基于组态王-PLC的轮胎硫化温度压力控制

1、.：.； 基于组态王-PLC的轮胎硫化温度、压力控制系统设计摘 要 近年来，随着我国汽车工业的开展，与之处于同一产业链的轮胎工业也得到了相应的提高，轮胎呈现出种类数目不断增多与剂型不断丰富的局面。轮胎硫化过程是轮胎制造过程中的一道重要工序，其硫化效果是影响轮胎质量的关键因数之一。 在轮胎硫化过程中温度和压力是两个重要目的。轮胎硫化控制系统，分为上位机和下位机，上位机采用的是国内的一个比较流行的组态王软件。组态王可以实如今线监控。组态工程中制造了曲线画面、报表画面、报警画面和参数监控画面，用户可方便地查询PLC的运转情况、数据采集和在线控制。下位机采用PLC控制。PLC可独立的实现对两套硫化系统

2、的控制。硫化中的温度数据有铂热电阻Pt采集来后，经EM转换，再送到CPU。压力数据有压力表采集后，经EM，送CPU。 关键字：温度压力控制 ；可编程控制器 ；PID ；组态王；Tire curing temperature and pressure control system based on kingView-PLCAbstractIn recent years, as Chinas automobile industry developing, with the same chain in the tire industry has also been a corresponding i

3、ncrease in tire showing a growing number of types of formulations enriched with the situation. Tire vulcanizing tire manufacturing process is an important step in the process, and the curing effect is the key factor affecting the quality of the tire.Temperature and pressure in the tire curing proces

4、s are two important indicators. Tire curing control system is divided into upper and lower machine, and the PC uses a more popular domestic Configuration software-KingView. KingView can be achieved online monitoring. Project produced a curve configuration screens, reports screen, alarm screen and pa

5、rameter monitoring screen,and users can easily check the operation of the PLC, data acquisition and online controlling. Lower position machine uses PLC controling. PLC can achieve independent controlling of two vulcanization system. Vulcanization temperature data are collected to platinum RTD Pt, th

6、rough EM conversion,and it then can sent to the CPU. Gauge pressure data are collected, through EM, sending to CPU.Key words: Temperature and pressure control; programmable controller; PID; kingview;目 录TOC o - h u HYPERLINK l _Toc 摘 要 PAGEREF _Toc h I HYPERLINK l _Toc Abstract PAGEREF _Toc h II HYPE

7、RLINK l _Toc 第一章 轮胎硫化的概述 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 轮胎硫化的背景 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 轮胎硫化的工艺要求 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 技术参数和硫化曲线 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 轮胎硫化的方式、方法及步骤 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 轮胎硫化的方法 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 轮胎硫化的方式 PAGEREF _Toc

8、h HYPERLINK l _Toc . 轮胎硫化的步骤 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 硫化过程的主要问题 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 第二章 系统的总设计及人机界面 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 系统总原理图 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 人机界面引见 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 人机界面概述 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 人机界面定义 PAGEREF _Toc h

9、HYPERLINK l _Toc . 人机界面产品的组合及任务原理 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 人机界面产品的特点 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 第三章 硬件配置 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 设备消费线要求 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 实验配置 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 西门子 S- PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 可编程控制器PLC概述 PAGEREF _Toc

10、h HYPERLINK l _Toc . PLC特点 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . PLC的构造 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . CPU的构成 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . I/O模块 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 电池模块 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 传感器 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 硬件电路 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 伺

11、服放大器DFC- PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 概述 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 主要技术参数 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 任务原理与机构 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 手操器DFD- PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 电动执行机构DKZM PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 执行机构主要组成部件 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 位置定位器

12、 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 第四章 PID控制算法描画 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . PID调理程序设计 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . PID控制算法 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . PID在PLC中的回路指令 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 第五章 下位机PLC程序设计 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 软件编程环境 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc

13、 . STEP Micro/WIN软件引见 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 安装STEP Micro/WIN软件 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 系统参数设置 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 程序设计 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 设计思绪 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . I/O模块分配表 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 内存地址分配 PAGEREF _Toc h HYPERLI

14、NK l _Toc . 程序流程图 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 软件仿真 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 第六章 上位机主控画面设计 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 组态王软件概述 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 组态王画面的建立 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 创建工程 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 组态王软件报警组 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _To

15、c . 组态王报表输出 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 组态王曲线显示 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 总结 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 参考文献 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 附录A： PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 致谢 PAGEREF _Toc h PAGE 56轮胎硫化的概述轮胎硫化的背景 轮胎硫化是轮胎加工消费过程中很重要的一部分，橡胶在未硫化之前，分子之间没有产生交联，因此缺乏良好的物理机械性能，适用价值不大。当橡

