红枣烘房—温湿度自动控制系统设计方案

个人资料整理 仅限学习使用1 引言温度和湿度是工农业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过 程都与温度和湿度密切相关。在科学研究和生产实践的诸多领域中，温度和湿度控制占有着极为重要的地位。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加 热方式、燃料、控制方案也有所不同；同时排湿方式不同，其控制方式也不相同。 例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中加热装置广泛使用的各种加热炉、 热处理炉、反应炉等，排湿装置多采用轴流式风机，燃料有煤气、天然气、油、电 等。温度和湿度控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求 更为先进的控制技术和控制理论。可编程控制器PLCPLC）是一种工业控制计算机，是继承计算机、自动控制技术和 通信技术为一体的新型自动装置。它具有抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编 程简单，易学易用等特点，在工农业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLCPLC 已在工农业自动控制的各个领域中被广泛地使用 。红枣在烘干的过程中不仅需要对温度和湿度数值大小进行控制，而且不同烘制 阶段加热和排湿的时间也不相同，用PLCPLC 来实现温度和湿度的精确控制，方便快捷，使人从繁重的劳动解放出来。2 枣的干制2.1 工艺流程红枣烘制的流程大致如下：原料挑选分级装盘烘制包装成品2.2 工艺要点2.2.12.2.1 温度控制通过大量实验表明红枣烘干温度控制分 3 3 个阶段3, ,分别包括：缓慢升温阶段、恒 温排湿阶段和后熟制干阶段。第 1 1 阶段为缓慢升温阶段，点火后温度由常温缓慢升至 50505555C,保持 5 5 小时左 右。此阶段应注意升温不能过高过快，否则枣果表面易形成硬壳 （俗称焖枣，破坏 果肉水分向外排放的通道，不利于枣果水分排放。第 2 2 阶段为恒温排湿阶段，是整个烘干过程中主要时期。其特点是需要大火，持 续时间长，枣果表面颜色全变为紫红色。在此期既要注意排湿，又要不停地加火， 使炕房温度控制在 6565个人资料整理 仅限学习使用7070C之间，保持 19h19h 左右，若温度低则会延长烘干时间，温度 高则会形成焦枣。第 3 3 阶段为后熟制干阶段，其特点是枣果表面由软变为皱褶，趋于成熟，温度应 控制在 50505555C之间，保持 5h5h 左右。此期要一直打开排湿窗和进气窗。在实际操作中 3 3 个阶段是连续进行的，枣农要不断观察枣果的变化，以采取相应 措施。222222 湿度控制红枣在烘干过程中，自身水分在烘房内温度作用下不断向外排出、变干，若烘房内水份不能及时排除，制干速度延缓，且易形成焦枣，降低食用价值。在第1 1 阶段，温度缓慢升起后，枣果表皮逐渐变软，枣果中的水分慢慢向外排放，炕房内的 湿度一般在6565%以下。当进入第 2 2 阶段，即点火后 5h5h 左右，枣果表面颜色变深，果肉 继续变软，烘房内的湿度不断上升，当烘房内干湿球温度之差小于5 5C或相对湿度大于 7070%时，立即打开排湿窗和进气窗通气排湿。当烘房内干湿球温度差达1515C或相对湿度低于 4040%时，要停止排湿。若温度上升到 6565E以上，相对湿度大于 7070%时仍 不排湿，就会出现焦枣。据经验，相对湿度达到7070%以上时，会感到空气潮湿闷热，呼吸困难，枣果表面潮湿。此时，应立即进行烘房内通风排湿工作。经验认 为，烘房内相对湿度达 7070%左右时，通风排湿 1min1min，可使相对湿度降至 6060%左右， 此时应停止通风排湿。以后视相对湿度情况，多次进行通风排湿（烘干过程中一般排湿 7 7 次。通风排湿时，视烘房内相对湿度的高低和外界风力的大小，决定通风排湿 的方法和时间的长短。相对湿度高，外界风力较小时，贝U将进气窗和排湿窗全部打 开，排湿时间较长。反之，则可将进气窗和排湿窗交替开放，排湿时间较短，每次 通风排湿时间以 101015min15min 为宜。过短通风排湿不够，相对湿度仍高，影响红枣干燥 速度和产品品质；过长，随着潮湿空气的排出，室内温度也随之下降。当干燥作用 继续进行时，需要重新升高温度，耗煤量增加，成本提高。每次通风排湿结束时， 应及时将通风设备关闭，使烘房内温度迅速回升。