图2.1 DIP开关

2.1.4 温度检测和控制模块

由学校提供，模拟真实锅炉的温度检测和控制模块，可自行将0～10V模拟信号转化为占空比对锅炉进行加热。输出的模拟信号也是0～10V，锅炉外接24V直流电源。

2.2 I/O分配表

表2.3 I/O分配表

输入 I0.0 I0.1 输出 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 启动指示灯 停止指示灯 正常运行指示灯 温度越上限报警指示灯 锅炉加热指示灯 启动按钮 停止按钮 2.3 硬件接线图

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图2.2 硬件连接图

电流变送器电压变送器未使用输入端电压负载电流负载

图2.3 EM 235 CN连接图

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第三章 软件设计

3.1 PID控制程序设计

模拟量闭环控制较好的方法之一是PID控制，PID在工业领域的应用已经有60多年，现在依然广泛地被应用。人们在应用的过程中积累了许多的经验，PID的研究已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应，控制及时，但不能消除余差。

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，不能快速对误差进行有效的控制。 3.1.1 PID控制算法

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，使系统达到稳定状态。偏差e和输入量r、输出量c的关系:

e(t)?r(t)?c(t) （3-1）

控制器的输出为：

1de(t)u(t)?Kp[e(t)??e(t)dt?Td] （3-2）

Ti0dtu(t)---------PID回路输出

1Kp----------比例系数P

Ti-----------积分系数I

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Td-----------微分系数D

PID调节的传输函数为

D(s)?U(s)1?Kp[1??TdS] （3-3） E(s)TiS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

模拟形式 e(t)?r(t)?c(t) 离散化形式 e(n)?r(n)?c(n) de(t) dTte(n)?e(n?1) T?e(t)dt 0?e(i)T?T?e(i) i?0i?0nn所以PID输出经过离散化后，它的输出方程为:

Tu(n)?Kp{e(n)?Ti?e(i)?i?0nTd[e(n)?e(n?1)]}T （3-4）

?up(n)?ui(n)?ud(n)?u0式中，

up(n)?Kpe(n) 称为比例项

Tui(n)?KpTiud(n)?Kp?e(i) 称为积分项

i?0nTd[e(n)?e(n?1)] 称为微分项 T上式中，积分项是包括第一个采样周期到当前采样周期的所有误差的累积值。计算中，没有必要保留所有的采样周期的误差项，只需要保留积分项前值，计算机的处理就是按照这种思想。故可利用PLC中的PID指令实现位置式PID控制算法量。

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

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