16、胶进展硫化以后，经热处置或其他方式能使橡胶分子之间产生交联，构成三维网状构造，从而使其性能大大改善，尤其是橡胶的定伸应力、弹性、硬度、拉伸强度等一系列物理机械性能都会大大提高。轮胎硫化的工艺要求技术参数和硫化曲线主要技术参数：工业类型：轮胎硫化控制过程：全自动运用条件：电压：V%；工频：Hz；环境温度：-工艺要求：温度控制精度为- 蒸汽压力控制精度O.Mpa测温输入点为点，即罐体上，中，下各三点罐体上、下的温度差超越输入的设定值时，自动排放灌底冷凝水，保证硫化罐体内的温度平衡性、均匀性。当温度达不到要求时，根据公式自动计算等效硫化时间，自动进展等效硫化。等效硫化公式(其中硫化温度系数可调)公式

17、如下: . 一温度为 t的硫化时间 一温度为 t的硫化时间K-硫化温度系数(该系数根据产品不同为可变值) 图. 温度压力曲线表. 时间表时间段升温段时间段保温段时间段升温段时间段保温段时间段升温段时间段保温段时间段降压段时间段保压段时间段降压段轮胎硫化的方式、方法及步骤轮胎硫化的方法传统控制方法:传统控制硫化过程的方法是定时控制，这种方法是假定橡胶硫化的过程中模柜内温度和压力坚持恒定，但是由于锅炉蒸汽压力动摇以及蒸汽在管道中传输温度递减等要素的影响，硫化温度很不稳定。这样消费出的轮胎，经常出现过硫化和欠硫化景象，另外工人的劳动强度大，资源浪费严重。现代控制方法:现代控制硫化过程的方法是根据蒸汽

18、管道内的温度实时调整硫化时间的等效硫化控制。轮胎硫化的方式硫化工艺过程根据硫化介质的不同而有明显的区别，硫化介质主要给硫化过程提供温度和压力，硫化中，内温暖外温通常不为同一热源，外温介质普通为蒸汽，内温介质普通分为“过热水，“高温蒸汽，“蒸汽气和“热氮四种。国内轮胎厂家普通采用“过热水和“蒸汽作为内温介质。下面简要引见四种内温硫化方式的根本步骤及优缺陷。()过热水硫化。首先采用低压蒸气使轮胎定型，然后利用高压过热水进展硫化，硫化中温度普通为-度，内压普通在.-.兆帕。它的优点是，硫化效果比较均匀，外观合格率较高，过热水性质稳定，不存在温度衰减等问题;缺陷是，硫化温度低，时间长，效率低，设备不易

19、于安装和维护。()高温蒸汽硫化。该方式直接将高压饱和蒸汽通入胶囊中，内压普通为.-.兆帕，内温普通为-度。优点是，时间短，硫化效率高，饱和蒸汽使硫化中能耗降低，削减了设各投资；缺陷是，对轮胎消费中其它工序的设各和安装有严厉的要求，硫化中，内压偏低，容易呵斥部分压力缺乏。 ()蒸汽/氮气硫化。首先向胶囊中通入低压氮气或蒸汽进展定型，然后在通入-度高压饱和蒸汽之后，再向胶囊中通入.-.兆帕高纯氮气进展增压硫化。优点是，与全蒸汽硫化方式相比，减少了蒸汽耗费，降低了能源耗费，添加了胶囊寿命，提高了合格率。()热氮硫化。将经过提纯和枯燥后的氮气电加热至度左右之后，再用紧缩机将其加压至.兆帕，经过公用循环

20、安装使其在胶囊内循环。目前，后两种硫化方式较前两种有明显的优势和更少,一阔一市场前景。但在实践运用中，它们都有一些共同的问题需求思索，如气体泄露、温差、温度下降等，其硫化工艺也尚存在一些不完善的地方，有待进一步从实际和实践两个方面着手改良。硫化工艺过程取决硫化介质，而硫化介质的选取必需综合思索两个方面的要素，一是对轮胎各项物理机械性能的保证，如抓着力,耐久性能和外观质量等;二是要求能在消费过程中降低本钱，提高消费效率，减少能耗和环境污染。轮胎硫化的步骤各轮胎公司采用的硫化步骤不尽一样，但主要由以下步骤组成：()通高温饱和蒸汽()充填水(看情况而定)()经过热水()热水回收()通冷却水(看情况而

21、定)()主排()抽真空()开模第步可采用种方式:循环、半循环或不循环，需根据实践情况进展选取。第步可采用两种方式:用高压蒸汽把胶囊中的过热水赶回除氧器或设置一热水回收罐。第和步可采用单路或双路。第步的开模压力普通设置为.MPa。全蒸汽硫化普通有两种方式:高温蒸汽进加热排或高温蒸汽进，然后主排，再排真空；高温蒸汽进加热排，然后低压蒸汽进，再主排，抽真空。其中热排是为了把胶囊中的冷凝水排出。充氮气硫化还需求添加两个步骤，即放气(排出胶囊下部的低温氮气)和查漏(封锁一切阀门，看内压有无下降，以察看有无阀门走漏)。由于主排时间的长短直接影响到硫化效率，因此主排管径的设定和走向以及辅助措施(如安装排空管

