.2.5 熱繼電器的選擇：</p><p>　　熱繼電器是用于電動(dòng)機(jī)或其它電氣設(shè)備、電氣線路的過載保護(hù)的保護(hù)電器。</p><p>　　

57、(1)類型選擇：    一般情況下，可選用兩相結(jié)構(gòu)的熱繼電器，但當(dāng)三相電壓的均衡性較差，工作環(huán)境惡劣或無人看管的電動(dòng)機(jī)，宜選用三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。對(duì)于三角形接線的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)選用帶斷相保護(hù)裝置的熱繼電器。(2)熱繼電器額定電流選擇：    熱繼電器的額定電流應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)額定電流。然后根據(jù)該額定電流來選擇熱繼電器的型號(hào)。(3)熱元件額定電流的選擇和整定：

58、    熱元件的額定電流應(yīng)略大于電動(dòng)機(jī)額定電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流為其額定電流的6倍及啟動(dòng)時(shí)間不超過5S時(shí)，熱無件的整定電流調(diào)節(jié)到等于電動(dòng)機(jī)的額定電流；當(dāng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)、拖動(dòng)沖擊性負(fù)載或不允許停車時(shí)，熱元件整定電流調(diào)節(jié)到電動(dòng)機(jī)額定電流的1.1-1.15倍。 =（0.95～1.05）</p><p>　　=1× =1×10.44A=10.44A<

59、;/p><p>　　型號(hào)選擇為： JR16—30/3</p><p>　　3.2.6 中間繼電器的選擇</p><p>　　中間繼電器，實(shí)質(zhì)是一種電壓繼電器，觸頭對(duì)數(shù)多，觸頭容量大（額定電流為5～10A）動(dòng)作靈敏度高。其主要用途為：當(dāng)其他繼電器的觸頭對(duì)數(shù)或觸頭容量不夠時(shí)，可借助中間繼電器來擴(kuò)展它們的觸頭或觸頭容量，起到信號(hào)中繼作用。</p><p

60、><b>　　1). 用途</b></p><p>　　該繼電器使用于各種自動(dòng)化線路中，以擴(kuò)大被控的電路，應(yīng)用這種繼電器的線路，其供電電源為直流電，電壓不超過110V。 </p><p>　　2). 動(dòng)作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)⑴. 動(dòng)作原理 當(dāng)在繼電器的線圈加以直流電壓時(shí)，線圈中有電流通過因而使鐵心磁化將動(dòng)片吸住，接觸片被動(dòng)片的另一端所推動(dòng)使動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，使動(dòng)斷

61、觸點(diǎn)斷開。當(dāng)線圈斷電時(shí)，磁力消失，而動(dòng)片受接觸系統(tǒng)的壓力而回到原來位置。⑵. 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 本繼電器為電磁式快速動(dòng)作之中間繼電器，繼電器由鐵芯，磁軛板，動(dòng)片，線圈及觸點(diǎn)系統(tǒng)等四部分所組成。繼電器采用插入式結(jié)構(gòu)，插座內(nèi)有片狀彈簧以保證可靠的接觸，使用時(shí)將繼電器插入插座上。為了防止震動(dòng)引起繼電器滑出插座外面，因此繼電器與插座之間裝有彈簧環(huán)，如系固定安裝也可以不用插座，直接將接線焊與繼電器的底板上。繼電器具有透明塑料制成的外殼，以

62、便觀察繼電器的動(dòng)作情況。3). 技術(shù)數(shù)據(jù)⑴. 繼電器基本參數(shù)及線圈阻值表1。</p><p>　　⑵. 繼電器在80%之額定電壓下應(yīng)可靠地動(dòng)作。⑶. 繼電器在額定電壓的動(dòng)作時(shí)間不大于0.01s。⑷. 在長(zhǎng)期的額定電壓下，線圈的功率消耗應(yīng)不大于1W。⑸. 繼電器的線圈能長(zhǎng)期耐受110%的額定電壓。⑹. 繼電器的介質(zhì)強(qiáng)度：繞組對(duì)磁軛板應(yīng)能耐受交流50Hz電壓500V歷時(shí)1min應(yīng)無擊穿或閃絡(luò)現(xiàn)象。⑺.

