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摘要
目前对于工厂环境的监测和控制，基本上是人工进行的，劳动强度大，繁琐。由于人工反应不及时，造成损失的现象时有发生。而且现在许多工厂车间对于环境的要求越来越高，固有的监测和控制方法已经不能满足其需求。随着PLC 技术的发展，PLC技术被更广泛的应用于实时监测和控制中来。通过PLC技术的应用，能够清晰直观并且实时的收集信息，并自动快速的做出反应，实现对车间环境的自动化、智能化。本论文主要讲述了基于以西门子S7-200系列可编程控制器（PLC）为主要的控制元件，采用PID算法进行控制，运用PLC梯形图编程语言进行编程。本次设计的目的是实现对工厂环境的温度，湿度及管道压力进行实时监测和显示，并通过PID算法对温度、湿度和压力进行控制，使环境可以维持在工业要求的范围内。
关键词：温度湿度压力可编程控制器
Abstract
ABSTRACT
Now the monitoring and controlling of factory environment is basically a manual of labor-intensive and cumbersome. Artificial response in a timely manner, resulting in the phenomenon of the loss occurred. And now, the increasingly high demand for many of the factory floor environment, inherent in the monitoring and control methods have been unable to meet their needs. With the development of PLC technology, PLC technology is more widely used in the real-time monitoring and control. Through the application of PLC technology, clear and intuitive and real-time collection of information, automatically and quickly respond to the automation of the workshop environment, intelligent.This paper mainly based on Siemens S7-200 series programmable controller (PLC) for the control of the main components,the use of the PID algorithm,the use of PLC ladder programming language programming,to achieve the factory environment, temperature, humidity and pressure of the pipeline real-time monitoring and display, and at the same temperature, humidity and pressure control design method.
Key words: temperature humidity pressure PLC
目录
摘要................................................. I ABSTRACT.............................................. II 目录 ................................................ III 第一章引言......................................... - 1 -1.1 课题的背景和意义.................................. - 1 - 1.2 国内外研究现状.................................... - 1 - 1.3 本课题的主要研究内容............................... - 2 - 第二章 PID算法介绍.................................. - 3 - 2.1 PID算法简介...................................... - 3 - 2.2 PID参数的调整.................................... - 4 - 2.3 PID控制的应用.................................... - 5 - 第三章基于PLC监控系统的硬件设计 ....................... - 7 -3.1 系统的主要技术指标与参数........................... - 7 - 3.2 系统设计方案的论证 ................................ - 7 - 3.3 PLC的概述及选型 .................................. - 7 -
3.3.1 PLC的产生和应用 ............................... - 8 -
3.3.3 PLC的选型 ................................... - 10 -3.4 传感器的选择.................................... - 11 -
3.4.1 温度传感器的选择.............................. - 11 -
3.4.2 湿度传感器................................... - 13 -3.5 模块的配置和应用................................ - 15 - 3.6 其他元器件的选择................................ - 16 - 3.7 系统硬件接线图.................................. - 17 - 第四章系统的软件设计............................... - 19 -4.1 常用PLC程序的设计方法........................... - 19 -
4.2 系统流程图..................................... - 19 - 4.3 温度监控程序的设计 .............................. - 20 - 4.4 湿度监控程序设计................................ - 25 - 4.5 压力监控子程序.................................. - 28 - 结论 ............................................. - 33 -参考文献.......................................... - 34 -致谢及声明......................................... - 35 -
第一章引言
1.1 课题的背景和意义
温度、湿度、压力和人类的生产、生活有着密切的关系，同时也是工业生产中最常见最基本的工艺参数，例如机械、电子、石油、化工等各类工业中广泛需要对温度、湿度、压力的检测和控制。并且随着人们生活水平的提高，人们对生存环境越来越关注，而空气中的湿温度变化与人体的舒适度和情绪都有着直接的影响，所以对温度、湿度的检测及控制是非常有必要的。而且现在管道爆炸的现象也时有发生，因此对于管道压力的检测和控制也是必不可少的。总之，环境温湿度及管道压力的检测与调节仪器的设计和开发具有非常大的市场前景和实用价值。
本设计是基于西门子S7-200系列PLC为主要控制元件进行设计的，可编程控制器（PLC）是综合了计算机技术、自动控制技术、人机对话的一种新型的、通用的自动控制装置。它具有抗干扰能力强、可靠性高，控制系统结构简单、通用性强，易于编程、使用灵活方便，功能强及适应工业环境下应用等一系列优点，近年来在工业自动化、机电一体化、传统产业技术等方面应用越来越广，成为现代工业控制三大支柱产业之一。PLC的最终目标是用于实践，提高生产能力及产品质量。如今，PLC技术的应用已经成为世界潮流，PLC技术将在我国得到更全面的推广应用。
本文主要介绍利用PLC的相关知识实现对车间温度、湿度及管道压力的实时检测、显示并且能够实现自动控制的设计方法。此设计不仅要求能够对温湿度和压力的检测显示，更重要的是实现其控制作用。在此过程中，用到了PID闭环控制技术以实现对温湿度和压力的控制，使其稳定在一定的范围内。此设计解决了人工操作繁琐，误差大的缺点。
1.2 国内外研究现状
自70年代以来，由于工业发展及功业技艺的要求越来越严格，对于控制系统的要求也越来越迫切，而且现在由于集成电路和计算机技术以及自动控制理论的发展，国内外控制系统的发展速度也有了很大的提高，并在自动化，适应性、整定参数等方面取得成果，在这方面，以日本、美国等国的技术比较优越，也生产出了许多功能强大、性能好的仪器仪表，并在各行各业广泛应用。它们主要有