22、)对主排的效果至关重要。抽真空可采用蒸汽或动力水，只需将胶囊从胎里脱出并适当收缩，以便轮胎能轻松取出即可。假设抽真空过度，胶囊会紧贴中心机构，上环下降时容易夹破胶囊B型硫化机。硫化过程的主要问题 目前，轮胎消费的硫化过程面临着两个主要问题。如何提高轮胎内部各点硫化程度的均匀性。由于橡胶是热的不良导体，硫化中，接近热源的轮胎外表温度变化较快，而内部温度变化较慢，呵斥了轮胎内外硫化程度的不均匀。同时，轮胎内部各部分的组成资料是不同的。其中，胎冠是整个轮胎温度最高、厚度较大的部位，主要包括气密层、胎体和钢教带束层等儿个部分，各部分资料的物性差别很大；胎肩是轮胎中厚度最大的部位，其组成资料种类较多，传

23、热过程很复杂，最容易“欠硫胎侧是轮胎中最薄弱的部位，它最易“过硫。如何准确确定轮胎的硫化时间。硫化中，外界条件普通存在一定的动摇，它对轮胎的硫化效应影响很大。常规硫化时间采用固定周期法，不思索硫化过程边境条件的动摇情况，每个轮胎的硫化周期都是同一设定值，硫化时间整定按系统参数变化最坏的情况进展，采取“宁过勿欠的方针，这必然导致多数情况下轮胎过硫，从而影响产质量量和硫化效率。 对于问题经过国内外学者的大量研讨，普通从两方面来处理，一方面经过制定新的资料配方，使硫化过程中轮胎内部各区域的温度上升速度根本一致；另一方面，经过在硫化前对轮胎进展预热，使硫化开场时，轮胎内部坚持较高的温度，从而加快轮胎内

24、部各点的硫化速度，以到达硫化程度的内外均。 对于问题需将固定周期修正为可变周期，每个轮胎的硫化时间需根据外界条件的动摇而动态确定。系统的总设计及人机界面硫化是轮胎消费过程中的一个重要环节。温度和压力是本轮胎硫化的两个重要要素。本系统上位机是组态画面，硫化过程中，上位机完成数据传送，绘制图形，数据存储，产量统计等功能。本系统采用接在一个计算机上的两台PLC 可独立的实现对两套硫化系统的控制。硫化中的温度数据有热电阻Pt采集来后，经EM转换，再送到CPU。压力数据由分散硅式压力变送器采集后，经EM转换，送CPU。系统总原理图图. 设计原理框图人机界面引见人机界面概述 随着社会的提高，工业自动化技术

25、迅猛开展，控制系统功能越来越强大，控制过程也变得越来越复杂，系统操作最大透明化曾经成为一种需求。人机界面HMI Human Machine Interface以其美观易懂、操作人性化等显著特点，正好满足这种需求而得到广泛的运用。人机界面定义人机界面是指衔接可编程控制器PLC、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，经过输入单元如触摸屏、键盘、鼠标等写入任务参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互的数字设备,由硬件和软件两部分组成。人机界面产品的组合及任务原理人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处置器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存贮单元等，其中处置器的性能决议

26、了HMI产品的性能高低，是HMI的中心单元。根据HMI的产品等级不同，处置器可分别选用位、位、位的处置器。HMI软件分为两部分，即运转于HMI硬件中的系统软件和运转于PC机Windows操作系统下的画面组态软件如组态王等。用户必需先运用组态软件制造“工程文件，再经过PC机和HMI 产品的串行通讯口，把编制好的“工程文件下载到HMI的处置器中运转。人机界面产品的特点() 系统运转过程明晰化控制过程可以动态地显示在HMI设备上。例如：硫化罐加热、降压的通断可以经过指示灯亮灭来显示，硫化罐的温度、压力的大小可以用实时曲线来显示等等，使整个控制系统变得笼统易懂，也更加明晰。() 系统操作简单化操作员可

27、以经过监控界面来控制过程。可从监控界面上启动和停顿系统、设定温度上下限、设定时间、设置PID参数等。() 显示报警控制过程到达临界形状或系统运转错误时会自动触发报警，例如:当硫化罐温度超出温度上下限时自动触发报警。() 数据归档HMI系统可以记录过程变量值和报警信息并归档。例如：经过归档数据，您可以查看过去一段时间的系统运转情况，过程变量等。() 报表系统HMI系统可以输出报警和过程值报表。例如，您可以在消费某一轮班终了时打印输出消费数据。硬件配置设备消费线要求设备要满足硫化时间、温度、压力曲线，硫化曲线中各段时间及温度可调。数据与曲线可同时显示在上位机上，并可同时实现现场控制和远程控制。上位

