西门子S7-200型PLC-温度控制系统.docx

内容摘要
温度是工业生产中最常见的工艺参数之一，所有物理变化和化学反响都与 温度密切相关。在许多科学研究和生产实践领域，温度控制发挥着极其重要的 作用，特别是在冶金、化学、建材工业、食品工业、机械工程和石油工业。不 同的加热方法、燃料和控制系统被用于不同生产情况和工艺要求的温度控制。 例如，冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的加热炉、热处理 炉、反响堆等；燃料气、天然气、石油、电力等。温度控制系统过程的复杂性 和不确定性需要更先进的控制技术和控制理论。
可编程逻辑控制器（PLC）可编程逻辑控制器是一种工业控制计算机，它 是继承了计算机、自动控制技术和通信技术的新型自动装置之一。它具有抗干 扰能力强、价格廉价、性能可靠、易于编程、易于学习和使用等特点，在工业 领域受到技术操作者的青睐，因此PLC已被广泛用于工业控制的各个领域。
关键字：温度控制PLC组态
(3-2)
D(s) =
UG)
E(s)
(3-3)
"⑺=Kp[e(t) + - J e(t)dt + Td /]
u(t)PID回路输出比例系数P 积分系数I 微分系数D
PID调节的传输函数为
数字计算机处理这个函数关系式，必须将连续函数离散化，对偏差周期采 样后，计算机输出值。其离散化的规律如表3.1所示：
表3.1模拟与离散形式所以PID输出经过离散化后，它的输出方程为:
模拟形式
离散化形式
e«) = r(Z) - c(t)
e(ri) — r(n) - c(n)
de⑺ dT
T
t
j e(t)dt
0
・e(i)T = T/⑴ i=0i=0
T »Td
(3-4)
〃(〃)=Kp {e(〃) + 不 Z e(i) + —4 i=01
="p (")+ ui (几)+ ud (/?) + w0
式中,
称为比例项
Up(n) = Kp式")
%(〃) = Kp二£e(i)称为积分项Tj i=o
ud (ri) = Kp^ [e(n) - e(n -1)]称为微分项在上述公式中，积分项是包括第一个采样期到当前采样期的所有误差的累积值。计算时，不需要保存所有采样期的误差项，只需要保存积分项之前的数 值，计算机处理时是符合这个思路的。因此，PLC中的PID指令可以用来实现基 于位置的PID控制算法的水平。
3. 1.2 PID在PLC中的回路指令西门子S7-200系列PLC中使用的PID回路指令,见表3. 2
表3.2 PID回路指令使用方法：如果EN 口的执行条件存在，可以进行P1D操作。命令的两个操 作数，TBL和LOOP, TBL是循环表的起始地址，本文使用VB1OO,因为一个PID 循环占用32个字节，即VD1OO至I」VD132。LOOP是回路编号，可以是0到7,不 能重复使用。PLC中PID回路的地址分配如表3. 3所示。
名称
P1D运算
指令格式
PID
指令表格式
PID TBL, LOOP
梯形图