干燥作用继续进行时，感到空气 干燥，呼吸顺畅，枣果表皮干燥而出现皱纹，则达到了通风排湿的效果3。3 烘房结构的设计3.1 烘房的外部结构个人资料整理 仅限学习使用烘房外部结构如图所 3-13-1 示烘制室 - 过渡段* 加热室 一图 3-1 烘房结构3.2 烘房的内部设备烘房的内部设备包括有：观察窗、风机、热风炉、控制器、风门、鼓风机和排气窗，其布置如图所示个人资料整理 仅限学习使用1 1）控制器三相和单相两类，都带有正反转功能，具有防雷击保护、过流保护、输出短路保 护等安全防护措施。具有缺相 三相）、过载、短路保护和电流监测的功能。烘房管 理系统软件组网连接，通过计算机可读取所有网内控制器的工作过程记录。变频器端 口与变频器连接实现风机的无极调速控制。通过模糊自适应控制算法，自动控制鼓 风机的启停和风门的开关角度，可靠并简捷控制烤房内的温度和湿度。并具有智能 报警和语音提示功能。2 2）热风炉选用耐酸钢、耐候钢制作，焊接部位选用与母材一致的焊材进行焊接。金属外 表面采用耐500500C以上高温、抗氧化、附着力强的环保材料进行防腐处理。确保设 备使用寿命 1010 年以上。3 3）轴流风机风机叶片数量 4 4 个，采用内置直联电动机，叶轮顶部和风筒的间隙5mm5mm,符合国家规定。电动机 F F 级绝缘A A 级 E E 级 B B 级 F F 级 H H 级），选用优质高滴点温度轴 承，方形框架结构，强度好，有单相、三相两种规格供选择，适合高温高湿环境使 用。4 4）风门和排湿窗风门的风叶材料是厚度 1.5mm1.5mm 冷轧钢标准板，内设冲压加强筋。风门关闭严密。 风叶能在 0 09090 开启，并在任意角度保持稳定。电动机控制回路具有保护措施。插 座安装可靠，电动机连接到插座的连线绝缘性能好，不漏电，防雨淋。排湿窗采用轻质材料，不易变形，开关灵活。采用喷塑或镀锌处理，喷塑厚度不 小于 2020m，颜色纯正。5 5）鼓风机离心式鼓风机，运转稳定，但是风量较小，对热风炉起到辅助的作用。6 6）温湿传感器选择测量精度高，既有测干球温度又有测湿球温度，从而通过干球和湿球温度 之差实现对观察窗风机热风炉控制器风门鼓风机排湿窗图 3-2 烘房设备安装位置个人资料整理 仅限学习使用湿度的测量，使用方便。4 烘房温湿控制系统的原理干制过程中，要掌握温度调节、通风排湿及倒换烘盘等技术，以较短的时间获 得较高质量的产品。主要控制以下几大要点：1对不同品种的红枣采用不同的干制温度和升温方式2根据烘房内相对湿度的高低，适时通风排湿3掌握干燥时间4.1 目标温湿度设定依据影响烘房温湿度的因素有很多，通常烘房温度高、风流速度快则烘制速度就快，但是如果目标湿度设置不合适，比如设定目标湿度较低时，烘房的湿度很快就 能达到目标湿度，造成风门打开过于频繁，外界冷空气进入烘房量加大，烘房内就 很难保证较高的温度。再者，目标湿度较低，就意味着排出的空气含水量较少，却 排出了大量热量，造成很大的热损失。这就提示我们，目标湿度要根据具体情况确 定，过低会造成能源的浪费且红枣因温度较低而失水较慢，过高又会造成环境湿度 大而造成的失水较慢，综合以上的因素，应选择刚好能达到目标温度的目标湿度值 最为合适，这就需要根据烘制当时的现场条件摸索出这个值。4.2 温湿度控制系统的选择4.2.1PLC4.2.1PLC 的应用及特点6随着农业科技的不断发展，大枣烘房的智能化不断提高，为提高红枣烘制品质，工作 人员必须时刻对红枣烘房的温、湿度进行监测和控制。为解决这一问题，多应用一种基于 PLCPLC 和温湿度传感器的智能温室控制系统，该系统实现了红枣烘房内温湿度的自 动测量和调节。PLCPLC 即可编程序控制器，是在计算机的促进下发展起来的新一代顺序逻辑控制 装置，它使用软件完成顺序逻辑控制功能，用计算机执行操作命令，实时操作。因 此，顺序逻辑控制功能的更改十分方便，并且其工作可靠性和运算速度都比较高。 并且具有以下特点：1灵活性和通用性强PLCPLC 是利用存储在机内的程序来实现各种控制功能的，因此在PLCPLC 控制的系统中，当控制功能发生改变时只需要修改程序即可，PLCPLC 的外部接线改变极少，甚至可以不必改动。一台 PLCPLC 在用于不同的控制系统中，只改变其中的程序即可，其灵 活性和通用个人资料整理 仅限学习使用性是其他电路无法比拟的。2可靠性高、抗干扰能力强在 PLCPLC 控制系统中，大量的开关动作是由半导体电路完成，和同等规模的继电 接触器相比，电气接线和开关节点已经减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大 降低。