28、机采用组态王组态软件制造并完成工艺监视界面、设定值输入、报表输出和趋势曲线显示。下位机那么用了PLC S-实现对硫化温度、压力的自动化控制。整个硫化过程的数据以报表方式生成、存储。实验配置西门子 S-S-系列PLC可提供种不同的根本单元和种型号的扩展单元。其系统构成包括根本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。本论文采用的是CUP。它具有个输入点和个输出点。S-系列的根本单元如表.所示。表. S-系列PLC中CPUX的根本单元型 号输入点输出点可带扩展模块数S-CPUS-CPU个扩展模块S-CPU个扩展模块S-CPUXP个扩展模块S-CPU个扩展模块可编程控制器PLC概述 可编

29、程序控制器的英文为Programmable Controller，在二十世纪七十至八十年代不断简称为PC。由于到年代，个人计算机开展起来，也简称为PC；加之可编程序的概念所涵盖的范围太大，所以美国AB公司初次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器PLC，Programmable Logic Controller，为了方便，仍简称PLC为可编程序控制器。有人把可编程序控制器组成的系统称为PCS可编程序控制系统，强调可编程序控制器消费厂商向人们提供的已是完好的系统了。自世纪年代中期以来PLC产品在电力、冶金、化工等行业发扬了艰苦作用, 尤其近年来计算机和信息技术的飞速开展,不断成倍扩展的功能和成

30、倍降低的价钱, 使PLC、通讯联网技术、过程控制软件都获得了长足提高, 也使PLC的广泛运用成为能够。下面经过两组数据(引自工控网)阐明PLC的运用现状。PLC 在冶金行业的市场将继续添加 年中国的工业出现了快速增长, 工业产值同比增长在%以上, 而且中国的最大钢铁出口对象美国在 年下半年取消了钢铁附加税, 中国钢材对其出口也将迅速上升。这些有利要素刺激了中国冶金行业的投资。据调查, 中国冶金行业对设备的投资同比增长接近%。冶金设备的大量增长带动了PLC在该行业的增长, 年PLC 在冶金行业的市场到达亿元, 年有望到达亿元。PLC特点实时性由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处置时间

31、短，速度快。 基于信号处置和程序运转的速度，PLC经常用于处置工业控制安装的平安联锁维护。更能满足各个领域大、中、小型工业控制工程。高可靠性一切的I/O输入输出信号均采用光电隔离，使工业现场的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离。各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数普通为-ms。各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。采用性能优良的开关电源。对采用的元器件进展严厉的挑选。良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立刻采取有效措施，以防止缺点扩展。大型控制器还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,以及实现电源模块冗余、I/O模块冗余，使可靠性更进一步提高。

32、系统配置简单灵敏 控制器 产品种类繁多，规模可分大、中、小等。I/O卡件种类丰富，可根据自控工程实现功能要求不同，而进展不同的配置。满足控制工程需求前提下，I/O卡件可灵敏组合。PLC的构造从构造上分，PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。固定式PLC包括CPU板、I/板、显示而板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可装配的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规那么组合配置。CPU的构成 CPU是PLC的中心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接纳并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场

33、输入安装送来的形状或数据，并存入规定的存放器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的任务形状和编程过程中的语法错误等。进入运转后，从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后冉按指令规定的义务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、存放器及实现它们之间联络的数据、控制及形状总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可短少的组成单元。在运用者看来，不用要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的任务机制还是应有足够的了解。CPU的控制器控制CPU任务，由它读取指令、解释指令及执行指令。但任务节拍由震荡信号控制。运算器用于进展数

34、字或逻辑运算，在控制器指挥下任务。存放器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下任务。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决议着PLC的任务速度，I/O数量及软件容量等，因此限制着控制规模。I/O模块PLC与电气回路的接口，是经过输入输出部分(I/)完成的。I/模块集成了PLC的I/电路，其输入暂存器反映输入信号形状，输出点反映输出锁存器形状。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入(DI)，开关量输出(DO)，模拟量输入(AI),模拟量输出(AO)等模块。开关量是指只需开和关(或I和O)两种形状的信号，模拟量是指延续变化的量。常用的

35、I/O分类如下: 开关量:按电压程度分，有VAC, VAC, VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量:按信号类型分，有电流型(-mA,-mA)、电压型(-V,-V,V)等，按精度分，有 bit,bit,bit等。除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的根本配置的才干，即受最大的底板或机架槽数限制。 电池模块 PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供任务电源。同时，有的还为输入电路提供V的任务电源。电源输入类型有:交流电源( VAC或VAC)，直流电源(常用的为VDC

