（機(jī)械工程專業(yè)論文）煙葉復(fù)烤設(shè)備電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā).pdf

煙葉復(fù)烤設(shè)備電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā) 摘要 煙葉復(fù)烤是煙葉初烤后的再調(diào)制加工過程 這直接關(guān)系到卷煙工業(yè)的生產(chǎn) 本文中設(shè)計(jì)了兩套獨(dú)立的控制系統(tǒng) 采用以p l c 控制為主 萬用數(shù)字控制器 u d c 控制為后備的方式 通過對控制系統(tǒng)功能的分析 確定了控制系統(tǒng)的配置 利用熱電偶 濕度 傳感器 壓力傳感器等 使用西門子p l c 和u d c 采用p i d 調(diào)節(jié)的控制方法 對生產(chǎn)過程參數(shù)進(jìn)行控制 本控制系統(tǒng)使用了當(dāng)前流行的p r o f i b u s 總線 將變 頻器與p l c 的數(shù)據(jù)交換通過總線來實(shí)現(xiàn) 節(jié)約了成本 使得系統(tǒng)擴(kuò)展不受現(xiàn)場 狀況的限制 具有友好的人機(jī)界面 通過各種監(jiān)控畫面 使操作人員可以現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備 的工作狀況并實(shí)時(shí)做出調(diào)整 使用s t p l cs i m 仿真軟件和p r o t o o l p r or u n 運(yùn)行軟件 對生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備 進(jìn)行了模擬運(yùn)行 測試了p l c 程序的可執(zhí)行性 預(yù)先估算出p i d 調(diào)節(jié)的比例 積分參數(shù) 加快了現(xiàn)場對控制系統(tǒng)調(diào)整的進(jìn)度 關(guān)鍵詞 煙葉復(fù)烤 電控系統(tǒng) 可編程控制器 軟件 仿真 t h ed e s i g na n dd e v e l o pme n to ft h ee l e c t r i cc o n t r o ls y s t e m f o rt o b a c c or e d r y i n gm a c h i n e s a b s t r a c t t o b a c c or e d r y i n gi sar e c u r i n gp r o c e s sa f t e rt h et o b a c c od r y i n gf o rt h ef i r s t t i m e w h i c hh a sd i r e c ti m p a c to nt h ep r o d u c t i o no fc i g a r e t t ei n d u s t r i e s t h i st h e s i s d e s i g n st w os e p a r a t ec o n t r o ls y s t e m s a p p l y i n gt h ep l cc o n t r o la sc h i e fm e a n sa n d t h eu d cc o n t r o la ss t a n d b y b ya n a l y z i n gt h ef u n c t i o no fc o n t r o ls y s t e m s t h ec o n f i g u r a t i o no ft h ec o n t r o l s y s t e m si sd e t e r m i n e dt oc o n t r o lp a r a m e t e r si nt h ep r o d u c t i o np r o c e s s i nw h i c h t h e r m o c o u p l e s h u m i d i t ys e n s o r sa n dp r e s s u r es e n s o r sa r eu s e d t h ep l cf r o m s i e m e n sa n du d c sa r eu t i l i z e d a n dt h ec o n t r o lo ft h ep i da d j u s t m e n ti sa d o p t e d t h ec o n t r o ls y s t e m sm a k eu s eo ft h ec u r r e n t l yp o p u l a rp r o f i b u s b yw h i c ht h e e x c h a n g eo fd a t ab e t w e e ni n v e r t e r sa n dp l ci sa c h i e v e d t h u st h ec o s tc a nb es a v e d a n dt h es y s t e me x t e n s i o nw i l ln o tb ec o n f i n e db yc o n d i t i o n so nt h es p o t w i t haf r i e n d l ym a n m a c h i n ei n t e r f a c e a no p e r a t o rc a nm o n i t o ra n dc o n t r o l t h er u n n i n go ft h em a c h i n ea n dm a k er e a l t i m ea d j u s t m e n to nt h es p o tb ye v e r y m o n i t o r i n ga n dc o n t r o li n t e r f a c e t h es i m u l a t i o nr u n n i n go ft h em a c h i n ew a sp e r f o r m e do nt h es p o tb yu s i n gt h e s 7 p l cs i me m u l a t i o ns o f t w a r ea n dt h ep r o t o o l p r or u nr u n n i n gs o f t w a r e p e r f o r m a b i l i t yo ft h ep l cp r o g r a mw a st e s t e d t h er a t i oa n di n t e g r a lp a r a m e t e r so f t h ep i da a j u s t m e n tw e r ee s t i m a t e di na d v a n c e a n dt h ea d j u s t m e n ts c h e d u l eo ft h e c o n t r o