并且在硬件和软件方面都采取了强有力的措施，使其具有极高的可靠性和抗 干扰能力，平均无故障率可达到几万甚至几十万小时以上。3编程语言简单易学在 PLCPLC 是一种计算机产品，但是它的编程很容易掌握，PLCPLC 的设计人员充分考虑了工程技术人员的技能和习惯，其程序的编制采用继电器形式的梯形图”编程方式及命令语句表编程，只用 PLCPLC 的少量开关逻辑控制指令就可以方便的实现继电器 电路的功能，这就使 PLCPLC 的程序简单并且容易被人掌握，为不熟悉的电子电路、不 懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4PLCPLC 体积小、重量轻、易于实现机电一体化PLCPLC 内部电路主要采用半导体集成电路，具有结构紧凑、体积小、重量轻、 能耗低的特点，是实现机电一体化的理想设备。4.2.24.2.2 温湿度控制系统的工作原理本系统主要由 DS18B20DS18B20 型干湿球温度传感器、集成运算放大器（LM358LM358、A A /D/D 转换器（ADC0809ADC0809、光电耦合器（TLP521TLP521和 PLCPLC （S7-200S7-200 系列组成。干湿球温度传 感器用来采集烘房内干球温度和湿球温度信号 ， 通过二者之差来得到湿度信号， 将采 集到的信号经 ADC080ADC0809 9转换成 8 8 路并行数字信号,信号通过光电耦合器传入 PLC,PLCPLC,PLC 将经转化后的信号与设定温、湿度值进行比较。若转换后的温度信号若高 于设定温度上限，则开窗降温。若低于设定温度下限，则关窗并驱动加热设备。转换后 的湿度信号高于设定湿度上限，则启动风机。若低于设定湿度下限，则关闭排湿窗并控 制风机停止工作。其系统工作原理如图 4-14-1 所示：图 4-1 系统工作原理图个人资料整理 仅限学习使用5 烘房温湿控制系统设计根据系统具体指标要求，可以对每一个具体部分进行分析设计，整个控制系统 分为硬件电路设计和软件程序设计两部分。5.1 硬件设计系统硬件框图结构如图 5-15-1 所示: :个人资料整理 仅限学习使用给定温度 ADC0809的地址选择输入端（AA , ,控制具体模拟量信号的转换。5.1.25.1.2 输入接口电路, ,经运算放大器放大后分别图 5-1 系统硬件框图个人资料整理 仅限学习使用在输入采样阶段，PLCPLC 首先扫描所有输入端子，将各输入状态存入内存中的各对应 的输入映像寄存器中（例如按钮 SB1SB1,接点闭合，就将 1 1 写入对应表示输入继电器 X0X0 所示的位上,SB1SB1 接点断开,则写入 0 0。为了保证输入灵敏度当输入电流在 4.5mA4.5mA 以上（X10X10 以后为 3.3. 5mA5mA 以上时，就把 1 1 写入相应的输入映像寄存器中，当输 入电流在 1.5mA1.5mA 以下时, ,就把 0 0 写入相应的输入映像寄存器中。5.1.35.1.3 系统的硬件配置1 1）S7-200PLCS7-200PLC 选型S7-200S7-200 系列 PLCPLC 是由德国西门子公司生产的一种超小型系列可编程控制器， 它能够满足多种自动化控制的需求，适用于各行各业，各种场合的检测监测和控制 的自动化，其设计紧凑，价格低廉，并且具有良好的可扩展性以及强大的指令功 能，可代替继电器在简单的控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。S7-200S7-200系列可以根据对象的不同，可以选用不同的型号和不同数量的模块。并可以将这些模 块安装在同一机架上。在 S7-200S7-200 系列中，单极性模拟量的输入/ /输出信号的数值范围是 0 032000,32000,双 极性模拟信号的数值范围是-32000-32000+32000+320009综合 S7-200S7-200 系列的各种特点，此类型的 PLCPLC 能满足红枣烘房的温、湿度自动控 制的要求。2 2）温湿传感器DS18B20DS18B20 干湿球温度传感器如图 5-35-3 所示，它是美国 DALLASDALLAS 半导体公司最新 推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接 读出被测温度再通过一定的计算方式得到湿度，并且可根据实际要求通过简单的编 程实现 9 91212 位的数字值读数方式。可实现高精度测温，转换时间为200ms200ms10。