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致谢 中文摘要 英文摘要
第一章 实验装置介绍
1 实验装置的基本原理 2 系统主要设备及作用 3 电器柜接线图设计及调试
第二章 控制系统的设计
1 经典PID控制器原理 2 经典PID控制器的设计
3 模糊自整定PID控制的设计与仿真
第三章PLC软硬件的介绍
1 硬件的总介绍
2 模拟量输入模块1746-NI8介绍 3 模拟量输出模块1746-NO4I介绍
4 继电器（开关量）输出模块1746-OW16的介绍 5 通讯接口卡1784-KTX
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6 网络适配器1770-SC 7 RSLogix500软件说明 8 RSLinx-32位通讯软件介绍
第四章系统下位机的软件设计
1 编程中应注意的问题 2 编程思想 3 主程序流程图 4 程序说明
5 内存及I/O分配表 6 程序清单
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多变量温度控制系统设计
摘要
本论文详细介绍了毕业设计的全部任务和完成情况。从理论研究到实验装置设计，机理建模、仿真研究、软硬件的设计。
本毕业设计包括三大部分：第一部分，系统的总体规划和系统组建;第二部分，系统控制算法的研究及仿真;第三部分，下位机PLC应用及编程
第一部分，介绍了实验装置的基本原理，控制参数，完成了系统的的总体设计及系统组建。对原林晨同学的设计进行了部分的改进，使之适用于系统的具体要求。
第二部分，对系统的建模、PID参数整定、PID算法等进行了研究，为PLC得编程提供了充分的理论依据。并针对本系统用Matlab编制
了各方案的仿真程序给出了仿真结果，并对存在的问题进行了讨论。
第三部分， 对PLC的软硬件设计进行了详尽的探讨，并以本系统的设计为例，介绍了软硬的设计方法。
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第一章 实验装置的介绍
1 实验装置的原理
1.1.1 实验原理的介绍
在聚合和发酵反应的过程中，温度是决定产品质量的关键所在。但我们知道, 聚合反应和发酵反应都是放热反应过程, 如不加以控制, 釜内温度会随着反应热的产生而逐渐上升. 所以,我们必须对反应温度作准确而稳定的控制. 无论是间歇生产还是连续生产, 控制好温度都是核心内容. 这就要求我们能对反应的机理与过程, 控制系统的构建及控制方案的选择有较深的认识, 同时也要求我们能对当前在工业过程自动控制中应用广泛的可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)有一定的了解, 并能通过编写梯形图程序来实现控制方案, 最终实施对工业过程(对象)的控制. 这就是本课题------间隙反应过程装置研究------的基本出发点. 1.1.2 实验装置
装置见图1.1及(说明)表1.1
图1.1
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仪 表 位 号 TT201 TT202 TT203 TT204 TT205 PT201 PT202 FT201 FT202 FT203 LT201 LT202 FC201 FC202 FC203 FC204 FC205 FC206 FC207 FC208 C1 C2 C3 C4 C5
用 途 测量釜内水温 测量系统进口水温
测量盘管冷却水出口水温 测量夹套冷却水出口水温 测量出釜水温 测量釜内压力 测量系统进口水压 测量盘管冷却水流量 测量夹套冷却水流量 测量入釜水流量 测量釜内水位 测量排放槽内水位 控制盘管冷却水流量 控制夹套冷却水流量 控制入釜水流量
控制盘管冷却水通/断 控制夹套冷却水通/断 控制入釜水通/断 控制釜水排空通/断 控制出釜水通/断 电加热DK1 （1KW） 电加热DK2 (2KW) 电加热DK3 (2KW) 搅拌电机X
排空电机(变频电机)Y
备 注
表1.1
温度是发酵反应和聚合反应的核心部分，它的诸多参数是影响产品质量的重要因素。用实验装置模拟发酵反应和聚合反应是对之进行深入研究的一个重要手段。另外，从理论研究的角度来看，因温度控制是化工过程控制中四大控制变量中最为重要的，所以该装置也有具有典型意义，可以把它作为典型对象进行研究。
本实验装置是用一个缩小了的釜来模拟反应釜。实验室中不可能用实际的化学反应来进行研究，而用循环水代替料液，实验装置如图。循环水经泵分别进进料管、盘管、夹套，这样就有了进料系统、冷却系统。系统的反应热是通过PLC来控制釜下部的加热器来模拟的，并用一搅拌电机来使加热均匀。水的排出有两种情况，模拟间歇反应时：通过釜下部电磁阀来控制的；模拟连续反应时，通过釜内压力把水压入排水管。是这样就可调节排水了另外。另外，水槽的排水是通过变频电机来控制的。
可见：该系统是一套模拟连续,间歇聚合生产的实验装置.也可模拟发酵反应。实验装置主要包括反应釜，加热棒，釜内盘管冷却系统，夹套冷却系统，进料出料系统。实验中以出釜水温（或釜内水温）和釜内液位为被控变量，以两套冷却水流量及入釜水流量，出釜水流量为控制变量，同时也可将各流量变化作为干扰量加入，从而组成
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多种控制系统，并通过实验装置验证系统稳定性及控制系统各质量指标。 1.1.3 反应釜控制参数的讨论
通过机理建模，得对象的传递函数为：
T(s)Nk Gp(s)==u(s)Js+1
m(l+n)m0.8m(T0−tg)A 0.8n+u0k=0.8 u0 J= m1.82 N= ()+nuA00.8 Au0 在实际控制过程中，时间常数J是我们最为关心的。从上述机理建模的结论式中，不难看出，当盘管冷却水流量u。变大、盘管传热面积A变大或l（＝ＶpCp）的值变小时，时间常数Ｊ都会减小。并且时间常数Ｊ与稳态工作点有关。 通过上面的机理建模，我们不难发觉，这一对象传递函数的求取是与对象的某一静态工作点相对应的，它并非是处处都适用的。事实上，由于工业实际过程的复杂性，传统的单一模型通常难以覆盖系统的所有动特性，这就为控制方案的选择带来了困难。针对这个问题，一种常用的方法是：对于动特性随工况而变化的工业过程，系统表现出的复杂特性在理论上可以通过多模式的方法加以描述，即在不同的工况或时间段，不同的模型有效，由于多模型之间具有互补型，它能更好地描述实际过程，适用于不确定的对象，反应在控制系统的设计上可采用不同的控制律（模态）实现整个过程的稳定控制，由此降低过程的不确定性和时变性对控制系统设计带来的影响。（过程在某一操作点及其附近工作时，一种控制规律能获得较好的控制品质称之为一个模态）。此外，许多先进的控制方法与策略，诸如模型预测控制、自适应控制等，也被用于解决更为复杂的控制问题。 62 系统主要设备及作用
1.2.1 系统主要设备及作用： 1 加热棒
三根棒状电加热器（1kw+2kw+2kw）安装于釜底，主要作用：
(1)系统开机后，大功率加热，模拟聚合反应前的物料升温加热，并模拟聚合升温反应温度曲线（实验中视具体要求设定）。
(2)釜内温度稳定后可用单支小功率加热，模拟聚合（或发酵）反应放热，同时，可通过上位计算机设定加热棒功率，通过PLC控制加热棒开关周期来达到不同的放热效果，并可对系统模拟放热反应进行干扰设定。 2. 内盘管冷却系统
安装于釜内，可通过控制管内冷却水流量来达到控制釜温或出釜水温度，也可以改变其流量作为控制系统的干扰量加入，管路上安装的主要部件有：
(1) 电磁阀，用于启，闭盘管冷却系统，安装于入口前,由PLC输出开关量信号控制。 (2) 涡街流量计，用于测量盘管冷却水流量，输出信号送PLC. (3) 电动调节阀,由PLC输出信号（4~20mA）控制流量.
