基于西門子S7-200 PLC的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

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2、率計(jì)設(shè) 隨機(jī)閱讀 From?Berlin?with?love 張國燾為何成為一大中的二號(hào)人物？ 魔鬼地洞 中國和“流氓”國家成為“朋友”的代價(jià) [Dr.YOU第62期]塑料皮兒該怎么撕？ 劇的報(bào)恩 首頁推薦 翻拍紅樓夢(mèng)堪比創(chuàng)業(yè) 全球最恐怖四條靈異路 美國賭場(chǎng)養(yǎng)兩頭活獅 非誠勿擾改版后不好看 絲襪上的插畫風(fēng)情萬種 相親會(huì)美女盛裝登場(chǎng) 更多>> 基于單片機(jī)的閉環(huán)實(shí)時(shí)溫度控制系統(tǒng) 基于AT89C51單片機(jī)的多路溫度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng) 基于西門子S7-200 PLC的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 默認(rèn)分類 2009-05-26 21:06:12 閱讀 1267 評(píng)論 1 字

3、號(hào)： 大 中 小 基于西門子S7-200 PLC的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 本文摘自單片機(jī)開發(fā)平臺(tái): 第一章? 前? 言 1.1 課題研究背景 溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的諸多領(lǐng)域中, 溫度控制占有著極為重要的地位, 特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足輕重的作用。對(duì)于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，燃料，控制方案 也有所不同。例如冶金、機(jī)械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等[1]。溫度控制系統(tǒng) 的工藝

4、過程復(fù)雜多變，具有不確定性，因此對(duì)系統(tǒng)要求更為先進(jìn)的控制技術(shù)和控制理論。 可編程控制器（PLC）可編程控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是繼承計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)裝置。它具有抗干擾能力強(qiáng)，價(jià)格便宜， 可靠性強(qiáng)，編程簡(jiǎn)單，易學(xué)易用等特點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域中深受工程操作人員的喜歡，因此PLC已在工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域中被廣泛地使用[2]。 目前在控制領(lǐng)域中，雖然逐步采用了電子計(jì)算機(jī)這個(gè)先進(jìn)技術(shù)工具，特別是石油化工企業(yè)普遍采用了分散控制系統(tǒng)（DCS）。但就其控制策略而言，占統(tǒng)治地位的 仍然是常規(guī)的PID控制。PID結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、使用中不必弄清系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型[3]。PID

5、的使用已經(jīng)有60多年了，有人稱贊它是控制領(lǐng) 域的常青樹。 組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng) 控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。在組態(tài)概念出現(xiàn)之前，要實(shí)現(xiàn)某一任務(wù)，都是通過編寫程序來實(shí)現(xiàn)的。編寫程序不但工作量大、周期長，而且容易犯錯(cuò) 誤，不能保證工期。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，解決了這個(gè)問題。對(duì)于過去需要幾個(gè)月的工作，通過組態(tài)幾天就可以完成.組態(tài)王是國內(nèi)一家較有影響力的組態(tài)軟件開發(fā)公司 開發(fā)的，組態(tài)王具有流程畫面，過程數(shù)據(jù)記錄，趨勢(shì)曲線，報(bào)警窗口，生產(chǎn)報(bào)表等功能，已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域被應(yīng)用[4

6、]。 1.2 溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r 溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科研以及日常生活等領(lǐng)域占有重要的地位。溫度控制系統(tǒng)是人類供熱、取暖的主要設(shè)備的驅(qū)動(dòng) 來源，它的出現(xiàn)迄今已有兩百余年的歷史。期間，從低級(jí)到高級(jí)，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和對(duì)溫度控制精度要求的不斷提高，溫度控制系統(tǒng)的控制技術(shù)得 到迅速發(fā)展。當(dāng)前比較流行的溫度控制系統(tǒng)有基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，基于PLC 的溫度控制系統(tǒng)，基于工控機(jī)（IPC）的溫度控制系統(tǒng)，集散型溫度控制系統(tǒng)（DCS），現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）等。 單片機(jī)的發(fā)展歷史雖不長，但它憑著體積小，成本低，功能強(qiáng)大和可靠性高等特點(diǎn)