EN PID ENO
TBL
LOOP

表3.3 PID指令回路表
偏移地址
名称
数据类型
说明
0
过程变量(PVn)
实数
必须在0. 0~1.0之间
4
给定值(SPn)
实数
必须在0. 0~1.0之间
8
输出值(Mn)
实数
必须在0. 0~1.0之间
12
增益(Kc
实数
比例常数，可正可负
16
采样时间(Ts)
实数
单位为S,必须是正数
20
采样时间(Ti)
实数
单位为min,必须是止数
24
微分时间(Td)
实数
单位为min,必须是正数
28
积分项前值(MX)
实数
必须在0. 0~1.0之间
32
过程变量前值(PVnT)
实数
必须在0. 0~1.0之间
3. 1.3回路输入输出变量的数值转换方法
在这项工作中，设定点温度是给定值SP,要控制的变量是烤箱的温度。然 而，与PID控制回路的输出相连的并不完全是过程变量PV。在这项工作中，测 量的温度信号在成为过程变量之前就被转换成了标准信号温度值，所以这两个 数字的大小不一样，需要进行比拟。来自传感器输入的电压信号被EM235转换 为整数值，但PID指令必须用实数数据执行，所以必须将整数转换为实数。这 是用DTR指令完成的。如在本设计中，它是温度经传感器转换后由AIWO读入的 数字量。转换程序如下：
MOVW AIWO ACODTR ACO ACO
MOVR ACO VD1OO
实数归一化处理
由于PID中的几个参数，除了采样时间和三个PID参数外，都要求输入或 输出值在0.。和1.0之间，所以在执行PID指令前，必须对PV和SP的值进行 归一化处理。因此，它们的数值都在0. 0和1. 0之间。。单极性的归一化的公式：
心",”=（鼠卬/32000）（3-5）
3. 1.5 PID参数整定
PID参数调整的方法是确定控制器的比例系数P、积分时间Ti和微分时间 Td,以改善系统的静态和动态特性，使系统的过渡过程到达最满意的质量指标 要求。这一般可以通过理论计算来确定，但误差太大。目前，应用最多的还是 工程整改方法有：如经验法、衰减曲线法、临界比例带法和响应曲线法。
经验法也被称为现场刮削法，不需要事先计算和实验，而是根据操作经验， 使用一套经验参数，并根据反响曲线的影响不断改变参数。对于温度控制系统， 在技术上有许多经验，规律见表3. 4表3. 4温度控制器参数经验数据
被控变量
规律的选择
比例度
积分时间（分钟）
微分时间（分钟）
温度
滞后较大
20 〜60
3-10
0.5-3
根据反复的试凑，调处比拟好的结果是P=15, 1=2.0, D=0.5
3.2 S7-200程序设计流程图主程序

主程序
子程序0
中断程序
图3. 2设计流程图

3. 3内存地址分配与PID指令回路表
3. 3.1内存地址分配表3.5内存地址分配
地址
说明
VD0
实际温度存放
VD4
设定温度存放
VD30
实际温度的存放
3. 3.2 PID指令回路表
表3.6内存地址分配
地址
名称
说明
VD100
过程变量（PVn）
必须在0. （T1. 0之间
VD104
给定值（SPn）
必须在0. 0~1.0之间
VD108
输出值（Mn）
必须在0. 0~1.0之间
VD112
增益（Kc
比例常数，可正可负
VD116
采样时间（Ts）
单位为S,必须是正数
VD120
采样时间（Ti）
单位为min,必须是正数
VD124
微分时间（Td）
单位为min,必须是正数
VD128
积分项前值（MX）
必须在0. 0~1.0之间
VD132
过程变量前值（PVn-l）
必须在0. （T1.0之间
3.4 S7-200程序设计梯形图
3. 4. 1初次上电
1）读取模拟信号并转换数值，以表示锅炉的当前电压。
2）判断烤箱温度是否在正常范围内，点亮正常运行指示灯或温度上限报警指示 灯。
Network 1
Network 2网络标题
|判断炉温是否在正常范围SMO.OVD30Q0.2
1
3. 4.2启动/停止阶段
启动程序：当按下启动按钮，启动标志位M0.1被设置，M0.2被重置。翻开 操作显示屏Q0.0,清空它并保持它以初始化PID。启动次级方案0。
停止操作：按下停止按钮后，启动标志位MO. 1被重置，停止指示灯亮起, 运行指示灯熄灭。而模拟输出AQW0被设置为零，这样锅炉就不会继续加热。停 止调用子程序0,锅炉温度仍会显示。。
Network 3SM0.010.0M0.1

SM0.010.0M0.1
1
10.1M0.1
1

Network 5
显示锅炉是否被加热

Network 4SMO.OM0,1Q0.1
1
QO.O

(R)
1

在静止状态下，模拟输出的零设置可以防止锅炉继续加热。
Network 6SBR 0
调用子程序。
3. 4. 3子程序
1）输入设定点温度
2）将设定点温度、P值、I值和D值导入PID。
3）每隔100ms中断子程序，进行PID操作。
Network 1设定温度
SMO.OMOV.R
——ENENO
50.0- INOUT -VD4Network 2
导入DIP。