(4) 冷却水入出口温度，由热电阻Pt100测得，经温度变送器转换成4~20mA信
号后送PLC.
3.夹套冷却系统.
装于釜外壁进行热交换，可通过控制冷却水流量来达到控制釜温或出
釜水温度，也可以改变其流量作为干扰量加入，管路上安装的主要部件有：
(1) 电磁阀，用于启，闭夹套冷却系统，安装于入口前,由PLC输出开关信号控制。 (2) 涡街流量计，用于测量盘管冷却水流量，输出信号送PLC. (3) 电动调节阀，由PLC输出信号（4~20mA）控制流量. (4) 冷却水出口温度，由热电阻Pt100测得，经温度变送器转换成4~20mA信号后送PLC. 4. 进料,出料系统.
进料直接通入水,出料由釜内压力压出。管路上安装的主要部件有：
1):电磁阀（两个），用于开关进，出料。间歇操作时，待物料充至指定液位后，两阀均关闭。
2): 涡街流量计，用于测量进出料流量，输出信号送PLC。 3):电动调节阀，由PLC输出信号（4~20mA）控制进出料流量.
4): 温度测量变送器，测量出料温度，由热电阻Pt100测得，经温度变送器转换成4~20mA信号后送PLC. 5. 釜
反应釜为一密封器件，装有搅拌器，内盘管，加热棒，外壁有夹套，进料靠近釜底下部，出料由釜上部出，釜出口水温及釜内液体为被控变量.测量量有:
1 釜内部温度 2 釜压 3 内液位(由差压变送器测) 4 釜出口水温（温度Pt100测）
以上测量信号都送PLC ,其分配槽号地址见附图 1.2.2 系统的特点
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该装置的设备图见附录一图（1），由附图我们可发现该装置有如下特点 1. 反应釜的大小适中, 从而要求实验的时间(主要是初始阶段加热釜液的时间)不能太长, 整个实验过程应控制在较为合理的时间范围内. 2. 该反应釜应具有进/出料系统和排空系统，且进料管有电磁阀可控制通断。这样为间歇/连续生产两种生产方式的控制提供硬件基础。 3. 釜液的冷却既可通过盘管冷却, 又可由夹套冷却，且冷水的进出口的温度都有测量。 这也是从为各种控制方案的实施提供了基础. 4. 反应釜有搅拌装置. 这有利于反应液与冷却系统之间的传热。 5. 加热功率可变的加热系统（通过调节加热器的个数和加热器的通断时间）. 使加热系统既要能够全功率的加热釜液使之快速升温, 又要能在釜温达到设定值后降低功率, 以部分功率加热来模拟反应热。
由于该装置通过下位机可编程控制器PLC来进行对整个系统的顺序控制，上位机用工控机的Intouch软件实现对系统的监控、生产的历史记律、危险的报警及各种控制方案的选择和设计（设计现代控制方案）。组成了十分先进的小型DCS系统。
通过改变对象的特性曲线（利用特点5），可模拟发酵反应、聚合反应、连续反应、间歇反应以及时变反应和非时变反应。通过下位机PLC的编程可实现经典控制方案，如：单回路PID控制、串级PID控制、前馈PID控制以及选择性控制等，也可通过PLC编程实现各种现代控制（模糊控制PID控制、智能PID控制、自适应PID控制、预测PID控制、神经网络PID控制以及PID自整定技术等等）。
可见该系统可十分方便的进行各种温控方案的设计和实物仿真测试。
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3电器柜接线图设计
1.3.1 带控制点的工艺流程图
由附录一图(1)可见：所选择的多个测控点能较为全面的为多种控制方案
的实施提供基础, 即能通过从已有的测量点和控制点当中分别选取被控变量和控制变量来实现不同的控制方案(当然, 这其中包括了简单而具有工业实际应用价值的单回路PID控制方案)，并且各测控点与生产过程紧密结合在一起, 即从装置开始运行起至整个实验结束, 都能很好的实现上位机的监控，如对排空阀, 搅拌电机的控制.
1.3.2 供电系统图（见附录一图（2））及系统回路图（见附录一图（3，4，5））
严格来讲, 供电系统图应包括电源及电压等级; 供电回路分配情况; 必要时注出开关,熔断器的容量以及设备表. 在设计中, 采用了一些简化的表示，详细情况可参见总背面接线图。
在系统连线回路图中, 主要包含了PLC与测量仪表的连线回路, PLC与调节阀的连线回路, 以及PLC与电磁阀,变频器和电加热器的连线回路. 在设计中, 参照各仪表,设备的有关说明进行接线. 主要需要注意的是:
(1)PLC的开关量输出模块触点能否拖动电磁阀, 搅拌电机及电加热器. 如果不能, 则需要加电子开关。本装置选择用电子开关来进行开关量的输出，这样即可确保负载的正常工作又可隔离较大负载对PLC的干扰。 (2)对三支电加热器分三个回路单独加以控制的做法是为了满足电加热器能在不同要求下改变加热功率这一需要。
(3)对于变频器的控制，我们采用ABB标准接法。用一模拟量输出和一开关量输出来控制电机的起停、转速。 (4)对于不用的模拟量输入端子，可将其‘+’，‘-‘短接。 1.3.3 仪表背面接线图（见附录一图（6，7，8,9））
仪表背面接线图应根据位置绘制仪表, 电器设备, 元件的连线端子, 并注明仪表的实际接线点编号. 此处仅为接线目的而有所简化.
表示方法采用相对呼应编号法. 因为一来这样能清晰的表达出物理意义, 如哪里是供电,哪里又是至输出设备等, 二来这符合工业标准, 便于今后的维护和检修.