ls y s t e m so nt h es p o tw a sq u i c k e n e d k e y w o r d s t o b a c c or e d r y i n g e l e c t r i cc o n t r o ls y s t e m p l c s o f t w a r e e m u l a t i o n 插圖清單 圖2 1 電控系統(tǒng)框圖 一6 圖2 2 工作模式轉(zhuǎn)換控制接線示意圖 7 圖2 3 電機(jī)控制回路接線 8 圖2 4 溫度控制信號示意圖 9 圖2 5c a m f l e x ri i 氣動(dòng)閥簡圖 l0 圖2 6u d c 3 3 0 0 操作面板 1 0 圖2 7u d c 3 3 0 0 控制器輸入端子接線 1 1 圖2 8u d c 控制器4 2 0 m a 信號輸出端子接線 1 2 圖2 9 水份控制信號流程 1 2 圖2 1 0f b 4 l 功能塊圖 1 3 圖2 11 模擬信號標(biāo)準(zhǔn)化 一1 4 圖2 一1 2 死區(qū)寬度對誤差信號的影響 1 5 圖2 1 3 主屏幕菜單顯示 2 0 圖2 1 4p l c 模塊配置 2 2 圖2 1 5 主機(jī)架模塊配置 2 3 圖2 1 6p l c 通訊配置 2 4 圖3 1s t e p 7 操作界面 2 5 圖3 2c p u 程序框圖 2 6 圖3 3 設(shè)備啟?？刂飘嬅?2 6 圖3 4 設(shè)備工作模式控制塊調(diào)用 2 7 圖3 52 號電機(jī)自動(dòng)模式下控制程序 2 8 圖3 62 號電機(jī)控制塊 2 8 圖3 7 模擬信號控制流程 一2 9 圖3 8 模擬量地址分配和信號轉(zhuǎn)換 3 0 圖3 9f b l 0 2 中時(shí)間單位轉(zhuǎn)換 3 1 圖3 一l o 烤片機(jī)模擬控制程序塊f c l 0 3 2 圖3 1 1p r o f i b u s 通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 3 3 圖3 1 2f b 5 6 功能塊的調(diào)用 3 3 圖3 1 3f b 5 6 功能塊中讀取變頻器數(shù)據(jù)程序 3 4 圖3 一1 4 故障報(bào)警信號程序段 3 5 圖4 一lp r t o t 0 0 l 典型應(yīng)用 3 6 圖4 2 設(shè)備狀態(tài)畫面 3 7 圖4 3 設(shè)備狀態(tài)與地址關(guān)系 3 8 圖4 4 干燥區(qū)1 溫度設(shè)定 3 8 圖4 5 主網(wǎng)篩自動(dòng)加油器控制按鈕組態(tài) 3 9 圖4 6 烤片機(jī)電機(jī)啟?？刂飘嬅?4 0 圖4 7 模擬量控制管理畫面 4 0 圖4 8 烤片機(jī)干燥區(qū)1 的溫度p i d 控制界面 4 l 圖5 一ls 7 p l cs i m 操作界面 4 2 圖5 2 仿真功能塊f c l 4 3 圖5 3 設(shè)備啟停模擬控制 4 4 圖5 4 比例系數(shù)p 的估算 4 5 圖5 5 積分時(shí)間常數(shù)i 的估算 4 6 圖5 6p i 參數(shù)值較小時(shí)溫度藍(lán)線 4 7 圖5 7p i 參數(shù)值較大時(shí)溫度曲線 一4 8 表格清單 表2 一lf b 4 1 功能塊的輸入?yún)?shù) 一1 5 表2 2f b 4 1 功能塊的輸出參數(shù) 一1 6 表2 3s 7 3 0 0 模塊的電流耗量和功率損耗 2 4 v d c 負(fù)載電源 2 3 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人申明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的 研究成果 據(jù)我所知 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外 論文中不包含 其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果 也不包含為獲得金目e 王些盍堂或其 它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料 與我一同工作過的同志所做的任何 貢獻(xiàn)已經(jīng)在論文中傲了說明并表示謝意 學(xué)位論文作者簽名 搠發(fā)遠(yuǎn)簽字日期 砷年 月彥同 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解盒膽王些太堂 有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī) 定 有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤 允許論文被 查閱和借閱 本a c a v 金膽王些太堂可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編 入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索 可以采用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存 匯編學(xué) 位論文 保密的學(xué)位論文在解密后使用本授權(quán)書 學(xué)位論文作者簽名 粕霞乜 簽字1 3 期 扣7 年 月肛日 學(xué)位論文作者畢業(yè)后去向 工作單位 華環(huán)國際煙草有限公司 通訊地址 安徽鳳陽門臺子 導(dǎo)師虢聲 t 淺 電話 0 5 5 0 6 6 7 6 0 8 1 郵編 2 3 3 1 2 1 致謝 對于本論文的各項(xiàng)工作 我的導(dǎo)師尹志強(qiáng)教授和李濤高級工程師給予了熱 情的關(guān)懷和悉心指導(dǎo) 課題實(shí)施過程中得到了華環(huán)國際煙草有限公司全體員工 的大力協(xié)助 得到了愛人及家中其他人員的大力支持 在此表示深深的謝意 最后向百忙中評審本論文的各位專家 教授以誠摯的謝意 第一章緒論 1 1 項(xiàng)目來源 項(xiàng)目來源 華環(huán)國際煙草有限公司2 0 0 3 年 煙葉復(fù)烤機(jī)改造項(xiàng)目 1 2 煙葉復(fù)烤簡史 煙葉復(fù)烤是煙葉初烤后的再調(diào)制加工過程 煙葉經(jīng)過復(fù)烤加工 進(jìn)一步促 使其理化性質(zhì)發(fā)生變化 提高煙葉內(nèi)在品質(zhì) 有利于煙葉的長期貯存和適應(yīng)卷 煙工業(yè)的使用需要1 2 j 復(fù)烤工業(yè)是與烤煙生產(chǎn)同時(shí)發(fā)展起來的 復(fù)烤技術(shù)由外國傳入中國 1 9 1 5 年山東建成國內(nèi)第一座干燥 回潮的土烤房 以后經(jīng)過進(jìn)一步發(fā)展 完善 形 成掛桿復(fù)烤工藝 國際上從2 