36、)。 传感器热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是丈量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的丈量准确度是最高的，它不仅广泛运用于工业测温，而且被制成规范的基准仪。与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进展温度丈量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只需丈量出感温热电阻的阻值变化，就可以丈量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高通常在数千欧以上，但互换性较差，非线性严重，测温范围只需-左右，大量 用于家电和汽车用温度检测和控制。金属热电阻普通适用于-范围内的温度丈量，其特点是丈量准确、稳定性好

37、、性能可靠，在程控制中的运用极其广泛。 单晶硅资料在受外力作用产生微小应变时普通在微应变，其内原子构造的电子能级形状会发生变化，从而导致其电阻率猛烈变化G因子突变。用此资料制成的电阻也就出现极大变化，这种物理效应称为压阻效应。利用压阻效应原理，采用集成工艺技术经过掺杂、分散，沿单晶硅片上的特点晶向，制成应变电阻，构成惠斯凳电桥，利用硅资料的弹性力学特性，在同一切硅资料上进展各向异性微加工，就制成了一个集力敏与力电转换检测于一体的分散硅传感器。给传感器匹配一放大电路及相关部件，使之输出一个规范信号，就组成了一台完好的变送器。()热电阻模块EMRTD传感器检测到温度转换成-mv的电压信号，系统需求

38、配置模拟量输入模块把电压信号转换成数字信号再送入PLC中进展处置。在这里，他们选用了西门子EM RTD模拟量输入模块。技术参数：表. ENRTD模拟量输入点输入类型差分输入电压单极性电压双极性电流V，VV,.VmA模数转换时间小于uS模拟量输入呼应.ms共模抑制dB，DC to Hz共模电压信号电压+共模电压必需=V双极性，全量程范围-+单极性，全量程范围输入阻抗最大输入电压=MVDC最大输入电流mA分辨率位A/D转换器EM接线模块用户可以直接将EM CN热电阻模块接到S-模块上，或者用户可用扩展接线方式。运用屏蔽线可到达最好的抗噪性。假设用户运用屏蔽线，应将屏蔽接到信号衔接器的至针接地点上。

39、衔接地点与电源衔接器的至针共地。假设有的热电阻输入通道没有运用，用户应将一个电阻器与没用的通道输入相连，以防止由于浮地输入信号产生的误差，影响有效通道的错误显示。用户需将电源连到电源衔接器的和针上。用户必需将电源衔接器的连到附近的机壳地。用户可用三种方式将热电阻模块与传感器相连。精度最高的是线，精度最低的是线，建议只需在用户运用中不在乎接线误差时才用线。本设计选用的是线。()压力采集模块EMCN EM具有四路模拟量输入和一路模拟量输出功耗W，分量为克。它的输入信号是不同量程的电压或电流。其电压、电流的量程由开关设定。EM有一路模拟量输出，其输出可以是电压，也可以是电流。LED指示灯亮表示无缺点

40、。灯灭表示无VDC电源输入。对电源的要求，输入为+VDC时，输入电流为mA；当输入为+VDC时，输入电流为mA(输出mA)。模数转换时间us，输入阻抗大于等于M ，最大输入电压VDC，最大输入电流mA。分辨率位A/D转换器。输出信号范围，电压范围正负V，电流输出-mA，稳定时间，电压输出lus，电流输出mA。EM具有以下特点：()良好的顺应性，可适用于较复杂的控制场所。()能直接与传感器、执行器相连，位分辨率与多种输入、输入范围可以不用外加放大器而与传感器和执行器直接相连，例如：EM模块可直接与PT热电阻相连。()灵敏性，当实践变化时，PLC可以相应的进展扩展，并可非常容易的调整用户程序。硬件

41、电路 硬件电路由两部分组成，即数据采集部分和执行部分。数据采集部分是由传感器、信号调理模块和数据传输总线组成。传感器包括温度传感器铂热电阻传感器，压力传感器分散硅式差压变送器。信号调理模块有热电阻调理模块和压力采集调理模块,数据传输总线为RS，RS串行通讯总线。执行部分是由伺服放大器、手操器和电动执行机构组成。伺服放大器对S-PLC输出的微弱信号进展放大，手操器可以进展手自动一切换，电动执行机构最终对控制阀动作。其中控制阀包括进气阀和排气阀。本设计一共设计九个采集点。八个温度采集点，一个压力采集点。其中温度采集选用的是八只铂热电阻，这样就需求有四个铂热电阻调理模块。每个铂热电阻模块有两个采集通