1.3.4 接线柜的验收调试
1:检查系统接线图是否正确。
２：检查各空气开关额定电流是否正确，各电子开关额定电流是否正确。 ３:检查柜内接线是否与接线图统一。 ４:系统上强电,看是否有危险。
５：模拟量输入回路： 用4-20mA信号源模拟变送器,检查变送器回路,通过PLC编程读取４－２０mA信号，看度取得数据是否正确。
６：模拟量输出回路： 用250Ω电阻模拟负载，通过PLC编程使ＰＬＣ输出４－２０mA电流，用电流表检查回路电流大小是否正确。 ７：开关量输出回路： 用灯泡模拟负载（电磁阀、电加热器等），通过PLC编程使PLC开关量输出为１，看该回路灯泡是否点亮。
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第二章 控制系统的设计
1 经典PID控制原理
2.1.1 PID控制简述
PID控制是一种应用广泛、技术成熟的控制技术。其调节器结构简单，物理意义明确，控制精度高，使用方便，具有一定的鲁棒性，至今仍被广泛应用于工业控制中（。随着现代工业的发展和其它各种先进技术的发展，自动化技术将会得到更大的发展。但是，近期PID控制的主导地位仍是不可动摇的。特别是各种改进的PID控制，如非线性PID控制、自适应PID控制、2自由度PID控制等，将会有很大的发展和更多的应用。
2.1.2 PID控制算式
（1）PID控制结构：如图2.1所示：
G (s)c
P+-eID11/(T s)iT sd
++
Kp
G (s)p
u
图2.1 PID控制系统框图
（2）PID控制的理想算式为：
tde
u(t)=ke(t)+ki∫edt+Kd
dt
即根据系统输入与输出的偏差调节控制器输出。 控制器传递函数为
G(s)=K(1+
K1
+Tds)=K+i+Kds sTis
(3)实际中使用的PID控制算式一般为
u(t)=K(βr−y+
dyf1
−edtT) dTi∫dt
其中e=r−y，Yf(s)=
1
Y(s)，N∈[320]。
1+sTd/N
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式中β为给定值加权，一般取01,以求在不影响抗扰动性能的情况下减小超调。yf(t)相当于y(t)的一阶滤波，使y(t)的微分增益不超过N。实际中根据不同的要求，可使用多种形式的PID控制。如偏差一阶滞后形、微分项一阶滞后形、测量值微分先行形等。
2.1.3 PID控制器的参数整定
PID控制的性能取决于其控制器参数整定的情况。关于PID控制器参数的整定方法很多，如基于积分准则（ISE、IAE或ITAE等）的整定方法，但这类方法须知对象模型，而且费时，多用于研究比较。较实用的有经验法、临界比例度法、衰减振荡法、响应曲线法及一些克服某些缺点的修正方法。
（1）经验法：若将控制系统按液位、流量、温度和压力等参数来分类，属于同
一类别地系统，其对象特性往往比较接近，故采用的控制器形式和整定的参数均可相互参考。
a)液位系统：对只需要实现平均液位控制的地方，宜采用纯比例，比例度要大；
b)流量系统：典型的快过程，且往往噪声影响较大，宜采用PI，且比例度要大，积分时间可小；
c)温度系统：对于间接加热的温度系统，由于具有测量变送滞后和热传递滞后，所以较为缓慢。比例度设置范围约为20—60，一般积分时间常数较大，微分时间约为积分时间的四分之一；
d)压力系统：压力环路有的运行很快，有的很慢。若过程非常迅速，可参照流量系统；若包含较大的动态滞后，可参照温度系统。 经验整定值可参照表2.1
表 2.1 经验法整定参数
系 统 参 数
P,% Ti,min Td,min
温 度 20—60 3—10 0.5—3 流 量 40—100 0.1—1 压 力 30—70 0.4—3 液 位 20—80 （2）临界比例度法：临界比例度法又称Ziegler−Nichols方法。它便于使用，
而且在大多数控制回路中能得到良好的控制品质。尽管它早在1942年就已提出，但仍是常用方法之一。这种整定方法是在闭环的情况下进行的。首先将控制器的积分和微分作用全部除去，按比例增益Kc由小到大的变化规律，对应于某一Kc值作小幅度的设定值阶跃干扰，以期获得临界情况下的等幅振荡。此时可获得临界振荡周期Pu和控制器临界比例增益Kcmax。然后按表2.2的经验算式求取控制器的最佳参数值。
表2.2 临界比例度法整定参数 Kc 控制规律 Ti
Td
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P PI PID
0.5Kcmax 0.45Kcmax 0.6Kcmax
0.83Pu 0.5Pu
0.12Pu
（3）衰减振荡法：在一些不允许或不能得到等幅振荡的地方，可考虑采用修正
方法——衰减振荡法。它与临界比例度法的差异仅在于它是在纯比例下获
取4:1的振荡曲线为整定参数的依据。在衰减振荡下的周期P总是比Pu大。积分与微分时间的设置与P有关。对PID控制， Ti = 0.4P Td= 0.1P
设置好Ti、Td后，Kc的设置可以经过实验来决定，以获取4:1的振荡。 2.1.4 PID控制的评价
PID控制器是一种按当前偏差确定控制量的线性调节器，其优点是简单且鲁棒性强。但它也存在着一些缺点。如对于工业对象中普遍存在的时变、非线性、不确定性，PID控制系统往往不能保证良好的调节品质。对于大惯性、大时滞对象，其调节效果也不能令人满意。在静态精度和动态稳定性能及响应快速性和平稳性两方面，PID也只能折衷处理。这些问题是由PID控制器本身无法克服的缺陷带来的。众所周知，作为PID——若要超调小则难以保证快速性的指标；而若要动态过程快，则超调量必然过大。同样时刻固定的PID控制器参数也是一大原因。随着生产的发展和技术水平的提高，人们对控制系统的要求也越来越高。传统的人工整定方法，不但相当费时费力，而且参数整定质量完全取决于操作人员的实际经验和水平，而且无法根据对象特性变化和动态过程修改控制量。这就使得参数整定难以达到较优状态，无法满足要求。所以，随着生产的发展和控制品质要求的提高，传统的PID控制技术和控制器参数整定方法在很多场合已不能满足应用的需要，亟待从不同的角度进一步研究和改进，满足日益严格的工业过程的要求。
PID控制的特点总结如下： 优点： （1）简单直观，便于使用，在超过90%的工业回路中得到应用 （2）控制律的最优性 （3）具有一定的鲁棒性和自适应能力
缺点： （1）参数整定随意性大，实际中80%以上PID控制参数不十分理想； （2）难于控制复杂系统，时变、不确定、非线性及大时滞等对象 （3）难于控制MIMO系统
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2经典PID控制设计
2.2.1 模拟连续聚合生产工艺控制流程方案设计 A 单回路系统
按控制变量分类主要有以下几种方案: 1.被控变量:出釜水温
控制变量:夹套冷却水流量 实验中可引入的干扰有:
(1)盘管冷却水流量的阶跃干扰,通过电磁阀的开关实现;
(2)加热棒功率的阶跃干扰,通过PLC对加热棒功率的控制实现;
(3)入釜水流量,出釜水流量变化的干扰，通过PLC对电动调节阀的控制实现;
2.被控变量:出釜水温
控制变量:盘管冷却水流量 实验中可引入的干扰有:
(1)夹套冷却水流量的阶跃干扰,通过电磁阀的开关实现; (2)加热棒功率的阶跃干扰，通过PLC对加热棒功率的控制实现; (3)入釜水流量,出釜水流量变化的干扰,通过PLC对电动调节阀的控制实
现;
3.被控变量:出釜水温 控制变量:入釜水流量 实验中可引入的干扰有:
(1)盘管冷却水流量的阶跃干扰,通过电磁阀的开关实现; (2)夹套冷却水流量的阶跃干扰,通过电磁阀的开关实现;
(3)加热棒功率的阶跃干扰,通过PLC对加热棒功率的控制实现; (4)出釜水流量变化的干扰,通过PLC对电动调节阀的控制实现; 注:夹套和盘管冷却水不可同时关闭! B.串级控制系统
由副被控变量及控制变量分类主要有以下几种方案: 1.主被控变量:出釜水温
副被控变量:夹套冷却水出口温度 控制变量:夹套冷却水流量 实验中可引入的干扰有:
(1)盘管冷却水流量的阶跃干扰,通过电磁阀的开关实现;
(2)加热棒功率的阶跃干扰,通过PLC对加热棒功率的控制实现;
(3)入釜水,出釜水流量变化的干扰,通过PLC对电动调节阀的控制实现; 2.主被控变量:出釜水温
副被控变量:盘管冷却水出口温度 控制变量:盘管冷却水流量 实验中可引入的干扰有:
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(1)夹套冷却水流量的阶跃干扰,通过电磁阀的开关实现;
(2)加热棒功率的阶跃干扰,通过PLC对加热棒功率的控制实现; (3)入釜水,出釜水流量变化的干扰,通过PLC对电动调节阀的控制实现;
3.主被控变量:出釜水温
副被控变量:夹套冷却水出口温度 控制变量:入釜水流量 实验中可引入的干扰有:
(1)盘管冷却水流量的阶跃干扰,通过电磁阀的开关实现;
(2)加热棒功率的阶跃干扰,通过PLC对加热棒功率的控制实现; (3)出釜水流量变化的干扰,通过PLC对电动调节阀的控制实现; 4.主被控变量:出釜水温
副被控变量: 盘管冷却水出口温度 控制变量:入釜水流量 实验中可引入的干扰有:
(1)夹套冷却水流量的阶跃干扰,通过电磁阀的开关实现;
（2）加热棒功率的阶跃干扰,通过PLC对加热棒功率的控制实现; (3)出釜水流量变化的干扰,通过PLC对电动调节阀的控制实现; 2.2.2 间歇进料釜内水温控制流程方案设计
间歇进料釜内水温控制中被控变量为釜内温度,其控制方案与连续进料时相似,不同之处在于进料量和出料量始终为零,故这两个流量都不能作为控制变量和干扰变量,因此前述 控制方案中以这两个量作为控制变量的方案都不能在间歇进料时使用,也不能作为干扰量加入 . A.单回路系统
按控制变量分类主要有以下几种方案: 1.被控变量:釜内水温
控制变量:夹套冷却水流量 实验中可引入的干扰有:
(1)盘管冷却水流量的阶跃干扰,通过电磁阀的开关实现;
(2)加热棒功率的阶跃干扰,通过PLC对加热棒功率的控制实现; 2. 被控变量:釜内水温
控制变量:盘管冷却水流量 实验中可引入的干扰有:
(1)夹套冷却水流量的阶跃干扰,通过电磁阀的开关实现;
(2)加热棒功率的阶跃干扰,通过PLC对加热棒功率的控制实现; B.串级控制系统
由副被控变量及控制变量分类主要有以下几种方案: 1.主被控变量:釜内水温
副被控变量:夹套冷却水出口温度 控制变量:夹套冷却水流量 实验中可引入的干扰有:
(1)盘管冷却水流量的阶跃干扰,通过电磁阀的开关实现;
(2)加热棒功率的阶跃干扰,通过PLC对加热棒功率的控制实现;
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2.主被控变量:釜内水温
副被控变量:盘管冷却水出口温度 控制变量:盘管冷却水流量 实验中可引入的干扰有:
(1)夹套冷却水流量的阶跃干扰,通过电磁阀的开关实现;
(2)加热棒功率的阶跃干扰,通过PLC对加热棒功率的控制实现;
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3模糊PID控制器的设计
2.3.1 模糊控制器的介绍
近年来，模糊逻辑控制广泛应用于工业自动化、机器人控制、家用电器控制等领域，并取得了巨大的成功。在实际应用中，许多被控对象过于复杂或者缺乏有效的识别手段而无法建立确切的数学模型，这类对象往往具有非线性、强耦合、大滞后、参数时变等特点，对这类对象应用模糊控制一般可取得较好的效果。 普通的模糊控制器其量化系数都是固定不变的，当控制器性能不满足要求时，就需要对量化系数进行整定。本文提出了一种模糊自整定的方法。 2.3.2 自整定模糊控制
考虑一个SISO系统，根据生产过程的特点，本系统采用自整定模糊控制器。系统的结构框图如图2.2所示。 期望性能 e SP + _ d/dt _ 模 糊 参 数 自 整 定 E K1 ec EC K2 模糊 K3 对 控制器 U u 象 y 图2.2 自整定模糊控制框图 图中E、EC、U分别是偏差e、偏差变化率ec和控制量u的Fuzzy语言变量。根据工艺要求把E 分为7个模糊集合，分别为负大（NL）、负中（NM）、负小（NS）、负零（N0）、正零（P0）、正小（PS）、正中（PM）、正大（PL）。同样，EC和U分成7档模糊集合，即“NL，NM，NS，0，PS，PM，PL”。写成Fuzzy子集为
E ={NL, NM, NS, 0, PS, PM, PL} EC={NL, NM, NS, 0, PS, PM, PL}
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U={NL, NM, NS, 0, PS, PM, PL} 相应地，它们的论域分成如下的档级
E = {-6,-5,-4,-3,-2,-1,-0,+0,1,2,3,4,5,6} EC = {-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6} U = {-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7} 模糊控制器的控制规则可表示为
if Ei and ECj then Uij i= 1,2,…m，j = 1,2,…n 用一个模糊关系来描述，即 R = V Ei × ECj × Uij R的隶属度函数为
µR (e, ec, u) =V µEi (e, ec, u)Λ µECj (e, ec, u) ΛµUij (e, ec, u)
根据实际生产过程及操作人员的经验，总结出如表2.3所示的模糊控制规则表。 表2.3 模糊控制规则表 NL NM NS 0 PS PMPL 0 0 NL PL PL PL PL PM0 0 NM PL PL PL PL PM0 PS PS NS PM PMPM PMPM PMPS 0 NS NMNM0 PS PS PS 0 NMNMNMNM0 0 NM NL NL NL NLPM 0 0 NM NL NL NL NLPL 由控制规则，按照模糊推理合成规则进行运算，求出各相应的控制决策U，再按取隶属度最大值的原则，得到各相应的控制量。即如表2.4所示的模糊控制表。 表2.4 模糊控制表 -6 -5 -4 -3 -2 -10 1 2 3 4 5 6 7 7 7 7 7 7 7 4 4 2 0 0 0 -6 7 7 7 7 7 7 6 4 4 2 0 0 0 -5 7 6 6 6 6 6 6 4 4 2 0 0 0 -4 7 6 6 6 6 6 6 3 2 0 -1-1 -1 -3 6 5 4 4 4 4 4 1 0 0 -1-1 -1 -2 5 4 4 4 4 4 1 0 0 0 -3-2 -1 -1 5 4 4 4 1 1 0 -1-1-1-4-4 -4 -0 5 4 4 4 1 1 0 -1-1-1-4-4 -4 +0 2 2 2 2 0 0 -1-3-3-4-4-4 -4 1 2 2 1 1 0 -3-3-4-4-4-4-4 -4 2 0 0 0 0 -2 -3-6-6-6-6-6-6 -7 3 0 0 0 -2 -4 -4-6-6-6-6-6-6 -7 4 0 0 0 -2 -4 -4-6-7-7-7-7-7 -7 5 0 0 0 -2 -4 -4-7-7-7-7-7-7 -7 6 在实时控制时，根据E和EC查询该控制表得到相应的控制量，再乘以K3即可得到实际的控制增量。