0 世紀(jì)6 0 年代起開始將掛桿復(fù)烤改為打葉復(fù)烤 即將卷煙廠切絲前的工藝 如回潮 擺把 切尖 喂料 打葉 貯葉等 全改 在打葉復(fù)烤廠進(jìn)行 從而為卷煙廠工藝改革 減少廠房提供有利條件 現(xiàn)今打 葉后葉片的復(fù)烤方法主要采用網(wǎng)帶式復(fù)烤工藝 具有工藝簡單 運(yùn)行可靠 節(jié) 省能源 煙葉破碎率低 煙葉大片率高等優(yōu)點(diǎn) 自2 0 世紀(jì)6 0 年代我國開始探 索打葉車復(fù)烤技術(shù) 9 0 年代開始全面推廣應(yīng)用 3 兒4 5 葉片復(fù)烤電氣控制系統(tǒng)用于葉片復(fù)烤機(jī)械動(dòng)作的控制 葉片流量的控制 葉片復(fù)烤干燥段內(nèi)氣流溫度控制 冷房溫度控制 葉片水分的監(jiān)測和控制等 控制范圍從葉片進(jìn)入復(fù)烤機(jī)直到烤后煙葉向包裝工段輸送為止 它是打葉復(fù)烤 線控制最為復(fù)雜的工段之一 它不僅涉及邏輯變量的控制 而且還需要對溫度 壓力 濕度 水分等模擬量進(jìn)行調(diào)節(jié) 在9 0 年代前 由于我國在復(fù)烤設(shè)備方面 的水平較低 許多廠家仍在使用老式的掛桿復(fù)烤工藝 因此控制水平較低 許 多掛桿復(fù)烤設(shè)備采用人工調(diào)節(jié)閥門的方式控制 國內(nèi)帶試驗(yàn)性質(zhì)的打葉復(fù)烤新 工藝也只是增加了部分儀表 而9 0 年代以后 隨著老式的掛桿復(fù)烤設(shè)備開始淘 汰 從國外引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)上國內(nèi)的消化 打葉復(fù)烤行業(yè)的設(shè)備和 控制技術(shù)逐步提升 從人工閥門控制到儀表控制 然后逐步向p l c 控制發(fā)展 最近又開始向網(wǎng)絡(luò)方面發(fā)展 1 1 1 復(fù)烤的作用 1 調(diào)整煙葉水份 復(fù)烤的目的之一是進(jìn)一步排出和調(diào)整煙葉水份 使之達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 水份含量1 1 1 3 并且均衡一致 既可防止煙葉霉變 又有利于煙葉的自然 發(fā)酵 提高煙葉品質(zhì) 1 6 2 排除煙葉雜質(zhì)和雜氣 通過復(fù)烤的風(fēng)力和高溫的作用 去除煙葉表面的灰塵 雜質(zhì) 茸毛等 游 離煙堿的揮發(fā)和生青氣 氨氣 辛辣氣味的散發(fā) 使煙葉的刺激性減少 香味 變純 吸味改善 煙質(zhì)得到提高 3 殺死煙葉害蟲和病菌 原煙在復(fù)烤高溫的作用下 不僅附著在煙葉表面的霉菌和害蟲被殺死 而 且由于烤后水份的降低 使煙葉中的菌蟲失去滋生的條件 即使是將要霉變的 煙葉 也會因?yàn)楦邷貧⒕玫揭种?有利于安全貯存 4 有利于煙葉的自然醇化 復(fù)烤后的煙葉吸濕性有所減弱 有利于在低濕條件下緩慢發(fā)酵 既可保持 煙葉原有色澤 又可使煙葉品質(zhì)得到好轉(zhuǎn) i 1 2 改造前公司煙葉復(fù)烤機(jī)概況 華環(huán)國際煙草有限公司打葉復(fù)烤生產(chǎn)線是1 9 9 4 年從國外引進(jìn) 打葉設(shè)備和 打包設(shè)備均是當(dāng)時(shí)最新設(shè)備 葉片復(fù)烤機(jī)屬于二手設(shè)備 是2 0 世紀(jì)7 0 年代產(chǎn) 品 由著名的生產(chǎn)商普勞克特公司生產(chǎn) 雖經(jīng)過不斷改進(jìn) 但由于總體性能較 落后 已不能很好地適應(yīng)新的工藝和生產(chǎn)指標(biāo)要求 主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 1 烤房的溫度過高 舊煙葉復(fù)烤機(jī)的烤房 即干燥區(qū) 由五部分組成 第一間烤房的溫度在8 0 一9 0 攝氏度范圍內(nèi) 第二間烤房的溫度在l o o 1 2 0 攝氏度范圍內(nèi) 第三間烤 房的溫度在9 5 1 1 0 攝氏度范圍內(nèi) 第四間烤房的溫度在9 0 一1 0 5 攝氏度范圍 內(nèi) 第五間烤房的溫度在8 0 l o o 攝氏度范圍內(nèi) 由于復(fù)烤中時(shí)片豹溫度超過 7 0 一7 5 攝氏度時(shí) 煙葉的內(nèi)部組織發(fā)生明顯變化 理化特性變差 有效成份損 失嚴(yán)重 體積收縮加劇 故舊煙片復(fù)烤機(jī)已不適應(yīng)現(xiàn)代低溫慢烤的工藝要求 2 烤房的排濕僅人工調(diào)節(jié) 煙葉經(jīng)過復(fù)烤機(jī)的烤房后 會失去水份 為取得良好的干燥效果并節(jié)約能 源 需對各烤房內(nèi)空氣濕度進(jìn)行調(diào)節(jié) 由于無濕度檢測和自動(dòng)調(diào)整裝置 因此 只能靠工作人員憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)整 3 回潮前葉溫較高 在烤房后是冷房 冷卻區(qū) 其作用是將烘烤后的煙葉溫度降低 以利于在 回潮時(shí)調(diào)整煙葉中的水份 由于烤房溫度過高 使得煙葉經(jīng)過冷房的冷卻后 其葉溫仍很高 不利于后續(xù)工段的控制 4 下機(jī)時(shí)溫過高 煙葉的回潮在潮房 回潮區(qū) 中進(jìn)行 利用水與蒸汽的混合物 通過風(fēng)力 2 的輸送 使煙葉經(jīng)過潮房后其水份含量達(dá)到長期貯存的要求 由于回潮時(shí)加水 量是由手動(dòng)閥門控制 一般不做經(jīng)常性調(diào)整 煙葉含水量的調(diào)整是通過控制蒸 汽的流量實(shí)現(xiàn) 同時(shí) 在潮房無溫度控制設(shè)備 這就使得煙時(shí)溫度的降低面l 盜 更大的困難 在夏季 受環(huán)境溫度和散熱條件的限制 煙葉離開復(fù)烤機(jī)后其葉 溫經(jīng)常在5 5 攝氏度以上 雖采取了加裝風(fēng)扇等降溫措施 使葉溫降到5 2 攝氏 度以下 但同時(shí)煙葉變脆 表層煙葉損失水份嚴(yán)重 使煙葉包裝中破碎率加大 i 1 3 設(shè)備的調(diào)整 鑒于原復(fù)烤設(shè)備已不能很好地適應(yīng)現(xiàn)在生產(chǎn)的實(shí)際需要 而進(jìn) 步改造不 能從根本上解決問題 故采取更換設(shè)備的方法 由此需要重新設(shè)計(jì) 套電氣控 制系統(tǒng) 1 3 課題的任務(wù)與實(shí)現(xiàn)方法 本課題涉及到引進(jìn)的美國普勞克特公司的葉片復(fù)烤機(jī) 復(fù)烤機(jī)的工藝參數(shù) 要求為 進(jìn)入葉片復(fù)烤機(jī)煙片水份 1 9 1 離開烤房 即冷房中 煙片水份 9 1 離開潮房煙片水份 1 2 1 烤房最佳烘烤溫度 7 0 8 0 平均7 5 冷房溫度 4 5 5 5 潮房溫度 5 5 6 5 