7、，已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)已經(jīng)由開始的4位機(jī)發(fā)展到32位 機(jī)，其性能進(jìn)一步得到改善[5]?；趩纹瑱C(jī)的溫度控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，工作精度高。但相對(duì)其他溫度系統(tǒng)而言，單片機(jī)響應(yīng)速度慢、中斷源少，不利于在復(fù)雜 的，高要求的系統(tǒng)中使用。 PLC是一種數(shù)字控制專用電子計(jì)算機(jī)，它使用了可編程序存儲(chǔ)器儲(chǔ)存指令，執(zhí)行諸如邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)與演算等功能，并通過模擬和數(shù)字輸入、輸出等組 件，控制各種機(jī)械或工作程序。PLC可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單，易于被工程人員掌握和使用，目前在工業(yè)領(lǐng)域上被廣泛應(yīng)用[6]。相對(duì)于 IPC，DCS，F(xiàn)SC等系統(tǒng)而言，PLC是具有成本上的優(yōu)勢(shì)。因此，PLC占領(lǐng)

8、著很大的市場(chǎng)份額，其前景也很有前途。 工控機(jī)（IPC）即工業(yè)用個(gè)人計(jì)算機(jī)。IPC的性能可靠、軟件豐富、價(jià)格低廉，應(yīng)用日趨廣泛。它能夠適應(yīng)多種工業(yè)惡劣環(huán)境，抗振動(dòng)、抗高溫、防灰塵，防電 磁輻射。過去工業(yè)鍋爐大多用人工結(jié)合常規(guī)儀表監(jiān)控，一般較難達(dá)到滿意的結(jié)果，原因是工業(yè)鍋爐的燃燒系統(tǒng)是一個(gè)多變量輸入的復(fù)雜系統(tǒng)。影響燃燒的因素十分復(fù) 雜，較正確的數(shù)學(xué)模型不易建立，以經(jīng)典的PID為基礎(chǔ)的常規(guī)儀表控制，已很難達(dá)到最佳狀態(tài)。而計(jì)算機(jī)提供了諸如數(shù)字濾波，積分分離PID，選擇性PID。 參數(shù)自整定等各種靈活算法，以及“模糊判斷”功能，是常規(guī)儀表和人力難以實(shí)現(xiàn)或無法實(shí)現(xiàn)的[7]。在工業(yè)鍋爐溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)中采

9、用控機(jī)工可大大改善了對(duì) 鍋爐的監(jiān)控品質(zhì)，提高了平均熱效率[7]。但如果單獨(dú)采用工控機(jī)作為控制系統(tǒng)，又有易干擾和可靠性差的缺點(diǎn)。 集散型溫度控制系統(tǒng)（DCS）是一種功能上分散，管理上集中上集中的新型控制系統(tǒng)。與常規(guī)儀表相比具有豐富的監(jiān)控、協(xié)調(diào)管理功能等特點(diǎn)。DCS的關(guān)鍵是通 信。也可以說數(shù)據(jù)公路是分散控制系統(tǒng)DCS的脊柱。由于它的任務(wù)是為系統(tǒng)所有部件之間提供通信網(wǎng)絡(luò)，因此，數(shù)據(jù)公路自身的設(shè)計(jì)就決定了總體的靈活性和安全 性?；綝CS的溫度控制系統(tǒng)提供了生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和管理水平，能減少操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，有助于提高系統(tǒng)的效率[8]。但DCS在設(shè)備配置上要求網(wǎng) 絡(luò)、控制器、電源甚至模件等都為冗余

10、結(jié)構(gòu)，支持無擾切換和帶電插拔，由于設(shè)計(jì)上的高要求，導(dǎo)致DCS成本太高。 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）綜合了數(shù)字通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能儀表等多種技術(shù)手段的系統(tǒng)。其優(yōu)勢(shì)在于網(wǎng)絡(luò)化、分散化控制?；?于總線控制系統(tǒng)（FCS）的溫度控制系統(tǒng)具有高精度，高智能，便于管理等特點(diǎn)，F(xiàn)CS系統(tǒng)由于信息處理現(xiàn)場(chǎng)化，能直接執(zhí)行傳感、控制、報(bào)警和計(jì)算功能。而 且它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝置(含變送器、執(zhí)行器等)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)和組態(tài)，這是其他系統(tǒng)無法達(dá)到的[9]。但是，F(xiàn)CS還沒有完全成熟，它才剛剛進(jìn)入實(shí)用化的 現(xiàn)階段，另一方面，另一方面， 目前現(xiàn)場(chǎng)總線的國際標(biāo)準(zhǔn)共有12種之多，這給FSC的廣泛應(yīng)用