63、觸點(diǎn)容量與壽命：直流100V，0.3A電阻負(fù)載100萬次。 </p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的是DZ-144中間繼電器。</p><p>　　第四章 控制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 控制方式的選擇 </p><p>　　在養(yǎng)護(hù)窯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，控制系統(tǒng)的核心采用可編程序控制器（PLC），這是因?yàn)椋嚎刂葡到y(tǒng)的工作環(huán)境非常惡劣，

64、工作環(huán)境潮濕,塵土較多,工作溫度高于常溫，由于PLC的輸入／輸出系統(tǒng)功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)于各種形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量信號(hào)的輸入和輸出；PLC的硬件結(jié)構(gòu)全部采用模塊化結(jié)構(gòu)，可以適應(yīng)大小規(guī)模不同、功能復(fù)雜程度及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境各異的各種控制要求，為控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)提供了方便、快捷的途徑，可以大大縮短整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、調(diào)試周期，節(jié)約系統(tǒng)投資；PLC維護(hù)操作方便，擴(kuò)展容易，具有較好的性能和較高的可靠性，能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下正常運(yùn)行，一般

65、平均無故障時(shí)間可達(dá)幾萬小時(shí)以上，PLC具有較高的性能／價(jià)格比。另外，PLC還具有較完善的自診斷、自測(cè)試功能。所以采用可編程序控制器來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制。 </p><p>　　4.2 PLC、 I/O點(diǎn)統(tǒng)計(jì)及擴(kuò)展模塊的選擇</p><p>　　4.2.1 I/O點(diǎn)統(tǒng)計(jì)</p><p>　　因?yàn)镻LC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要涉及到PLC的選型和軟件編制。PLC選型時(shí)主要考慮如下幾個(gè)

66、方面：</p><p>　　多少個(gè)開關(guān)量輸入，電壓分別為多少；</p><p>　　有多少個(gè)開關(guān)量輸出，輸出功率為多少；</p><p>　　有多少個(gè)模擬量輸入輸出點(diǎn)；</p><p>　　是否有特殊控制要求，如高速計(jì)數(shù)器等；</p><p>　　機(jī)房與現(xiàn)場(chǎng)的最遠(yuǎn)距離為多遠(yuǎn)；</p><p>　

67、　現(xiàn)場(chǎng)對(duì)PLC的響應(yīng)速度有何要求（掃描速度）；</p><p><b>　　內(nèi)存的估計(jì)；</b></p><p>　　I/O模塊配置及系統(tǒng)電源容量校驗(yàn)。</p><p><b>　　第一,二種方案:</b></p><p>　　本系統(tǒng)中控制對(duì)象的I/O點(diǎn)數(shù)如下：</p><p&g

68、t;　　總進(jìn)氣閥：開關(guān)輸入1個(gè)；</p><p>　　總排氣閥：開關(guān)輸入1個(gè)；</p><p>　　一號(hào)風(fēng)機(jī)： 開關(guān)輸入3個(gè)；</p><p>　　二號(hào)風(fēng)機(jī)： 開關(guān)輸入3個(gè)；</p><p>　　電磁閥：開關(guān)輸出6個(gè)；</p><p>　　風(fēng)機(jī)運(yùn)行: 開關(guān)輸出2個(gè)；</p><p>　　熱敏電阻

69、溫度采集:模擬量輸入2個(gè)；</p><p>　　總計(jì)：模擬輸入2個(gè)，開關(guān)量輸入輸出共16個(gè)；I/O口共18個(gè)。所以選用CPU224和EM231四路模擬輸入模塊。</p><p><b>　　第三種方案:</b></p><p>　　本系統(tǒng)中控制對(duì)象的I/O點(diǎn)數(shù)如下：</p><p>　　總進(jìn)氣閥：開關(guān)輸入1個(gè)；</