本課題的任務(wù)是設(shè)計(jì)一套電控系統(tǒng) 能滿足現(xiàn)葉片復(fù)烤機(jī)的各項(xiàng)控制要求 其主要控制功能要求如下 1 p l c 或觸摸屏故障時(shí) 使用u d c 3 3 0 0 控制器 按鈕 繼電器等實(shí)現(xiàn)煙葉 復(fù)烤機(jī)的各項(xiàng)控制功能 即以p l c 控制系統(tǒng)為主 i j d c 控制系統(tǒng)作為緊急后備 2 p l c 控制時(shí) 系統(tǒng)應(yīng)能分別對烤房各區(qū)溫度 冷房溫度 潮房各區(qū)溫度 進(jìn)行控制 3 p l c 系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對各烤房濕度進(jìn)行自動(dòng)控制 即烤房的每一個(gè)排濕風(fēng)口 都安裝一個(gè)相對濕度傳感器 p l c 系統(tǒng)通過相對濕度傳感器來使每 間烤房進(jìn) 氣和排氣風(fēng)門自動(dòng)調(diào)節(jié) 以實(shí)現(xiàn)濕度控制 4 p l c 系統(tǒng)應(yīng)能對下機(jī)煙葉水份進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)控制 5 p l c 系統(tǒng)控制時(shí) 控制參數(shù)的輸入和顯示可以通過m p 3 7 0 觸摸屏進(jìn)行 6 p l c 系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)各電機(jī)的啟停控制并顯示設(shè)備運(yùn)行狀況 7 同時(shí) 原來已有的煙梗復(fù)烤機(jī)的控制任務(wù)也由上述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 故在p l c 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中考慮到了煙梗復(fù)烤機(jī)的需求 鑒于上述控制要求 為了簡化p l c 程序設(shè)計(jì) 滿足備用u d c 控制系統(tǒng)的要 求 并使系統(tǒng)具有一定的擴(kuò)展能力 控制系統(tǒng)選用西門子s 7 系列具有p r o f i b u s 接口f 7 f 8 1 1 9 l 1 0 1 的3 1 5 2 d p 型p l c 與m p 3 7 0 觸摸屏 1 2 變頻器使用具有通訊 能力的西門子m m 4 2 0 系列1 4 5 1 4 6 1 1 4 利用p r o f i b u s 總線實(shí)現(xiàn)p l c 與變頻器的通 訊 另外 配置u d c 3 3 0 0 控制器 在p l c 系統(tǒng)或觸摸屏故障時(shí)用于緊急后備 對于電機(jī)的控制 在p l c 模式下 通過觸摸屏上按鈕 可以選擇自動(dòng)啟動(dòng) 或手動(dòng)單臺啟動(dòng)工作方式 對于溫度的控制 選用熱電偶測量各烤房 冷房 潮房溫度 采取合適的 接線方式與執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行溫度控制 為控制各間烤房濕度 在各烤房的排濕管道中安裝濕度傳感器 并在各烤 房的出風(fēng)管道上加裝調(diào)節(jié)風(fēng)門 以控制進(jìn)出風(fēng)量大小 從而調(diào)節(jié)濕度 烤后煙葉水份的控制是通過t m 7 1 0 紅外水份儀和高壓噴霧泵實(shí)現(xiàn) t m 7 1 0 紅外水份僅將探測到的回潮后煙葉在線水份 以4 2 0 m a 信號送到p l c 或u d c 控制器 通過變頻器 實(shí)現(xiàn)對高壓噴霧泵速度的自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié) 以調(diào)節(jié)加水 量的大小 從而調(diào)節(jié)烤后煙葉中的水份含量 m p 3 7 0 的作用是在使用p l c 控制時(shí) 從觸摸屏上輸入控制參數(shù) 并對各測 量值以一定時(shí)間段內(nèi)的曲線形式進(jìn)行趨勢顯示 同時(shí)m p 3 7 0 使用四種圖案顏色 顯示各電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài) 1 4 本文內(nèi)容安排 本文共分七章 主要內(nèi)容是圍繞煙葉復(fù)烤機(jī)的控制要求 選用合適的控制 元件 達(dá)到正確控制生產(chǎn)的目的 重點(diǎn)討論了烤片機(jī)p l c 控制原理 模擬量的 控制和程序設(shè)計(jì) 最后給出現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù) 第一章 緒論 主要介紹了選題的背景 課題的任務(wù)和實(shí)現(xiàn)方法 首先介 紹了煙葉發(fā)展簡史和復(fù)烤的作用 進(jìn)而介紹了華環(huán)國際煙草有限公司中舊煙葉 復(fù)烤機(jī)的缺點(diǎn)和對新復(fù)烤機(jī)的工藝參數(shù)要求 最后概略介紹了對電氣控制功能 的要求和實(shí)現(xiàn)方法 第二章 電控系統(tǒng)組成與工作原理 是本文的重要部分之一 主要分析了 控制系統(tǒng)的組成 功能需求 著重介紹了p l c 系統(tǒng)的配置和模擬信號的控制原 理與p i d 算法 第三章 西門子s 7 3 1 5 2 d pc p u 程序設(shè)計(jì) 主要介紹p l c 中程序結(jié)構(gòu) 說明了控制機(jī)理 第四章 人機(jī)界面的軟件設(shè)計(jì) 主要介紹觸摸屏具有的功能和人機(jī)界面的 軟件設(shè)計(jì) 4 第五章 程序仿真與結(jié)果分析 介紹了仿真軟件的使用 并對仿真結(jié)果進(jìn) 行了初步分析 最后對現(xiàn)場測試結(jié)果進(jìn)行了分析 第六章 結(jié)論 總結(jié)了控制系統(tǒng)的仿真和現(xiàn)場使用效果 給出了系統(tǒng)存在 的不足和下一步研究方向 第二章電控系統(tǒng)組成與工作原理 葉片復(fù)烤機(jī)電控系統(tǒng)的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)開關(guān)量和模擬量信號的檢測與控 制 重點(diǎn)是對溫度 壓力 濕度和煙葉水份的的測量與控制 系統(tǒng)組成的核心 是p l c 和u d c 控制器 在正常情況下 主要使用p l c 實(shí)現(xiàn)各種信號的控制和顯 示 對于車間跟機(jī)維修人員來說 由于掌握p l c 的使用較困難 為避免p l c 故 障時(shí)導(dǎo)致長時(shí)間停機(jī) 故另外設(shè)置了u d c 控制系統(tǒng) 以迅速恢復(fù)生產(chǎn) 減小經(jīng) 