42、道。温度采集与输出分别占用八个模拟采集通道和八个模拟输出通道；压力采集选用分散硅式差压变送器，其采集输出的就是-mA的规范电信号。图. CPU图. 温度模块图. 压力模块 图. 硬件连线图伺服放大器DFC-概述伺服放大器也叫伺服驱动器，是用来控制伺服电机的一种控制器。DFC-型系列伺服放大器是电动执行机构的配套安装，也是工业工程控制自动调理系统的中心部件之一。它与电动执行机构配合，广泛用于电力、冶金、化工等工业过程自动化调理系统本伺服采用固态继电器做功率输出部件，体积小，耐振动，可靠性高，DFC-型产品还具有信号断失维护功能，可提高系统运转的平安性。主要技术参数输入信号DFC-型：-mA DC

43、DFC-型：-mA DCDFC-型：-mA DC带断信号维护输入电阻DFC-型：DFC-型：DFC-型：死区可调理范围：%-%额定负载电流：A(交流有效值)断信号识别：mA,DC(仅对DFC-)任务电源：V，Hz运用环境：温度：- 相对温度：(且超越死区)时，伺服放大器有正向输出，当Ic-IfO(且超越死区)时，伺服放电器有反向输出，当Ic-If=(或不超越死区)时，伺服放大器无输出。伺服放大器接线端子如以下图:图. DFC-接线端子陈列图手操器DFD-DFD-型电动操作器是DDZ-II型电动单元组合仪表中的一个辅助单元。DFD-型电动操作器是DDZ-III型电动单元组合仪表中的一个辅助单元。

44、DFD-或DFD-适用于DDZ-II, DDZ-III型变送器和调理器与电动执行器组成的自动调理系统中，运用DFD-, DFD-可以使执行机构任务在自动调理、手动控制和就地操作三种任务形状。与PID调机器或PI调理器配合运用，可实现调理系统由“手动到“自动或由“自动到“手动的无干扰切换。操作器本身具有手动控制和自动调理任务形状的显示。电流指示：DFD-mA,DFD-mA，指示表刻度误差正负.%。输出跟踪电压：DFD- -VDC，DFD- -VDC。反响回路电阻：欧供电电源：V Hz能对系统实现手动、自动无干扰切换。任务形状：转换开关触头额定电压为V电流A。手动形状：操作开关触头额定电压 V电流

45、A。任务形状：环境温度-摄氏度 相对温度=%周围腐蚀性气体及导电尘埃运用场所应无猛烈震荡和冲击电动执行机构DKZM调理型电动执行机构主要由执行机构和位置定位器两大部分组成。在构造及安装方式上分为整体式和分立式。 整体式比例调理型:即执行机构与位置定位器GAMX-T组成一个整体，整机现场安装运用。 分立式比例调理型:实践是远控型机构与位置定位器分开安装，执行机构安装在现场，位置定位器那么在室内或其它地方安装，远控型执行机构也可单独运用。执行机构主要组成部件 执行机构主要有电动机、减速机、位置发送器等组成。 、电动机:伺服电动机采用鼠笼式二相交流伺服电动机，由于转子电阻大，具有较大的宿动转矩和软的

46、机械特性，伺服电动机内装有制动器，用来限制电动机在断电后转子和减速器的输出轴的惯性惰走及负载反作用力矩的影响，是减速器的输出轴准确地停在相应的位置上。 、减速器:为使执行机构输出杆距有规定的输出推力及全行程时间配备了减速器安装，它是由机械传动和手动支配机构组成。 二相伺服电动机经过涡轮副使滚珠螺母转动，因此螺杆产生轴向位移带动输出杆在导槽内上下挪动。机架上装有限位块，可实现行程两端的机械限位。当进展就地手操时，只需将手轮向外拉出，使Z、 Z脱开，以防止手轮转动。 、位置发送器 ()行程限制机构:行程限制机构借助于两个凸轮板，分别作用于正、反向的微动开关(如需用可增至四个开关)来控制执行机构的行

47、程。 凸轮板装在一个凸轮机构中，由一套减速安装驱动。减速安装与减速器传动轴相连，经过调整凸轮板的位置可限定执行机构的行程。行程调整极为方便，只需用改锥先向下按动后再转动，是凸轮板转到所需限位位置即可。 ()位置传感器:采用高精度、长寿命的导电塑料电位器作为位置传感元件。它与行程控制机构轴相连。其阻值千欧姆，功率W，线性精度.%，寿命可达干万次。电位器的电阻变化值普通作为位置反响信号，也可作位置指示信号。 ()电流变换器:分立式执行机构采用WF-型位发模块，用以与导电塑料电位器等位置传感器组成高性能的位置发送器。该模块集电源变压器、直流稳压源、恒流源等于一体，用阻燃换氧灌封。较之普通位置发送器起