以下特点：
1）适应于大惯性、大滞后等复杂的参数控制体统的控制。
2）能适应于数学模型难以建立的参数控制系统的控制。
3）能适用于过程复杂、参数时变的参数控制系统的控制。
4）这些参数控制系统普遍采用自校正控制、自适应控制、人工智能控制、模糊控制等先进控制理论及计算机技术，运用各种先进的算法，实现的功能更加丰富，适用的范围更加广泛，
5）参数控制器普遍具有参数整定功能。借助于计算机软件技术，参数控制器具有对控制参数及特性进行自整定的功能。有的还具有自学习功能。
随控制系统在国内各行各业的应用广泛，但从国内参数控制系统的设计来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家的发展相比仍然有着较大的差距。目前，我国在这一领域的发展水平只相当于20世纪80年代中后期的水平，已经初具规模的产品主要以“点位”控制和常规的PID控制器为主，它只能适用于一般的参数系统的控制，难以控制滞后、复杂、时变参数系统。现代控制系统应能适应于较高的控制场合实现智能化、自动化，在这一方面的技术国内还不十分成熟。
随着科学技术的不断发展，人们对各种控制系统的要求越来越高，因此，高精度、智能化、人性化的参数控制系统是国内外必然发展的趋势。
1.3 本课题的主要研究内容
以车间环境为被控对象，以温度、湿度、压力为被控参数，以加热器，加湿器，阀门的开关为控制参数，以PLC为控制器，构成控制系统；采用PID算法，运用PLC梯形图编程语言进行编程，实现环境温湿度及压力的自动控制。
PLC技术在监控系统上的应用，通过分析和研究系统的硬件配置、原理图的设计、程序的设计，建立数学模型、选择算法、整定参数、人机界面的合理布局等。论文通过对西门子公司的S7-200系列可编程控制器的应用，实现其监控功能。首先，由传感器将检测到的实际量转化为电流信号，经过模拟量输入模块转换成数字信号送到PLC中，经过PLC中指令的处理，将数据转换、判断，然后输出显示并预报警，在控制过程中需要应用PID调节，PID控制器输出转化为0-10mA的电流信号输出来控制各类仪器，使各参数稳定在一定的范围内。
第二章 PID 算法介绍
2.1 PID 算法简介
现在的自动控制技术大多都是基于反馈控制来设计的。反馈设计技术包括三个基本环节：测量、比较和执行。测量获得的是工程需要控制的变量，并把它与设定值进行比较，在测量值和设定值之间存在误差，通过此误差来纠正和控制系统的输出。在自动过程控制中应用的反馈技术关键是：把测量值与设定值进行正确的比较后，如何利用比较后的结果来调节系统误差，使系统可以处于设定值的稳定工作状态。
在过去的几十年一直到现在，PID 控制（即比例积分微分控制）广泛的应用于工业过程控制中。现在工业的高速发展，对于控制技术的要求加大，在这样的推动下其也有了长足的发展，在工业自动化过程控制中大约有90%以上的控制采用PID 控制。
PID 控制由比例控制环节（P ）、积分控制环节（I ）和微分控制环节（D ）三部分组成，PID 的控制原理清晰易懂，不需要很高的基础，PID 控制规律可以简单的表示为：
S K S
K K G(S)D I P ++= 现阶段能被广泛应用的控制技术就是PID 控制，他的使用方法灵活多变，通俗易懂，而广受欢迎。已经开发的产品，使用时只需要将其三个参数（K P ，K I 和K D ）进行整定计算就可以了。有很多情况可能不需要三个环节都使用，这个时候我们也可以只用一到两个单元，但是在PID 控制中比例控制是不能少的。
PID 控制的优点如下：
（1） PID 的控制原理比较简单，使用起来也比较方便，PID 的其他部分不用改变，只需要根据其动态特性的变动而重新设定这三个参数K P 、K I 和K D 就可以了。
（2） 适应的环境多样，PID 控制器现在已经有了统一的标准，并且已经商品化，即使目前才开发出来的过程控制计算机，他也是建立在在PID 控制的基础之上的，PID 在现代控制中仍然是处于绝对地位的，这样造就了PID 的应用范围更加广泛。
在科学技术尤其是计算机技术迅速发展的今天，虽然涌现出了许多新的控制方法，但PID仍因其自身的优点而得到了最广泛的应用，PID控制规律仍是最普遍的控制规律。PID控制器是最简单且许多时候最好的控制器，特别是在过程控制中应用最广泛。
2.2 PID参数的调整
控制器参数整定：是指对调节器的比例增益K P、积分时间T I、微分时间T D和采样时间T S进行整定，就是确定其值。整定的过程就是观察系统的响应，调整调节器的各个参数，让它的各种特性和能够与过程特性相一致，以改善动态过程和静态的指标，使其控制得到的结果达到最佳。现在常用的整定方法有两大类，即工程整定法和理论计算整定法。
理论计算整定法需要知道被控对象的数学模型，根据系统确定的参数指标，利用理论计算（即微分方程、根轨迹、频率法等），求得的系统参数。此方法不仅计算量大且复杂，而且数学模型的建立是通过分析法或实验测定法而得到的，因此只能近似的反映系统的动态特征，由此方法得到的整定参数精度不能达到很高，在工程上没有被广泛的应用。
工程整定法是一种不用知道对象的数学模型，不用知道理论计算的理论知识就能在自动控制系统当中直接进行整定的方法。由于它是一种简单实用的方法，因此其在实际工程中被广泛的应用。常用的工程整定法有临界比例度法、经验整定法、自整定法、衰减曲线法等。经验整定法的整定步骤可分为先整定比例环节、整定积分环节、最后整定微分环节三步：
，观察此过程中的响应曲线，1.比例控制环节的整定：由小到大改变比例增益K
C
直至得到反应最快、超调量最小的响应曲线，此时的增益为最佳值，即整定值。
2.积分控制环节的整定：若是只用比例控制不能满足稳态误差的要求，此时就要考虑加入积分控制环节。首先将通过步骤1中确定的比例控制系数减小50～80％，再装入一个较大的积分时间T I，观测得到的响应曲线。然后慢慢的减小积分时间，使积分作用加大，同时根据响应曲线的变化调整K
，这样反复的试验各个数值，
C
直到得到较满意的响应曲线，这样就可以得到比例和积分参数的整定值。3.整定微分环节：若经过步骤（2），得到的比例积分控制参数只能消除稳态误差，而对于动态过程中的误差不能有很好的效果，此时则应加入微分控制，构成比例积分微分控制。微分时间的整定首先将微分时间T D置0，逐渐加大微分时间T D，同时根据响应曲线的变化相应地对比例系数和积分时间进行微调，反复试验直至获
得满意的控制效果这样就得到了系统需要的PID 控制参数。
对于采样周期，通常根据工作过程和外界干扰的幅度来确定。对于响应速度快容易受到干扰的控制系统，一般采样周期要选择时间较短的；反之，采样周期应该选取时间较长的。采样周期的选取还应该综合考虑到PI D 参数的作用，采样周期与参数的调整应该配合选择，必须注意的采样周期的选择应远小于过程中出现的扰动信号周期，有些执行器的响应时间比较长，这时采样周期如果选取的较小时，这样的系统将失去意义，因此需要适当选择大一点的采样周期；在能够满足计算机运算速度的要求下，采样周期选取的越短，则控制器的控制效果越好；当系统的响应纯滞后时间比较长时，一般我们把采样周期选为纯滞后时间的1/4～1/8。根据经验采样周期，在本设计中温度的采样周期选择15S ，湿度的采样周期选择10S ，压力的采样周期选择5S 。
表2.1 经验采样周期
被测参数
采样周期T （s ） 备 注 压力
3～10 优先选用4～8（s ） 温度
15～20 或纯滞后时间，串级系统： 副环T T 51~41=主环 湿度 10～15
2.3 PID 控制的应用
PID 控制器由比例单元（P ）、积分单元（I ）和微分单元（D ）组成。其数学表达式为：
]dt
de(t)Td e(t)dt Ti Kc[e(t)u(t)t ?++=01 西门子S7-200中的PID 算法的算式为：
)PV (PV )/T (T K MX )
PV (SP )/T (T K )PV (SP K M n n S D C n n I S C n n C n -*++-**+-*=-1
式中 n M —第n 采样时刻的计算值； C K —增益； s T —采样周期； I T —积分时间； D T —微分时间； n
SP —第n 采样时刻的给定值； n
PV —第n 采样时刻的过程变量值； MX —第n-1采样的积分项 PID 控制各环节的控制作用：Ｋc 的加大，能够使系统的动作更加迅速，
减小稳态误差，增加振荡次数，加长调节时间。但是比例系数过大时，系
统状态将会趋于不稳定。而比例系数太小，又会使系统的反应时间增加。
比例系数可以选负数，这主要是由控制器件、传感器以控制对象的特性决定的。如果比例系数的符号选择不当，过程变量就会离设定值越来越远，若遇到如此情况，则Ｋ
c
的符号就一定要取反。积分控制的作用是减弱甚至消除稳态误差能够提高系统的精度，但是也会使系统的稳定性下降。积分
时间Ｔ
i
越小，其积分作用越强，当积分作用过强时，会使系统不稳定。微分控制的作用是可以改善系统的动态特性，微分时间的大小影响系统的超调量，影响系统的调节时间。
PID指令的使用：1、建立回路表，回路表格式如下表1所示。
表 2.1 PID的回路表
偏移地址域格式定时器类型中断描述
0 过程变量PV n REAL 输入过程变量，必须在0.0～1.0之间
4 设定值SP n REAL 输入给定值，必须在0.0～1.0之间
8 输出值M n REAL 输入/输出输出值，必须在0.0～1.0之间
12 增益K C REAL 输入比例常数，可正可负
16 采样时间T S REAL 输入单位s，必须是正数
20 积分时间T I REAL 输入单位min，必须是正数