70、p><p>　　總排氣閥：開關(guān)輸入1個(gè)；</p><p>　　一號(hào)風(fēng)機(jī)： 開關(guān)輸入3個(gè)；</p><p>　　二號(hào)風(fēng)機(jī)： 開關(guān)輸入3個(gè)；</p><p>　　電磁閥：開關(guān)輸出4個(gè)；</p><p>　　風(fēng)機(jī)運(yùn)行: 開關(guān)輸出2個(gè)；</p><p>　　熱敏電阻溫度采集:模擬量輸入2個(gè)；</p&g

71、t;<p>　　進(jìn)氣電動(dòng)閥:模擬量輸出2個(gè)；</p><p>　　總計(jì)：模擬輸入2個(gè)，模擬量輸出2個(gè),開關(guān)量輸入輸出共14個(gè)；I/O口共18個(gè)。所以選用CPU224、EM231四路模擬輸入模塊和EM232兩路模擬量輸出模塊。</p><p>　　本設(shè)計(jì)通過PID算法結(jié)合模糊控制、PWM控制、PID控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)護(hù)窯的溫度控制。</p><p>　　4.

72、2.2 西門子S7-200的控制性能的優(yōu)點(diǎn)如下：</p><p>　　(1)．采用了先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及控制設(shè)備，控制系統(tǒng)性能優(yōu)越?！?lt;/p><p>　　(2)．實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)歸檔，包括過程數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)信息等。</p><p>　　(3)．很好的適應(yīng)了遠(yuǎn)距離通訊（1100米左右），抗干擾能力強(qiáng)，控制性能優(yōu)越。(4)．采用了多主站、多從站的多段DP網(wǎng)絡(luò)控制，

73、數(shù)據(jù)交換實(shí)時(shí)準(zhǔn)確。</p><p>　　(5)．工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，減少了布線施工費(fèi)用，降低了維護(hù)成本。</p><p>　　重要的是西門子S7-200本身含有PID控制器。</p><p>　　根據(jù)上述的要求和西門子S7-200的控制性能的優(yōu)點(diǎn)所以本設(shè)計(jì)選用西門子S7-200作為編程軟件；</p><p>　　4.2.

74、3 SIMATIC S7-200 PLC功能介紹</p><p>　　SIMATIC S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。S7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化

75、控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。S7-200系列PLC可提供4個(gè)不同的基本型號(hào)的8種CPU供您使用。</p><p>　　SIMATIC S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能

76、使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。</p><p>　　S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： </p><p>　　S7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力

77、設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。</p><p>　　S7-200系列PLC可提供4個(gè)不同的基本型號(hào)的8種CPU供您使用。 </p><p>　　● CPU單元設(shè)計(jì)</p><p>　　集成的24V負(fù)載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器），CPU 221，222具有180mA輸出，

78、CPU 224，CPU 224XP，CPU 226分別輸出280，400mA?？捎米髫?fù)載電源。 </p><p>　　● 不同的設(shè)備類型</p><p>　　CPU 221～226各有2種類型CPU，具有不同的電源電壓和控制電壓。 </p><p>　　● 本機(jī)數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn)</p><p>　　CPU 221具有6個(gè)輸入點(diǎn)和4個(gè)輸出

79、點(diǎn)，CPU 222具有8個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 224具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 224XP具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 226具有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)。 </p><p>　　● 本機(jī)模擬最輸入/輸出點(diǎn)</p><p>　　CPU 224XP具有2個(gè)輸入點(diǎn)，1個(gè)輸出點(diǎn)。 </p><p><b>　　● 中斷輸入&l

80、t;/b></p><p>　　允許以極快的速度對(duì)過程信號(hào)的上升沿作出響應(yīng)。 </p><p><b>　　● 高速計(jì)數(shù)器</b></p><p>　　CPU 221/222 </p><p>　　4個(gè)高速計(jì)數(shù)器（30KHz），可編程并具有復(fù)位輸入，2個(gè)獨(dú)立的輸入端可同時(shí)作加、減計(jì)數(shù)，可連接兩個(gè)相位差為90