控制器的输入量化系数K1、K2和输出量化系数K3的自整定也采用模糊逻辑，所需要测量的指标分别是系统阶跃响应的超调量OV、上升时间RT以及震荡幅度
17
OSC。如图2.3所示。
图2.3 需要测量的阶越响应指标
类似于模糊控制器，量化系数自整定的规则具有如下形式： if ∆OV is X1, ∆RT is X2, ∆OSC is X3, then ∆K1 is Y1, ∆K2 is Y2, ∆K3 is Y3。 其中 ∆OV=
OV−OVdesiredRT−RTdesired
,∆RT=
OVdesiredRTdesired
OSC−OSCdesired
OSCdesired
是所期望的性能指标。
∆OSC=
OVdesired,RTdesired,OSCdesired
一次整定后量化系数变为
K1 = (1+∆K1) × K1，K2 = (1+∆K2) × K2， K3 = (1+∆K3) × K3。
如果性能指标仍未满足要求，则继续整定直至满足为止。
在K1、K2、K3三个量化系数中，增大K1可以使系统响应速度加快，但超调量和振荡量增大。减小K1可以使系统超调量和振荡量减小，但上升时间和稳态误差增大。由此可见，K1的调整必须在一个区间范围内。增大K2可以在一定程度上减小超调量，但K2过大反而可能引起在设定值附近的振荡。并且K2的变化对系统而言是有限的。对系统整体性能影响最大的是K3，它对系统的影响类似K1，但程度更大。
量化系数的自整定遵循下列规则：
a. 优先调整K3使系统稳定，并使上升时间符合期望值。 b. 在的基础上通过调整K1，K2来逼近期望值。 c. 必要时再调整K3。
3.仿真研究
当过程具有较大的滞后与扰动，常规的PID控制器投运后引起过程震荡，操
18
作员一直根据经验采用手动控制，效果不理想。
取被控对象的传递函数为
10e−100s
G(s)=
(8s+1)(2s+1)
令K1=8，K2=200，K3=0.002。仿真结果如图2.4。从仿真结果可见系统严重振荡。
预先给出期望的性能指标是RT=270s, OV=5%, OSC=10%，经过整定最终K1=6.0750, K2=302.5, K3=5.8320。仿真结果如图2.5。K1、K2、K3在整定过程中的变化如图2.6。
按整定后的量化系数，在系统中加入幅值为1%的白噪声，仿真结果如图2.7。
图2.4 量化系数整定前系统阶跃响应
图2.5 量化系数整定前系统阶跃响应
19
图2.6：K1、K2、K3在整定过程中的变化
图2.7：按整定后的量化系数，在系统中加入幅值为1%的白噪声
20
第三章 PLC软硬件的介绍
1硬件的总介绍
在该PLC控制系统中，系统硬件配置如表3.1： 序号 硬件名称 型号 备注 1 框架 SLC500 1746-A10 2 PLC电源 SLC500 1746-P2C 最大0.75A 3 PLC的CPU SLC500 1746-L542B32Mem 4 模拟量输入模块 1746-NI8 8路输入 5 模拟量输出模块 1746-NO4I 4路输出 6 继电器输出模块 1746-OW16 16点输出 7 通讯接口卡 1784-KTX 插在上位机16位IS或 EISA扩展槽中
8 网络适配器 1770-SC 四套设备联485网用
表3.1
模块在框架中的位置为从左到右依次为电源、CPU、模拟量输入模块、模拟量输出模块、继电器（开关量）输出模块。
2模拟量输入模块1746-NI8介绍
3.2.1 模块工作特性
1746-NI8型模拟量输入模块包括双型号（型号1和型号3）的单槽模块。型号1输入映射有8个字，输出映射为8个字；型号3为16字输入映射，14字输出映射。型号3必须在SLC5/02以上的处理器中使用。本PLC系统采用了型号1的单槽模块。 1746-NI8共有8个输入通道，可以接受0从外部设备来的电压和电流信号。如果采用电流信号则把模块侧面的红色开关打到‘ON’即开关上拨，反之向下拨。改模块通过平行底板接口来和SLC500处理器来实现通讯，并且不需要外部电源，由SLC500电源通过底板供电。只要在电源能够支持的范围内，可以在PLC系统中安装多个模块。其中5VDC底板供电SLC电路，24VDC底板供电模拟量输入模块电路。 当接通电源后，模块将自动对其内部电路，内存，和基本功能进行检查。在检过程中模块状态LED保持熄灭。如果在电源接通诊断中没有发现错误的话，模块的状态LED灯就会亮。当电源接通诊断结束后，模块将会等待从SLC阶梯逻辑程序中来的有效通道组合数据（此时通道状态LED保持熄灭）。当组合数据（即输出映象表中对应于输入模块中的读数）被写入通道中后通道被激活，状态位被置位，通道状态LED开始亮，模块开始连续的把模拟量输入转化为在选择范围内的数字量输入。其中其组合字共有十六位：0-2位为输入类型，3-5位为数据格式，6和7位为开路，8-10为过滤器频率，11为通道激励，12-15没有使用，每个位具体的定义见表3.2：
位
定义 选项
组合字中设置位
21
±10V 1-5V 0-5V 0-10V 0-20mA
DIP开关设为关
4-20mA ±20mA 0-1mA 工程单位 PID比例尺 成比例记数
15 0
14 0
13 0
12 0
11 01
10 00001111
9 00110011
8 01010101
7
6 5 4 3 2
00001111
100110011
001010101
DIP开关设为开
0-2
输入 类型
0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1
3-5
数据格式
1746-NI4格式 用户定义 用户定义 非法 非法 零
0011
0 1 0 1
6-7
开路
上限 下限 非法
无
75HZ
滤波
8-10 器
频率
50HZ 20HZ 10HZ 5HZ 2HZ 1HZ
11 12-15
通道激励 不用
通道激励 通道不激励
表3.2
22
每次一个通道被模块读入的时候，模块就会检查数据值是否有错误（如开路，超过上限，低于下限）。当检测到这种情况时，通道状态字里面的一个位就会被置位然后通道状态LED将会闪烁。 在程序结束后或根据阶梯程序的命令，SLC处理器从模块里读取转化了的模拟量数据，处理器和模块决定底板数据被没有错误的传输，并且在梯形程序中使用。下图是数据传送示意图： 通道数据字电压或电流 1746-SLC 500 NI8通道状态字通道输入 模拟处理 器 量输 入模阶梯程序所发的 式 通道组合字图3.1 3.2.2输入的标度转换
通道数据字表示模拟量输入通道所输入的值，它包括几种不同的数据形式，如
下面就如何把数据字转换为由实际单位输入值举一个例子，为了做此标度转换，你必须知道已定义好的输入类型的电压/电流范围。同时，把Slow记作可能的最小输入值，把Shigh记作可能的最大输入值。 已知：一个传感器被用于测量温度值
4-20mA信号正比于100-500℃
通道数据字是Scaled-for-PID形式 测得通道数据字=5500 求：测得的实际温度值
方程： 实际温度值=Slow+[(Shigh-Slow)*(通道数据字/（最大通道数据字-最小通道数据字） 其中：