24 微分时间T D REAL 输入单位min，必须是正数
28 积分前项MX REAL 输入/输出积分前项，必须在0.0～1.0之间
32 过程变量前
值PV
1
n REAL 输入/输出包含最后一次执行PID指令时存
储的过程变量值
2、对采样的过程数据进行标准归一化处理，第一步是将实际数值从16位整数数值转换成32位的实数值，第二步是将数值的实数变化为在0.0～1.0之间的标准数值，在归一化的过程中，对于单极性的数据，除以32000，双极性的数据除以64000。
3、用PID指令进行计算。注意：每个回路的回路号不能相同，回路号有0～7，所以程序中最多能够使用8条PID指令。
4、在回路输出被应用于驱动外部设备前，回路输出必须被转换成16位的整数，其实就是输入的逆变换。
第三章 基于PLC 监控系统的硬件设计
3.1系统的主要技术指标与参数
1、能够精确地实现对车间温度的检测，测温范围25℃±5℃。
2、能够实现对车间湿度的检测，测量湿度的范围为50％RH ±5%RH 。
3、能够精确地实现对车间管道压力的检测，测量压力的范围为5MPa 。
4、能够实现温湿度及压力的同时显示，并能判断报警。
5、能够实现对温湿度及压力的闭环控制。
3.2系统设计方案的论证
与其他微型计算机相比，PLC 拥有更多的优势，PLC 更适用于恶劣的工业环境，具有更强大的数据处理功能和功能指令集，编程简单，编程指令模块化，能够实现就地编程、监控、通讯等功能，还能实现远程控制功能。PLC 的梯形图语言直观、清晰、可读性强，易于掌握。PLC 具有丰富的功能指令，能够实现加 减乘除四则基本运算,数据的传送、比较、移位、转换,堆栈等功能，还具有实时时钟指令，使定时及时间的设置与显示功能得以实现。系统总原理框图如图3.1所示. 温度传
感器压力传
感器湿度传
感器PLC 控制装置
报警装置
显示装置
图 3.1 系统总原理图
3.3 PLC 的概述及选型
PLC 是在工业环境应用的背景下设计的一种数字运算操作的工业控制计算机，可编程控制器采用可编程的存储器以记忆、储存和执行逻辑、顺序、定时、计数和算术运算等功能，并通过输入和输出来控制各类仪器或生产过程。
3.3.1 PLC 的产生和应用
1969年美国数字设备公司（GEC ）首先成功研制第一台可编程控制器PDP-14，并在GM 公司的汽车自动装配线上试用成功，开创了工业控制的新局面。1971年日本引进此项技术，很快研制出日本第一台可编程控制器DSC-8。我国从1974年开始研制，1977年开始在工业中推广应用。进入20世纪70年代，随着电子技术的发展，尤其是PLC 采用通用微处理器，这种控制器不再局限于当初的逻辑运算，功能不断增强。进入20世纪80年代，由于微电子技术的迅猛发展，以16位和32位微处理器构成的PLC 得到长足的发展，使PLC 的功能有了新的突破，可靠性提高，体积和功耗减小，编程更为灵活方便，故障检测更加准确。目前，随着PLC 技术的发展，功能的不断丰富，PLC 的应用越来越广泛，被应用于顺序控制、运动控制、过程控制、数据处理等领域。现在PLC 在国内外已被钢铁、采矿、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、造纸、环保及文化娱乐等各个行业所广泛应用。
3.3.2 PLC 的组成和工作原理
可编程控制器一般由中央处理单元（CPU ）、存储器（ROM/RAM ）、输入/输出单元、（I/O 单元）、编程器、电源等主要部件组成，如图2所示。
1．中央处理单元（CPU ）
中央处理单元（CPU ）一般由控制器、运算器和寄存器组成，利用集成微处理器（CPU ）运算器控制器电源
输入单元存储器输出单元
EPROM 系统程序RAM 用户程序I/O 拓展接口外设I/O 接
口外
部
设
备用
户
输
入
设
备用户输出设
备I/O 拓展接口
图 3.2 可编程控制器基本结构框图
电路技术，把这些电路集中在一个芯片内。CPU 是通过总线与外部连接的。CPU 是PLC 的核心部件，它按PLC 中存储的系统程序赋予的功能来控制PLC 工作，用户程序和数据是在运行前存入存储器中的，当PLC 运行时，CPU 以扫描的方式来
执行用户编写的程序。CPU的主要任务是接收并存储用户程序和数据；用扫描的方式通过I/O口接收由输入装置送来的现场信号的状态或数据，并存入输入映像寄存器和规定的数据存储器中；诊断电源和PLC的工作状态以及编程过程中出现的语法错误；PLC运行状态时，在CPU中进行数据处理及运算等功能。
2. 存储器
PLC的存储器分为两部分：系统存储器和用户存储器。
系统存储器是用来存放生产厂家编写的固有程序，用户是不能修改的。它是PLC能够完成其他工作的基础，系统程序包括三部分：系统管理程序、用户指令解释程序和标准程序模块与系统调用管理程序。
用户存储器包括程序和数据存储器两部分。程序存储器存放的是用户编写的应用程序，现在常用的存储器有ROM、EPROM和EEPROM存储器，其内容用户可以修改。用户数据存储器存放的是程序中的状态和数据等。存储器的大小是PLC性能指标之一。
3. 输入输出单元
输入输出单元（I/O口）是PLC与电气回路的接口。PLC的输入/输出单元包含两部分：与被控设备相连接的接口电路和输入输出的映像寄存器。输入单元接收输入设备的各种控制信号，接口电路转换为能识别的信号并存入输入映像寄存器。输出映像寄存器是储存处理结果的，输出映像寄存器有输出点相对应的触发器组成，输出接口电路是将处理后的弱电信号转换成强电信号输出。PLC的输入和输出信号类型分为两类：开关量和模拟量。开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，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（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
4.电源
PLC所使用的电源有220V的交流电或24V直流电源，其内部还有开关电源，PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源，有的还为输入电路提供24V的工作电源，开关电源为为内部电路提供5V电源。
可编程控制器的工作原理:
PLC是一种工业控制计算机，其工作原理是建立在计算机工作原理的基础
上，而CPU是以分时操作的方式来处理各项任务，计算机在每一瞬间只能处理一项任务，所以程序的执行是按编入程序的顺序一步一步完成的，这样我们就称作其是在时间上的串行（即串行工作方式）。
PLC是以循环扫描，顺序执行的方式来工作的。一次执行全部程序扫描所需的时间称为扫描周期或工作周期。PLC一个扫描周期就是从 CPU 执行第一条指令开始，然后按照程序编写的顺序一条一条地执行用户程序直到最后一条用户程序执行结束，然后回到第一条指令的时间。CPU会再次从第一条开始扫描， PLC 的执行就是这样一遍一遍的重复上述扫描过程的。
3.3.3 PLC的选型
1.PLC机型的选择
PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时应主要考虑以下几点。
1）合理的结构形式 PLC主要有整体式和模块式两种结构形式。
整体式PLC的每个I/O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小，一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能拓展灵活方便，当I/O点数不足时，只需加入I/O拓展模块就可以了，现已开发了许多实用的模块，在模块的选择上有很大的余地，而且模块的维修方便简单，厂家提供维修服务。此类形式常用于较复杂的控制系统。
2）安装方式的选择 PLC的安装方式分为集中式、远程I/O式及多台联网分布式。
集中式安装不需要装配驱动远程I/O的硬件结构，系统的反应能力强，安装成本低；远程I/O式适用于大型系统的安装，系统的部件装置可以分布范围在很广的范围内，可以在现场安装控制装置，这样可以得到一个连线短的系统，但需要额外的装设驱动器和远程I/O电源；多台联网分布式多被应用于多台设备既能分别独立控制，又得把他们互相联系起来的系统中，在此方式下必须用到通讯模块来连接各部分的设备。
3）功能要求一般小型都PLC都能实现运算、定时、计数等功能，对于只需要开关控制的设备都可满足。对于以开关量为主，带少量模拟量控制的系统可选用具有加减运算、数据传送功能的增强型抵挡PLC。对于控制功能复杂的系统可选用中高档PLC。中高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制
系统等场合。
2.PLC容量的选择
PLC容量的选择包括I/O点数和用户存储容量选择两方面。
1）根据对控制设备的分析，有被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上10%～15%的徐亮来确定所需的I/O点数，另外注意，一般同时接通的输入点数不得超过总输入点的60%。PLC的输出点可以分共点式、分组式和隔离式几种接法。
2）存储容量的选择存储容量的计算我们不可能做到精确，粗略计算时就要留有很大的余量。在只有开关量的控制的系统中，可以用输入量的总点数*10字/点+输出量的总点数*5字/点来估算；计数器/定时器按（3～5）字/个来粗略估算；需要进行运算处理时按（5～10）字/量来粗略估算；在有模拟量控制的系统中，可以按每个接口200字以上的数量估算。最后，一般在经过以上估算后容量的基础上再加50%～100%的裕量。