濟(jì)損失 為p l c 故障排除創(chuàng)造有利條件 2 1 電控系統(tǒng)組成 電控設(shè)備主要由p l c 模塊 u d c 控制器 觸摸屏 繼電器線路 各測量元 件 執(zhí)行器 電機(jī)和通訊總線等組成 電控系統(tǒng)框圖如圖2 1 所示 圖2 1 電控系統(tǒng)框 璺i p l c 系統(tǒng)主要由電源和各模塊組成 c p u 模塊選用s 7 系列3 1 5 2 d p 具有 分布式p r o f i b u s 接口和m p i m u l t i p o i n ti n t e r f a c e 接口 使用p r o f i b u s 數(shù)據(jù)總線將變頻器連接到c p u 模塊的p r o f i b u s 接口 通過p l c 程序 實(shí)現(xiàn)相互 數(shù)據(jù)的傳遞 連接中使用t 型接頭 保留一p r o f i b u s 接口 使得編程設(shè)備可以 通過p r o f i b u s 接口在線監(jiān)測p l c 的運(yùn)行 c p u 模塊的m p i 接口與觸摸屏m p 3 7 0 連接 通過觸摸屏 操作人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況 監(jiān)視溫度 壓力 水份等測量值實(shí)時(shí)值 通過曲線圖 3 0 分鐘和2 4 小時(shí) 了解一定時(shí)間內(nèi)工藝 參數(shù)的實(shí)際情況 6 2 2 電控系統(tǒng)的分析 電控系統(tǒng)分析的主要任務(wù)是 根據(jù)葉片復(fù)烤機(jī) 煙梗復(fù)烤機(jī)對控制系統(tǒng)的 要求 確定p l c 系統(tǒng)的功能 通過分析 確定p l c 機(jī)型 數(shù)字量輸入輸出點(diǎn)數(shù) 模擬輸入輸出點(diǎn)數(shù)和通訊能力 1 9 1 1 0 l i l j l l 2 3 1 4 i 1 5 j l6 1 7 1 i8 川9 2 0 2 1 1 系統(tǒng)功能分析 1 設(shè)備控制功能 控制方式的選擇 在電控柜柜面設(shè)置了轉(zhuǎn)換按鈕 用于選擇采用p l c 控制 模式或u d c 控制模式 一般情況下 選用p l c 控制模式 在p l c 出現(xiàn)故障時(shí) 可以迅速使用u d c 控制模式 恢復(fù)生產(chǎn) 其硬件接線原理如圖2 2 2 n 圈2 2 1 2 作模式轉(zhuǎn)換控制接線示意圖 圖中 按鈕s b l s b 2 繼電器k a l 組成電源主控電路 控制電氣控制柜的 控制電源 s a l 為旋鈕開關(guān) 用于選擇工作模式 使用p l c 的數(shù)字輸入信號1 0 0 4 0 是為了通知p l c 控制器現(xiàn)在選擇的工作模式 在u d c 工作模式下 p l c 不進(jìn)行 任何控制 同時(shí)在硬件接線上使用繼電器k a 2 的常閉點(diǎn)對p l c 輸出模塊的電源 7 進(jìn)行聯(lián)鎖 即在u d c 工作模式下 p l c 輸出模塊無2 2 0 v a c 電源供應(yīng) 則開關(guān)量 輸出信號和模擬輸出信號被禁止輸出 k a 2 一k a l 0 是繼電器 利用其觸點(diǎn)組成 各臺電機(jī)的繼電器控制回路 數(shù)字量信號的控制 數(shù)字量控制的主要范圍是電機(jī)的順序控制 此外考慮 對其它設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控 如系統(tǒng)電源等 啟?？刂圃?p l c 控制時(shí) 每臺電機(jī)的繼電器控制回路均使用一常開繼 電器觸點(diǎn) 用于p l c 數(shù)字量信號的輸入 p l c 檢測輸入信號的狀態(tài) 并結(jié)合輸 出信號狀態(tài) 以判定電機(jī)的三種工作狀態(tài) 即停止 運(yùn)轉(zhuǎn)和故障 同時(shí)對應(yīng)在 觸摸屏上以不同的顏色進(jìn)行顯示 供操作員監(jiān)測設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況用 電機(jī)控制回 路接線原理如下圖2 3 所示 u v a c s b i s b 2 k m y門 n 眇歲 u 眵 陌翮 圖2 3 電機(jī)控制回路接線 圖中 1 0 0 8 0 為p l c 輸入信號 q 0 5 6 0 為p l c 輸出信號 當(dāng)選擇u d c 工作模 式時(shí) k a 2 觸點(diǎn)處于吸合狀態(tài) 使用s b l s b 2 按鈕啟停電機(jī) 在p l c 模式下 k a 2 觸點(diǎn)斷開 s b 2 按鈕僅可用于點(diǎn)動(dòng)功能 電機(jī)的啟停通過觸摸屏上設(shè)置的相 應(yīng)功能按鈕進(jìn)行 根據(jù)實(shí)際需要 可以進(jìn)行電機(jī)的連續(xù)自動(dòng)啟動(dòng)或單臺手動(dòng)啟 動(dòng) p l c 控制方式 在p l c 控制模式下分手動(dòng)和自動(dòng)兩種 可以通過觸摸屏上 功能按鍵選擇 第一種是手動(dòng) 操作人員從觸摸屏進(jìn)行單臺電機(jī)控制 操作人 員根據(jù)實(shí)際需要自由啟動(dòng)或停止某臺電機(jī) 并且不影響其它電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 第二種自動(dòng)啟停控制 操作員只需按下自動(dòng)啟動(dòng)按鈕即可 電機(jī)按要求的順序 逐一啟動(dòng) 運(yùn)行中 某一電機(jī)因各種原因停止運(yùn)行后 為防止堵料的發(fā)生 相 關(guān)連的電機(jī)會自動(dòng)停止運(yùn)行 對于上述兩種啟動(dòng)方式 任意設(shè)備故障時(shí) 在觸 摸屏上將會顯示相應(yīng)的故障信息通知操作員處理 同時(shí)控制柜上的電笛發(fā)出聲 響警報(bào) 2 模擬量的控制 模擬量的控制 是本電氣控制系統(tǒng)的核心任務(wù) 主要對葉片復(fù)烤機(jī)的溫度 壓力 濕度 煙葉水份 速度等模擬信號進(jìn)行測量與控制 在p l c 模式下 通過 標(biāo)準(zhǔn)功能塊f b 4 1 實(shí)現(xiàn)各模擬量的控制 2 7 4 3 l 在u d c 模式下 由具有p i d 計(jì)算功 能的單個(gè)u d c 通用控制器分別對各模擬量進(jìn)行控制 1 溫度控制 與溫度控制相關(guān)的電氣設(shè)備有繼電器組成的信號轉(zhuǎn)換裝置 熱電偶 c a m f l e x r i i 控制閥 u d c 3 3 0 0 控制器 p l c 系統(tǒng)的模塊等 共有九處需要進(jìn)行溫 度控制 烤房五處 冷房一處 潮房三處 信號傳輸與控制框圖如圖2 4 所示 雙 兀 件 熱 