11、添加了很大的阻力。 各種溫度系統(tǒng)都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，用戶需要根據(jù)實(shí)際需要選擇系統(tǒng)配置，當(dāng)然，在實(shí)際運(yùn)用中，為了達(dá)到更好的控制系統(tǒng)，可以采取多個(gè)系統(tǒng)的集成，做到互補(bǔ)長短。 溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進(jìn)國家相比有著較大差距。 成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主。它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變溫度系統(tǒng)控制。而適應(yīng)于較高控制場(chǎng)合的智能 化、自適應(yīng)控制儀表，國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并在儀表控制參數(shù)的自整定方面，國外已有較多的成熟產(chǎn)品。但由于國外技術(shù)保密及我國開發(fā)工

12、作的滯 后，還沒有開發(fā)出性能可靠的自整定軟件?？刂茀?shù)大多靠人工經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試確定。國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成 果。日本、美國、德國、瑞典等技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正 朝著高精度、智能化、小型化等方面快速發(fā)展[10]。 1.3本文的研究?jī)?nèi)容 本論文主要是利用PLC S7-200 采用PID控制技術(shù)做一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，要求穩(wěn)定誤差不超過正負(fù)1℃，并且用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控。具體有以下幾方面的內(nèi)容： 第一章，對(duì)PLC系統(tǒng)應(yīng)用的背景進(jìn)行了闡述，并介紹當(dāng)前溫度控制系

13、統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r。 第二章，簡(jiǎn)單概述了PLC的基本概念以及組成。 第三章，介紹了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)所采用的硬件連接、使用方法以及編程軟件的簡(jiǎn)單介紹。 第四章，介紹了本論文中用到的一些算法技巧和思想，包括PWM、PID控制、PID在PLC中的使用方法以及PID的參數(shù)整定方法。 第五章，介紹了設(shè)計(jì)程序的設(shè)計(jì)思想和程序，包括助記符語言表和梯形圖。 第六章，介紹了組態(tài)畫面的設(shè)計(jì)方法。 第七章，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，檢驗(yàn)控制系統(tǒng)控制質(zhì)量。 第八章,對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)。 第二章 可編程控制器的概述 2.1 可編程控制器的產(chǎn)生 可編程控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，英文全稱：Programmable Contro

14、ller，為了和個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)區(qū)分，一般稱其為PLC?？删幊炭刂破?PLC)是繼承計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng) 裝置。其性能優(yōu)越，已被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。 20世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)開始應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，但由于價(jià)格高、輸入輸出電路不匹配、編程難度大，未能在工業(yè)領(lǐng)域中獲得推廣。 ?1968年，美國的汽車制造公司通用汽車公司(GM)提出了研制一種新型控制器的要求，并從用戶角度提出新一代控制器應(yīng)具備十大條件，立即引起了開發(fā)熱潮。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出了世界上第一臺(tái)可編程序控制器，并應(yīng)用于通用汽車公司的生產(chǎn)線上。 可編程控制器自問世以來

15、，發(fā)展極為迅速。1971年日本開始生產(chǎn)可編程控制器，而歐洲是1973開始的。如今，世界各國的一些著名的電氣工廠幾乎都在生產(chǎn)可編程控制器[11]?？删幊炭刂破鲝恼Q生到現(xiàn)在經(jīng)歷了四次更新?lián)Q代，見表1-1。 ??????????????????? 表 1-1? 可編程控制器功能表 代次??? 器件??? 功能 第一代??? 1位處理器??? 邏輯控制功能 第二代??? 8位處理器及存儲(chǔ)器??? 產(chǎn)品系列化 第三代??? 高性能8位微處理器及位片式微處理器??? 處理速度提高，向多功能及聯(lián)網(wǎng)通信發(fā)展 第四代??? 16位、32位微處理器及高性能位片式微處理器??? 邏輯、運(yùn)動(dòng)、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)