个人资料整理 仅限学习使用1具体参数如下：基本功能：检测温度；显示温度；过限报警主要技术参数温度检测范围：-55-55C+125+125C测量精度： ).5).5C显示方式：四位显示报警方式：三极管驱动的蜂鸣音报警2传感器放置位置根据红枣烘房内温湿度的要求，应将传感器放置在正确的位置才能准确的测 出烘房内的温度和湿度，通常将传感器放置在远离加热炉和排湿窗的位置，即通常 放在烘房中间房顶出。若离加热炉较近，则所测温度高于房内温度，若离排湿窗较 近则，此处空气交换较为频繁，所测温度低于房内实际温度，因此传感器的正确位 置直接影响到对房内实际温度的准确控制，进而影响到红枣的烘制品质。3)3) A A /D/D 转换器(ADC0809(ADC0809A A /D/D 转换器(ADC0809(ADC0809特点是：8 8 路模拟信号的分时采集，片内有 8 8 路模拟选通 开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为100100 卩左右。其内部逻辑结构如图 5-45-4 所示：水壶干球探头湿球探头导水弯管控制器接头图 5-3 干湿球温度传感器个人资料整理 仅限学习使用图中多路开关可选通 8 8 个模拟通道，允许 8 8 路模拟量分时输入，共用一个 A/DA/D 转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。地址锁存与译码电路完成对 A A、B B、C C 3 3 个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过 三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连。A/DA/D 转换后得到的数据应及时传送给 PLCPLC 控制器进行处理。数据传送的关键问 题是如何确认 A/DA/D 转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用 下述三种方式11。1定时传送方式对于一种 A/DA/D 转换其来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如 ADC0809ADC0809 转换时间为 128128 卩，相当于 6MHz6MHz 的 MCS-51MCS-51 单片机共 6464 个机器周期。 可据此设计一个延时子程序，A/DA/D 转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转 换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。2查询方式A/DA/D 转换芯片由表转换完成的状态信号，例如ADC0809ADC0809 的 EOCEOC 端。因此可以用查询方式，测试 EOCEOC 的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。3中断方式把表转换完成的状态信号 vEOCvEOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传 送。ABDCALE22豔与ADD 丸空ADDB-SADD060920三态is输出e锁存is14按冲器17器图 5-4A /D 转换器（ADC0809内部逻辑结构图e(A/D个人资料整理 仅限学习使用不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传 送。4 4）集成运算放大器（LM358LM358LM358LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合 于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件 下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其 他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358LM358 的封装形式有塑封 8 8 引线双列直插式和贴片式。其脚位排列如图 5-55-5 所示：其特性：内部频率补偿直流电压增益高约 100dB100dB 单位增益频带宽约 1MHz1MHz电源电压范围宽：单电源 3 330V30V;双电源 1.51.55V5V低功耗电流，适合于电池供电低输入失调电压和失调电流输出电压摆幅大，约为 0 0 至 1.5V1.5V5 5）光电耦合器 仃 LP521LP521用来隔离高频电路与低频电路，高频电路产生的高频信号会干扰低频电路，用 光耦合器既能连接两个部分又能屏蔽高频信号。