電 偶 蒸汽 壓縮空氣 圖2 4 溫度控制信號示意圖 圖2 4 中 雙元件熱電偶內(nèi)部有兩個(gè)獨(dú)立測量元件 溫度信號用專用補(bǔ)償 導(dǎo)線分別接到u d c 3 0 0 0 控制器和p l c 的熱電偶信號輸入模塊上 根據(jù)選用的控 制方式的不同 通過繼電器轉(zhuǎn)換裝置 p l c 或u d c 的輸出4 2 0 m a 信號送至 c a m f l e x r i f 氣動(dòng)控制閥的i p 轉(zhuǎn)換器上 從兩控制進(jìn)入加熱器的蒸汽流量 達(dá) 到使烤房溫度穩(wěn)定的目的 氣動(dòng)執(zhí)行閥 3 5 0 0 2 系列c a m f l e x ri i 氣動(dòng)執(zhí)行閥由美國d r e s s e r i n d u s t r i e si n c 生產(chǎn) 主要用于控制進(jìn)入散熱器的蒸汽流量大小 c a m f l e x r i i 氣動(dòng)控制閥的基本設(shè)計(jì)思想是基于包含在為自由流體設(shè)計(jì)的a n s i6 0 0 等級閥 體中的球形偏心旋轉(zhuǎn)柱塞之上 柱塞和軸與彈簧反作用的薄膜傳動(dòng)裝置及手動(dòng) 轉(zhuǎn)盤相連接以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng) 其工作過程如圖2 5 9 圖2 5c a m f l e x r i i 氣動(dòng)i 嘲簡圖 與閥配套的執(zhí)行器安裝有壓縮空氣 以反向抵消柱塞上受到的動(dòng)態(tài)力矩 圖中 流體要頂開柱塞 而執(zhí)行器通過壓縮空氣壓力的增加使柱塞定位 在無 壓縮空氣時(shí) 彈簧的作用力使閥心翻轉(zhuǎn)過來以關(guān)閉閥門 氣動(dòng)閻上裝有配套的 i p 轉(zhuǎn)換器 將4 2 0 m a 控制信號轉(zhuǎn)換成壓力信號 以控制丌啟度大小 從而控 制進(jìn)入加熱器的蒸汽流量 u d c 3 3 0 0 通用數(shù)字控制器 u d c 3 3 0 0 通用數(shù)字控制器由h o n e y w e l l 公司生產(chǎn) 有完整的p i d 控制功能 操作簡單 運(yùn)行可靠 操作面板如圖2 6 所示 圖2 6u d c 3 3 0 0 操作面板 u d c 3 3 0 0 控制器接收熱電偶測量信號 與設(shè)定值比較 經(jīng)過p i d 計(jì)算 從 而輸出4 2 0 m h 信號控制執(zhí)行設(shè)備 u d c 3 3 0 0 控制器輸入信號端子接線如圖2 7 1 0 雅 29對 一贛凡2 鮑疏疑選本 請寥閱在z 一4 熱牽 鵂r t d 酵o 1 c 外 州鰒v 強(qiáng)薹 r唾 甜 商踟 伸避d 酬黧 口霆 舛螺皇t 卸下茹軎 1 鼉 漿磊0 謦鄹 o 0餓4 20贛安 匿 魑 蓐2 平可m 干 戡穢墻出 霄蟪宦蕾八巷 腳磺掣尊髓鼉 一2 e 吐尊 5 c 廖蜂費(fèi)衙電鞘 踐卜i c 件疆5 盛輯 j 撲鼉 宅瑯 訂窘確2 前一i 紓垮譬鼉 的一毫臻p f 甚生 矗目諾擒 毫冀 瓣入囂1o 熱曦隔 贏 耐蛾v r t do ov 豫補(bǔ) 播蘭 鬧 n 神國西n 弭魄d 撼薹 雷 瞎z 褥肆孵鼙下矗襻 毒 器 鬈爹勰器卷聊 o to饋4 20贛安 凰 5 r魑 彩霞轅t c 輸 的摶朗連接 酢件號 i 5 i 綃8 1 甜 聘鰳張5 朔囂r 麓 l 照瞞予恐輛2 4 輸 0 的挺 鉍卸f 上蕊禱斑件霞籍藕 位 o 計(jì) 攢群濕度建撬 使罔輸入計(jì) 為壕濫蝦精八 使用鏑 2 作為專蘧t l 譬入 對 磺勢靛蘧壤 使弼輸入l 俸為磷攆業(yè)輸 圖2 7u d c 3 3 0 0 控制器輸入端子接線 熱電偶信號用專用補(bǔ)償導(dǎo)線接至端子2 6 和2 7 上 并按要求并接5 0 0 歐電 阻 熱電偶的分度號 p i d 控制參數(shù)均通過操作面板在u d c 控制器中進(jìn)行選擇 或調(diào)整 u d c 控制器的輸出為4 2 0 m a 信號 從端子2 和3 引出 如圖2 8 甜 囂u 砼 確 l 1 l 2 n 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 1 0 1 1 12 t 2 3 輸紫1 冪4 撤參2 矗j 繼l b 器l 二6 輸紫2 忑7 掀霧 l 卜tn o 8 綹f u 囂一9 繼電器端予連接 百隔廣與弋網(wǎng)弋孺麗下 1 控制器飯衢l 一土血l 剝竺 竺竺f 粵韉 麓 中磺j u 一 輸 歧報(bào)警 椎i n 器3 伍衙 箍 o o 負(fù)筒 l l 游 o 地草 圖2 8u d c 控制器4 2 0 m a 信號輸出端子接線 2 煙葉水份控制 烤后煙葉水份的大小直接影響煙葉的貯藏 當(dāng)煙葉中水份在合適范圍內(nèi)時(shí) 既可防止煙葉霉變 又有利于煙葉的自然發(fā)酵 提高煙葉品質(zhì) 煙葉經(jīng)烤房烘 烤后 在冷房中降溫并使葉片中水份均衡 離開冷房時(shí)煙葉水份在9 1 然 后進(jìn)入潮房加濕 信號的傳輸與控制框圖如圖2 9 所示 圖2 9 水份控制信號流程 煙葉水份的控制主要通過高壓泵速度的自動(dòng)調(diào)整來實(shí)現(xiàn) 高壓泵轉(zhuǎn)速的高 低決定了加水量的大小 為實(shí)現(xiàn)p l c 和u d c 控制的轉(zhuǎn)換 輸入信號通過繼電器 觸點(diǎn)送給p l c 或u d c 輸出信號通過不同的通道送至變頻器來控制高壓泵速度 3 其它模擬量的控制 濕度控制主要是為了控制各閽烤房的濕度 在使煙葉達(dá)到規(guī)定水份要求的 情況下 盡可能提高烤房濕度 以減少能耗 此外 還有壓力 速度等控制 1 2 它們的控制原理與煙葉中水份的控制相同 3 f b 4 l 功能塊的控制功能 f b 4 1 功能塊是一標(biāo)準(zhǔn)的 通過軟件實(shí)現(xiàn)的p i d 控制功能塊p 6 i 4 3 以標(biāo)準(zhǔn) 塊的形式隨s t e p 7 軟件一起安裝 可以直接調(diào)用 在p l c 模式下 f b 4 1 用于對 模擬信號控制 功能塊相當(dāng)于一個(gè)子程序 在p l c 程序中可以多次調(diào)用 只要 p l c 存貯器和運(yùn)行速度允許 不受調(diào)用次數(shù)限制 調(diào)用f b 4 l 功能塊后 可以預(yù) 先設(shè)定輸入和輸出參數(shù)的初始值 也可以在使用中通過觸摸屏等設(shè)備改變p i d 參數(shù)值 f b 4 l 功能塊由許多下一級功能組成 如設(shè)定值的輸入 比例 積分 微分作用均可以啟用或關(guān)閉 以組成p p i p d p i d 控制器 模擬信號的輸出 可以選擇來自于f b 4 l 功能塊或人工輸入等 功能塊圖如圖2 一i 0 所示 蘭 讎蘿 f 且廣 岬 弋嶄一 i 一 j d 三號i i l i f 粼 一堋 i 1 艾劇l罔 i 生竺二i