S=100C
o
low
S
high
=500C
o
通道数据字=5500
Scaled-for-PID的最大通道数据字=16383 最小通道数据字=0 解： 实际温度=100oC+（[500oC−100oC）*5500]（/16383−0）=234.28oC
23
3模拟量输出模块1746-NO4I介绍
3.3.1模块工作特性
1746-NO4I共有 4个输出通道，为电流型输出。其输出电流的范围0-21mA，每个输出通道的位数为16位，但实际使用的位数是十四位。其中0号输出通道
3-15位，其它的三个输出通道的有效位为2-16位，当选用4-20mA的有效位为1，
的电流范围时，选用4-20mA的电流范围时，其输出字的十进制表示
6242-312008，有效位数为12.6，每个LSB的分辨能力为2.56348uA。 其中1746-NO4I模块必须放在1746型输入/输出插槽中。该模块可由外部电源或框架底板供电，当采用底板供电时把模块侧面的黑色开关向下拨，反之则向上拨。
1746-NO4I的一般性能为： 名称 性能
SLC通讯格式 16位二进制补码 现场接线对背板的绝缘电压 500直流 更新时间 所有通道共512ms
Belden#8761 推存电缆
#14AWG 最大引线尺寸
接线端子排 可拆卸 安装位置 1746框架 校准 厂方完成 工作温度 0-60℃ 储藏条件 -40--60℃
相对湿度 5-95%（无冷凝） 推存使用的电缆长度（最大 500英尺（15米）
表3.3
输入通道个数 输出通道个数取用背板电流 对外配24VVdc电源要求NO4I 无 4电流型输出 55mA，24Vdc 24+-10%
195mA，24Vdc（21.6—26.vVdc 无各自隔离
表3.4
NO4I的电流输出特性： 名称 性能 分辨率 14位
0000 0000 01XX I/O映象字节中的LSB的位置
0.05% 非线形性
转换方法 R-2R阶梯
阶跃响应 2.5ms(上升到95%) 负载范围 0--500Ω
100uH 负载最大电感
电流输出编码（0—21mA-1LSB）0--+32764
0—+20mA 正常输出范围
5%(0--+21mA-1LSB)过载能力
2.56284uA/LSB 分辨能力
24
21mA 满量程
全量程精度（最大） 满量程的+-0.298% （在+25℃）
全量程精度（最大） 满量程的+-0.541% （0--+60℃）
最大全量程精度漂移 满量程的+-70ppm/℃
+-0.298% 最大增益误差（25℃）
+-0.516% 最大增益误差
（0--+60℃）
最大增益误差漂流 +-62ppm/℃
+-10LSB 最大零差
(25℃)
+-12LSB 最大零差
（0--+60℃）
最大零差漂移 +-0.06LSB/℃
表3.5
4继电器（开关量）输出模块1746-OW16的介绍
3.4.1 模块的工作特性
1746-OW16开关量输出模块共有16个输出通道。为继电器输出，其性能如下表所示：
名称 性能
16 输出点数
8 每组点数（共2组）
负载供电特性 交流/直流
5V 0.170A 背面电流
24V 0.180A Vdc 5-125V 负载供电
Vac 5-265 On=10.0ms 响应时间
Off=10.0ms
0输出时漏电电流(最大)0mA
负载电流（最小） 10mA 5V时
16.0ac 连续输出时电流
8.0A/Common表3.7
5通讯接口卡1784-KTX
3.5.1 1784-KTX卡的介绍
该通讯接口卡使ISA/EISA总线结构的PC机通过DH+、DH-485或通用
的I/O网络与SLC处理器通讯。1784-KTX通讯接口卡是一块比常规尺寸小一半
25
的卡，可以插进16位的ISA或EISA扩展槽进行数据传输、管理和局域网诊断。1784-KTXD卡是“通用”的编程接口卡，能够组态成DH+、DH-485和通用的远程I/O扫描器工作模式，以及直接与PLC-2和PLC-3处理器连接。
1784-KTX卡与1770-SC共同组成DH+工业局域网。
3.5.2 1784-KTX卡的设置
为了与RSLinx通讯，安装1784-KTX驱动程序，1784-KTX的设置为： 把开关SW3，SW4分别拨为D，7。这样把1784-KTX卡的内存地址设
为D700。
中断跳线设为no interrupt 。
用软件ktxdiag测试，各项性能通过则说明该卡设置正确或该卡没有问
题。
在RSLinx中
3.5.3 1784-KTX卡的编程方法
为了实现与Intouch的通讯，可在Iosever中的Allen-Bradley 1784-KT软
件中设置如下：（程序为AB1784KT.exe）
在菜单相Configure>Adapter Card Settings>New设置如图3.2：
图:3.2
在Firmware Loading>Configure中选择Do not Load Firmware。
26
在菜单相Configure>Topic Definition>New中设置如下图3.3：
图3.3
在菜单相Configure>DDE Server Settings中的设置如下图3.4：
图3.4
其中：Configureation File Directory为AB1784KT.exe的路径。 设置完毕后，通过Intouch中的I/O tagname模板定义I/O变量，便可实现Intouch
与SLC500的通讯了。
6 网络适配器1770-SC
3.6.1 1770-SC的介绍
用1770-SC可组建DH+工业局域网。
DH+（Data Hightway Plus）网络，他是一种工业局域，用于支持工厂应用工程的远程编程，也可以通过DH+在可编程虚控制器、计算机、人机界面产品等之间进行数据传送。所用的增强型PLC-5及SLC5/04可编程序控制器都有内置的DH+通讯口。DH+网络的每个链路最多可以连接64个设备，用户可以组态
27
一个具有99个链路的网络。
DH+网在令牌协议下工作，即只有持有令牌的站才能发送数据，工作时，令牌沿着物理链路单向的依次逐站传送，传递顺序与节点在链上的物理分布顺序有关。
DH+链的连接方式通常有两种：雏菊型和主干/支干。我们采用主干/支
干形式。
3.6.2 1770-SC的连网方法
图3.5
7 RSLogix500软件说明
RSLogix500是PLC-5处理器的梯形逻辑编程软件包,是一个32位的Windows软件。工作在Microsoft Win95与WinNT环境下。RSLogx软件的功能包括： 只有形态的梯形图编辑器使集中于应用逻辑代替了些程序是对严格
的语法的要求。 项目校验其可以建立错误信息列表，以利于编程人员浏览和修改。 托方编辑功能可以方便的将数据表元素从一个文件一道另一个文
件，将一个梯形从一个子程序或项目文件移到别处。 搜索和替代可以快速改变地址或符号。 一个称为项目树（project tree）的界面使编程人员可以访问项目包含
的所有文件夹和文件。 一个自定义数据监视器（custom data monitor）用于建分开的数据放
在一起便于查看。
28
3.7.1 RSLogix500的工作界面介绍
图3.6
项目树由控制器（controller）,程序文件(program file),数据文件（data file）,强制文件（force file）,常用数据监视器（custom data file）,数据库（database）构成。点击项目树就可以看到上面的各个文件。如果想进入某一文件，你只需双击该文件名就可以了.