本设计采用德国西门子S7-200 PLC。S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性价比。
S7-200 系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等类型。本系统中需要2个数字输入，15个数字量输出，另外因为有温度、湿度和压力三个模拟量的输入，需要模拟量输入扩展模块，又有3路模拟量输出，需要模拟量输出扩展模块。S7-200 CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。其I/O 口足够使用，且有模拟量扩展模块。因此选用S7-200 CPU226。
3.4 传感器的选择
3.4.1 温度传感器的选择
DS18B20原理与特性：本系统采用了DS18B20单总线可编程温度传感器,来实现对温度的采集和转换，大大简化了电路的复杂度，以及算法的要求。首先来介绍一下DS18B20这块传感器的特性及其功能: DSl8B20的管脚及特点 DS18B20可编程温度传感器有3个管脚。内部结构主要由四部分组成：64位只读内部存储器、温度传感器、温度上/下限报警触发器TH和TL、暂存器。DS18B20的外形
及管脚排列如图3.3所示
图3.3DS18B20的外形及管脚排列图
64位ROM和
单线接口电源
检测存储器和控制逻辑
暂存器
8位CRC
产生器
温度传感器
上限触发TH
下限触发TL
内部VDD
VCC
DQ
图 3.4 DS18B20内部功能模块
GND为电源接地线，DQ为数据信号输入/输出端，通过一个较弱的上拉电阻与PLC相连。VDD为外接供电电源输入端，范围3．O～5.5 V。DS18B20内部功能模块如图3.4所示，
DS18B20的工作原理:DS18B20的测温原理与DS1820相同，只是因分辨率不同得到的温度值的位数DS18B20 为9位～12位，而DS1820为9位，且温度转换时的延时时间变为750mS,DS18B20的测温原理图如图3.5所示。虽然现在高精度芯片的采用,但由于技术问题在实际情况上比较难实现,而实际精度不能达到很高的数值，不过温度寄存器中的数值基本可确定为所测温度。
斜率累加器的作用就是为了减少这一误差，它能够补偿和修正测温过程中的误差，修正计数器1的预置值。图中低温度系数振荡器的晶振振荡频率受温度影响很小，固其能够产生固定频率的脉冲信号，用于计数器1的输入。而高温度系
数振荡器的晶振振荡频率随温度变化有着明显的改变，所产生的脉冲信号用于计数器2的输入。预置计数器1和温度寄存器的一个基数值，为在－55℃所对应时。低温度系数振荡器晶振产生的脉冲信号经过计数器1的减法计数，当减到0时，温度寄存器中的数据值将加1，重新装入计数器1的预置，低温度系数晶振产生的脉冲信号在经过计数器1的减法计数，循环执行，直到计数器2内的数据减到0时，停止温度寄存器内值的累加，此时温度寄存器内的数值就是现场所测得温度。
DS18B20的寄存器结构的配置，低五位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式或测试模式。在其出厂时改为被设置为，用户不要改动。R1和R0用来设置分辨率。
图 3.5 DS18B20的测温原理框图
3.4.2 湿度传感器
空气湿度的测量有很多种方法，湿度传感器的工作原理是其内置的物质从周围环境中吸收水分后引起的物质形态结构的变化，将这种变化以某种等价方式获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。最常用的有电容式、电阻式和湿涨式湿敏元件，分别是根据其内置物质吸湿后的介电常数、电阻率和体积的变化而测量得到湿度的。下面介绍HS1100（顶端接触）/HS1101（侧面接触）湿度传感器的特性及其应用。
1.主要特性
（1）不需校准的完全互换性；（2）可靠性高和长期稳定性；（3）响应时间快速；（4）使用方便体积小；（5）能够适用于线性电压和频率两种输出电路；（6）适宜于流水线自动插件的制造和自动装配过程等。
相对湿度的范围是0~100%RH ，电容量的变化为16pF 变到200pF ，其误差为±2.5%RH 、反应时间小于5S 、温度系数为0.04pF/℃，可见其有较高的精度。
2. 工作原理
HS1100/HS1101电容传感器，在电路图中就是一个电容器件，这个电容有着其自身特点：随着空气中湿度的改变其电容量也就改变，如何把电容的变化量等价的转换为能够被计算机识别的信号，常用的方法是将该湿敏电容连接在555振荡电路中，555振荡电路的连接如图3.7所示，其可以把电容值的变化量转为易于被计算机识别的与之成反比的电压频率信号。HS1100/HS1101湿度传感器在不同的相对湿度中其电容值是不同的，而电容值得改变使电路输出的频率也发生相应的改变，HS1100/HS1101的容值随着相对湿度的增大而增大，而输出频率与之成反比，因此输出频率的变化是随着相对湿度值的变大而变小，即频率降低。表3.1给出了输出频率的典型值。
表 3.1 典型频率值（参考点：25℃，相对湿度：50%，输出频率：6728KH Z )
图3.6给出了HS1101典型频率输出的555测量振荡电路，集成定时器555未接电阻R4、R2与湿敏电容C ，构成对C 的充电回路并将引脚2、6端相连引入到片内比较器，便成为一个典型的多谐振荡器，即方波发生器。另外，R3是防止输出短路的保护电阻，R1用于平衡温度系数。 湿度 %RH 频率H Z 湿度 %RH 频率H Z 0 7351 60 6600 10
7224 70 6468 20
7100 80 6330 30
6976 90 6168 40
6853 100 6033 50 6728
图 3.6 HS1101典型555应用电路
3.5 模块的配置和应用
本设计需要测量温度、湿度和压力三路模拟量信号，也需要三路模拟量信号的输出，而在PLC中应用的是数字量，所以就需要用到模拟量输入模块输出模块，因为有三路模拟量输入、三路模拟量输出，因此本设计选用的模块有模拟量输入/输出模块为EM235和模拟量输出模块EM232。因为EM235为三路模拟量输入、一路模拟量输出，EM232有两路模拟量输出，选用此两个模块能够满足系统的要求。
1.EM235配置
表 3.2 EM235选择模拟量输入范围的开关表
单极性
满量程输入分辨率
SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6
ON OFF OFF ON OFF ON 0到50mV 12.5μV
OFF ON OFF ON OFF ON 0到100mV 25μV
ON OFF OFF OFF ON ON 0到500mV 125μA
OFF ON OFF OFF ON ON 0到1V 250μV
ON OFF OFF OFF OFF ON 0到5V 1.25mV
ON OFF OFF OFF OFF ON 0到20mA 5μA
OFF ON OFF OFF OFF ON 0到10V 2.5mV
双极性
满量程输入分辨率
SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6
ON OFF OFF ON OFF OFF ±25mV 12.5μV
OFF ON OFF ON OFF OFF ±50mV 25μV
OFF OFF ON ON OFF OFF ±100mV 50μV
ON OFF OFF OFF ON OFF ±250mV 125μV
OFF ON OFF OFF ON OFF ±500mV 250μV
OFF OFF ON OFF ON OFF ±1V 500μV
ON OFF OFF OFF OFF OFF ±2.5V 1.25mV
OFF ON OFF OFF OFF OFF ±5V 2.5mV
OFF OFF ON OFF OFF OFF ±10V 5mV EM235模块如何用DIP开关设置如表3.2所示。开关1～6可选择模拟量的单/双极性、增益、衰减性和输入范围。DIP开关SW6决定模拟量输入的单双极性，当SW6为ON时为单极性输入，SW6为OFF为双极性输入。SW4和SW5决定其增益的选择，SW1,SW2,SW3共同决定了其衰减性的选择，下表中，ON 为接通，OFF为断开。
3.6 其他元器件的选择
常用的LED显示器是由LED二级管组成，七段LED显示器是由七个LED 二极管组成七个放光段所构成，这七个发光段通常标记为a,b,c,d,e,f和g，通过控制这七个二极管的点亮和熄灭，可显示0~9和A,B,C,D,E,F也能显示H,L,P等字符。LED显示器是由发光二极管构成的显示发光器件，二极管有阴阳极之分，因此七段数码管就可以有两种接线方式即共阴极方式和共阳极方式。封装时，共阳极连接是把七段LED二极管的阳极连接在一点上，而其阴极连到封装后器件的相应引脚上。当要点亮某一段时，在阳极上加入+5V的电压，在相应的引脚接
车间温湿度控制程序 （ISO9001：2015） １．温湿度管理概述 要做好组装、测试间温湿度管理工作，首先要学习和掌握空气温湿度的基本概念以及有关的基本知识。 （１）空气温度 空气温度是指空气的冷热程度。 一般而言，距地面越近气温越高，距地面越远气温越低。 在日常温度管理中，多用摄氏表示，凡０度以下度数，在度数前加一个“－”，即表示零下多少摄氏度。 （２）空气湿度 空气湿度，是指空气中水汽含量的多少或空气干湿的程度。 表示空气湿度，主要有以下几种方法： ①绝对湿度 绝对湿度，是指单位容积的空气里实际所含的水汽量，一般以克为单位。 温度对绝对湿度有着直接影响。一般情况下，温度越高，水汽蒸发得越多，绝对湿度就越大；相反，绝对湿度就小。 ②饱和湿度 饱和湿度，是表示在一定温度下，单位容积空气中所能容纳的水汽量的最大限度。如果超过这个限度，多余的水蒸气就会凝结，变成水滴。些时的空气湿度便称为饱和湿度。 空气的饱湿度不是固定不变的，它随着温度的变化而变化。温度越高，单
