S7-1200PLC在热压罐控制系统中的应用.pdf

仿真 ， 遑旅 I C AD I CA MI CA E I C AP P 团固四匣囤哩 S 7 1 2 0 0 P L C 在 热 压 罐 控 制系 统中 的 应 用 杨晓平， 张名城 ， 李亮， 蔺跃龙 中国航 天科 工集团 六院 四十一所 ， 呼和浩特 0 1 O 0 1 0 摘要 介绍了西门子 S 7 1 2 0 0 P L C在热压罐温度和压力控制系统中的应用 ， 利用 P L C的逻辑运算指令使得压力和 温度有效关联 ， 控制回路主要采用智能 P l D控制， 利用 S 7 1 2 0 0 P L C内部专用 P L C控制器和 P L C控制指令及 白整定 调试来实现 P I D控制。实际运行结果验证了S 7 1 2 0 0 P L C应用于热压罐温度压力控制系统中的可行性及准确性。 关键词 S 7 1 2 0 0 ； P I D控制 热压罐 ； 控制系统 中图分类号 T P 2 7 2 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 2 - 2 3 3 3 2 0 1 4 0 1 0 0 6 3 0 2 0引 言 热 H { 罐 是大型复杂航伞 航火复合材 料制品 同化 成 型专用设备 ， 复合材料制 叭I 1 辛嘤利用热压缶 龌 提供均匀的 温度和 力达到【 古 l 化 的 此热_『寸 罐1 一 作过程 中 ， 濉 度和 力是关键控 制 ， 而 热 罐成型丁艺要求 温度 压 力均为多段连续控 制． 1li fl 压点和温度要实现关联 。 温度 和压力的控制性能 好坏直接 影响到复合 材料制 I 的质鞋性能 ， 此 埘热J 的控 制 系统提 } H 了较高 要 求 ， 前热压罐控制系统埘温度 力控 制 一般采用温 控 仪 表配合外 电路进行控 删， 但足这种控制方式无法 实 现温度 压 力的关联 ，『1 1 f 控制精 度很难 满足技术 嘤 求 ， 鉴 于此 ， 开 发了 阿子 S I M A T I C s 7 一 l 2 0 0 P L C为 核 心的热n i 罐控制 系统 1 热压罐控制 系统结构及组成 这种热压罐控制系统 l丰要 } 化人饥交瓦和下化机 测量控制两部分组成 系统结构如同 l 所爪 ， 本文 婪介 绍 下化机控制系统 。 下位机采用阿f J 子 S 1 M A T I C S 7 1 2 0 0 系列 P l C ， P L C由 C P U和 I ／ 0模块组成，下位机 丰要完成 现场的温度和 力数据采集 ，并对采集数据进行预处理 ， 广泛 的应用。 罔 1 2 足浇铸机器人 虚拟现实环境下模刑 ‘ j 现实的对比。 冈 1 3是压铸铝件的心用 ，大大降低 了劳动强度 ， 解 决 r 环境对 作者的危 ， 提高 J ， 安伞性 。 浇铸机器人 的 4 结论 本文简述 了基于 R o b o g u i d e 平台的 F A N U C机器人虚 拟现实技术在T业生产中的应用， 通过对 R o b o g u i d e 平台 的应用 ， 降低了调试 的成本 ， 提高 r 调试编程的效率， 提高 了设计者的设计效率 。为方案设计提供 _r 可行性的依据， 町以提高企业的市场竞争力， 能 好地把握市场机会。 [ 参考文献] 【 1 忐俊． 1 J J 业机器人的应川殷发展趋势 J ． 机械工程师， 2 0 0 2 5 8 一l 0 ． 2 ] 乐机 械人联合 会． 世 界机 器人由 { 新统 汁数批 l J 』 ． 机器人技 术 j应用 ． 2 0 0 0 6 l 2 1 4 ． [ 3 ] 畅化书 ， 曲新峰． 1 业机器 人技 术的应 f f j 及 发展 l J j ． 黄河 水利职 、 I 技术学 院学报 ， 2 0 0 4 ， 1 6 4 4 2 4 3 ． f 4 J 香．基于 R OB O GU I D E的弧 机器人 离线编程 系统 的研究 [ Dj ． 