机电一体化实习报告

1、工学院实习报告课程名称： 机电一体化指导老师： 章永年班 级： 机制126姓 名： 姜河川学 号： 33112618学 期： 2014 20 15 学年 第2 学期南京农业大学工学院教务处印工学院实习报告目 录一、实习目的2二、实习内容及步骤2三、实验设备、仪器与工具23.1设备23.2 工具2四、实验电路和原理说明34.1温度控制系统电气图34.2系统传递函数模型44.3温度标定54.4系统参数整定5 五、实习心得10一、实习目的1. 掌握温度控制系统工作原理2. 掌握温度传感器PT100及温度变送器的接线及安装3. 掌握PLC读入温度变送器信号的标定4. 掌握PID温度控制及其调节的工作原

2、理及过程5. 掌握PLC程序的梯形图编制方法6. 掌握EM231模拟量输入模块的设置及接线二、实习内容及步骤1. 硬件接线：掌握图2-1所示原理图，并参考S7200手册中的技术规范里的接线图，完成硬件接线。完成时间为1天。2. 温度标定：编制温度标定，转换程序，在编程软件的监控状态下，观察转换的结果。完成时间0.5天。3. 飞升曲线测定：编制温度采集程序和组态软件，采集，分析数据，求得1阶滞后环节的3个参数。完成时间1.5天。4. PID程序编制：按照PID算法，编制PID控制的程序，并编制组态软件采集PID控制下的温度，分析PID参数对系统性能的影响。完成时间1.5天5. 提高：编制开关控制

3、的程序，与PID控制的结果对比，分析系统的性能。三、实验设备、仪器与工具3.1设备S7200PLC一套（CPU及EM231模块）、PT100及温度变送器、电脑一台（含PLC编程软件）、按钮盒1套、固态继电器1个、热水壶一个。3.2 工具扳手、螺丝刀、万用表4、 实验电路和原理说明4.1温度控制系统电气图图4-1-1 电气接线图（有错误）图是开始时老师所给的实验报告所给出的电气接线图，老师在第一天便告诉我们这张图中设置了一些错误，要求我们自己弄清楚原理后改正过来并完成硬件接线。根据S7200手册，参考其中的技术规范里的接线图，我们在第一天很快就把线接好了。图4-1-2 电气接线图（改正）图4-1

4、-2是正确的接线图。7200CPU226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。PWM温度控制的原理如图4-1-3。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。 图 4-1-3 PWM控制原理4.2系统传递函数模型系统的组成图如图4-2-1。PLC控制程序中先将设

5、定的温度值减去反馈的温度值得到e(k)，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4-2-2。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4-2-1 温度控制系统框图 图4-2-2温度控制系统传递函数4.3温度标定 PLC通过EM231模块读取的值为1个数字，地址为AIW6，该数字代表多少温度？需要进行标定才能知道。标定过程如图2-5，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

6、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-X)=?/100，则？=(AIW6-X)/(Y-X)*100。？为转换后的温度。图4-3-1 温度标定4.4系统参数整定 4.4.1.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。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)创建设备窗口。打开mc

7、gs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。图4-4-1图4-4-2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

8、寄存器类型选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。图4-4-3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。图4-4-4c)设置存盘属性，点击实时数据库，双击

9、data01、data02，将它们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K=c（）/,本例=0.06，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， Kp/T=1.2T1/K, Ti=2，Td=0.5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c（）=93.5625 K=c（）/=1559.3750.632*

10、c（）=59.1315可以根据曲线查出T1=12分20秒，=6秒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

11、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。使系统适应性更加提高，更能使用于运用于工业生产中。本套系统软硬件简单，适用于工业温度控制，其控制精度高，超调小等优点，并设置分段PID可以进行PID分阶段各个参数的更改，使在温度调试的过程能够人为的控制，更具有适应性和良好的应用性。5、 实习心得 本次实习为期一周，时间虽短，收获颇多。从刚开始的分组到最后老师的检查验收，整个过程，自己有所感，有所悟。通过实习，将在课堂上学习到的理论知识运用到实践之中，对于一个学习机械专业的学生，接触了其程序、控制的只是，感受到其中的乐趣无穷，程序中一个小小的变量的变化，将引起实际中事物的改变。回顾整个实习过程，前期查阅有关STM32的资料，大致了解其工作原理，学习其运作方式，根据自己所学的知识和老师的讲解，与组员一起连线，编写程序，其过程还是遇到了许多困难，我们请教老师，向其他组学习，将一切准备工作完成后，反复烧水，与老师给的数据进行对比，不断调试，在最后的阶段，终于调试