位容积空气中能容纳的水蒸气就越多，饱和湿度也就越大。 ③相对湿度 相对温度是指空气中实际含有的水蒸气量（绝对湿度）距离饱和状态（饱和湿度）程度的百分比。即，在一定温度下，绝对湿度占饱和湿度的百分比数。相对湿度用百分率来表示。公工为： 相对温度＝绝对湿度／饱和湿度×１００％ 绝对温度＝饱和温度×相对温度 相对湿度越大，表示空气越潮湿；相对湿度越小，表示空气越干燥。 空气的绝对湿度、饱和温度、相对湿度与温度之间有着相应的关系。温度如发生了变化，则各种湿度也随之发生变化。 ④露点 露点，是指含有一定量水蒸气（绝对湿度）的空气，当温度下降到一定程度时所含的水蒸气就会达到饱和状态（饱和湿度）并开始液化成水，这种现象叫做结露。水蒸气开始液化成水时的温度叫做“露点温度”，简称“露点”。如果温度继续下降到露点以下，空气中超饱和的水蒸气，就会在商品或其他物料的表面上凝结成水滴，此现象称为“水池”，俗称商品“出汗”。此外，风与空气中的温湿度有密切关系，也是影响空气温湿度变化的重要因素之一。 ２．内外温湿度的变化 从气温变化的规律分析，一般在夏季降低车间内温度的适宜时间是夜间１０点钟以后～次日晨６点钟。当然，降温还要考虑到商品特性、车间条件、气候等因素的影响。
温度的PID 控制 一．温度检测部分首先要OK. 二、PID 调节作用 PID 控制时域的公式 ))()(1)(()(?++ =dt t de Td t e Ti t e Kp t y 分解开来： (1) 比例调节器 y(t) = Kp * e(t) e(k) 为当前的温差（设定值与检测值的插值） y(k) 为当前输出的控制信号(需要转化为PWM 形式) # 输出与输入偏差成正比。只要偏差出现，就能及时地产生与之成比例的调节 作用，使被控量朝着减小偏差的方向变化，具有调节及时的特点。但是， Kp 过大会导致动态品质变坏，甚至使系统不稳定。比例调节器的特性曲线. (2) 积分调节器 y(t) = Ki * ∫(e(t))dt Ki = Kp/Ti Ti 为积分时间 #TI 是积分时间常数，它表示积分速度的大小，Ti 越大，积分速度越慢，积分作用越弱。只要偏差不为零就会产生对应的控制量并依此影响被控量。增大Ti 会减小积分作用，即减慢消除静差的过程，减小超调，提高稳定性。 (3) 微分调节器 y(t) = Kd*d(e(t))/dt Kd = Kp*Td Td 为微分时间 #微分分量对偏差的任何变化都会产生控制作用，以调整系统输出，阻止偏差变化。偏差变化越快，则产生的阻止作用越大。从分析看出，微分作用的特点是：加入微分调节将有助于减小超调量，克服震荡，使系统趋于稳定。他加快了系统的动作速度，减小调整的时间，从而改善了系统的动态性能。 三．PID 算法： 由时域的公式离散化后可得如下公式：
y(k) = y(k-1)+(Kp+Ki+Kd)*e(k)-(Kp +2*Kd)*e(k-1) + Kd*e(k-2) y(k) 为当前输出的控制信号(需要转化为PWM形式) y(k-1)为前一次输出的控制信号 e(k) 为当前的温差（设定值与检测值的插值） e(k-1) 为一次前的温差 e(k-2) 为二次前的温差 Kp 为比例系数 Ki = Kp*T/Ti T为采样周期 Kd = Kp*Td/T 四．PID参数整定（确定Kp,Ts,Ti,Td）： 温度控制适合衰减曲线法，需要根据多次采样的数据画出响应曲线。 所以需要通过串口将采样时间t, 输出y(t)记录下来，方便分析。 1)、不加入算法，系统全速加热，从常温加热到较高的温度的时间为Tk, 则采样时间一般设为 T = Tk/10。 2)、置调节器积分时间TI=∞，微分时间TD=0，即只加比例算法： y(k) = y(k-1)+Kp*e(k) 比例带δ置于较大的值。将系统投入运行。（δ = 1/Kp） 3)、待系统工作稳定后，对设定值作阶跃扰动，然后观察系统的响应。若响应振荡衰减太快，就减小比例带；反之，则增大比例带。如此反复，直到出现如图所示的衰减比为4：1的振荡过程时，记录此时的δ值（设为δS），以及TS 的值（如图中所示）。当采用衰减比为10：1振荡过程时，应用上升时间Tr替代 振荡周期TS计算。 系统衰减振荡曲线 图中，TS为衰减振荡周期，Tr为响应上升时间。 据表中所给的经验公式计算δ、TI及TD的参数。
简单温度控制完整程序
#include
typedef bit BOOL ; unsigned char k,dat_wr[8],dat_rd[8]; void putchar(uchar weizhi,uchar da); void delay(uchar); void lcd_wcmd(uchar); BOOL lcd_bz(); void lcd_pos(uchar) ; void lcd_wdat(uchar) ; void display(uchar,uchar *) ; void lcd_init(); void longdelay(uchar s); void keyscan(void); BOOL lcd_bz() { // 测试LCD忙碌状态 BOOL result ; rs = 0 ; rw = 1 ; ep = 1 ;
生产实习报告书 报告名称基于单片机的温度控制系统设计姓名 学号0138、0140、0141 院、系、部计算机与通信工程学院 专业信息工程10-01 指导教师 2013年 9 月 1日
目录 1.引言.................................. 错误!未定义书签。 2.设计要求.............................. 错误!未定义书签。 3.设计思路.............................. 错误!未定义书签。 4.方案论证.............................. 错误!未定义书签。方案一................................................. 错误!未定义书签。方案二................................................. 错误!未定义书签。 5.工作原理.............................. 错误!未定义书签。 6.硬件设计.............................. 错误!未定义书签。单片机模块............................................. 错误!未定义书签。 数字温度传感器模块 .................................... 错误!未定义书签。 DS18B20性能......................................... 错误!未定义书签。 DS18B20外形及引脚说明............................... 错误!未定义书签。 DS18B20接线原理图................................... 错误!未定义书签。按键模块............................................... 错误!未定义书签。声光报警模块........................................... 错误!未定义书签。数码管显示模块......................................... 错误!未定义书签。 7.程序设计.............................. 错误!未定义书签。主程序模块............................................. 错误!未定义书签。 读温度值模块.......................................... 错误!未定义书签。 读温度值模块流程图： ................................. 错误!未定义书签。
温度PID 控制实验 一、实验目的 1．加深对PID 控制理论的理解； 2．认识Labview 虚拟仪器在测控电路的应用； 3．掌握时间比例P、积分I、微分D 对测控过程连续测控的影响以及提高测控系统的精度； 4．通过实验，改变P、I、D 参数，观察对整个温度测控系统的影响； 5．认识固态继电器和温度变送器，了解其工作原理。 二、预习要点 1．PID 控制理论与传递函数。请学生在0-100 的范围里，自己选择较好的KP，KI，KD 值，用该控制参数进行后续实验； 2．了解A/D、D/A 转换原理； 3．Labview 虚拟仪器图形软件（本实验指导书附录中对使用环境详细介绍）。 三、实验原理 温度是通过固态继电器的导通关断来实现加热的，控制周期即是一个加热和 冷却周期，PID 调节的实现也是通过这个周期实现的，在远离温度预设值的时固 态继电器在温度控制周期中持续加热（假设导通时间是T），在接近温度预设值 时通过PID 得到的值来控制这一周期内固态继电器的开关时间（假设导通时间是 1/2T）维持温度（假设导通时间是1/4T）。如图1 所示： 图1 加热周期控制示意图 8 四、实验项目 1．用PID 控制水箱温度； 2．用控制效果对比完成数据对比操作，选出最佳值。 五、实验仪器 ZCK-II 型智能化测控系统。 六、实验步骤及操作说明 1．打开仪器面板上的总电源开关，绿色指示灯亮起表示系统正常；