5.2 软件设计在温、湿度自动控制器的软件设计中，采用了模块化设计。各个部分分别设计成 子程序, ,这样便于软件的升级和维护，同时在软件上也采取了防止程序跑飞 程序没有Ycc输出 2输出 2 C-)输入 Z C+)图 5-5 LM358 脚位排列图个人资料整理 仅限学习使用按指定的要求进行运行）的措施125.2.15.2.1 控制算法的设计1 1）PIDPID 控制程序设计模拟量闭环控制较好的方法之一是 PIDPID 控制，PIDPID 在工业领域的应用已经有 6060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，PIDPID 的研究已经到达一个比较高的程度。比例控制（P 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 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。在微分控制（D 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。避免较大的误 差出现，微分控制不能消除余差。PIDPID 控制，P P、I I、D D 各有自己的优点和缺点，它们一起使用的时候又和互相制 约，但只有合理地选取 PIDPID 值，就可以获得较高的控制质量13。2 2）PIDPID 控制算法图 5-6 带 PID 控制器的闭控制系统框图如图 5-65-6 所示，PIDPID 控制器可调节回路输出，使系统达到稳定状态。偏差 入量 r r、输出量 c c 的关系：控制器的输出为上式中, ,-I-I PIDPID 回路的输出比例系数 P Pe e 和输2e(tu(tC(t个人资料整理 仅限学习使用积分系数 I I个人资料整理 仅限学习使用微分系数 D D。PIDPID 调节器的传输函数为: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5-15-1 所示：表 5-1 模拟与离散形式模拟形式离散化形式I TI - 1H所以 PIDPID 输出经过离散化后，它的输出方程为式4 4)中，上式中，积分项目 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14。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PLCPLC 中的 PIDPID 指令实现位置式 PIDPID 控制算法量15。称为比例项；称为积分项；称为微分项;个人资料整理 仅限学习使用3 3)PIDPID 在 PLCPLC 中的回路指令现在很多 PLCPLC 已经具备了 PIDPID 功能，STEPSTEP 7 7 Micro/WINMicro/WIN 就是其中之一有的是专个人资料整理 仅限学习使用用模块，有些是指令形式。西门子 S7-200S7-200 系列 PLCPLC 中使用的是 PIDPID 回路指令。见表 5-25-2。表 5-2 PID 回路指令名称PID 运算指令格式PID指令表格式PID TBL，LOOP使用方法：当 ENEN 端口执行条件存在时候，就可进行 PIDPID 运算。指令的两个操作数 TBLTBL 和 LOOPLOOP，TBLTBL 是回路表的起始地址，本文采用的是 VB100VB100，因为一个PIDPID 回路占用了 3232 个字节，所以 VD100VD100 到 VD132VD132 都被占用了。LOOPLOOP 是回路号,可 以 是 0 0 7 7 , 不 可 以 重 复 使 用 。 P I DP I D 回 路 在 P L CP L C 中 的 地 址 分 配 情 况 如 表 5 - 35 - 3 所 示表 5-3PID 指令回路表偏移地址名称数据类型说明0过程变量PVn)实数必须在 0.01.0 之间4给定值SPn) / s实数必须在 0.01.0 之间8输出值Mn )实数必须在 0.01.0 之间12增益Kc)实数比例常数，可正可负16采样时间Ts)实数单位为 S，必须是正数20采样时间Ti)实数单位为 min，必须是正数24微分时间Td)实数单位为 min，必须是正数28积分项前值MX )实数必须在 0.01.0 之间32过程变量前值PVn-实数必须在 0.01.0 之间1)1回路输入输出变量的数值转换方法在本系统中，设定的温度和湿度是给定值，需要控制的变量是烘房中的温度和湿度。