天津 天津 】 业 犬学 ， 2 0 0 7 ． 1 5 j 哭振彪． 1 业机器人[ M] ． 武汉 华 r I i j 【 大 ⋯版卒 I ， 1 9 9 9 ． [ 6 ] 朱景忠． 铝合金浇铸机器人的结构优化研究 J ． 哈尔滨 哈尔 滨 T 业 大学 ， 2 0 1 2 l 7 ] 码红斌．R O B O G U I D E使川 r儿 仆 弧焊部分耀础篇【 M] ． L 海 1 海发 那科机器人彳 『 限公司 ， 2 0 1 0 ． 编辑 启迪 机械工程师 2 0 1 4 年第1 期 6 3 机 向 、 万 究 研 位 学 士 硕 师 程 ￡ 一 ● ～ 介 期 者 稿 作 收 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 团固四回国晤 仿真 ， 建壤 I C AD I C AMI C AE I C AP P 对数据进行控制运算后输 进行过程控制并将处理后的 数据传到 卜 位机。 卜 位机和下位机采用 P r o fi n e t 通信。 中央处理 元选用西门子 S I MA T I CS 7 - 2 0 0 C P Ul 2 l 4 c ， 带 有 P r o f i n e t 接 ，用 于 与 编 程 设 备 、 H M I 或 其 他 S I MA T 1 C控制器问的通信。 模拟量输入模块选用 S M l 2 3 l A 1 8 x l 3 位 ， 模拟量输f f I 模块选用 S M1 2 3 2 A Q 4 l 4 位。温 度和 力传感器输 信号选用 4 ～ 2 0 m A电流信号。 传感器 信号经 S Ml 2 3 l m C P U 1 2 1 4 C读人，并在 C P U内与设定 值进行比较 ， 算 m偏差值 ， 然后根据计算 出的偏差值的大 小结合一定的控制算法进行运算 ， 得出输出控制量 ， 经过 S M l 2 3 2 输 给驱动机构 ，驱动机构按照控制信号大小控 制输出执行机构的输 功率或阀门开度。 加热过程的温度 控制通过调功器输 控制加热器的加热功率 ， 压力控制通 过控制调节阀的歼度大小控制， 降温过程温度控制通过调 冷却进水调 阀歼度控制冷却水流量来控制。 2 热压罐控制系统工作原理和控制策略 按照热压罐一般T艺要求 ，温度和压力控制均为多 段连续编程控制， H ‘ 自动控制模具温度和压力 ， 加压点 产 的模具温度要实现关联，在模具温度热电偶 中任选 一 路作为基准 。在设定的温度点启动加压程序或若干个 温度点分别加 。为满足T艺要求 ， 本控制系统采用 P I D 对温度和 力进行控制，并采用 P L C逻辑运算指令将 温 度和压 力进行关联 ． 对压力和温度进行 P I D控制的具体方法为传感器 将温度或 者压 力信号传送给模拟量输入模块 ， C P U渎取 传感器的输入信号值C t ， 并与设定值 r t 进行比较， 得 到偏差值 e t ， 其 中e ￡ r ￡ 一 c t ， 再对偏差值 e t 按 照 选择的 P m 控制算法进行运算 ， 然后形成控制量 u t ， 最 后转换得到所需要的输出物理值 m A电流 J ， 传送给驱动 控制器 。l』 J 【 1 热时功率调整器根据温差得到的信号大小调 整加热器功率输 达到控温 目的，冷却时冷却调节阀根 据温度差信号大小调整冷却水进水调节阀开度大小达到 控温 日的， 力是根据压力差信号大小调整进排气阀开 度大小达到控压 日的。 3 P LC控制软件实现 P L C软件编程采用 T I A P o r t a l V 1 1 ， 编程语言采用梯 形 语言 ， 将每- ㈧路的编程模块化 ， 通过程序编辑模块 封装各控制段控 制功能 。压力和温度 的关联控制 采用 P L C的逻辑控制指令即可轻松实现。P I D控制实现是控 制 系统 中的关键， 以下对程序中的 P I D控制进行说明。 1 s 7 一 l 2 0 0 C P U提供了 P I D控制器 ，可同时进行多 l u J 路控制 ． 