81、76;的A/B相增量編碼器 </p><p>　　CPU224/224XP/226 </p><p>　　6個(gè)高速計(jì)數(shù)器（30KHz），具有CPU221/222相同的功能。 </p><p>　　● CPU 222/224/224XP/226</p><p>　　可方便地用數(shù)字量和模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展?？墒褂梅抡嫫鳎ㄟx件）對(duì)本機(jī)輸入信號(hào)進(jìn)

82、行仿真，用于調(diào)試用戶程序。 </p><p><b>　　● 模擬電位器</b></p><p>　　CPU221/222 1個(gè) </p><p>　　CPU224/224XP/226 2個(gè) </p><p>　　CPU221/222/224/224XP/226還具有 </p><p><

83、b>　　● 脈沖輸出</b></p><p>　　2路高頻率脈沖輸出（最大20KHz），用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)定位任務(wù)。 </p><p><b>　　● 實(shí)時(shí)時(shí)鐘</b></p><p>　　例如為信息加注時(shí)間標(biāo)記，記錄機(jī)器運(yùn)行時(shí)間或?qū)^程進(jìn)行時(shí)間控制。 </p><p>　　● EEP

84、ROM存儲(chǔ)器模塊（選件）</p><p>　　可作為修改與拷貝程序的快速工具（無需編程器），并可進(jìn)行輔助軟件歸檔工作。 </p><p><b>　　● 電池模塊</b></p><p>　　用于長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)后備。用戶數(shù)據(jù)（如標(biāo)志位狀態(tài)，數(shù)據(jù)塊，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器）可通過內(nèi)部的超級(jí)電容存貯大約5天。選用電池模塊能延長(zhǎng)存貯時(shí)間到200天（10年壽命）

85、。電池模塊插在存儲(chǔ)器模塊的卡槽中。</p><p>　　由上述對(duì)SIMATIC S7-200 PLC功能介紹及設(shè)計(jì)的需要第一，二種方案選擇EM231四路模擬量輸入模塊；第三種方案選擇EM231四路模擬量輸入模塊及EM232兩路模擬量輸出模塊作為擴(kuò)展模塊。</p><p>　　4.3 PID控制算法簡(jiǎn)介：</p><p>　　以往的理論和實(shí)際都證明了，在連

86、續(xù)控制系統(tǒng)中，對(duì)象為一階和二階慣性環(huán)節(jié)或同時(shí)帶有滯后時(shí)間不大的滯后環(huán)節(jié)時(shí)，PID算法都能對(duì)其進(jìn)行很好的控制，用于金相切割機(jī)的磨削控制是可以滿足使用要求的。PID控制利用相對(duì)于控制誤差（目標(biāo)值與控制量之差）的比例（Proportional）、積分（Integral）和微分（Derivative）三種動(dòng)作來決定控制對(duì)象系統(tǒng)的操作量。按偏差的比例、積分和微分進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)器，簡(jiǎn)稱為PID調(diào)節(jié)器，是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)成熟且應(yīng)用廣泛的一種調(diào)節(jié)器。它的

87、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不一定需要系統(tǒng)的確切數(shù)學(xué)模型，參數(shù)易于調(diào)整，在長(zhǎng)期應(yīng)用中已積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。在連續(xù)控制系統(tǒng)中。模擬PID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，其框圖如下圖所示。</p><p>　　模擬PID控制系統(tǒng)原理圖</p><p>　　Principle diagram of analogue PID control system</p><p>　　該系統(tǒng)由模擬PID控制器和被

88、控對(duì)象組成。圖中r(t)是給定值，y(t)為系統(tǒng)的實(shí)際輸出值，給定值與實(shí)際輸出值構(gòu)成控制偏差e(t)=r(t)－y(t)作為PID控制器的輸入，u(t)為PID控制器的輸出，也是被控對(duì)象的輸入。模擬PID調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律為：</p><p>　　式中 Kp—比例系數(shù)；</p><p><b>　　TI— 積分常數(shù)；</b></p><p>&