16、網(wǎng)功能的多功能 2.2 可編程控制器的基本組成 PLC從組成形式上一般分為整體式和模塊式兩種。整體式PLC一般由CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存和電源組成。模塊式PLC一般由CPU模塊、I /O模塊、內(nèi)存模塊、電源模塊、底版或機(jī)架組成。本論文實(shí)物采用的是模塊式的PLC，不管哪種PLC，都是屬于總線式的開發(fā)結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成如圖2-1所示 [12]。 1)??? CPU（中央處理器） 和一般的微機(jī)一樣，CPU是微機(jī)PLC的核心，主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器以及實(shí)現(xiàn)他們之間聯(lián)系的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線構(gòu)成。CPU在很大程度上決定了PLC的整體性能，如整個(gè)系統(tǒng)的控制規(guī)模、工作速度和內(nèi)存容量

17、。 CPU控制著PLC工作，通過讀取、解釋指令，指導(dǎo)PLC有條不紊的工作。 2)??? 存儲(chǔ)器 ???? 存儲(chǔ)器（內(nèi)存）主要用語存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成部分。PLC中的存儲(chǔ)器一般包括系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器兩部分。系統(tǒng)程序一般由廠 家編寫的，用戶不能修改；而用戶程序是隨PLC的控制對(duì)象而定的，由用戶根據(jù)對(duì)象生產(chǎn)工藝的控制要求而編制的應(yīng)用程序。 3) 輸入輸出模塊 ???? 輸入模塊和輸出模塊通常稱為I/O模塊或I/O單元。PLC提供了各種工作電平、連接形式和驅(qū)動(dòng)能力的I/O模塊，有各種功能的I/O模塊供擁護(hù)選用。按 I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊的規(guī)格和數(shù)量，I/O模塊可多可

18、少，但其最大數(shù)受PLC所能管理的配置能力，即底版的限制。 ?PLC還提供了各種各樣的特殊的I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、高速計(jì)算器、位置控制、以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線、溫度控制、中斷控制、聲音輸出、打印機(jī)等專用 型或智能型模塊，用以滿足各種特殊功能的控制要求。智能接口模塊是一獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它有自己的CPU、系統(tǒng)程序、存儲(chǔ)器及與PLC系統(tǒng)總線相連接的接 口。 4)編程裝置 編程器作用是將用戶編寫的程序下載至PLC的用戶程序存儲(chǔ)器，并利用編程器檢查、修改和調(diào)試用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行過程，顯示PLC狀態(tài)、內(nèi)部器件 及系統(tǒng)的參數(shù)等。常見的編程器有簡(jiǎn)易手持編程器、智能圖形編程器和基于PC的專用編

19、程軟件。目前PLC制造廠家大都開發(fā)了計(jì)算機(jī)輔助PLC編程支持軟件， 當(dāng)個(gè)人計(jì)算機(jī)安裝了PLC編程支持軟件后，可用作圖形編程器，進(jìn)行用戶程序的編輯、修改，并通過個(gè)人計(jì)算機(jī)和PLC之間的通信接口實(shí)現(xiàn)用戶程序的雙向傳 送、監(jiān)控PLC運(yùn)行狀態(tài)等。 5）電源 ??? PLC的電源將外部供給的交流電轉(zhuǎn)換成供CPU、存儲(chǔ)器等所需的直流電，是整個(gè)PLC的能源供給中心。PLC大都采用高質(zhì)量的工作穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng) 的開關(guān)穩(wěn)壓電源，許多PLC電源還可向外部提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于向輸入接口上的接入電氣元件供電，從而簡(jiǎn)化外圍配置。 第三章? 硬件配置和軟件環(huán)境 3.1實(shí)驗(yàn)配置 3.1.1 西門子S

20、7-200 S7-200系列PLC可提供4種不同的基本單元和6種型號(hào)的擴(kuò)展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲(chǔ)卡、寫入器、文本顯示器等。本論文采用的是CUP224。它具有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)。S7-200系列的基本單元如表3-1所示[13]。 3.1.2 傳感器 熱電偶是一種感溫元件，它直接測(cè)量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo) 準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo) 準(zhǔn)化熱電偶，一般