但它不完全是过程变量 PVPV，过程变量 PVPV 和 PIDPID 回路输出有关。在本文中， 经过测量的温度和湿度信号被转化为标准信号温度和湿度值才是过程变量，所以， 这两个数不在同一个数量值，需要他们作比较，那就必须先作一下数据转换。传感 器输入的电压信号经过转换器转换后，是一个整数值，他的值大小是实际温度的把 A/DA/D 模拟量单元输出的整数值的 1010 倍。但 PIPID D指令执行的数据必须是实数型，所以 需要把整数转化成实数。使用指令 DTRDTR 就可以了。如本设计中，是从 AIW0AIW0 读入温度被传感器转换后的数字量个人资料整理 仅限学习使用2实数的归一化处理个人资料整理 仅限学习使用因为PIPID D中除了采样时间和PIPID D的三个参数外， 其他几个参数都要求输入或输 出值0.01.0.01.0 0之间， 所以， 在执行 PIDPID 指令之前， 必须把 PVPV 和 SPSP 的值作归一化处 理。 使它们的值都在 0.01.0.01.0 0之间。归一化的公式如（5:5:因为温度经过检测和转换后，得到的值是实际温度的1010 倍，所以为了 SPSP 值和PVPV 值在同一个数量值，我们输入 SPSP 值的时候应该是填写一个是实际温度1010 倍的数，即想要设定目标控制温度为 100100C时，需要输入一个 10001000。另外一种实现方法 就是，在归一化的时候，值域大小可以缩小1010 倍，那么，填写目标温度的时候就可以把实际值直接写进去。3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 0.01.00.01.0 之间，是一个标准化了的实数，在输出变量传送给D/AD/A 模拟量单元之前，必须把回路输出变量转换成相应的整数。这一过程是实数值标准化过程。74 PIDPID 参数整定55)式中,R Rnoum标准化的实数值；Rraw未标准化的实数值。隔一一补偿值或偏置，单极性为 0.0,0.0,双极性为 0.50.5。Offest-值域大小，为最大允许值减去最小允许值，单极性为32000.32000.双极性为64006400。本文中采用的是单极性，故转换公式为个人资料整理 仅限学习使用PIDPID 参数整定方法就是确定调节器的比例系数P P、积分时间 TiTi 和和微分时间TdTd，改善系统的静态和动态特性，使系统的过渡过程达到最为满意的质量指标要 求。一般可以通过理论计算来确定，但误差太大。目前，应用最多的还是工程整定法：如经验法、衰减曲线法、临界比例带法和反应曲线法。经验法又叫现场凑试法，它不需要进行事先的计算和实验，而是根据运行经 验，利用一组经验参数，根据反应曲线的效果不断地改变参数，对于温度控制系 统，工程上已经有大量的经验，其规律如表 5-45-4 所示。表 5-4 温度控制器参数经验数据被控变量规律的选择比例度积分时间 分钟）微分时间 (6设定值输入子程序由传感器读入温度。其设定值包括温度上限值、温度下限值、湿度设定值。5.2.4PLC5.2.4PLC 程序设计11 PLCPLC 程序设计的方法PLCPLC 程序设计常用的方法：主要有经验设计法、继电器控制电路转换为梯形图 法、顺序控制设计法、逻辑设计法等17。1经验设计法：经验设计法即在一些典型的控制电路程序的基础上，根据被控 制对象的具体要求，进行选择组合，并多次反复调试和修改梯形图，有时需增加一 些辅助触点和中间编程环节，才能达到控制要求。这种方法没有规律可遵循，设计 所用的时间和设计质量与设计者的经验有很大的关系，故称为经验设计法。2继电器控制电路转换为梯形图法：用PLCPLC 的外部硬件接线和梯形图软件来实现继电器控制系统的功能。3顺序控制设计法：根据功能流程图，以步为核心，从起始步开始一步一步地 设计下去，直至完成。此法的关键是画出功能流程图。4逻辑设计法：通过中间量把输入和输出联系起来。实际上就找到输出和输入 的关系，完成设计任务。22编程软件 STEP7-Micro/WINSTEP7-Micro/WIN 概述STEP7-Micro/WINSTEP7-Micro/WIN 编程软件是基于 WindowsWindows 的应用软件，由西门子公司专为 S7-S7- 200200 系列可编程控制器设计开发18，它功能强大，主要为用户开发控制程序使用，同 时也可以实时监控用户程序的执行状态。