2．打开仪器面板上的液位电源开关，绿色指示灯亮起表示系统正常； 3，确保贮水箱内有足够的水，参照图2 中阀门位置设置阀门开关，将阀门1、3、5、6 打开，阀门2、4 关闭； 图2 水箱及管道系统图 4．参看变频器操作说明书将其设置在手动操作挡； 5．单击控制器RUN 按钮，向加热水箱注水，直到水位接近加热水箱顶部，完 全 淹没加热器后单击STOP 按钮结束注水； 6．关闭仪器面板上的液位电源开关，红色指示灯亮起表示系统关闭； 7．打开仪器面板上的加热电源开关，绿色指示灯亮起表示系统正常； 8．打开计算机，启动ZCK-II 型智能化测控系统主程序； 9．用鼠标单击温度控制动画图形进入温度控制系统主界面，小组实验无须在个 人信息输入框填写身份，直接确定即可； 10．在温度系统控制主界面中，单击采集卡测试图标，进入数据采集卡测试程序。 请在该选项中确定选择设备号为端口1，因为我们接入数据采集卡的端口是1 号 9 端口，其他数据端口留做其他方面使用的，所以切记不能选错，否则程序会报 错 并强制关闭。选择采集通道时请选择0 号通道即温度传感器占用的通道。控制上、 下限选项是为设置报警电路所预设的，在本实验中暂未起用该功能，感兴趣的 同 学可以试着完善它，本实验报警数值是+1V 以下和+5V 以上，这里只做了解即可。 采样点数（单位：个）、采样速率（单位：个/秒）和控制周期（单位：毫秒） 请 参照帮助显示区进行操作，一切设置确认无误后即可单击启动程序图标，观察 温 度和电压的变化，也可以单击冷却中左边的开关按钮进入加热程序，观察温度 上 升曲线及电流表和电压表变化，确认传感器正常工作后点击程序结束，等待返 回 主界面图标出现即可返回温度控制主界面进入下一步实验。 11．在温度系统控制主界面中，单击传感器标定图标，进入传感器标定程序。 本 程序界面和数据采集卡测试程序界面基本相同，操作请参照步骤10 进行，一切 设置确认无误后即可单击启动程序图标，观察温度和电压的变化，同时用温度
PID温度控制的PLC程序设计 温度控制是许多机器的重要的构成部分。它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，然后进行工件的加工与处理。PID控制系统是得到广泛应用的控制方法之一。在本文中，将详细讲叙本套系统。 l 系统组成 本套系统采用Omron的PLC与其温控单元以及Pro-face的触摸屏所组成。系统包括CQM1H-51、扩展单元TC-101、GP577R以及探温器、加热/制冷单元。 l 触摸屏画面部分(见图1-a) 1-a 如图所见，数据监控栏内所显示的002代表现在的温度，而102表示输出的温度。如按下开始设置就可设置参数。需要设置的参数有六个，分别是比例带、积分时间、微分时间、滞后值、控制周期、偏移量。它们在PLC的地址与一些开关的地址如下所列。 比例带: DM51 积分时间: DM52 微分时间: DM53 滞后值: DM54 控制周期: DM55 偏移量: DM56 数据刷新: 22905 l PLC程序部分 002：PID的输入字 102：PID的输出字 [NETWORK] Name="Action Check" //常规检查 [STA TEMENTLIST] LD 253.13 //常ON OUT TR0 CMP 002 #FFFF //确定温控单元是否完成初始化 AND NOT 255.06 //等于 OUT 041.15 //初始化完成 LD TR0 AND 041.15 OUT TR1 AND NOT 040.10 //不在参数设置状态 MOV DM0050 102 //将设置温度DM50传送给PID输出字 LD TR1 MOV 002 DM0057 //将002传送到DM57 [NETWORK] Name="Setting Start"//设置开始 [STA TEMENTLIST] LD 253.13 OUT TR0 AND 229.05 //触摸屏上的开始设置开关
/**************************************************************************/ /*** 名称：智能温度控制器***/ /*** 功能：读取当前DS18B20温度，由五个八段数码管显示出来。***/ /*** 描述：选择DS18B20的最高精度——12位精度转换,增量为0.0625.使测温***/ /*** 温度有较高的精度, 五个数码管能实现00.000--99.999范内较高精度***/ /*** 的数值显示，可应用于对温度控制有较高要求的场合。***/ /*** 连线：DS18B20的2脚与单片机的P1.0口连接***/ /***************************************************************************/ #include
温度的PID 控制 一．温度检测部分首先要OK. 二、PID 调节作用 PID 控制时域的公式 1 de(t) y(t) Kp(e(t) e(t) Td ) Ti dt 分解开来： (1) 比例调节器 y(t) = Kp * e(t) e(k) 为当前的温差(设定值与检测值的插值) y(k) 为当前输出的控制信号(需要转化为PWM 形式) # 输出与输入偏差成正比。只要偏差出现，就能及时地产生与之成比例的调节 作用，使被控量朝着减小偏差的方向变化，具有调节及时的特点。但是，Kp 过 大会导致动态品质变坏，甚至使系统不稳定。比例调节器的特性曲线. (2) 积分调节器 y(t) = Ki * ∫(e(t))dt Ki = Kp/Ti Ti为积分时间 #TI 是积分时间常数，它表示积分速度的大小，Ti 越大，积分速度越慢，积分作用越弱。只要偏差不为零就会产生对应的控制量并依此影响被控量。增大Ti 会减小积分作用，即减慢消除静差的过程，减小超调，提高稳定性。 (3) 微分调节器 y(t) = Kd*d(e(t))/dt Kd = Kp*Td Td 为微分时间 #微分分量对偏差的任何变化都会产生控制作用，以调整系统输出，阻止偏差变化。偏差变化越快，则产生的阻止作用越大。从分析看出，微分作用的特点是：加入微分调节将有助于减小超调量，克服震荡，使系统趋于稳定。他加快了系统的动作速度，减小调整的时间，从而改善了系统的动态性能。 三．PID 算法：由时域的公式离散化后可得如下公式：
y(k) = y(k-1)+(Kp+Ki+Kd)*e(k)-(Kp +2*Kd)*e(k-1) + Kd*e(k-2) y(k) 为当前输出的控制信号(需要转化为PWM 形式) y(k-1)为前一次输出的控制信号 e(k) 为当前的温差(设定值与检测值的插值) e(k-1) 为一次前的温差 e(k-2) 为二次前的温差 Kp 为比例系数 Ki = Kp*T/Ti T 为采样周期 Kd = Kp*Td/T 四．PID 参数整定(确定Kp,Ts,Ti,Td )：温度控制适合衰减曲线法，需要根据多次采样的数据画出响应曲线。所以需要通过串口将采样时间t, 输出y(t) 记录下来，方便分析。 1) 、不加入算法，系统全速加热，从常温加热到较高的温度的时间为Tk, 则采样时间一般设为T = Tk/10 。 2) 、置调节器积分时间TI= ∞，微分时间TD=0，即只加比例算法： y(k) = y(k-1)+Kp*e(k) 比例带δ置于较大的值。将系统投入运行。 (δ = 1/Kp ) 3) 、待系统工作稳定后，对设定值作阶跃扰动，然后观察系统的响应。若响应振荡衰减太快，就减小比例带；反之，则增大比例带。如此反复，直到出现如图所示的衰减比为4：1的振荡过程时，记录此时的δ值(设为δS)，以及TS 的值(如图中所示)。当采用衰减比为10：1振荡过程时，应用上升时间Tr 替代 振荡周期TS 计算。 系统衰减振荡曲线图中，TS为衰减振荡周期，Tr 为响应上升时间。据表中所给的经验公式计算δ、TI 及TD的参数。 表衰减曲线法整定计算公式
#include
//PT100自身温度范围 #define M_temper_MIN -200 //最低温度 #define M_temper_MAX 500 //最高温度 //CPU引脚定义 #define P_LED P0 sbit LED_S1 = P2 ^ 0; //LED1位选 sbit LED_S2 = P2 ^ 1; //LED2位选 sbit LED_S3 = P2 ^ 2; //LED3位选 sbit LED_S4 = P2 ^ 3; //LED4位选 sbit KEY_S1 = P1 ^ 0; //上下限温度设置 sbit KEY_S2 = P1 ^ 1; //温度加 sbit KEY_S3 = P1 ^ 2; //温度减 //全局变量寄存器 uchar M_LED1, M_LED2, M_LED3, M_LED4; //4位LED显示寄存器 uchar LED_DISP_TAB[] = //LED编码表 { 0X3f, 0X06, 0X5b, 0X4f, 0X66, 0X6d, 0X7d, 0X07, 0X7f, 0X6f, //0-9 0X40, 0X23, 0X1c, 0X58 //字符: - n u c };