100-INT_0-
10-MOV_B
ENOOUT
AT CH
EN ENO
INTEVNT
-SMB34

(ENI)
中断程序。
3. 4.4中断程序，PID的计算
1）模拟信号的采样和处理，归一化为PID。
2） PID程序操作
3）输出PID操作的结果并反向转换为模拟信号。
1 引言
2.1 温度控制系统的意义
温度和湿度的测量和控制在人们的日常生活、工业生产、天气预报和材料 储存中起着极其重要的作用。近年来，温湿度测量和控制领域开展迅速，随着 数字技术的开展，温湿度测量和控制的芯片已进入历史，并可用于工业和农业 等各个领域。
2.2 温度控制系统背景
20世纪70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是微电子和计算机技 术的迅速开展以及自动控制理论和设计方法的开展，国内外温控事业迅速开展, 并在功能化、自适应、自调整参数等方面取得了一些成就，有日本、美国、德 国、瑞典等国家的领先技术，产生了一批商用的、性能优良的温控器和仪表， 并广泛用于各行各业。
温度控制在全国各行各业中得到了广泛的应用，但从国内生产的温度控制 器来看，总体开展水平还不高，与日本、美国、德国等先进国家相比仍有较大 差距。目前，我国在这一领域整体上处于20世纪80年代中后期的水平，成熟 的产品主要基于〃点〃控制和常规PID控制器，它只对一般的温度系统进行控 制，难以控制复杂、时变的温度系统。而适应更高控制机会的智能自适应控制 仪表，国内技术还不是很成熟。形成商业和仪器控制参数的自调，还没有开发 出性能可靠的自调软件。大多数参数只能通过人工经验和我们的现场故障排除 来确定。
随着科学技术的不断开展，人们对温控系统的要求也越来越高。因此，高 精度、智能化、人性化的温控系统是国内外开展的必然趋势。
2.3 研究技术介绍传感技术
传感器技术、通信技术和计算机技术是现代信息技术的三项基本技术。
国家标准GB7665-1987对传感器的定义是：〃能够感知一定的测量值并按照Network 1

Network 1
PID
EN ENO
TBL
LnP
Network 2调用PID计算一
SMO.OPiD1|EN ENON
VB100-
0-
Network 3
4组态编程4. 1

4. 1
PLC通信配置与通信方式

4. 1.1串行数据传送和并行数据传送
1）平行数据传输。在平行数据传输中，所有的数据位都是同时传输的，以 字或字节为单位。并行传输速度快，但通信线路多，本钱高，所以适合近距离 的高速数据传输。
2）串行数据传输。在串行数据传输中，所有数据都是逐位传输。串行通信 只需要一对数据线。它更适用于长距离的数据传输。
绝大多数PLC网络以串行方式传输数据，而计算机或PLC内部的数据处理 和存储那么以并行方式进行。要串行地发送和接收数据，必须对相应的串行和并 行数据进行转换，即在发送数据之前，应首先将并行数据转换为串行数据；而 在接收数据之后，应将串行数据转换为并行数据，然后再进行处理。。
5. 1.2异步方式与同步方式
根据串行通信的不同类型，数据传输可分为异步和同步方法。
1）异步法：也被称为启动-停止法。当发送一个字符时，首先发送起始位， 然后是字符本身，最后是停止位。该字符后面也可以有一个奇偶校验位。异步 传输更简单，但在传输中增加比特会影响传输速率。在异步传输中，同步是由 起始位和波特率保证的。
2）同步方法：同步方法同时传输数据和时钟同步信号，并且总是在给定的 时间收集数据。数据传输的同步方法提高了数据传输率，但对通信系统的要求 更高。
PLC网络大多使用异步的数据传输方法。
4. 2网络的通讯PPI协议
PPI是一个主-从设备协议。主站向从站发送请求，从站作出回应。从站不 发送消息，而是等待，直到主站发送请求或查询，才做出回应。
主站和从站之间的通信是通过根据PPI协议管理的共同连接进行的，它不
限制可以与从站通信的主站数量；网络中最多可以安装32个主站。。
图7-7PPI网络