21、也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶我國從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)， 并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。本論文才用的是K型熱電阻[14]。 3.1.3 EM 231模擬量輸入模塊 傳感器檢測(cè)到溫度轉(zhuǎn)換成0～41mv的電壓信號(hào)，系統(tǒng)需要配置模擬量輸入模塊把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再送入PLC中進(jìn)行處理。在這里，我們選用了西門子EM231 4TC模擬量輸入模塊。 EM231熱電偶模塊提供一個(gè)方便的，隔離的接口，用于七種熱電偶類型：J、K、E、N、S、T和R型，它也允許連接微小的模擬量信號(hào)(±80m

22、V范圍)，所有連到模塊上的熱電偶必須是相同類型，且最好使用帶屏蔽的熱電偶傳感器。 EM231模塊需要用戶通過DIP開關(guān)進(jìn)行選擇的有：熱電偶的類型、斷線檢查、測(cè)量單位、冷端補(bǔ)償和開路故障方向，用戶可以很方便地通過位于模塊下部的組 態(tài)DIP開關(guān)進(jìn)行以上選擇，如圖3-2所示。本設(shè)計(jì)采用的是K型熱電偶，結(jié)合其他的需要，我們?cè)O(shè)置DIP開關(guān)為00100000。 對(duì)于EM231 4TC模塊，SW1～SW3用于選擇熱電偶類型，見表3-3 。SW4沒有使用，SW5用于選擇斷線檢測(cè)方向，SW6用于選擇是否進(jìn)行斷線檢測(cè)，SW7用于選擇測(cè)量單位，SW8用于選擇是否進(jìn)行冷端補(bǔ)償，見表3-4[15]。 為了使DIP

23、開關(guān)設(shè)置起作用，用戶需要給PLC的電源斷電再通電。 3.2 STEP 7 Micro/WIN32軟件介紹 ? STEP 7-MWIN32編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，是西門子公司專門為SIMTIC S7-200系列PLC設(shè)計(jì)開發(fā)的。該軟件功能強(qiáng)大，界面友好，并有方便的聯(lián)機(jī)功能。用戶可以利用該軟件開發(fā)程序，也可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)，該 軟件是SIMATIC S7-200擁護(hù)不可缺少的開發(fā)工具 3.2.1安裝STEP 7-MWIN32 V4.0 在開始安裝的時(shí)候是選擇語言界面，對(duì)于版本4.0來說，這時(shí)候沒有選擇中文的，但可以先選擇其他語言，見圖3-5。等軟件安裝好之后再進(jìn)

24、行語言的切換。 ??? 在安裝的最后，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)界面，按照硬件的配置，我們需要用232通信電纜，采用PPI的通信方式，所以要選擇PPI/PC Cable(PPI)，這個(gè)時(shí)候在彈出來的窗口中選擇端口地址，通信模式，一般選擇默認(rèn)就可以了，見圖3-6。 如果想改變編程界面的語言，可在軟件的主界面的工具欄中選擇tools目錄下選擇option選項(xiàng)，在出現(xiàn)的界面中選擇general,然后在右下角就可以選擇中文了。見圖3-7所示。 3.2.2 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置 系統(tǒng)塊用來設(shè)置S7-200 CPU的系統(tǒng)選項(xiàng)和參數(shù)等。系統(tǒng)塊更改后需要下載到CPU中，新的設(shè)置才能生效。系統(tǒng)塊的設(shè)置如下，需要注意的是，PLC

25、的地址默認(rèn)是2，但本設(shè)計(jì)中需要 用到的地址是1，如圖3-8。通信端口的設(shè)置，同樣的，我們用到的地址是1，如圖3-9所示。 圖 3-9? 通信端口設(shè)置 ?? 第四章 控制算法描述 4.1 PWM技術(shù) 脈寬調(diào)制（PWM）是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在測(cè)量、通信、功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。 PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF) [16]。 本論文中采