uchar Set_count; //温度设置按钮计数uchar T0_count; //T0定时中断计数uint T1_count; //T1定时中断计数char M_temper_up; //温度上限 char M_temper_down; //温度下限 char M_temper_AI; //设置中温度char M_temper_conver; //当前温度 bit B_set,B_set_AI; //温度设置标志 bit B_set_T0,B_set_T1; //定时器中断标志 //函数声明 void T1int_init(); /* 定时器T1初始化： 设置工作方式 赋初值 开启中断*/ void T0int_init(); /* 定时器T0初始化： 设置工作方式 赋初值 开启中断*/
温度控制与PID算法 温度控制与PID算法j较为复杂，下面结合实际浅显易懂的阐述一下PID控制理论，将温度控制及PID算法作一个简单的描述。 1．温度控制的框图 这是一个典型的闭环控制系统，用于控制加热温区的温度（PV）保持在恒定的温度设定值(SV)。系统通过温度采集单元反馈回来的实时温度信号（PV）获取偏差值（EV），偏差值经过PID调节器运算输出，控制发热管的发热功率，以克服偏差，促使偏差趋近于零。例如，当某一时刻炉过PCB板较多，带走的热量较多时，即导致温区温度下降，这时，通过反馈的调节作用，将使温度迅速回升。其调节过程如下： 温度控制的功率输出采用脉宽调制的方法。固态继电器SSR的输出端为脉宽可调的电压U OUT 。当SSR的触发角触发时，电源电压U AN通过SSR的输出端加到发热管的两端；当SSR的触发角没有触发信号时，SSR关断。因此，发热管两端的平均电压为 U d＝(t/T)* U AN=K* U AN 其中K=t/T，为一个周期T中，SSR触发导通的比率，称为负载电压系数或是占空比，K 的变化率在0－1之间。一般是周期T固定不便，调节t, 当t在0－T的围变化时，发热管的电压即在0－U AN之间变化，这种调节方法称为定频调宽法。下面将要描述的PID调节器的算式在这里的实质即是运算求出一个实时变化的，能够保证加热温区在外界干扰的情
况下仍能保持温度在一个较小的围变化的合理的负载电压系数K。 2.温度控制的两个阶段 温度控制系统是一个惯性较大的系统，也就是说，当给温区开始加热之后，并不能立即观察得到温区温度的明显上升；同样的，当关闭加热之后，温区的温度仍然有一定程度的上升。另外，热电偶对温度的检测，与实际的温区温度相比较，也存在一定的滞后效应。这给温度的控制带来了困难。因此，如果在温度检测值（PV）到达设定值时才关断输出，可能因温度的滞后效应而长时间超出设定值，需要较长时间才能回到设定值；如果在温度检测值（PV）未到设定值时即关断输出，则可能因关断较早而导致温度难以达到设定值。为了合理地处理系统响应速度（即加热速度）与系统稳定性之间地矛盾，我们把温度控制分为两个阶段。
任务书 一．课程设计内容 设计题目：温度测量控制系统 设计内容： 1．设计一个独立的两路温度测量控制系统。 2．温度控制在38℃--40℃之间,测温精度±0。1℃。 3．要求显示测量的温度信号。 二．课程设计应完成的工作 1．设计文本不少于5000字； 2．图纸：A3电路原理图一张。 3．文本格式： （1）封面；（2）任务书；（3）摘要；（4）目录；（5）引言（绪论或前言）； （6）设计正文（选题背景、方案论证、设计过程，结果分析与仿真、总结）；（7）参考文献。 三．课程设计进程安排 四、设计资料及参考文献 [1]孙梅生电子技术基础课程设计[M].高等教育出版社.1990年 [2]江晓安模拟电子技术[M].西安:电子科技大学出版社.2007年 [3]江晓安数字电子技术[M].西安:电子科技大学出版社.2008年 [4]王毓银数字电路逻辑设计[M].北京:高等教育出版社1999年 [5]李建忠单片机原理及应用[M].西安电子科技大学出版社 2005
摘要 本文采用了AD590作为温度传感器把热信号转变成电信号，电信号再经过放大，经过模数转换再输入到CPU。控制器采用PID控制算法，温度控制的原理是通过调整晶闸管的导通时间来调节加热主回路的有效电压,从而达到温度控制的目的。系统由AT89C51单片微机、温度传感器、A/D转换器、键盘及显示电路、晶闸管触发电路等组成的控制器和被控对象电阻炉构成一个闭环控制系统。系统控制程序采用模块化设计结构，主要包括主程序、中断服务子程序、控制算法子程序等。系统采用过零触发等技术，省去了传统的D/A转换元件，简化了电路，并且提高了系统的可靠性。 关键字：AT80C51、AD590、A/D0809、光耦合器件
51单片机温度控制程序 51单片机温度控制程序（续）功能说明: 本装置的功能是对温度进行实时监测与控制。由温度传感器DS18B20对温度进行采样和转换成数字信号送入单片机，并与设定的报警温度上、下限值进行比较，信息通过LCD显示出来。如实时温度超过设定的上、下限值，一方面由LC 51单片机温度控制程序（续） 功能说明: 本装置的功能是对温度进行实时监测与控制。由温度传感器DS18B20对温度进行采样和转换成数字信号送入单片机，并与设定的报警温度上、下限值进行比较，信息通过LCD显示出来。如实时温度超过设定的上、下限值，一方面由LCD显示信息，并发出警报声；另一方面自动控制继电器（Relay）开接通或断开，从而控制加热源的开与断，达到对温度进行实时控制的目的。 程序：LCD2402.ASM 01 ; ――――――――――――――――――――――――――――――― 02 ; 温度值存放单元 03 TEMP_ZH EQU 24H ;实时温度值存放单元 04 TEMPL EQU 25H ;低温度值存放单元 05 TEMPH EQU 26H ;高温度值存放单元 06 TEMP_TH EQU 27H ;高温报警值存放单元 07 TEMP_TL EQU 28H ;低温报警值存放单元 08 TEMPHC EQU 29H ;存十位数BCD码 09 TEMPLC EQU 2AH ;存个位数BCD码 10 ;――――――――――――― 11 按键输入引脚定义 12 K1 EQU P2.1 13 K2 EQU P2.2
14 K3 EQU P2.3 15 K4 EQU P2.4 16 ;――――――――――――― 17 SPK EQU P3.4 ;蜂鸣器引脚 18 RELAY EQU P2.0 ;继电器引脚 19 X EQU 2FH ;LCD 地址变量 20 ;――――――――――――― 21 ;LCD控制引脚 22 RS EQU P3.5 23 RW EQU P3.6 24 E EQU P3.7 25 ;――――――――――――― 26 FLAG EQU 20H.0 ;DS18B20是否存在标记 27 KEY_UD EQU 20H.1 ;设定KEY 的UP与DOWN 标记 28 DQ EQU P2.5 29 30 ;＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝主程序＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ 31 32 MAIN: 33 ACALL SET_LCD ;LCD初始化设置子程序 34 ACALL WR_THL ;将报警上下线写入暂存寄存器子程序 35 TOOP: ACALL RESET_1820 ;调用18B20复位子程序
仓库温湿度控制程序 1.目的： 确保原料、半成品、成品在贮存过程中具有卫生的，良好 的环境，以防止损坏或变质。 2.使用范围： 成品仓、布仓 3.责任： 责任仓库负责人及相关人员 4.内容： 4.1仓库温湿度的测定，通常使用温湿温度计测定空气的温湿度； 4.2在仓库内设置干湿表，为避免阳光、雨水、灰尘的侵袭，应将干湿表放在空气流通、不受阳光照射的地方，仓库管理员应该每日必须定时对库内的温湿度进行观察、记录，一般在上午8-10时，下午3时各观测一次。记录资料要妥善保存，定期分板，摸出规律，以便掌握物品保管的主动权。 4.3仓库温湿度的控制和调节 为了保护仓储物品的质量，创造适宜于物品储存的环境，当库内温湿度适宜物品储存时，就要设法防止库外气候对库内产生的不利影响；当库
内温湿度不适宜物品储存时，就要及时采取有效措施调节库内的温湿度。实践证明，采用密封、通风与吸潮相结合的办法，是控制和调节库内温湿度行之有效的办法。 （1）密封。就是把物品尽可能严密地封闭起来，减少外界不良气候条件的影响，以达到安全的保管的目的。密封常用的方法有整库密封，小室密封、按垛密封以及按货架、搐件密封 等。 （2）通风。空气是从压力大的地方向压力小的地方流动。 气压差越大，空气流动速度就越快。通风就是利用库内外空气 温度不同而形成的气压差，使库内外空气形成对 流，来达到调节库内温湿度的目的。当库内外温度差距 越大时，空气流动就越快；若库外有风，借风的压力更能加速库内外空气的对流。但风力不能过大（风力超过5级则灰尘较 多）。正确通风，不仅可以调节与改善库内的温湿度，还能及时地散发物品及包装物的多余水分，按通风门的不同，可以分为利用通风降温（或增沮）和利用通风散潮两种。 (3)吸潮。在梅雨季节或阴雨天，当库内湿度达到90%以上，不适宜物品保管，而库外湿度过大也不宜进行通风散潮时，可
仓库温湿度控制程序 1．目的： 确保原料、半成品、成品在贮存过程中具有卫生的，良好的环境，以防止损坏或变质。 2．使用范围： 成品仓、布仓 3．责任： 责任仓库负责人及相关人员 4．内容： 4.1仓库温湿度的测定，通常使用温湿温度计测定空气的温湿度； 4.2在仓库内设置干湿表，为避免阳光、雨水、灰尘的侵袭，应将干湿表放在空气流通、不受阳光照射的地方，仓库管理员应该每日必须定时对库内的温湿度进行观察、记录，一般在上午8-10时，下午3时各观测一次。记录资料要妥善保存，定期分板，摸出规律，以便掌握物品保管的主动权。 4.3仓库温湿度的控制和调节