89、lt;b>　　TD—微分常數(shù)；</b></p><p><b>　　Uo—控制常量。</b></p><p>　　在模擬PID控制器中比例調(diào)節(jié)器的作用是對(duì)于偏差作出瞬間快速反應(yīng)。偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用使控制量向著減小偏差的方向變化。控制作用的強(qiáng)、弱取決于比例系數(shù)Kp，Kp越大，控制越強(qiáng) ,但過大的Kp會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩,破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。公

90、式表明，只有當(dāng)偏差存在時(shí)，第一項(xiàng)才有控制量輸出，因此對(duì)于大部分被控制對(duì)象，如直流電機(jī)的電樞電壓調(diào)速，要加上適當(dāng)?shù)暮娃D(zhuǎn)速及機(jī)械負(fù)載有關(guān)的控制常量U0，否則，單用比例調(diào)節(jié)器會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)誤差。</p><p>　　積分環(huán)節(jié)的作用是把偏差的累積作為輸出。在調(diào)節(jié)過程中，只要偏差存在，積分環(huán)節(jié)的輸出就會(huì)不斷增大，直至偏差e(t)=0，輸出u(t)才可能維持某一常量，使系統(tǒng)在設(shè)定值r(t)不變的條件下趨于穩(wěn)態(tài)。因此，即使不加上適

91、當(dāng)?shù)目刂瞥Ａ縐0，也能消除系統(tǒng)輸出的靜差誤差。積分環(huán)節(jié)的作用雖然可以消除靜態(tài)誤差，但會(huì)降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度，增加系統(tǒng)輸出的超調(diào)量。公式的第二項(xiàng)表明，增大積分常數(shù)TI將會(huì)減慢消除靜態(tài)誤差的過程，但可減少超調(diào)量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此TI必須根據(jù)控制的具體要求來選定。</p><p>　　實(shí)際的控制系統(tǒng)除了希望消除靜態(tài)誤差外，還要求加快調(diào)節(jié)過程。在偏差出現(xiàn)的瞬間或偏差變化的瞬間，不但要對(duì)偏差量做出即時(shí)響應(yīng)(即比例環(huán)節(jié)的

92、作用)，而且要根據(jù)偏差的變化趨向預(yù)先給出適當(dāng)?shù)募m正。為了達(dá)到這一目的，可以在PI調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上加入微分環(huán)節(jié)，這樣就得到式公式所示的PID調(diào)節(jié)器。</p><p>　　微分環(huán)節(jié)的作用是阻止偏差的變化，偏差變化越快，微分調(diào)節(jié)器的輸出也越大，并能在偏差變大之前進(jìn)行修正。因此微分作用的引入將有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)驅(qū)于穩(wěn)定，對(duì)高階系統(tǒng)非常有利，它加快了系統(tǒng)跟蹤的速度。但微分的作用對(duì)輸入信號(hào)的噪聲很敏感，對(duì)噪聲較大

93、的系統(tǒng)一般不用微分，或在微分起作用之前先對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波。</p><p>　　4.4 PLC I/O接線圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.4.1 元器件的選擇</p><p>　　相應(yīng)的元器件選擇：根據(jù)所給的溫度范圍35 OC～55 OC。選擇溫度變送器，熱敏電阻，硅調(diào)壓器，電磁閥及電動(dòng)閥。</p><p>　　1). 電磁閥選擇電磁閥

94、的主要特點(diǎn)： （1）外漏堵絕，內(nèi)漏易控，使用安全。</p><p>　?。?）系統(tǒng)簡(jiǎn)單，便接電腦，價(jià)格低廉。 </p><p>　?。?）動(dòng)作快遞，功率微小，外形輕巧。</p><p>　?。?）調(diào)節(jié)精度受限，用介質(zhì)受限。</p><p>　?。?）型號(hào)多樣，用途廣泛。</p><p>　　應(yīng)用范

95、圍     船舶重工、石油化工、電力裝備、醫(yī)藥設(shè)備、工業(yè)爐窯、干燥設(shè)備、消防設(shè)備、暖通空調(diào)、清洗設(shè)備、電鍍涂裝、食品工業(yè)、真空管路、水廠虹吸系統(tǒng)等。</p><p><b>　　技術(shù)參數(shù)</b></p><p>　　原理結(jié)構(gòu)：分步直動(dòng)活塞型環(huán)境溫度：-25～＋60℃；控制方式：常閉式標(biāo)準(zhǔn)電壓：AC220V、DC24V