48、防氧化、耐腐蚀，抗震动等性能大为提高。采用可调恒流恒压元器件作为功率输出，使之具有较好的温度和恒流性能，调零调满方便，且II ( -mA) , III (-mA 。带负载才干为 (-mA) , K(-mA)整体式执行机构中的电流变换器与位置定位器GAMX-T设计在一同，其电流输出只作位置指示信号。位置定位器位置定位器本质上是一个接受调理单元或计算机送来的模拟量信号与位置反响信号综合比较后进展放大输出的一种多功能大功率放大器。它与执行机构相连，以控制执行机构按要求准确定位。 分立式位置定位器型号DFC-, DFC-,其中DFC-型具有信号断失维护功能。它是由输入隔离级、磁放大电路、功率输出电路、

49、信号断失判别控制电路等部分组成，其中功率输出电路采用固态继电器，体积小、耐振动、可靠性高。 整体式位置定位器型号位GAMX-T ,其电路组成根本上与上述一样。在电路设计上，添加了脉冲开关量输入控制及现场就地软手操功能。需求阐明的是:输入信号与反响信号没有完全电路隔离。PID控制算法描画PID调理程序设计模拟量闭环控制较好的方法之一是PID控制，PID在工业领域的运用曾经有多年，如今依然广泛地被运用。人们在运用的过程中积累了许多的阅历，PID的研讨曾经到达一个比较高的程度。 比例控制(P)是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。其特点是具有快速反响，控制及时，但不能消除余

50、差。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关系。积分控制可以消除余差，但具有滞后特点，不能快速对误差进展有效的控制。在微分控制(D)中，控制器的输出与输入误差信号的微分即误差的变化率成正比关系。微分控制具有超前作用，它能预测误差变化的趋势。防止较大的误差出现，微分控制不能消除余差。PID控制，P、I、D各有本人的优点和缺陷，它们一同运用的时候又和相互制约，但只需合理地选取PID值，就可以获得较高的控制质量。PID控制算法图. 带PID控制器的闭控制系统框图 如图.所示，PID控制器可调理回路输出，使系统到达稳定形状。偏向e和输入量r、输出量c的关系： (.) 控制器的输出为

51、： (.) 上式中, PID回路的输出； 比例系数P； 积分系数I； 微分系数D；PID调理器的传输函数为： (.) 数字计算机处置这个函数关系式，必需将延续函数离散化，对偏向周期采样后，计算机输出值。其离散化的规律如表.所示：表. 模拟与离散方式模拟方式离散化方式所以PID输出经过离散化后，它的输出方程为： (.) 式.中， 称为比例项； 称为积分项； 称为微分项；上式中，积分项是包括第一个采样周期到当前采样周期的一切误差的累积值。计算中，没有必要保管一切的采样周期的误差项，只需求保管积分项前值，计算机的处置就是按照这种思想。故可利用PLC中的PID指令实现位置式PID控制算法量。PID在P

52、LC中的回路指令如今很多PLC曾经具备了PID功能，STEP Micro/WIN就是其中之一有的是公用模块，有些是指令方式。西门子S-系列PLC中运用的是PID回路指令。见表.。表. 内存地址分配称号PID运算指令格式PID指令表格式PID TBL，LOOP梯形图运用方法：当EN端口执行条件存在时候，就可进展PID运算。指令的两个操作数TBL和LOOP，TBL是回路表的起始地址，本文采用的是VB，由于一个PID回路占用了个字节，所以VD到VD都被占用了。LOOP是回路号，可以是，不可以反复运用。压力采用的是VB，所以VD到VD都被占用。PID回路在PLC中的地址分配情况如表.所示。表. PID

53、指令回路表压力偏移地址称号数据类型阐明过程变量PVn实数必需在.之间给定值SPn实数必需在.之间输出值Mn实数必需在.之间增益Kc实数比例常数，可正可负采样时间Ts实数单位为s，必需是正数采样时间Ti实数单位为min，必需是正数微分时间Td实数单位为min，必需是正数温度偏移地址称号数据类型阐明过程变量PVn实数必需在.之间给定值SPn实数必需在.之间输出值Mn实数必需在.之间增益Kc实数比例常数，可正可负采样时间Ts实数单位为s，必需是正数采样时间Ti实数单位为min，必需是正数微分时间Td实数单位为min，必需是正数() 回路输入输出变量的数值转换方法 本文中，设定的温度是给定值SP，需求

54、控制的变量是硫化罐的温度、压力。但它不完全是过程变量PV，过程变量PV和PID回路输出有关。在本文中，经过丈量的温度信号被转化为规范信号温度值才是过程变量，所以，这两个数不在同一个数量值，需求他们作比较，那就必需先作一下数据转换。温度输入变量的数倍据转化。传感器输入的电压信号经过EM转换后，是一个整数值，他的值大小是实践温度的把A/D模拟量单元输出的整数值的倍。但PID指令执行的数据必需是实数型，所以需求把整数转化成实数。运用指令DTR就可以了。如本设计中，是从AIW读入罐上温度点,转换成数字量后被传到VD。是从AIW读入罐上温度点,转换成数字量后被传到VD。AIW读入罐上温度点被传感器转换后