26、樣周期和加熱周期都是10秒。采樣后，根據(jù)溫差的大小進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)化得到一個(gè)加熱時(shí)間（0-10秒）作為下一個(gè)加熱周期的加熱時(shí)間。例如 溫差大，加熱時(shí)間就大，溫差小，那么加熱時(shí)間就小。程序采用的是粗調(diào)和微控兩段式控制方式。在粗控調(diào)階段，占空比恒為一。在微控制階段，占空比就根據(jù)溫差 不停地變化。 4.2 PID控制程序設(shè)計(jì) 模擬量閉環(huán)控制較好的方法之一是PID控制，PID在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)有60多年，現(xiàn)在依然廣泛地被應(yīng)用。人們?cè)趹?yīng)用的過程中積累了許多的經(jīng)驗(yàn)，PID的研究已經(jīng)到達(dá)一個(gè)比較高的程度。 比例控制(P)是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。其特點(diǎn)是具有快

27、速反應(yīng)，控制及時(shí)，但不能消除余差。 在積分控制(I)中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。積分控制可以消除余差，但具有滯后特點(diǎn)，不能快速對(duì)誤差進(jìn)行有效的控制。 在微分控制(D)中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。微分控制具有超前作用，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)。避免較大的誤差出現(xiàn)，微分控制不能消除余差。 PID控制，P、I、D各有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，它們一起使用的時(shí)候又和互相制約，但只有合理地選取PID值，就可以獲得較高的控制質(zhì)量[17]。 4.2.1 PID控制算法 如圖4-1所示，PID控制器可調(diào)節(jié)回路輸出，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。偏差e和輸入量r、

28、輸出量c的關(guān)系: ???????????????????????? (4.2) 控制器的輸出為: ??????????????????????? (4.3) 上式中,??? ——PID回路的輸出; ???????? ——比例系數(shù)P; ????????? ——積分系數(shù)I; ???????? ——微分系數(shù)D; PID調(diào)節(jié)器的傳輸函數(shù)為： ??????????????????????????????????? (4.4) 數(shù)字計(jì)算機(jī)處理這個(gè)函數(shù)關(guān)系式，必須將連續(xù)函數(shù)離散化，對(duì)偏差周期采樣后，計(jì)算機(jī)輸出值。其離散化的規(guī)律如表4-5所示： 表 4-5? 模擬與離散形式 模擬形式?

29、?? 離散化形式 所以PID輸出經(jīng)過離散化后，它的輸出方程為: 式4.8中， ?????????????????????????? 稱為比例項(xiàng)； ????????????????????????? 稱為積分項(xiàng)； ??????????????? 稱為微分項(xiàng)； 上式中，積分項(xiàng) 是包括第一個(gè)采樣周期到當(dāng)前采樣周期的所有誤差的累積值[17]。計(jì)算中，沒有必要保留所有的采樣周期的誤差項(xiàng)，只需要保留積分項(xiàng)前值，計(jì)算機(jī)的處理就是按照這種思想。故可利用PLC中的PID指令實(shí)現(xiàn)位置式PID控制算法量[18]。 4.2.2? PID在PLC中的回路指令 現(xiàn)在很多PLC已經(jīng)具備了PID功能，STEP

30、 7 Micro/WIN就是其中之一有的是專用模塊，有些是指令形式。西門子S7-200系列PLC中使用的是PID回路指令。見表4-7。 表4-7? PID回路指令 名稱??? PID運(yùn)算 指令格式??? PID 指令表格式??? PID TBL，LOOP 梯形圖 使用方法：當(dāng)EN端口執(zhí)行條件存在時(shí)候，就可進(jìn)行PID運(yùn)算。指令的兩個(gè)操作數(shù)TBL和LOOP，TBL是回路表的起始地址，本文采用的是VB100，因 為一個(gè)PID回路占用了32個(gè)字節(jié)，所以VD100到VD132都被占用了。LOOP是回路號(hào)，可以是0~7，不可以重復(fù)使用。PID回路在PLC中的地 址分配情況如表4-8所示。 表

