機電一體化實習報告

1、工學院實習報告課程名稱： 機電一體化指導老師： 章永年班 級： 機制126姓 名： 姜河川學 號： 33112618學 期： 2014 20 15 學年 第2 學期南京農業(yè)大學工學院教務處印工學院實習報告目 錄一、實習目的2二、實習內容及步驟2三、實驗設備、儀器與工具23.1設備23.2 工具2四、實驗電路和原理說明34.1溫度控制系統(tǒng)電氣圖34.2系統(tǒng)傳遞函數模型44.3溫度標定54.4系統(tǒng)參數整定5 五、實習心得10一、實習目的1. 掌握溫度控制系統(tǒng)工作原理2. 掌握溫度傳感器PT100及溫度變送器的接線及安裝3. 掌握PLC讀入溫度變送器信號的標定4. 掌握PID溫度控制及其調節(jié)的工作原

2、理及過程5. 掌握PLC程序的梯形圖編制方法6. 掌握EM231模擬量輸入模塊的設置及接線二、實習內容及步驟1. 硬件接線：掌握圖2-1所示原理圖，并參考S7200手冊中的技術規(guī)范里的接線圖，完成硬件接線。完成時間為1天。2. 溫度標定：編制溫度標定，轉換程序，在編程軟件的監(jiān)控狀態(tài)下，觀察轉換的結果。完成時間0.5天。3. 飛升曲線測定：編制溫度采集程序和組態(tài)軟件，采集，分析數據，求得1階滯后環(huán)節(jié)的3個參數。完成時間1.5天。4. PID程序編制：按照PID算法，編制PID控制的程序，并編制組態(tài)軟件采集PID控制下的溫度，分析PID參數對系統(tǒng)性能的影響。完成時間1.5天5. 提高：編制開關控制

3、的程序，與PID控制的結果對比，分析系統(tǒng)的性能。三、實驗設備、儀器與工具3.1設備S7200PLC一套（CPU及EM231模塊）、PT100及溫度變送器、電腦一臺（含PLC編程軟件）、按鈕盒1套、固態(tài)繼電器1個、熱水壺一個。3.2 工具扳手、螺絲刀、萬用表4、 實驗電路和原理說明4.1溫度控制系統(tǒng)電氣圖圖4-1-1 電氣接線圖（有錯誤）圖是開始時老師所給的實驗報告所給出的電氣接線圖，老師在第一天便告訴我們這張圖中設置了一些錯誤，要求我們自己弄清楚原理后改正過來并完成硬件接線。根據S7200手冊，參考其中的技術規(guī)范里的接線圖，我們在第一天很快就把線接好了。圖4-1-2 電氣接線圖（改正）圖4-1

4、-2是正確的接線圖。7200CPU226通過EM231模擬量采集模塊將溫度采集下來，并根據反饋控制Q0.0口輸出占空比可調的脈沖(PWM波形)，來控制主電路上固態(tài)繼電器的通斷，從而控制加熱功率，實現溫度的控制。PWM溫度控制的原理如圖4-1-3。圖中，固態(tài)繼電器的3、4端口接收控制信號，電壓U34如圖所示，當其為高電平時，1和2之間導通，所以加熱電阻兩端的電壓U如圖。從宏觀上而言，加熱電阻的加熱功率為P=Us*Ton/T，通過程序控制Ton的大小，就可以改變加熱電阻的功率，從而實現溫度控制。 圖 4-1-3 PWM控制原理4.2系統(tǒng)傳遞函數模型系統(tǒng)的組成圖如圖4-2-1。PLC控制程序中先將設

5、定的溫度值減去反饋的溫度值得到e(k)，再將e(k)經過PID變換求的u(k)，然后將u(k)賦值給PWM波形的Ton，T為PWM的周期，再將固態(tài)繼電器到加熱電阻到水溫作為是1階純滯后環(huán)節(jié)，如此可得系統(tǒng)的傳遞函數如圖4-2-2。其中，1階純滯后環(huán)節(jié)的參數K，T1，通過實驗測定飛升曲線的方法來確定。圖4-2-1 溫度控制系統(tǒng)框圖 圖4-2-2溫度控制系統(tǒng)傳遞函數4.3溫度標定 PLC通過EM231模塊讀取的值為1個數字，地址為AIW6，該數字代表多少溫度？需要進行標定才能知道。標定過程如圖2-5，先標定2點，本例是測定0度和100度時的AIW6，設為X、Y，即(0,X)，(100,Y)，設該2點

6、之間為直線，則根據線性關系可以將讀取的AIW6轉換為溫度。公式為：(AIW6-X)/(Y-X)=?/100，則？=(AIW6-X)/(Y-X)*100。？為轉換后的溫度。圖4-3-1 溫度標定4.4系統(tǒng)參數整定 4.4.1.飛升曲線的測定為了設計使系統(tǒng)獲得較好的性能指標的數字控制器,首先要了解被控對象的特性,并用以作為設計自動控制系統(tǒng)的依據?？梢岳脛犹匦?飛升曲線)來識別傳遞函數。具體做法如下：1）編制溫度采集PLC程序，下載至PLC中。程序如下，程序中M10.0的值通過組態(tài)軟件中開始采集按鈕設定。2）編制溫度采集組態(tài)軟件對PLC的溫度進行采集，存盤。操作過程如下：a)創(chuàng)建設備窗口。打開mc