其中控制器由控制器属性(controller propertiles)，处理器状态(processor
status)，输入/输出组合(I/O configuration)，通道组合(channel configuration)，多点监视器(multipoint monitor)组成。点击其中的任何一个图标，就会弹出对话框。根据需要我们可以更换控制器，观察处理器的工作状态，进行输入模块和输出模块的配置，同时还可以设置通讯方式，对特定的点进行监视。
程序文件最多可以有256个，其中0号文件和1号文件为内部的系统保
留文件不可以使用。文件0为系统功能，用于用户密码（用户程序标识）以及各种与系统有关项目；文件1是一个保留文件，在以后使用；文件2为梯形图文件可以存放用户程序。文件3-255是用来存放子程序。当用户使用子程序指令是这些文件被用户程序访问，其目的是允许用户节省存储器或减少扫描时间。当需要增加一个新的程序文件时，点击程序文件（program file），然后再点击鼠标右键，接着点击new，此后将会弹出对创建程序文件（Create program file）对话框，在对话框里可以对该新的程序文件进行命名和描述。如果要对一个已有的程序文件名进行修改的，酒吧光标一道程序文件，然后点击鼠标右键，选择Properties，就会弹出程序文件属性（program files properties）对话框，在对话框里可以修改文件名。
在项目树中当打开数据文件时，可以看到十个文件名，其中第一各位相
，在该文件里可以看到在阶梯程序中出现的所有的地址互参照（Cross Reference）
的符号，还有在梯形程序中的位置。其他的9个数据文件，其中0号为输出映象
29
表（O0-OUTPUT），1号为输入映象表（I1-INPUT），2号为状态文件（S2-SATUS），3号文件为位文件（B3-BINARY），4号文件为计时器文件（T4-TIMER），5号文
，6号文件为控制文件（C6-CONTROL），7号件为计数器文件（S5-COUNTER）
文件为整数文件（N7-INTEGER），8号文件为浮点数文件（F8-FLOAT），当处理
数据文件9能被用作原器不在网络上或处理其在只含SLC500的设备的网络上，
始文件，如果在RS-485链上，含有非SLC500的设备，数据文件被用作网络传输，非SLC500设备能写到这个文件；10-255号可以根据需要社定为位、计时器、计数器、控制、整数或浮点文件。加入新的数据文件的方法同加入程序文件的方法相同。数据文件和程序文件都包含在处理器存储器中。
在项目树中的强制文件（force files）由输入输出强制表构成,可以用来监
视设置强制,还可以对设置的强制进行激励或取消激励.常用数据监视（Custom data monitor）文件可以在该目录下建立一个CDM文件，在里面键入相应的地址，就可以读出值。数据库（data base）可以用来查找符号、地址、对地址进行注释，还有可以实现对梯级进行标号等功能。 3.7.2 RSLogix500调试方法
1:启动通讯软件RSLinx，选择组态驱动程序。打开RSWho应可看到主机及目的PLC。
2:从项目树上打开Controller Properties窗口，选择Controller Communications标签进行组态。
3:从Comms菜单单击Download，柬当前离线程序下载到控制器。
RSLogix500将询问是否希望转到在线方式。单击Yes转到在线方式，然后选择操作模式（比如编程或运行等）。也可以在Comms菜单中选择Partial |Download仅仅将制定的程序和/或数据文件、强制数据或通道组态进行下载。这是用户在下载时保留某些PLC程序不被覆盖。
4:选择调试方法：单步执行、连续执行、设置断点等。 3.7.3特殊指令介绍
1:过程控制指令PID
PID闭环控制可以使过程变量保持在希望的设定值。下图3.7是一个温
度控制例子：
图3.7
在上面的例子中，PID方程把输出信号传送给控制法，对整个过程进行
30
控制。前奎或输出补偿值用于补偿控制输出值，整个PID控制的目的使使过程变量（即温度）保持在设定值。
PLC-5具有专门的PID指令，用以处理器监视和控制诸如压力、温度、
液位等过程回路。它具有如下特点：
PID方程是用相关标准方程表示
输入范围为0~16383(14位的模拟量) 输出范围为0~100%(百分数)； 可设定死区；
可选择正向或反向控制(偏差E=设定值SV-过程变量PV，或PV-SV) 设定输出报警； 进行输出限幅；
可采用手动方式操作； 可进行前馈或输出补偿；
PID指令的算法：具有相关增益的标准方程：
Output=Kc[E+1/Ti∫Edt+Tdd(PV)/dt]+Bias
PID 指令是一条输出指令，其格式如图3.8：
图3.8
其中： Control block(控制块)：是一个数据文件，可以用整数文件，也可以
用PID数据文件，用来存储PID状态、控制位、常数、变量、和内部使用的参数。
Process variable(过程变量)：是存储过程输入值的字地址。
Tieback(手动返回)：使用手动控制站时使用，它来自手动控制站
BTR(块读)指令的输出。
Output(输出控制)：是字地址。PID指令将计算的PID输出值送到此
地址中。
2:标度转换指令：SCP：指令如图3.9： 图3.9
其中：
31
输入变量(input):可以是一个整型地址或浮点数地址
输入变量下限(input Min): 可以是一个整型地址、整型常数、浮
点型地址或浮点型常数。
输入变量上限(input Max): 可以是一个整型地址、整型常数、浮
点型地址或浮点型常数。
输出变量下限(Scaled Min): 可以是一个整型地址、整型常数、浮
点型地址或浮点型常数。
输出变量上限(Scaled Max): 可以是一个整型地址、整型常数、
浮点型地址或浮点型常数。且：输入输出关系是线形的。 输出变量(Output)::输出变量对应的地址，可以是整型地址也可以
是浮点型地址。
3:数据变换指令SCL：如下图3.10：
图3.10
其中：
源地址(Source)：必须为一整型地址。
斜率 （Rate）[/10000]：可以为一程序常数或一整型地址。 偏移量（Offset）：可以为一程序常数或一整型地址。 目的地址（Dest）：存放结果的地址。 其计算公式为：
Scaled value = (input value x rate) + offset
Rate = (scaled max. - scaled min.) / (input max. - input min.) Offset = scaled minimum - (input minimum x rate)
用途：该指令可以使一模拟量输入的值线性变换为程序需要的值。如： 用SCL指令把4-20Ma输入变量PID指令需要的变量形式。
8 RSLinx-32位通讯软件介绍
A-B可编程虚控制器的RSLinx是在Microsoft WinNT,Win95以及Win98操作
系统下建立工厂所有通讯方案的工具。它为A-B的可编程序控制器与各种RockwellSoftware及A-B应用软件之间建立起通讯联系。RSLinx的AdvanceDDE接口支持处理器与MMI（Man-Machine Interface）和组件软件之间进行通讯，也可以与DDE兼容软件，如Miicrosoft Execel，Access及其他用户定制得DDE应用软件进行通讯。
我们用的是RSLinx Lite ，它提供最低的功能以支持RockwellSoftwall和由A-B购得的应用软件，该版本不支持动态数据交换（DDE）或已公布的RSLinx C