31、4-8? PID指令回路表 偏移地址??? 名稱??? 數(shù)據(jù)類型??? 說明 0??? 過程變量（PVn）??? 實(shí)數(shù)??? 必須在0.0~1.0之間 4??? 給定值（SPn）??? 實(shí)數(shù)??? 必須在0.0~1.0之間 8??? 輸出值（Mn）??? 實(shí)數(shù)??? 必須在0.0~1.0之間 12??? 增益（Kc）??? 實(shí)數(shù)??? 比例常數(shù)，可正可負(fù) 16??? 采樣時(shí)間（Ts）??? 實(shí)數(shù)??? 單位為s，必須是正數(shù) 20??? 采樣時(shí)間（Ti）??? 實(shí)數(shù)??? 單位為min，必須是正數(shù) 24??? 微分時(shí)間（Td）??? 實(shí)數(shù)??? 單位為min，必須是正數(shù) 28?

32、?? 積分項(xiàng)前值（MX）??? 實(shí)數(shù)??? 必須在0.0~1.0之間 32??? 過程變量前值（PVn-1）??? 實(shí)數(shù)??? 必須在0.0~1.0之間 1)??? ?回路輸入輸出變量的數(shù)值轉(zhuǎn)換方法 本文中，設(shè)定的溫度是給定值SP，需要控制的變量是爐子的溫度。但它不完全是過程變量PV，過程變量PV和PID回路輸出有關(guān)。在本文中，經(jīng)過測(cè)量的溫度 信號(hào)被轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)溫度值才是過程變量，所以，這兩個(gè)數(shù)不在同一個(gè)數(shù)量值，需要他們作比較，那就必須先作一下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。溫度輸入變量的數(shù)10倍據(jù)轉(zhuǎn)化。 傳感器輸入的電壓信號(hào)經(jīng)過EM231轉(zhuǎn)換后，是一個(gè)整數(shù)值，他的值大小是實(shí)際溫度的把A/D模擬量單元輸出的

33、整數(shù)值的10倍。但PID指令執(zhí)行的數(shù)據(jù)必須 是實(shí)數(shù)型，所以需要把整數(shù)轉(zhuǎn)化成實(shí)數(shù)。使用指令DTR就可以了。如本設(shè)計(jì)中，是從AIW0讀入溫度被傳感器轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。其轉(zhuǎn)換程序如下: MOVW?? AIW0, AC1 DTR??? AC1, AC1 MOVR?? AC1, VD100 2) 實(shí)數(shù)的歸一化處理 因?yàn)镻ID中除了采樣時(shí)間和PID的三個(gè)參數(shù)外，其他幾個(gè)參數(shù)都要求輸入或輸出值0.0~1.0之間，所以，在執(zhí)行PID指令之前，必須把PV和SP的值作歸一化處理。使它們的值都在0.0~1.0之間。歸一化的公式如4.9: ???????????????????????? （4.9） 式中

34、,???? ——標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)數(shù)值； ??????????? ——未標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)數(shù)值; ?????????? ——補(bǔ)償值或偏置，單極性為0.0，雙極性為0.5; ???????? ——值域大小，為最大允許值減去最小允許值，單極性為32000.雙極性為6400。 本文中采用的是單極性，故轉(zhuǎn)換公式為: ???????????????? （4.10） 因?yàn)闇囟冉?jīng)過檢測(cè)和轉(zhuǎn)換后，得到的值是實(shí)際溫度的10倍，所以為了SP值和PV值在同一個(gè)數(shù)量值，我們輸入SP值的時(shí)候應(yīng)該是填寫一個(gè)是實(shí)際溫度10倍的 數(shù)，即想要設(shè)定目標(biāo)控制溫度為100℃時(shí)，需要輸入一個(gè)1000。另外一種實(shí)現(xiàn)方法就是，在歸一化的時(shí)候，

35、值域大小可以縮小10倍，那么，填寫目標(biāo)溫度的 時(shí)候就可以把實(shí)際值直接寫進(jìn)去[19]。 3)??? 回路輸出變量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 本設(shè)計(jì)中，利用回路的輸出值來設(shè)定下一個(gè)周期內(nèi)的加熱時(shí)間?；芈返妮敵鲋凳窃?.0~1.0之間，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化了的實(shí)數(shù)，在輸出變量傳送給D/A模擬量單元之前，必須把回路輸出變量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的整數(shù)。這一過程是實(shí)數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化過程。 ?????????????????? （4.11） S7-200不提供直接將實(shí)數(shù)一步轉(zhuǎn)化成整數(shù)的指令，必須先將實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)化成雙整數(shù)，再將雙整數(shù)轉(zhuǎn)化成整數(shù)。程序如下： ROUND? AC1, AC1 DTI?? AC1, VW34 4.2.3 PID參