55、的数字量VD，压力那么是从AIW读入罐上压力被传感器转换后的数字量VD，经过调用PID、PI对温度、压力进展控制。() 实数的归一化处置由于PID中除了采样时间和PID的三个参数外，其他几个参数都要求输入或输出值.之间，所以，在执行PID指令之前，必需把PV和SP的值作归一化处置。使它们的值都在.之间。归一化的公式如.： . 式中， 规范化的实数值； 未规范化的实数值； 补偿值或偏置，单极性为.，双极性为.； 值域大小，为最大允许值减去最小允许值，单极性为。双极性为。本文中采用的是单极性，故转换公式为： . 由于温度经过检测和转换后，得到的值是实践温度的倍，所以为了SP值和PV值在同一个数量值

56、，他们输入SP值的时候应该是填写一个是实践温度倍的数，即想要设定目的控制温度为时，需求输入一个。另外一种实现方法就是，在归一化的时候，值域大小可以减少倍，那么，填写目的温度的时候就可以把实践值直接写进去。()回路输出变量的数据转换本设计中，利用回路的输出值来设定下一个周期内的加热时间。回路的输出值是在.之间，是一个规范化了的实数，在输出变量传送给D/A模拟量单元之前，必需把回路输出变量转换成相应的整数。这一过程是实数值规范化过程。 . 式中， 回路输出刻度实数值； 回路输出规范化实数值；S-不提供直接将实数一步转化成整数的指令，必需先将实数转化成双整数，再将双整数转化成整数。下位机PLC程序设

57、计软件编程环境STEP Micro/WIN软件引见 STEP -MWIN编程软件是基于Windows的运用软件，是西门子公司专门为SIMTIC S-系列PLC设计开发的。该软件功能强大，界面友好，并有方便的联机功能。用户可以利用该软件开发程序，也可以实现监控用户程序的执行形状，该软件是SIMATIC S-拥护不可短少的开发工具安装STEP Micro/WIN软件在开场安装的时候是选择言语界面，对于版本.来说，这时候没有选择中文的，但可以先选择其他言语，见图.。等软件安装好之后再进展言语的切换。图. 言语选择界面 在安装的最后，会出现一个界面，按照硬件的配置，他们需求用通讯电缆，采用PPI的通讯

58、方式，所以要选择PPI/PC Cable(PPI)，这个时候在弹出来的窗口中选择端口地址，通讯方式，普通选择默许就可以了，见图.。图 . 通讯设置界面 假设想改动编程界面的言语，可在软件的主界面的工具栏中选择tools目录下选择option选项，在出现的界面中选择general，然后在右下角就可以选择中文了。见图.所示。图. 言语重设界面系统参数设置图. 系统块对话框 系统块用来设置S- CPU的系统选项和参数等。系统块更改后需求下载到CPU中，新的设置才干生效。系统块的设置如下，需求留意的是，PLC的地址默许是，但本设计中需求用到的地址是，如图.。通讯端口的设置，同样的，他们用到的地址是，如

59、图.所示。图. 通讯端口设置程序设计 设计思绪 PLC采用的是的S-，CPU是系列，采用了个灯来显示过程的形状，分别是罐运转指示灯，停顿灯，电磁阀指示灯，硫化终了指示灯，硫化终了报警灯，可以经过个灯的开关情况判别加热的大约情况。传感器包括温度传感器铂热电阻传感器，压力传感器分散硅式差压变送器。信号调理模块有热电阻调理模块和压力采集调理模块。执行部分是由伺服放大器、手操器和电动执行机构组成。伺服放大器对S-PLC输出的微弱信号进展放大，手操器可以进展手自动一切换，电动执行机构最终对控制阀动作。其中控制阀包括进气阀和排气阀。本设计一共设计九个采集点。八个温度采集点，一个压力采集点。其中温度采集选用

60、的是八只铂热电阻，这样就需求有四个铂热电阻调理模块。每个铂热电阻模块有两个采集通道。温度采集与输出分别占用八个模拟采集通道和八个模拟输出通道；压力采集选用分散硅式差压变送器，其采集输出的就是 -mA的规范电信号。I/O模块分配表表. 分配表地址称号功能I.启动按扭按下开关，设备开场运转I.开关按钮按下开关，设备停顿运转I.急停按钮 按下开关，终止通入蒸汽Q.运转灯灯亮表示设备处于运转形状Q.停顿灯灯亮表示设备处于停顿形状Q.硫化形状指示灯灯亮表示硫化罐在正常范围内Q.硫化终了形状指示灯灯亮表示硫化终了Q.硫化终了形状指示灯灯亮表示硫化终了报警内存地址分配表. 内存地址分配地址阐明M.第段保温时