微机控制技术指导书.docVIP

《微机控制实验指导书 基于TWIDO PLC的温度控制实验 实验目的： 熟悉PLC实验装置，TWIDO系列编程控制器以及拓展模块的外部接线方法 了解编程软件TWIDOSOFT的编程环境，软件的使用方法 了解PID温度控制技术 掌握施耐德PLC的PID模块使用方法 实验设备： 1、施耐德TWDLCAE40DRF 2、A/D D/A模块TWDAMM3HT 3、温度控制箱 实验原理： 1、硬件简介 施耐德的TWDLCAE40DRF是一体型40I/O控制器，具有24个数字量输入，14个继电器和2个晶体管输出；具有2个模拟电位器输入；具有1个集成的串行口；具有一个支持附加串行口的插槽；内置实时时钟RTC；具有一个装有用户可更换电池的电池盒；最多连接7个扩展I/O 模块；最多连接2个AS-Interface V2总线接口。该产品自带以太网接口，通过内置的RJ45口，利用TCP/IP协议的100 Base-TX自适应以太网通信。额定电源电压：100-240VAC。通过USB或者COM与计算机连接。 图1 TWDLCAE40DRF TWDAMM3HT作为拓展模块,它具有2输入1输出;信号范围: 0- 10V 或4- 20mA。其作用就是将温度传感器产生的0- 10V 的电压模拟信号转换为PLC 能够处理的数字信号, 并将PLC 产生的数字信号转换为模拟量来驱动外电路。 模拟量I/O 模块TWDAMM3HT可以线性地将0- 10V 的模拟信号转换成0- 4095 之间的数字信号。PLC 产生的0- 4095 的数字信号同样可以线性地转换成0- 10V 的模拟信号。由于运用了该拓展模块，使得温度控制系统结构上小巧紧凑,达到更加经济、简洁的系统设计效果。 图2 TWDAMM3HT 2、控制对象的数学模型 控制对象的数学模型不同，控制方案的具体程序和公式也有所区别。电阻丝是利用电能转换为热能的一个装置，流入电阻丝的热量Q与其温升的关系为： (1) 其中C为物体的热容量，即要使物体的温度上升一度所需的热量（卡），为物体的温度；Q为流入物体的热量（卡）。 电阻丝加热的同时还要向外散发热量，所以加热元件发出的热量Q应该等于电阻丝中的热量Q1和电阻丝散掉的热量Qo之和。故上式应为 (2) 由于散发的热量Qo与温度高低成正比，若令 (3) 其中Ｒ为比例系数，称为电阻丝的热阻。因此 (4) 两边取拉氏变换得： (5) 由于测量元件会存在一定时间的滞后，使得控制信号与温度测量值之间存在着一个时滞环节τ。控制器输出的控制信号为U，而U (s)与Q( s)的关系又是成正比例，即 (6) 而温度控制箱的输出信号即是温度信号所以 (7) 那么 (8) 其中，T=R*C，称为对象的时间常数，K=Km*R，称为对象的增益。 3、PID控制算法 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。所以虽然PID控制器产生于19世纪初，但今天仍被广泛应用于化工、冶金、电力、机械等工业过程控制中。目前全世界大约有90%的过程控制仍在使用PID控制器及其改进型来完成反馈回路的控制。基于上述内容，本系统采用PID算法。PID控制的全称叫做比例积分微分控制，是由比例控制、积分控制和微分控制三种控制组合而成的组合控制方式。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例控制——Ｐ 比例控制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。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。 积分控制——I 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的 或简称