并具备 P 、 I 、 D参数的 自整定功能 。 提供 了启动 向整定和运行中 自整定两种整定方式 ，南 P I D控制器 自 动调整参数 ， 此外还町手动调试参数 I。 s 7 一 l 2 0 0 P L C提供的 P I D控制器的功能主要依靠循 环中断块 、 P I D指令块 、 T艺对象背景数据块等三部分来 实现。循环 中断块按照一定的周期产生中断并执行其中 的程序 ； P I D指令块 中定义了控制算法 ， 并随着循环中断 块产生的中断周期执行 ；背景数据块定义 了输入输H { 参 6 4 机械工程师 2 0 1 4 年第1 期 数 、 调试参数和监控参数。编程时 ， 首先在 艺对象中添 加背景数据块 并对其进行定义． 然后再调用 P I D指令块 ． ． P I D指令块与其相对 应 的1 一 艺 对象背景 数据块组 合使 用， 形成完整的 P I D控制器 ， P I D控制器结构如图 2 所示 在使用 P I D控制器前先对其参数进行组态设置 ， 如 选择 C o n t r o l l e r T y p e 控制器类型 ，加温选择温度控制 器， 调压选择压 力控制器 ， 降温选择温度控制器并选择反 作用 P I D。 2 只有具备符合热压罐成型 r 艺运行系统参数值的 P I D控制器才能够正常运行。 可利用 S 7 1 2 0 0 P L C提供的 自整定功能进行整定得 出控制参 数。s 7 一 l 2 0 0 P I C内部 P I D整定是按照内部设定的数学算法，通过 外部输入信 号的激励 ，依据 系统的反 疗式确 定 P I D参数 。s 7 1 2 0 0 P L C内部有启 动 自整定 S t a r t U P 和运行 中 自整定 T u n e I n R u n 两种整定方法。S t a r t U p 整定算法将定义 阶跃响应 的时问参数 ， 并在拐点处应用正切计算 ， 得到延 迟时间 T O 和恢复时间 T G ， 控制器依据这些参数得到 优化后的 P 、 I 、 D参数 ； T u n e I n R u n优化算法会逐渐增大 比例系数 ， 直到被控量开始振荡。 若执行时满足 S t a r t U p ， 则只执行 S t a r t U p ， 结束后再执行 T u n e I n R u n ， 若不满足 S t a r t U p的条件则进入 T u n e I n R u n 。 P L C自整定 的参 数不 一 定能够达 到较好 的控 制效 果 ，如果控制不能满足_I岂要求 ，这些参数 _口 『 以手动调 试 ， 通过参数访 问方式修改对心 P I D参数 ， 在调试面板 中 观察 曲线图， 便可得到较好控制效果的 P 、 I 、 D参数 ， 另外 需要结合现场实际情况不断加以修 ，便可达到最佳的 控制效果 。 4 结论 通过实际工艺试验对 s 7 1 2 0 0组成的热 压罐的控制 系统的考核 ，其温度和压力控制均取得 了良好的控制效 果 ，不仅能将温度和压力利用 s 7 1 2 0 0的逻辑运算轻松 关联，而且能将温度和压力的波动度很好地控制在 允差 范围内， 超调也较小， 温度超调不超过 1 ． 5 ℃， 温度波动度 小于 0 ． 8 ℃．控压精度 0 ． O 0 5 M P a 。系统充分利用了 s 7 一 l 2 0 0 P L C编程简单可靠且 P I D控制方便迅速的优点， 并 且响应快 ， 使得控制 系统更加稳定可靠。 [ 参考文献] [ 1 J 陈曦， 赵德瑞 ， 吕湘晔． s 7 3 0 0 P L C在精馏塔温度控制系统中的 应用[ J ] ． 自动化仪表． 2 0 1 1 ， 3 2 3 3 9 4 6 ． 编辑 启迪 作者简介 杨晓平 1 9 8 l 一 ， 女， 工程师， 从事电气工程设计与研究工作 收稿 日期 2 0 1 3 一l l 一 0 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m