96、(其它可特制)流體范圍①：水、氣、油、蒸汽、真空、油等流體溫度：C1組：≤60℃；C4組：≤180℃密封材料： PTFE、NBR 閥體材質(zhì)②：精鑄黃銅電氣連接：接線盒（2個(gè)不分正負(fù)極電源端子、1個(gè)接地端子）防護(hù)等級(jí)：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IP54</p><p>　　2). 電動(dòng)閥選擇：本設(shè)計(jì)采用的是ZAZP型電動(dòng)閥參數(shù)如下：</p><p>　　3）. 硅調(diào)壓器選擇：本設(shè)計(jì)采用的是PA

97、C01A型調(diào)壓器參數(shù)如下：</p><p>　　●4～20mA輸入:  接收阻抗500Ω～1.5K；調(diào)壓分辨力： 0.1% 。  ●負(fù)載電源:  50Hz  單相110VAC/220VAC/380VAC  移相范圍：0～170° ● 同步電源：110VAC/220VAC/380VA

98、C，見標(biāo)牌  ● 外部電壓調(diào)整:  10K帶刻度盤電位器 調(diào)整范圍 0～100% 。  ●緩啟、緩?fù)?  起停開關(guān)控制緩啟動(dòng)、緩?fù)r(shí)間均固定為15秒。無起停開關(guān)控制時(shí)，第一次上電自動(dòng)緩啟動(dòng)。  ●80℃超溫保護(hù)： 散熱器溫度大于80℃±3℃禁止輸出并報(bào)警    解除:故障排

99、除后,重新上電。  ●電流容量： 40A 、 60A 、 80A 、 120A 、150A AC  ● 報(bào)警輸出:  光電隔離OC門輸出，隔離電壓1500V （5～24VDC的外供電源）。</p><p>　　4). 溫度變送器，熱敏電阻的選

100、擇：</p><p>　　4.4.2． I/O接線圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)中根據(jù)I/O點(diǎn)統(tǒng)計(jì)和擴(kuò)展模塊的統(tǒng)計(jì)，畫出I/O接線圖。</p><p>　　第一、二種方案：根據(jù)統(tǒng)計(jì)，模擬量輸入2個(gè)，開關(guān)量輸入輸出共16個(gè)；I/O口共18個(gè)。所以選用CPU224和EM231四路模擬輸入模塊。電流型輸入Pt100熱電阻隔離變送器兩個(gè)和OK7340型電磁閥。接線圖如下：&

101、lt;/p><p>　　第三種方案：模擬輸入2個(gè)，模擬量輸出2個(gè),開關(guān)量輸入輸出共14個(gè)；I/O口共18個(gè)。所以選用CPU224、EM231四路模擬輸入模塊和EM232兩路模擬量輸出模塊。電流型輸入Pt100熱電阻隔離變送器兩個(gè)。PAC01A型調(diào)壓器兩個(gè)、ZAZP型電動(dòng)閥兩個(gè)和OK7340型電磁閥。接線圖如下：</p><p>　　第五章 元器件布置圖及安裝接線圖的設(shè)計(jì)</p>

102、<p>　　5.1 元器件布置圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1.1第一、二種方案</p><p>　　內(nèi)部布置圖，由隔離開關(guān)QS，熔斷器FU，干線斷路器QF1，支線斷路器QF2、QF3、QF4，中間繼電器KM1、KM2，熱繼電器FR1、FR2，PLC模塊，溫度顯示模塊，EM231擴(kuò)展模塊組成。如圖5-1所示</p><p><b>　　圖

103、 5-1</b></p><p>　　5.1.2第三種方案</p><p>　　內(nèi)部布置圖，由隔離開關(guān)QS，熔斷器FU，干線斷路器QF1，支線斷路器QF2、QF3、QF4，中間繼電器KM1、KM2，熱繼電器FR1、FR2，PLC模塊，溫度顯示模塊，EM231和EM232擴(kuò)展模塊組成。如圖5-2所示</p><p><b>　　圖 5-2&l