为了保护仓储物品的质量，创造适宜于物品储存的环境，当库内温湿度适宜物品储存时，就要设法防止库外气候对库内产生的不利影响；当库内温湿度不适宜物品储存时，就要及时采取有效措施调节库内的温湿度。实践证明，采用密封、通风与吸潮相结合的办法，是控制和调节库内温湿度行之有效的办法。 （1）密封。就是把物品尽可能严密地封闭起来，减少外界不良气候条件的影响，以达到安全的保管的目的。密封 常用的方法有整库密封，小室密封、按垛密封以及按货 架、搐件密封等。 （2）通风。空气是从压力大的地方向压力小的地方流动。 气压差越大，空气流动速度就越快。通风就是利用库内 外空气温度不同而形成的气压差，使库内外空气形成对 流，来达到调节库内温湿度的目的。当库内外温度差距 越大时，空气流动就越快；若库外有风，借风的压力更 能加速库内外空气的对流。但风力不能过大（风力超过 5级则灰尘较多）。正确通风，不仅可以调节与改善库 内的温湿度，还能及时地散发物品及包装物的多余水 分，按通风门的不同，可以分为利用通风降温（或增沮）
FuJIan University of Technology 〈〈微机原理及接口技术》 课程设计说明书 课题：家用空调温度1控制器的控制程序设A 专业：__________________________________ 班级：____________________________________ : ____________________________________ 学号：_____________________________
指导老帅：___________ 王亚林 ____________
2015年1月8日
目录 第1章、设计任务与目标 ........... 1.1设计课题： ............... 1.2设计目的： ............... 1.3设计任务： ............... 1.4基本设计要求： ....... 定义书签。 第2章、总体设计规划与方案论证 2.1设计环节及进程安排 .... 2.2方案论证 ................ 第3章、总体软件设计说明及总流程图 (10) 3.1总体软件设计说明 (10) 3.2总流程图 ............................................................................................. 11 第4章、系统资源分配说明 . (13) 4.1系统资源分配 (13) 4.1.1系统部单元分配表 (13) 4.1.2硬件资源分配 (15) 4.2数据定义说明 (16) 4.2.1部分数据定义说明 ............................................................................. 16 第5章、局部程序设计说明 . (17) 5.1总初始化以及自检 5.2主流程 5.2.1 按键音模块 .................................................................................. 17 5.2 .2 单按键消抖模块 ............................................................................. 17 5.2.3 PB 按键功能模块 ............................................................................ 18 5.2.4. 基本界面拆字模块 ........................................................................... 19 5.2.5 4*4矩阵键盘模块 ........................................................................... 19 5.2.6 模式显示模块 ................................................................................ 20 5.2.7 显示更新模块 ................................................................................ 21 5.2.8 室温度 AD 转换模块 ......................................................................... 21 5.2.9 4*4矩阵键盘扫描子程序 (21) 5.2.10 整点报时模块 (23) 5.2.11 空调进程判断及显示模块 (23) 5.2.12 三分钟压缩机保护模块 (23) 5.2.13 风向摆动模块 (24) 5.2.14 驱动控制模块 (24) 5.2.15 定时开关机模块 .............................................................................. 25 第6章、系统功能与用户操作使用说明 6.1操作显示部分 (26) 6.2系统功能 .......................................................................................... 26 错.误!未定义书签。 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 ........... 错误！ ............................................................................................... 6 .......... ................................................................................................6............ 26
比例带 : DM51 积分时间 : DM52 微分时间 : DM53 滞后值 : DM54 控制周期 : DM55 偏移量 : DM56 数据刷新 : 22905 l PLC程序部分 002：PID的输入字 102：PID的输出字 [NETWORK] Name="Action Check" //常规检查 [STATEMENTLIST] LD 253.13 //常ON OUT TR0 CMP 002 #FFFF //确定温控单元是否完成初始化 AND NOT 255.06 //等于 OUT 041.15 //初始化完成 LD TR0 AND 041.15 OUT TR1 AND NOT 040.10 //不在参数设置状态 MOV DM0050 102 //将设置温度DM50传送给PID输出字 LD TR1 MOV 002 DM0057 //将002传送到DM57 [NETWORK] Name="Setting Start"//设置开始[STATEMENTLIST] LD 253.13 OUT TR0 AND 229.05 //触摸屏上的开始设置开关 DIFU 080.05 //设置微分 LD TR0 AND 041.15 AND 080.05 SET 040.01 //开始设置标志位1 SET 040.10 //开始设置标志位2 [NETWORK] Name="Poportion"//比例带设置[STATEMENTLIST] LD 040.01
AND NOT 042.01 MOV #C110 102 //读输出边与输入边的比例带 CMP 002 #C110 //比较输入字是否变成C110 AND 255.06 //等于 SET 042.01 //设置比例带标志 LD TR0 AND 042.01 MOV DM0051 102 //将比例带的设定值写入输出字 CMP 002 DM0051 //是否写入 AND 255.06 RSET 040.01 //复位标志1 RSET 042.01 //复位比例带标志 SET 040.02 //向下继续设置标志 [NETWORK] Name="Integral"//积分时间设置[STATEMENTLIST] LD 040.02 OUT TR0 AND NOT 042.02 MOV #C220 102 //读输出边与输入边的积分 CMP 002 #C220 //比较输入字是否变成C220 AND 255.06 SET 042.02 //设置积分标志 LD TR0 AND 042.02 MOV DM0052 102 //将积分的设定值写入输出字 CMP 002 DM0052 //是否写入 AND 255.06 RSET 040.02 RSET 042.02 SET 040.03 //向下继续设置标志 [NETWORK] Name="differential"//微分时间设置[STATEMENTLIST] LD 040.03 OUT TR0 AND NOT 042.03 MOV #C330 102 //读输出边与输入边的微分 CMP 002 #C330 //比较输入字是否变成C330 AND 255.06 SET 042.03 //设置微分标志