图4. 1 PPI网络
如果在用户程序中激活了 PPI主控模式，S7-200 CPU就可以作为RUN模式 下的主控设备使用。如果启用了 PPI主控模式，〃读网络〃或〃写网络〃命令可 用于从其他S7-200中读取或写入数据。仍然作为从机响应其他主控设备的请 求。
对于简单的单主站网络，编程站和S7-200 CPU可以通过PPI多主站电缆或 通过安装在编程站的通信处理器卡(CP)连接。
在图中上部的例如网络中，编程站(STEP7-Micro/WIN)是网络主站。在图 中下部的例如网络中，人机操作设备(如TD 200、TP或0P)是网络主站。
在这两个例如网络中，S7-200 CPU是响应主设备请求的附属设备。。
\^_1 △ □ □□□ V !□□□

S7-200
HMI （例加TD200）图4. 2单台主设备PPI网络
4. 3组态软件Kingview组态王开发监控系统软件，这是一种新型的自动化工业控制系统，用标准 工业软件和硬件平台组成的集成系统取代了传统的封闭系统。它具有适应性强、 开放性好、易于扩展、本钱效益高、开发周期短等优点。这样的系统通常可以 分为三个层次结构：控制层、监测层和管理层。监控层与控制层和管理层相连， 不仅实现了对现场的实时监控，还完成了自动控制系统中配置的上传和开发这 一重要任务。特别是考虑到了三个方面。屏幕、数据和动画。通过分析监控系 统的要求和要实现的功能，用配置王来设计监控系统。配置软件还为测试仪提 供了一个可视化的监控屏幕，便于测试仪进行现场实时监控。此外，它还可以 充分利用Windows的图形编辑功能，轻松构成监控画面，以动画的形式显示测 试设备的状态，并配有报警窗口、实时趋势图等，还可以方便地生成各种报告。 它还具有一套全面的设备驱动程序和灵活的配置，数据链接功能。
4.4组态王定义外部设备和数据变量4. 4.1外部设备的定义
配置王将需要与之交换数据的硬件设备或软件程序视为外部设备。本文中 的外部硬件设备是PLC S7-200,可以通过〃设备配置向导〃一步步连接。。
4. 4.2定义数据变量
为了通过组态王实现对S7-200的在线控制，必须在两个系统之间建立连接, 这需要为两个系统创立数据变量。变量的基本类型可以分为两类：〃内存变量〃 和"I/O变量〃。内存变量是组态王的内部变量，不与监控设备交换。I/O变量 是两者之间的桥梁，S7-200和组态王之间的数据交换是双向的，即当一方的数 据发生变化时，另一方的数据也会发生变化。因此，在建立连接之前，有必要 创立一些新的变量。
在本文中，PLC使用存储器VD0来存储当前的实际温度。而对于测定温度超 过105℃的温度过高，立即作出相应的警告信号。如图4. 3所示。
点击工程经理中的〃数据字典〃，然后双击右边的新建窗口，在出现的变量 定义口中填入相应的要求，并可在〃报警定义〃中设置报警。如图4. 4所示。
定义变量基本属性；报警定义|记录和平安区|
确定取消
定义变量图4. 3定义画面变量设置
基本雇性报警定义记录和平安区I 报警组名 RootNode 报警限
界限值报警文本 r黑假|5 r低 P高 丽 ： 高高|6 r死区|5优先级ii T
变化率报警厂变化军B
开关量报警I-:r 高•|―
偏差报警偏差
「小偏差;r大偏差「 厂死区E
r越限或偏差报警延时：
报警文本c改变
扩展域1报警文本 开-洪|开药关 关-疥住那么开一
扩展域2 :
确定图4. 4定义变量报警
秒分时
目标值

4. 4.3数据类型
只对I/O类型的变量起作用，共有9种类型:
Bit： 1 位,Byte： 8 位,

Byte： 8 位,
一个字节
Short： 16 位,
2个字节
Ushort： 16 位,
2个字节
BCD： 16 位,
2个字节
Long： 32 位,
4个字节
LongBCD： 32 位,
4个字节
Float： 32 位,
4个字节

String： 128个字符长度4.5组态王界面
4. 5.1温度控制主界面
EE区
开发系统--开发系统文件回 编辑团 排列工具⑴ 图库⑷ 画面地 帮助侬

18:00:00
12/20/00
设定温度UUititUUUS
当前温度itititu9UUU
।值
37启动
0H O
OFF停止
启动停止正常
报警加热
工具箱国巴A,B 印■司ra □ • o里 & - T 图 C
/ < E
图4. 5监控画面