3STEP7-Micro/WIN3STEP7-Micro/WIN 简单介绍以 STEP7-Micro/WINSTEP7-Micro/WIN 仓 U U 建程序，为接通 STEP7-Micro/WINSTEP7-Micro/WIN，可双击 STEP7STEP7 - - Micro/WIMicro/WIN N的图标，如图 1010 所示，STEP7-Micro/WINSTEP7-Micro/WIN 工程窗口将提供用于创建程序 的工作空间。浏览条给出了多组按钮，用于访问STEP7-Micro/WINSTEP7-Micro/WIN 的不同编程特性。指令树将显示用于创建控制程序的所有工程对象指令。程序编辑器包括程序逻 辑和局部变量表，可在其中分配临时局部变量的符号名。子程序和中断程序在程序 编辑器窗口的底部按标签显示。个人资料整理 仅限学习使用MA1Im. FJ1图 5-7STEP7-Micro/WIN 工程窗口本工程中主要利用 STEP7-Micro/WINSTEP7-Micro/WIN V4.0V4.0 SP5SP5 编程软件，其界面如图 1010 所示 工程包括的基本组件：程序块、数据块、系统块、符号表、状态表、交叉引用表。 525525 主程序语言表19见附录 1 15.2.65.2.6 程序的保护在 PLCPLC 程序的设计中，要特别注意几个问题20: :1启动和停止控制系统运行的时候，要注意速度不能过快，否则程序很容易跑 偏。程序的纠偏是一件难度非常高的事情，所以从程序设计上和操作上考虑到这点 能少浪费很多时间。程序设计中应控制速度的增量。2要注意限制各输出量量程的范围，要是量程过大，会出现一些不必要的麻 烦。比如风机的速度转速我们要限制在一定的范围内。要是转速过小，也会出现一 些不必要的状况。3在遇到紧急情况的时候要注意急停保护。比如烘房温度过高，传感器会发生 警报，此时采取急停措施。在程序设计中，我们设计了一个急停按钮。当按下按钮 的时候，变频器的输出置为 0 0,加热系统就会自动停止工作。6 结语本文主要阐述了有 PLCPLC 自动控制系统的原理、结构及软硬件的设计，在软件设计中 结合自动控制基础用 PIDPID 算法实现了用 PLCPLC 的自动控制。无论是从硬件的经济实用性 还是软件的简易操作性，都体现出了 PLCPLC 自动控制系统的方便性、经济性和易操作 性，因此在工农业生产中得到了广泛的应用。在红枣烘房中应用此系统实现了对红 枣烘干过程中温湿度的精确控制提高了红枣干制的质量和劳动生产率，达到了一定 的经济效益。当然本文设计的温湿控制系统还有一定的不足：其一，在软件设计方面还有一定的欠缺。软件设计本身就需要用一种新的语言 来表达，由个人资料整理 仅限学习使用于时间的紧迫，在新的程序语言使用上还不够成熟。其二，不能对加热系统进行直接控制。本系统对加热系统的控制是通过鼓风机 转速的控制来实现对热风炉的控制从而来调节温度，由于热风炉自身快速实现温度 控制，从而影响到本系统的控制速度，将热风炉改为电热炉效果会更好一些。展望未来的农业生产中温湿度控制系统，将朝着采用先进的控制理论、方法和 技术的先进控制系统发展。高精度，高智能将是农业生产自动控制系统追求的目 标。个人资料整理 仅限学习使用参考文献1 樊军庆，张宝珍温度控制理论的发展简况J.海南大学学报，2008, 11 (2 : 12-142 郁汉琪可编程控制器原理及应用M.北京：中国电力出版社，2004.63 陈锦屏红枣烘干技术M.西安：陕西科学技术出版社，1998.114 杨诗成，王喜魁泵与风机M.北京：中国电力出版社，2007.5永康，王喜忠.现代干燥技术M.北京：化学工业出版社，1998.6周万珍.PLC 分析与应用M.北京：电子工业出版社，2004.37 胡军.可编程控制器原理应用与事例解读M.北京：清华大学出版社，2007.38 熊 军.数控机床原理与结构M.北京：人民邮电出版社，2007.69 马宁，孔红.S7-200 PLC 和 MM440 变频器的原理与应用M.北京：机械工业出版社，2006.910 张洪润.传感器技术大全M.北京：北京航空航天大学出版社，2007.1011 温希东.自动控制原理及应用M.西安：希安电子科技大学出版社，2004.712 程子华 PLC 原理与编程实例分析M.北京：国防工业出版社，2007.113 张仑.可编程序控制器中PID 控制的研究J.电子电气教案学报，2005.5 (3 : 12-1514 A VISIOLI.Tu ning of PID con trollers with FuzzyLogicJ.IEEProc.C on trolTheoryApplicatio n,148(1:1-8,2001.15 L. 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