l j j 一 l n n l u 州 o f f 圖2 一l of b 4 1 功能塊醋 設(shè)定點(diǎn)分支 設(shè)定點(diǎn)在s p i n t 數(shù)據(jù)類型r e a l 處以浮點(diǎn)數(shù)或百分?jǐn)?shù)的形 式輸入 用于獲得誤差信號的設(shè)定點(diǎn)和過程變量值 p v 必須具有相同的量綱 過程變量分支 過程變量的輸入可以通過p v i n 數(shù)據(jù)類型r e a l 或p v p e r 數(shù)據(jù)類型w o r d 輸入 p v i n 可以給過程變量賦以初始值或輸入浮點(diǎn)數(shù)形式 的變量值 外部模擬量信號接到p l c 的信號模塊 信號模塊將其轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)存 入p l c 的i o 地址中 在配置時(shí)相應(yīng)的i 0 點(diǎn)分配給信號模塊用于外圍設(shè)備數(shù) 據(jù)存取 利用轉(zhuǎn)換功能c r p i n 將相應(yīng)i o 地址中存貯的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為浮點(diǎn)數(shù) 其值范圍為一1 0 0 1 0 0 計(jì)算公式為 c r p i n 輸出 p v p e r 1 0 0 2 7 6 4 8 p v n o r m 功能按下公式用于計(jì)算c r p i n 功能的輸出 p v n o r m 輸出 c r p i n 輸出 p v f a c p v o f f 式中 p vf a c 調(diào)節(jié)因子 p v 一0 f f 一補(bǔ)償量 用于調(diào)整過程變量的范圍 例如 一只傳感器的測溫范圍為一2 0 8 5 c 信號通過p v p e r 輸入 而設(shè) 定值的輸入以百分?jǐn)?shù)的形式輸入 范圍0 n 1 0 0 那么必須利用p v n o r m 功 能 將溫度測量范圍進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化 計(jì)算公式為 p v f a c p v n o r m 范圍 c r p i n 范圍 p vo f f p vn o r m 下限一p vf a c x c r pi n 下限 計(jì)箕結(jié)暴如工圖2 i 圖2 1 1 模擬信號標(biāo)準(zhǔn)化 誤差信號的產(chǎn)生 誤差信號來自于設(shè)定點(diǎn)和過程變量的差值 為了抑制由 于受控變量的波動(dòng)引起的小范圍內(nèi)誤差信號的波動(dòng) 可以設(shè)置死區(qū)寬度 d e a d b w 當(dāng)d e a d b w o 時(shí) 則功能d e a d b a n d 被關(guān)閉 使用功能d e a d b a n d 對誤 差信號的影響如下圖2 1 2 4 e r s p i n t 一列j e rj i d e a ow e r 3 p i 一 s d e a d bw i p v l 一d e a dw i n t p v 圖2 一1 2 死區(qū)寬度對誤差信號的影響 p i d 輸出 如圖2 一l o 比例 p 積分 i n t 微分 d i f 是并行連接 并且可以通過p s e l i s e l d s e l 控制是否應(yīng)用 從而可以構(gòu)成p p i p d 或p i d 調(diào)節(jié)器 除p i d 運(yùn)算輸出外 還可以手動(dòng)輸入相應(yīng)數(shù)值代替p i d 的輸出 圖2 一1 0 中m a n o n 參數(shù)用于選擇是否p i d 輸出 為 i 時(shí) 禁止p i d 輸出 為 0 時(shí) 使用p i d 輸出 當(dāng)禁止p i d 輸出時(shí) 積分的輸出l m n i 將自動(dòng)等于 l m n l m n p d i s v 而微分的輸出l m n d 自動(dòng)變?yōu)? 這樣一來 從手動(dòng)輸出 轉(zhuǎn)換為p i d 輸出時(shí) 不會導(dǎo)致p i d 控制器的輸出突然性地改變 從而保證控制 過程的穩(wěn)定 經(jīng)過p i d 計(jì)算后的信號輸出時(shí) 通過l m n l i m i t 功能 使輸出信號處于 l m n h l m 上限 和l m n l l m 下限 之間 在輸出環(huán)節(jié)中 l m n n o r m 的作用是 將輸出信號標(biāo)準(zhǔn)化 計(jì)算公式為 l m n 輸出 l m n f a c l m n o f f 式中l(wèi) m n f a c 一默認(rèn)值為1 l m n o f f 一默認(rèn)值為o c r p o u t 功能用于將浮點(diǎn)數(shù)l m n 轉(zhuǎn)換為i o 值 其作用與c r p i n 功能正好 相反 計(jì)算公式為 l m n p e r l m nx2 7 6 4 8 l0 0 f b 4 1 功能塊部分輸入與輸出參數(shù)如下表2 1 表2 2 表2 1f b 4 i 功能塊的輸入?yún)?shù) 名稱數(shù)據(jù)類型值范圍默認(rèn)值說明 禁止自動(dòng)輸出 手動(dòng)輸入值 m a no n b o o l1 作為控制輸出 如果過程變量從i 0 地址中 p v p e ro nb o o lo 讀入 那么p v p e r o n 必須設(shè) 置為 1 ps e lb o o l lp s e l 為 l 時(shí)啟用比例 功能 為 0時(shí)禁用 i s e l 為 1 時(shí)啟用積分功 is e lb o o ll 能 為 0 時(shí)禁用 d s e l 為 l 時(shí)啟用微分功 ds e lb o o l0 能 為 o 時(shí)禁用 f b 4 1 重復(fù)調(diào)用間隔時(shí)間為常 c y c l et i m e l m s t 1s 數(shù) 由c y c l e 參數(shù)決定 1 0 0 1 0 0 s pi n t r e a lo 0 用于制定設(shè)定點(diǎn) 或?qū)崝?shù)值 一1 0 0 l o o p vi n r e a l0 o過程變量輸入 或?qū)崝?shù)值 一1 0 0 1 0 0 p vp e rr e a lo oi 0 地址中存貯的過程變量 或?qū)崝?shù)值 一1 0 0 1 0 0 禁用p i d 控制時(shí)手動(dòng)輸入值 m a nr e a l 0 0 或?qū)崝?shù)值用于f b 4 l 的輸出 g a i nr e a l2 0指定f b 4 1 控制增益 t 工t i m e c y c l et 2 0 s 積分時(shí)間 t dt i m e c y c l et l o s 微分時(shí)間 一1 0 0 