7、gs組態(tài)環(huán)境，新建一個工程，進入設備窗口，如圖。雙擊設備窗口，進入設備組態(tài)窗口，在空白處單擊右鍵，彈出對話框選設備工具箱，單擊設備管理，雙擊通用串口父設備，然后單擊PLC，單擊西門子，選S7200-PPI，在設備管理器里就上述2個設備，然后再雙擊該設備，則設備組態(tài)窗口就存在該2個設備，如圖。圖4-4-1圖4-4-2雙擊串口父設備，將串口端口號設置和S7200的通訊號相同；將數據校驗方式設置為偶校驗。雙擊S7200PPI，彈出對話框，在內部屬性里增加2個通道，1個通道的寄存器類型選V寄存器，數據類型選32位浮點數，寄存器地址設為0，通道數量設為1，即創(chuàng)建一個通道指向PLC中的VD0；另1個通道的

8、寄存器類型選M寄存器，數據類型選通道的00位，寄存器地址設為10，通道數量設為1，即創(chuàng)建一個通道指向PLC中的M10.0。在選中通道連接，在該地址上輸入data01和data02，如圖。圖4-4-3變量data01就對應M10.0，data02對應VD0，組態(tài)軟件對該2個變量進行讀寫就相當于對M10.0和VD0進行讀寫。至此設備窗口設置完畢。b)創(chuàng)建用戶窗口如圖，圖中實時曲線中的畫筆屬性中，曲線1對應data02，即可顯示PLC中VD0的值，開始采集按鈕的操作屬性設為數據對象值操作將data02置1即將M10.0置1，結束按鈕將M10.0置0。圖4-4-4c)設置存盤屬性，點擊實時數據庫，雙擊

9、data01、data02，將它們的存盤屬性設為定時存盤，存盤周期1s。3）進入組態(tài)運行環(huán)境，點擊開始按鈕，開始采集存盤。觀察溫度曲線，直至到達穩(wěn)態(tài)值，結束采集。用excel打開存盤文件，繪制曲線，根據曲線的特點確定和1階純滯后環(huán)節(jié)的參數K，T1，。如圖，則K=c（）/,本例=0.06，T1和從圖中直接讀出。4）確定PID參數。PID參數按照如下經驗公式選取， Kp/T=1.2T1/K, Ti=2，Td=0.5式中T為PWM的周期。 經過曲線的分析我們知道K，T，最后得到Kp=0.4 ，Ti=6，Td=1.5。實驗所得的飛升曲線c（）=93.5625 K=c（）/=1559.3750.632*

10、c（）=59.1315可以根據曲線查出T1=12分20秒，=6秒5）PID算法VD16對應e(k-1)，VD20對應e(k-2)，VD24對應u(k-1)，VD28對應設定的溫度，VD32為a0，VD36為a1，VD40為a2。本程序將PID變換后的u(k)賦值給SWM70作為PWM波形Ton的大小。6）結果分析與結論本設計課題是針對基于S7-200PLC溫度控制系統(tǒng)，采用西門子S7-200PLC+EM231擴展模塊，并利用MCGS工控軟件對溫度控制過程進行實時監(jiān)控。用戶可以通過系統(tǒng)在組態(tài)界面中輸入想要達到的目標溫度，通過過程監(jiān)控，用戶能夠實時掌握實時溫度，通過顯示加熱占空比，用戶能更好的了解

11、實時狀態(tài)的加熱情況。并設置了PID三參數的輸入及顯示功能，可以讓用戶在控制過程中，改變PID三個參數，完成分階段PID等過程控制動作。使系統(tǒng)適應性更加提高，更能使用于運用于工業(yè)生產中。本套系統(tǒng)軟硬件簡單，適用于工業(yè)溫度控制，其控制精度高，超調小等優(yōu)點，并設置分段PID可以進行PID分階段各個參數的更改，使在溫度調試的過程能夠人為的控制，更具有適應性和良好的應用性。5、 實習心得 本次實習為期一周，時間雖短，收獲頗多。從剛開始的分組到最后老師的檢查驗收，整個過程，自己有所感，有所悟。通過實習，將在課堂上學習到的理論知識運用到實踐之中，對于一個學習機械專業(yè)的學生，接觸了其程序、控制的只是，感受到其中的樂趣無窮，程序中一個小小的變量的變化，將引起實際中事物的改變?；仡櫿麄€實習過程，前期查閱有關STM32的資料，大致了解其工作原理，學習其運作方式，根據自己所學的知識和老師的講解，與組員一起連線，編寫程序，其過程還是遇到了許多困難，我們請教老師，向其他組學習，將一切準備工作完成后，反復燒水，與老師給的數據進行對比，不斷調試，在最后的階段，終于調試