机电一体化实习报告

1、 s7-200的温度控制系统设计实习报告一、实验目的1、 掌握温度控制系统工作原理、系统框图及传递函数2、 掌握s7200编程软件及梯形图编程3、 掌握电气原理图及接线4、 掌握温度信号的标定5、 掌握组态软件采集飞升曲线，并根据飞升曲线进行参数识别6、 掌握pid算法及编程,并分析pid参数对控制性能的影响二、实验电路和原理1、温度控制系统电气图如图1，s7200cpu226通过em231模拟量采集模块将温度采集下来，并根据反馈控制q0.0口输出占空比可调的脉冲(pwm波形)，来控制主电路上固态继电器的通断，从而控制加热功率，实现温度的控制。 plc直流供电方式： 选择q0.0输出接线图:s

2、7-200型plc的cpu电源的接线直流供电图 s7-200型plc的输出的接线图模块em231输入接线方法： s7-200型plc模块em231输入接线图 最终电气接线图：图1 电气接线图(改正图)图2 pwm控制原理pwm温度控制的原理如图2。图中，固态继电器的3、4端口接收控制信号，电压u34如图所示，当其为高电平时，1和2之间导通，所以加热电阻两端的电压u如图。从宏观上而言，加热电阻的加热功率为p=us*ton/t，通过程序控制ton的大小，就可以改变加热电阻的功率，从而实现温度控制。2、 系统传递函数模型系统的组成图如图3。plc控制程序中先将设定的温度值减去反馈的温度值得到e(k)

3、，再将e(k)经过pid变换求的u(k)，然后将u(k)赋值给pwm波形的ton，t为pwm的周期，再将固态继电器到加热电阻到水温作为是1阶纯滞后环节，如此可得系统的传递函数如图4。其中，1阶纯滞后环节的参数k，t1，通过实验测定飞升曲线的方法来确定。图3 温度控制系统框图图4 温度控制系统传递函数3、温度标定plc通过em231模块读取的值为1个数字，地址为aiw6，需要进行标定才能知道。标定过程如图5，先标定2点，本例是测定0度和100度时的aiw6，设为x、y，即(0,x)，(100,y)，设该2点之间为直线，则根据线性关系可以将读取的aiw6转换为温度。公式为：(aiw6-x)/(y-

4、x)=t/100，则t=(aiw6-x)/(y-x)*100。t为转换后的温度。图5 温度标定三、系统参数的整定飞升曲线的测定为了设计使系统获得较好的性能指标的数字控制器,首先要了解被控对象的特性,并用以作为设计自动控制系统的依据。可以利用动特性(飞升曲线)来识别传递函数。具体做法如下：1) 编制温度采集plc程序，下载至plc中。程序如下，程序中m10.0的值通过组态软件中开始采集按钮设定。(其中标定温度经过计算得到：0度对应aiw6的值为6400.0,100度对应aiw6的值为32000.0)具体程序如下:2) 编制温度采集组态软件对plc的温度进行采集，存盘。操作过程如下：a)创建设备窗

5、口。打开mcgs组态环境，新建一个工程，进入设备窗口，如图。双击设备窗口，进入设备组态窗口，在空白处单击右键，弹出对话框选设备工具箱，单击设备管理，双击通用串口父设备，然后单击plc，单击西门子，选s7200-ppi，在设备管理器里就上述2个设备，然后再双击该设备，则设备组态窗口就存在该2个设备，如图。双击串口父设备，将串口端口号设置和s7200的通讯号相同；将数据校验方式设置为偶校验。.双击s7200ppi，弹出对话框，在内部属性里增加2个通道，1个通道的寄存器类型选v寄存器，数据类型选32位浮点数，寄存器地址设为0，通道数量设为1，即创建一个通道指向plc中的vd0；另1个通道的寄存器类型

6、选m寄存器，数据类型选通道的00位，寄存器地址设为10，通道数量设为1，即创建一个通道指向plc中的m10.0。在选中通道连接，在该地址上输入data01和data02，如图。变量data01就对应m10.0，data02对应vd0，组态软件对该2个变量进行读写就相当于对m10.0和vd0进行读写。至此设备窗口设置完毕。b)创建用户窗口如图，图中实时曲线中的画笔属性中，曲线1对应data02，即可显示plc中vd0的值，开始采集按钮的操作属性设为数据对象值操作将data02置1即将m10.0置1，结束按钮将m10.0置0。c)设置存盘属性，点击实时数据库，双击data01、data02，将它们

7、的存盘属性设为定时存盘，存盘周期1s。3) 进入组态运行环境，点击开始按钮，开始采集存盘。观察温度曲线，直至到达稳态值，结束采集。用excel打开存盘文件，绘制曲线，根据曲线的特点确定和1阶纯滞后环节的参数k，t1，。如图，则,本例，t1和从图中直接读出。4) 确定pid参数。pid参数按照如下经验公式选取， ，式中t为pwm的周期。经过曲线的分析我们知道k，t，最后得到kp=0.4 ，ti=6，td=1.5。实验所得的飞升曲线5）pid算法vd16对应e(k-1)，vd20对应e(k-2)，vd24对应u(k-1)，vd28对应设定的温度，vd32为a0，vd36为a1，vd40为a2。本程序将pid变换后的u(k)赋值给swm70作为pwm波形ton的大小。6）结果分析与结论本设计课题是针对基于s7-200plc温度控制系统，采用西门子s7-200plc+em231扩展模块，并利用mcgs工控软件对温度控制过程进行实时监控。用户可以通过系统在组态界面中输入想要达到的目标温度，通过过程监控，用户能够实时掌握实时温度，通过显示加热占空比，用户能更好的了解实时状态的加热情况。并设置了pid三参数的输入及显示功能，可以让用户在控制过程中，改变pid三个参数，完成分阶段pid等过程控制动作