104、t;/b></p><p>　　5.1.3 外部元器件布置圖</p><p>　　三種方案的外部器件布置圖是一直的，由HL控制柜指示燈 綠色，HL1 1號(hào)風(fēng)機(jī)運(yùn)行指示燈 綠色，HL2 2號(hào)風(fēng)機(jī)運(yùn)行指示燈 綠色，HL3總進(jìn)氣閥指示燈 綠色，HL4 總排氣閥指示燈 綠色，HL5 1號(hào)窯進(jìn)氣閥指示燈 綠色，HL6 2號(hào)窯進(jìn)氣閥指示燈 綠色，和HL7～HL12六個(gè)電源和手自動(dòng)指示燈；SB1

105、－1號(hào)窯起動(dòng)按鈕 綠色；SB2－1號(hào)窯停止按鈕 紅色；SB3－1號(hào)窯急停按鈕 紅色；SB4－2號(hào)窯起動(dòng)按鈕 綠色；SB5－2號(hào)窯停止按鈕 紅色；SB6－2號(hào)窯急停按鈕 黃色；SB7－總起動(dòng)按鈕 綠色；SB8－總停止按鈕 紅色及溫度顯示部分組成。如圖5-3所示</p><p><b>　　圖 5-3</b></p><p>　　5.2 安裝接線圖的設(shè)計(jì)</p&

106、gt;<p>　　電氣安裝線路圖，是為了安裝電器設(shè)備和電器元件進(jìn)行配線或檢修電器故障而服務(wù)的。安裝圖中可以顯示各電器設(shè)備中元件的空間位置和接線情況，它可在安裝或檢修時(shí)對(duì)照原理圖使用。它是根據(jù)電器位置的合理性和經(jīng)濟(jì)性的原因安排的。窯溫自控系統(tǒng)電氣安裝接線圖如圖所示，它表示系統(tǒng)的設(shè)備各個(gè)元件之間的接線關(guān)系，并標(biāo)注出外部接線所需的數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖表明了該系統(tǒng)中電源進(jìn)線，按鈕板，電動(dòng)機(jī)與系統(tǒng)安

107、裝板接線端之間的連接關(guān)系，也標(biāo)明了所采用的包塑金屬軟管的直徑和長(zhǎng)度。連接導(dǎo)線的根數(shù)、截面積及顏色。 如按鈕板和電器安裝板的連接，按鈕板上有SB0~SB7、HL1~HL6等14個(gè)元件，根據(jù)I/O接口圖，SB0~SB7有一端相連為1，HL1~HL12有一端相連為100。1~9、100~106通過16×1mm的紅色線接到安裝板上相應(yīng)的接線端，與安裝板上的元件相連。1×1mm2黃綠雙色線接到接地銅排上。按鈕板所采用的包塑金屬

108、軟管的直徑為∮1.5mm，長(zhǎng)度為1m。3×1.5 mm2黑色線接到電動(dòng)機(jī)M1~M6的每一個(gè)W、V、U接線端；1×1.5 mm2黃綠雙色線接到電動(dòng)機(jī)PE線。連接電動(dòng)機(jī)所采用的包塑金屬軟管的直徑為∮20mm，長(zhǎng)度為1m。 </p><p>　　5.3 輸入輸出地址和內(nèi)存變量分配表</p><p>　　第一種方案的地址和內(nèi)存變量的分配表如下：</p><

109、;p>　　第二種方案的地址和內(nèi)存變量的分配表如下：</p><p>　　第三種方案的地址和內(nèi)存變量的分配表如下：</p><p>　　第六章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　6.1 程序流程圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　6.1.1 模糊控制的流程圖設(shè)計(jì)</p><p><b>　　總體思路