4. 6启动组态王4. 6.2初次上电
第一次开机，没有模拟输入，只显示PID值和当前温度，图表是锅炉温度
的实时图表。
运行系统
口回区画面特殊调试关于
设定温度
|50.0 | |唯1值|丽
|35.13| 卜值 |忆0 ]
当前温度
18:54:02
2010-5-20
启动
停止
正常
报警加热
图4.6初次上电
启动
开机后，锅炉加热并保持在50摄氏度左右。。
13回冈

画面特殊调试关于设定温度 50.0

设定温度 50.0
D值
当前温度50.79
18:55:39
2010-5-20
启动
停止
正常
报警加热

图4.7启动加热4.6.4停止

当按下停止按钮时，锅炉停止加热，停止指示灯亮起，温度开始下降。。

图4. 8停止4. 6. 5报警
当温度越上限时，系统报警。
图4. 9报警
一定的规那么将其转换为可用的输出信号的装置或器具，通常由敏感元件和转换 元件组成。敏感元件是直接感知或响应测量的局部；转换元件是传感器的局部， 将敏感元件或对测量的响应转换为适合传感器或测量的电信号。〃
对生产过程的监控离不开对设备工作信息的收集，因此选择合适的传感器 至关重要，如果把计算机看作是自动化系统的〃大脑〃，把通道看作是〃神经网 络〃，那么传感器就是自动化系统的〃五感〃。如果没有准确、可靠和实时的现 场数据测量，就没有方法对系统进行监测。
1. 3. 2 PLC
可编程控制器的英文名称是Programmable Logic Controller,即可编程逻 辑控制器，简称PLC。
现代制造业必须对市场需求做出快速反响，生产小批量、多品种、多规格、 低本钱和高质量的产品，这便要求生产设备和自动化生产线的控制系统必须具 有极高可靠性和灵活性。可编程控制器正是顺应这一潮流而出现的，以微处理 器为基础的通用工业控制装置。
在20世纪60年代的汽车制造业，传统继电接触器控制装置广泛应用于生 产流水线的自动控制系统中。这套装置设备体积庞大，可靠性差，同时维护不 便，而且，完全由逻辑硬件构成，接线十分复杂。一旦生产过程某一环节发生 改变，控制装置就要重新设计改造。随着汽车生产工业的迅猛开展，对于汽车 型号频繁改进，传统控制系统捉襟见肘，弊端日益放大，最终PLC应运而生。 它开创性地引入程序控制功能，使计算机科学技术进入工业生产控制领域应用。
早期PLC仅仅是替代继电器控制装置完成顺序控制、定时等任务，但是其 简单易懂、安装方便、体积小、能耗低、有故障显示、能重复使用的特点，使 得PLC很快就得到了推广应用。随着超大规模集成电路技术和微处理器性能的 飞速开展，PLC的软、硬件功能不能丰富、完善。
国际电工委员会（IEC）对PLC的正式定义：“可编程控制器是一种数字运 算操作的电子系统，专为工业环境应用而设计，它采用一类可编程的存储器， 用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面 向用户的指令，并通过数字或模拟或输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。 可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易
在这个工程中，设计了一个基于PLC的温度控制系统。
PLC （可编程逻辑控制器）因其可靠性高、防止故障的能力强、编程简单、 功能强大、本钱高、体积小、功耗低而被广泛用于现代工业的自动控制。
PID控制是控制工程中广泛使用的一种控制算法，它对大多数控制对象具有 良好的控制效果。组态王组态软件因其在人机界面开发中的简单性和易用性而 被用户广泛使用和赞赏。
基于西门子S7-200系列PLC和组态王组态软件,我们成功开发了一套快速、 准确、稳定的温度控制系统，并到达了预期目标。加上组态王开发的人机界面， 整个系统操作简单，易于控制，大大提高了系统的自动化和实用性。
该温度控制系统也有一些缺乏之处需要改进，在编程时我们有编程软件自 带的PID指令向导模块，这很方便，但使得控制过冲和调节时间都有些大，如 果不直接调用该模块，而是自己编写PID控制子程序，控制效果可能会更好。 人机界面的内容也不够多，如果再加上报表系统、打印功能，那就更完美了。
今后，随着对PLC硬件系统和通信方式的深入了解，还可以扩展远程控制 指令，以应对运行过程中的各种变数，增加其他PLC,通过构建复杂的多级网络 来适应大规模的工业控制，使系统运行更加稳定可靠，性能更加完善。
于扩充其功能的原那么设计。”
PLC技术开展至今已十分成熟，生产PLC产品的厂家多达200多个，其中较 著名有德国的西门子（Siemens）公司、美国的Rockwell自动化公司所属的A-B （Allen & Bradly）公司、GE-Fanuc公司、法国的施耐德（Schneider）公司、 日本的三菱公司和欧姆龙（OMRON）公司。
