机电控制实验报告

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1、机电控制实验报告一、实验目的运用PLC和电箱实现电热壶中水的恒温控制。二、实验方法电箱外接220V电源；PLC和电热水壶都分别与电箱连接，由电箱供电；热敏电阻的铁棒部分伸入热水壶中，另一端与电箱相连，热敏电阻的阻值随着水温变化而变化，通过电箱中的电路，输出了变化的0-20mA的电流量。在输出端串联电阻，使得电流量变为电压量输入到PLC，通过AD转化为数字量，然后通过编程达到控制温度的目的。PLC输出端接电箱，可以控制电箱中某个接触器的闭合或断开，而这个接触器控制了电热水壶的供电。三、编程思路目标是将水温控制在70℃。由于加热时会有热惯性

2、，因此加热至一定温度就应停止加热，等到水温上升并回落到一定温度后，再加热水一定时间然后停止加热，如此反复，使水温控制在一定的范围内波动。总体思路是：1.只要水温低于某一温度A，无条件加热。2.若水温低于温度B（B>A），且水温处于下降阶段，加热固定时间后停止。采样和滤波：采样周期是11秒，其中1秒是采样时间。在这一秒内AIW端口的数字量是不停跳动的，若把每个数据都收集下来不仅有许多无用的数据，而且也会对水温是上升还是下降做出错误的判断，因此这1秒内只记录数据的平均值，即每采集到一个数据就把这个数据与之前记录的数据求平均值。这样的求均值的

3、方法中，1秒内前一时刻的数据的权重小于后一时刻数据的权重，不同时刻数据的权重不相同，但也能达到滤波的效果。同时，在11秒钟内的10秒时间中，把前一周期加权得到的数据保存到另外一个寄存器中。两个寄存器：寄存器VW80和VW90记录了2个时刻的温度。其中VW80记录的是当前周期的温度，VW90是前一周期记录的温度。通过比较VW80和VW90的数值，可以判断目前水温是处于上升阶段还是下降阶段。将采样周期的时间设置的长一些（11秒）的原因之一就是为了能够正确判断，而不会因为采集到的数据的随机跳动影响判断。加热控制：在达到70℃前提前停止加热，这

4、个动作可以根据2种方法进行控制。一是加热到一定的温度，然后停止加热；二是加热一定的时间，然后停止加热。实验中我们选择的是第二种方案，每次加热都是只加热3秒钟。没有选择方法一的原因是，采样得到的温度并非实时的，而是每11秒得到一个温度数据；另外，在1秒内采样得到的数据是有波动的，可能发生水的实际温度已超过设定值，而加权平均得到的数据却小于这个值的情况，这会使得水温远远大于所要控制的温度范围。一、实验结果温度可以控制在正负1℃内，最好的情况是控制在正负0.5℃内。二、结果分析在编程中，我们设定了在温度下降阶段，若小于一定温度，则加热3秒，并

5、且限定了是在计时器T3X开启后，才能进行加热。采样周期是11秒，因此每11秒最多加热3秒。即加热的判定条件有3条：1.采样时打开了总开关2.温度处于下降阶段3.温度小于一定值。而热敏电阻所测的温度并非是水的底部，而是中部某点的温度。因此，水的中部一边在接受底部传来的热量，一边又在向水面外的方向散热。当加热水3秒后，只有水的底部温度上升，而中部的温度还是保持原样，有时可能反而又下降了。若在11秒内，底部的水将热量传导到了中部的水，且温度上升，那么在接下来的一段时间里，中部的水温是上升阶段，不满足加热的条件2，可以顺利地控制温度。若在11秒

6、内底部的热量未传导到中部，或传导的热量不足，使得下一周期测得的中部水温反而比之前低（符合条件2），且温度小于设定值（符合条件3），那么程序可能会判定符合加热条件，又一次加热3秒，这样，在接下来的时间里水的中部温度会大幅上升。最初设置的采样时间为5秒，因此容易出现连续加热的情况出现。在编程时，我们一直在调整加热时间，设定的温度以及采样周期这三个参数。加热时间越短，使每次水温上升得越小；使设定的温度值接近控制的温度70℃，以使温度控制在更小的范围内；若采样周期长，则这一个采样周期内，底部的热量已经传导到中部并使温度上升，这样就不会造成错误判

7、断，但采样周期过长会导致在一周期内水温已经下降过多，降低了温度控制的下限。因此，最理想的情况是：最初水从常温加热至某一温度，停止加热，然后由于热惯性作用，水温上升并回落到规定的温度值，在某一周期的采样时，测得本周期水温低于前一周期温度，加热固定时间，并在一个周期的时间内水温经历了上升并回落至规定的温度的过程，然后继续加热。即最后水温的变化周期即等于采样周期。这3个控制参数中，加热时间的控制有其局限性。因为电箱中是由接触器控制电热水壶，若加热时间过短，可能来不及响应，且响应太快可能也会损坏接触器。因此我觉得使用我们这个方法控制温度的精度取

8、决于接触器本身。最终我们选择的参数是采样周期11秒，设定的温度69.5℃，加热时间3秒。结果是最好的情况是温度保持在69.5至70℃间，最差时是69.5至71℃间。造成这一问题的原因即是以上所说的，与热量的