1 0 0 d e a d bwr e a lo o死區(qū)寬度 或?qū)崝?shù)值 1 0 0 1 0 0 l m nh l mr e a l1 0 0 0輸出上限 或?qū)崝?shù)值 一1 0 0 1 0 0 l m nl l m r e a lo 0輸出下限 或?qū)崝?shù)值 p vf a cr e a l1 o 過程變量調(diào)節(jié)因子 p vo f f r e a l o o 過程變量的補(bǔ)償量 l m nf a cr e a l1 o輸出量調(diào)節(jié)因子 l m no f fr e a l0 o輸出量的補(bǔ)償 一1 0 0 1 0 0 d i s vr e a l0 o用于前饋控制 或?qū)崝?shù)值 表2 2f b 4 1 功能塊的輸出參數(shù) 數(shù)據(jù)類 名稱默認(rèn)值 說明 型 l m nr e a lo o有效輸出值 l m np e rw o r d w 1 6 0 0 0 0從i o 地址中進(jìn)行輸出 1 6 l m np r e a l0 0 比例輸出 l m nir e a l0 o 積分輸出 l m ndr e a l0 0 微分輸出 p v r e a lo 0過程變量 e r r e a lo 0 誤差信號 4 f b 4 l 塊中p i d 算法 p i d 算法主要用于模擬量的控制 根據(jù)實(shí)際的需要 可以組成p i p d i d 控制器 以適應(yīng)不同的控制情況 1 算法分析 受控變量輸出的計(jì)算 p i d 控制器調(diào)節(jié)輸出以保證偏差 e 為零 使系統(tǒng)達(dá) 到穩(wěn)定狀態(tài) 偏差 e 是給定值 s p 和過程變量 p v 的差 p i d 控制的原理基于 下面的算式 輸出m t 是比例項(xiàng) 積分項(xiàng)和微分項(xiàng)的函數(shù) m t k c e k c e d t m i n i t i a l k c xd e d t 式中m t 一p i d 回路的輸出 是時(shí) 白j 的函數(shù) k c p i d 回路的增益 e p i d 回路的偏差 給定值與過程變量之差 m i n i t i a l 一p i d 回路輸出的初始值 為了能讓數(shù)字計(jì)算機(jī)處理這個(gè)控制算式 連續(xù)算式必須離散化為周期采樣 偏差算式 才能用來計(jì)算輸出值 數(shù)字計(jì)算機(jī)處理的算式如下 m n k c e n k i m i n i t i m k d e n e n 一1 即 輸出 比例項(xiàng) 積分項(xiàng)十微分項(xiàng) 式中m n 一在第n 采樣時(shí)刻p i d 回路輸出的計(jì)算值 k c p i d 回路增益 e n 一在第n 采樣時(shí)刻的偏差值 e n l 一在第1 1 1 采樣時(shí)刻的偏差值 k l 一積分項(xiàng)的比例常數(shù) 一積分項(xiàng)和 m i n i t i a l p i d 回路輸出的初值 k d 一微分項(xiàng)的比例常數(shù) 從這個(gè)公式可以看出 積分項(xiàng)是從第1 個(gè)采樣周期到當(dāng)前采樣周期所有誤 差項(xiàng)的函數(shù) 微分項(xiàng)是當(dāng)前采樣和前一次采樣的函數(shù) 比例項(xiàng)僅是當(dāng)前采樣的 函數(shù) 數(shù)字計(jì)算機(jī)中不保存所有的誤差項(xiàng) 其實(shí)也不必要 由于計(jì)算機(jī)從第一 次采樣開始 每有一個(gè)偏差采樣值必須計(jì)算一次輸出值 只需要保存偏差前值 和積分項(xiàng)前值 利用計(jì)算機(jī)處理的重復(fù)性 可以化簡以上算式為 m n k c g n k l x e n m x k d e n e n i 7 即 輸出 比例項(xiàng) 積分項(xiàng) 微分項(xiàng) 式中m n 一在第n 采樣時(shí)刻p i d 回路輸出的計(jì)算值 k c p i d 回路增益 e n 一在第1 3 采樣時(shí)刻的偏差值 e n l 一在第n 一1 采樣時(shí)刻的偏差值 k i 一積分項(xiàng)的比例常數(shù) m x 積分項(xiàng)前值 k d 一微分項(xiàng)的比例常數(shù) 對于c p u 而言 實(shí)際上是使用以上簡化后算式的改進(jìn)形式計(jì)算p i d 控制器 的輸出 這個(gè)改進(jìn)算式是 m n m p n m i n m d n 式中m n 一在第n 采樣時(shí)刻p i d 回路輸出的計(jì)算值 m p n 一在第n 采樣時(shí)刻的比例項(xiàng)值 m i n 一在第n 采樣時(shí)刻的積分項(xiàng)值 m d n 一在第n 采樣時(shí)刻的微分項(xiàng)值 2 比例項(xiàng)m l n 的計(jì)算 比例項(xiàng)m p n 是增益k c 和偏差e 的乘積 它其決定輸出對偏差的靈敏度 偏 差e 是給定值s p 與過程變量p v 之差 c p u 執(zhí)行的求比例項(xiàng)的算式是 i p n k cx s p n p v n 式中m p n 一在第n 采樣時(shí)刻的比例項(xiàng)值 k c p i d 回路增益 s p n 一在第n 采樣時(shí)刻的給定值 p v n 一在第i 1 采樣時(shí)刻的過程變量值 3 積分項(xiàng)m l n 的計(jì)算 積分項(xiàng)值m i n 與偏差和成正比 c p u 執(zhí)行的求積分項(xiàng)算式是 m i n k ext s t lx s p n p v n m x 式中m i n 一第n 采樣時(shí)刻的積分項(xiàng)值 k c p i d 回路增益 t s 一采樣時(shí)間間隔 t 一積分時(shí)間 s p n 一在第n 采樣時(shí)刻的給定值 p v n 一在第n 采樣時(shí)刻的過程變量值 m x 一第n 一1 采樣時(shí)刻的積分項(xiàng)值 積分項(xiàng)前值 積分和m x 是所有積分項(xiàng)前值之和 在每次計(jì)算出m i n 之后 都要用m i n 去更新m x m x 的初值通常在第一次計(jì)算輸出以前被設(shè)置為m i n i t i a l 初值 積分項(xiàng)還包括其它幾個(gè)常數(shù) 增益k c 采樣時(shí)間間隔t s 和積分時(shí)間t l 其中 t 8 采樣時(shí)間是重新計(jì)算輸出的時(shí)間間隔 而積分時(shí) 自j 控制積分項(xiàng)在整個(gè)輸出結(jié)果 中影響的大小 4 微分項(xiàng)m d n 的計(jì)算 微分項(xiàng)m d n 與偏差的變化成正比 其計(jì)算公式為 m d n k cxt d t s s p n p v n 一 s p n 一1 一p v n 一1 為避免給定值變化的微分作用