1. 3. 3上位机
即使操作员不在生产现场，他也可以通过远程计算机，即主计算机，直接 向生产设备发送控制指令。人机界面（HMI）是在上位机的屏幕上动态实时显示 各种信号变化（水压、水位、温度等）。下位机是查询设备状态并直接控制设备 的计算机，通常是一个PLC或微控制器。。
组态软件
组态软件是自动控制系统监测和控制层面的软件平台和开发环境，使用灵 活的组态为用户提供通用水平的软件工具，快速创立工业自动控制系统的监测 和控制功能。
在组态软件出现之前，工业控制用户手动编写他们的人机界面（HMI）软件 应用程序或与第三方签订合同，这需要大量的时间，效率低下且不可靠；或者 他们购买专用的工业控制系统，这通常是封闭的系统，选择很少，往往不能满 足他们的需求，难以与外界互动，在扩展和增加功能方面受到严重限制。配置 软件的出现使用户可以利用配置软件的功能来建立一套最能满足其需求的应用 系统。
随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业中的广泛使用，以及各种 控制和过程监控设备在工业中的应用，传统的工业控制软件已无法满足用户的 多样化需求。在传统的工业控制软件开发中，只要被控制的工业对象发生变化， 控制系统的源程序就必须改变，导致开发周期长；成功的工业控制软件开发出 来后，由于每个控制工程都不一样，复用率很低，价格也相应地高。通用工业 自动化组态软件可以解决传统工业控制软件的问题，使用户可以根据自己的对 象和控制目的完成最终的自动化控制工程的任何配置。
2硬件设计
2.1硬件配置
2. 1. 1 西门子 S7-200 CUP226
S7-200系列PLC有四种不同的基本单元和六种类型的扩展单元。系统组件 包括基本设备、扩展设备、编程设备、存储卡、记录器等。表2.1中列出了 S7-200 系列的基本设备。。
表2. 1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元
型号
输入点
输出点
可带扩展模块数
S7-200CPU221
6
4
0
S7-200CPU222
8
6
2个扩展模块
S7-200CPU224
24
10
7个扩展模块
S7-200CPU224XP
24
16
7个扩展模块
S7-200CPU226
24
16
7个扩展模块
在这项工作中，使用了 CUP226,它有24个输入/16个输出，总共有40个 数字I/O点。它可以连接7个扩展模块，最多可连接248个数字I/O点或35个 模拟I/O点。26K字节的程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器, 2个独立的20kHz高速脉冲输出，PID控制器。2个RS485通讯/编程端口，具有 PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由通讯能力。I/O接线板可以很容易地整体拆 除。适用于要求较高的控制系统，有更多的输入/输出点，更大的模块扩展，更 快的操作和更强大的内部集成特殊功能。完全适用于复杂的中小型控制系统。
2. 1.2传感器
热电偶是一种感温元件，它直接测量温度并将温度信号转换为热电势信号。 常用的热电偶可分为两类。标准热电偶和非标准热电偶。标准热电偶是指其热 电势由国家标准在温度、承诺误差和统一标准分度表方面进行定义，并有自己 的指示仪器。非标准热电偶在使用范围或级数上都比标准化热电偶少，通常没 有统一的分度表，特别是对于某些特殊场合的测量。中国标准化热电偶从1988 年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、
R、J、T七个标准化热电偶为中国统一设计的热电偶型号。
2.1. 3 EM 235模拟量输入模块
EM 235模块是新一代交流隔离发射器模块，结合了高性能线性精密电流互 感器和意法半导体的单片集成发射器ASIC芯片，可直接将主电路交流电流转换 为线性比例的DC4-20mA输出（通过250Q电阻的DC1-5V或通过500Q电阻的 DC2-10V）o 10V）转化为恒定电流回路标准信号，连续传输到接收设备（计算机 或显示设备）。
表2-1显示了如何使用DIP开关来设置EM235模块。开关1到6选择模拟 输入范围和分辨率。所有的输入都被设置为相同的模拟输入范围和格式。表2. 2 显示了如何选择单/双极性（开关6）、增益（开关4和5）和衰减（开关1、2 和3）。在下面的表2. 2中，0N代表开，OFF代表关。。
表2.2 EM 235选择模拟量输入范围和分辨率的开关表・ c£ q