32
应用程序编程接口（API）。它支持许多RockwellSoftWare可编程序控制器的编程产品与所选择的A-B自动化产品的通讯。该版本的特点：
由于所有的32位Allen-Bradley驱动程序都被封装在一个软
件包内，使升级到新的处理器和新的网络更为容易。
兼容RockwellSoftware和AB开发的产品。 支持多个通讯设备的并行运行。 图形RSWho属性结构控制功能与易于理解的诊断功能是系
统观察更直观。
直观的用户界面。 方便快捷的用户帮助系统。
3.8.1 RSLinx界面元件的组成与主要功能
File>Open Project菜单项用于打开、删除或创建一个新的DDE。DDE项目包括一个或多个DDE主题，用户可在此同时建立一组主体。
Communications>RSWho菜单项在RSWho窗口显示处理器通讯网络上所有有用的/活动的站点。
提示：如果一个显示设备带有一个红色的X，表示RSWho原来能识别该设备而现在不能。红色X表示一个通讯状态错误，例如：拔掉一个经过识别的设备。
Communications>Configure Drives菜单项设置驱动程序,该对话框用于
故选择的Drivers显示、添加、编辑、或删除驱动程序。这里我们用1784-KTX卡。
为AT-B-KT-1 DH+ Sta-0 Addr：D700 RUNNING
33
第四章 系统软件设计
在多变量温度控制系统实验装置中,下位机主要需要完成的工作一方面是起到输入输出数模转换的作用，另一方面是根据上位机给定的数据完成各种控制功能。
1 编程中应注意的问题
1.对输入模块1746-NI8，要使之正确工作，必须先设置控制字，具体方法为 向每一输入通道对应的控制字设置通道写入一个数。
图：4.1
2. 当S2:1/15被处理器置位时，说明用户程序在运行或测试方式的首次扫描中，这时可以运行初始化程序。
3.PID指令有多选择,在使用PID指令之前，必须先设置控制字，以明确具体实施方法。
4.由于PID指令计算值的范围和输出模块1746-NO4I的表示范围不同，必须进行标度转换。
５：对于间歇控制，可用步进编程思想
2 编程思想
1) 间歇生产过程的单回路PID控制
a. 程序实现的功能是：启动实验装置，加入釜属区稳定高质的关闭进料釜并全功率加热釜液至给定温度，然后改变加热器功率模拟反应中放出的反应热，同时实施单回路PID控制方案，将温度说明在给定温度点上。程序还将在接到停止实验命令后停止系统运行，并开排空湖放掉釜液。若排放槽内液位过高，程序还将启动排放电机将釜液打回至总量。此外，部门输入数据的处理也在程序中实现。 b. 编程思路：在可编程序控制器中，采用循环扫描的方式，不断地对输入和输出变量进行采样和输出，使得变量满足程序条件时及时有相应的输出使执行机构动作。这里，与计算机程序执行过程的区别是，在计算机的工作过程中，如果变量的条件没有满足，程序将等待，直到该条件满足。而在可编程序控制器中，程序执行时，如果这一个扫描周期变量的条件未满足，程序将继续执行下去，到下面的某一个扫描周期，变量的条件满足时，满足条件的运行结果就被执行。 正是出于PLC这一顺序执行操点，所以成在作程序流程图及编程时也采用了与以往编写Pascal及C语言程序不同的方法，用对象或事件为出发点来安排程序。依据这种思想来编写PLC程序，还有另一点合理之处是，① 不是使用控制
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语句来范围工业生产过程，而是把控制阀的动作作为对象或事料来看待。对象和事件都只具有真/假两个值，这符合梯形逻辑程序依照逻辑连续性来判别每个阶梯的特点。使用这一编程思路隔分梯形逻辑图程序更方便、准确。 例如：本程序中包含以下对象和事件： ·开/关进液阀 ·开/关搅拌电机 ·开/关加热器DKD ·开/关加热器DK3
·开/以方便输出控制加热器DK1 ·实施/不实施PID控制 ·开/关排空阀 ·开/关排放电机
此外，选择上活机作显示，分析，报警的部分数据也在程序中作了标度转换，即·输入数据处
3 主程序流程图
是第一次扫描 N Y 上位机有无操作
Y Y 是启动过程中
Y 系统初始化 N Y 通讯程序启动子程 N N Y 是控制过程中 散转到各控制子程序 N N Y 是停止过程中 停止子程序 N N Y 水槽水位达上限否启动排空子程序 N N 调用通讯子程序一次扫描结束结束图4.2
4 程序说明
PLC程序附在文后，说明如下：
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1） 初始化子程序，进行数据采集： 2） 当S2:1/15被处理器置位时，说明用户程序在运行或测试方式的首次扫描中，
然后进入初始化程序：1.对模拟量输入模块的数据进行初始化即把整数拷贝到输入映象文件O:1.0-O:1.7及O:2.0-O:2.7，激活采样模块，把数据读入输入映象表中；2把.选择PID算法的种类的整数送入整数文件N7:0，N7:30, N7:60. 3） 控制子程序中
B3:3每位对应一个控制方案，共预留了16个控制方案 每个控制子程序中，必须预先对设备进行初始化。 4） 水槽废水排空子程序
可用一单回路PID子程序，通过变频器使水位稳定在一恒定液位上。也可以用开关控制方案，把水位控制在一定的安全范围内。
5内存及I/O分配表
备注 序号 地址 作用
1 I:1.0 测量釜内水温 TT201温度变送器 2 I:1.1 测量系统进口水温 TT202温度变送器 3 I:1.2 测量盘管冷却水出口水TT203温度变送器
温
4 I:1.3 测量夹套冷却水出口水TT204温度变送器
温
5 I:1.4 测量出釜水温 TT205温度变送器 6 I:1.5 测量釜内压力 PT201压力变送器 7 I:1.6 测量系统进口水压 PT202压力变送器 8 I:1.7 测量盘管冷却水流量 FT201流量变送器 9 I:2.0 测量夹套冷却水流量 FT202流量变送器 10 I:2.1 FT203流量变送器 测量入釜水流量 11 I:2.2 LT201液位变送器 测量釜内水位 12 I:2.3 LT202液位变送器 测量排放槽内水位
13 I:2.4 FC201阀位反馈值
14 I:2.5 FC202阀位反馈值
15 I:2.6 FC203阀位反馈值
16 I:2.7 (备用)
17 O:3.0 控制盘管冷却水流量 FC201调节阀控制信号 18 O:3.1 控制夹套冷却水流量 FC202调节阀控制信号 19 O:3.2 控制入釜水流量 FC203调节阀控制信号 20 O:3.3 M变频器模拟量输入(4-20mA) 21 O:4/0 开FC204电磁阀 控制盘管冷却水通/断 22 O:4/1 开FC205电磁阀 控制夹套冷却水通/断 23 O:4/2 开FC206电磁阀 控制入釜水通/断 24 O:4/3 开FC207电磁阀 控制釜水排空通/断 25 O:4/4 开FC208电磁阀 控制出釜水通/断
26 O:4/5 启动搅拌电机
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27 O:4/6 (备用)
28 O:4/7 (备用)
29 O:4/8 电加热器DK1
30 O:4/9 电加热器DK2
31 O:4/10 电加热器DK3
32 O:4/11 排空电机的启动、停止
33 O:4/12 (备用)
表4.1
6 程序清单（见附录二）
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