110、：</b></p><p>　　因?yàn)楸鞠到y(tǒng)用來控制規(guī)模相同的2個(gè)養(yǎng)護(hù)窯，所以控制程序采用分塊結(jié)構(gòu)。其中子程序SBR0控制1號(hào)窯溫，SRB1控制2號(hào)窯溫。主程序0B1分別調(diào)用SBR0，SBR1子塊程序，對(duì)2個(gè)養(yǎng)護(hù)窯分別控制。每個(gè)養(yǎng)護(hù)窯由一個(gè)熱敏電阻檢測(cè)窯內(nèi)溫度，由1個(gè)進(jìn)氣電磁閥周期閉合與斷開來控制進(jìn)氣量，調(diào)節(jié)窯內(nèi)溫度。本設(shè)計(jì)中采用的控制算法，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)寫成控制規(guī)則，成為簡(jiǎn)單的模糊控制。（2）主程序中的具

111、體流程控制： 本程序中，由于只采用了子程序調(diào)用而沒有采用中斷，因此結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。在系統(tǒng)總起動(dòng)之后，主程序只要不斷查詢各個(gè)子程序的起動(dòng)條件，并根據(jù)啟動(dòng)條件去決定是否調(diào)用溫控程序即可，流程圖如下：</p><p>　?。?）控制算法：    系統(tǒng)的控制核心采用S7-200型PLC，外加輸入輸出模塊構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)，控制算法有多種。本設(shè)計(jì)所采用的控制算法是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)寫成的控制規(guī)則，用

112、模糊控制算法來控制的。其控制規(guī)則有：    如果檢測(cè)溫度低于設(shè)定值的50%，則進(jìn)氣閥門打開的占空比為100%。    如果檢測(cè)溫度高于設(shè)定值的50%，則低于設(shè)定值的80%，則進(jìn)氣閥門打開的占空比為70%。    如果檢測(cè)溫度高于設(shè)定值的80%，且低于設(shè)定值的90%，則進(jìn)氣閥門打開的占空比為50%。   如果檢測(cè)

113、溫度高于設(shè)定值的90%，且低于設(shè)定值的100%，則進(jìn)氣閥門打開的占空比為30%。   如果檢測(cè)溫度高于設(shè)定值的100%，且低于設(shè)定值的102%，則進(jìn)氣閥門打開的占空比為10%。   如果檢測(cè)溫度高于設(shè)定值的102%，則進(jìn)氣閥門打開的占空比為0%。   為了實(shí)現(xiàn)控制算法，在程序設(shè)計(jì)中，每個(gè)養(yǎng)護(hù)窯安排了8個(gè)延時(shí)斷開定時(shí)器（TON），產(chǎn)生4種不同占

114、空比的脈沖。再由這些脈沖去控制進(jìn)氣閥門的打開與關(guān)斷。</p><p>　　6.1.2 PWM控制的流程圖設(shè)計(jì)</p><p><b>　?。?）總體思路：</b></p><p>　　因?yàn)楸鞠到y(tǒng)用來控制規(guī)模相同的2個(gè)養(yǎng)護(hù)窯，所以控制程序采用分塊結(jié)構(gòu)。其中子程序SBR0控制1號(hào)窯溫，SRB1控制2號(hào)窯溫。主程序0B1分別調(diào)用SBR0，SBR1子

115、塊程序，對(duì)2個(gè)養(yǎng)護(hù)窯分別控制。每個(gè)養(yǎng)護(hù)窯由一個(gè)熱敏電阻檢測(cè)窯內(nèi)溫度，由1個(gè)進(jìn)氣電磁閥周期閉合與斷開來控制進(jìn)氣量，調(diào)節(jié)窯內(nèi)溫度。本設(shè)計(jì)中采用的控制算法，是利用PID算法形成PWM所需要的脈沖數(shù)據(jù)來控制的，成為PWM控制。</p><p>　?。?）主程序中的具體流程控制： 本程序中，主程序不斷查詢各個(gè)子程序的啟動(dòng)條件并根據(jù)啟動(dòng)條件去決定是否調(diào)用各溫控子程序。定時(shí)中斷程序，則利用PID算法計(jì)算出各個(gè)養(yǎng)護(hù)窯進(jìn)氣