・ c£ q
EM 235
4定片1块
摘用伯,DIP世定开•美
图2.1 DIP开关

根据温度检测和控制模块，我设置PID开关为010001
单极性
加里程轴 入
分辨率
SW1
SW2
SW3
SW4
SW5
SW6
0N
OFF
OFF
ON
OFF
ON
0 至u 50mV
12.5PV
OFF
ON
OFF
ON
OFF
ON
0 至U lOOmV
25uV
ON
OFF
OFF
OFF
ON
ON
0 到 500mV
125uA
OFF
ON
OFF
OFF
ON
ON
0到IV
250 uV
ON
OFF
OFF
OFF
OFF
ON
0到5V
1. 25mV
ON
OFF
OFF
OFF
OFF
ON
0 到 20mA
5uA
OFF
ON
OFF
OFF
OFF
ON
0 至U 10V
2. 5mV
2. 1.4温度检测和控制模块
大学提供的温度检测和控制模块模拟了一个真正的锅炉，并能将0至10V 的模拟信号转换为加热锅炉的占空比。模拟输出信号也是0到10V,锅炉有一个 外部24V直流电源。。
2.2 I/O分配表表2. 3 I/O分配表
输入
10.0
启动按钮
10.1
停止按钮
输出
Q0.1
启动指小灯
Q0.2
停止指示灯
Q0.3
正常运行指下灯
Q0.4
温度越上限报警指示灯
Q0.5
锅炉加热指示灯

2.3 硬件接线图
O
1M
O O
0.0 0.1
1L
O
24V DC
S1
-S2
CPU 226
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4
O O O O O
加
物
八、、
白
e
图2.2硬件连接图
电流变送器
电压变送器 (J)
□©n未使用输入端
度块
温模
等 TJ
□XH
加热炉

000000
nnnnrin
L--
电流负载
1ST—
电压负载
ll«f—
图2.3 EM 235 CN连接图
3软件设计3.1 PID控制程序设计
模拟控制的一个较好的方法是PID控制，它在工业上已经使用了 60多年, 目前仍在广泛使用。人们在其应用中获得了很多经验，对PID的研究也到达了 一个比拟高的水平。
比例（P）控制是最简单的控制形式之一。其控制器的输出与输入误差信号 成正比。它的特点是快速反响和迅速控制，但不能消除剩余的差异。
在积分控制（I）中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比。积分控 制可以消除残差，但其特点是滞后性，不能迅速提供有效的误差控制。
使用差分控制（D）,控制器的输出与输入误差信号的差值成正比（即误差 的变化率）。差分控制通过猜想误差的变化趋势而采取预测性的行动。为了防止 发生更大的误差，差分控制不能消除剩余的差异。
PID控制中，P、I、D各有所长，各有所短，它们在一起使用时又相互限制， 但只有合理选择PID值，才能获得较高的控制质量。
3. 1. 1 PID控制算法也）.+双产）/ID控制环节 —口⑴ ） 被控对象 斗）》
反响环节
带PID控制器的闭环控制系统框图图3.1闭环控制系统
如图3.1所示，PID控制器可调节回路输出，使系统到达稳定状态。偏差e 和输入量r、输出量c的关系：
e（t） = r（Z）- c（t）（3-1）
控制器的输出为：