36、數(shù)整定 PID參數(shù)整定方法就是確定調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)P、積分時(shí)間Ti和和微分時(shí)間Td，改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，使系統(tǒng)的過渡過程達(dá)到最為滿意的質(zhì)量指標(biāo)要 求。一般可以通過理論計(jì)算來確定，但誤差太大。目前，應(yīng)用最多的還是工程整定法：如經(jīng)驗(yàn)法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應(yīng)曲線法。 經(jīng)驗(yàn)法又叫現(xiàn)場(chǎng)湊試法，它不需要進(jìn)行事先的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，而是根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，利用一組經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，根據(jù)反應(yīng)曲線的效果不斷地改變參數(shù)，對(duì)于溫度控制系統(tǒng)，工程上已經(jīng)有大量的經(jīng)驗(yàn)，其規(guī)律如表4-12所示。 ???????????????? 表 4-12溫度控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 被控變量??? 規(guī)律的選擇??? 比例度??? 積分時(shí)

37、間（分鐘）??? 微分時(shí)間（分鐘） 溫度??? 滯后較大??? 20~60??? 3~10??? 0.5~3 實(shí)驗(yàn)湊試法的整定步驟為"先比例，再積分，最后微分"。 1）整定比例控制 ???? 將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。 2）整定積分環(huán)節(jié) 先將步驟1）中選擇的比例系數(shù)減小為原來的50～80％，再將積分時(shí)間置一個(gè)較大值，觀測(cè)響應(yīng)曲線。然后減小積分時(shí)間，加大積分作用，并相應(yīng)調(diào)整比例系數(shù)，反復(fù)試湊至得到較滿意的響應(yīng)，確定比例和積分的參數(shù)。 3）整定微分環(huán)節(jié)環(huán)節(jié) 先置微分時(shí)間TD=0，逐漸加大TD，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，反復(fù)試湊

38、至獲得滿意的控制效果和PID控制參數(shù)[20]。 根據(jù)反復(fù)的試湊，調(diào)出比較好的結(jié)果是P=120. I=3.0 D=1.0。 第五章 程序設(shè)計(jì) 5.1方案設(shè)計(jì)思路 PLC采用的是的S7-200，CPU是224系列，采用了5個(gè)燈來顯示過程的狀態(tài)，分別是運(yùn)行燈，停止燈，溫度正常燈，溫度過高（警示燈）燈，和加熱 燈，可以通過5個(gè)燈的開關(guān)狀況判斷加熱爐內(nèi)的大概情況。K型傳感器負(fù)責(zé)檢測(cè)加熱爐中的溫度，把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，經(jīng)過PLC模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)行 PID調(diào)節(jié)。根據(jù)PID輸出值來控制下一個(gè)周期內(nèi)（10s）內(nèi)的加熱時(shí)間和非加熱時(shí)間。在加熱時(shí)間內(nèi)使得繼電器接通，那加熱爐就可處于加熱狀態(tài)，反之則停

39、 止加熱[21]。 1) 硬件連線如圖5-1所示。 2) I/O點(diǎn)地址分配如表5-2所示。 地址??? 名稱??? 功能 I0.1??? 啟動(dòng)按扭??? 按下開關(guān)，設(shè)備開始運(yùn)行 I0.2??? 開關(guān)按鈕??? 按下開關(guān)，設(shè)備停止運(yùn)行 I0.3??? 保護(hù)按鈕??? 按下開關(guān)，終止加熱 Q0.0??? 運(yùn)行燈??? 燈亮表示設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài) Q0.1??? 停止燈??? 燈亮表示設(shè)備處于停止?fàn)顟B(tài) Q0.3??? 溫度狀態(tài)指示燈（正常??? 燈亮表示爐溫在正常范圍內(nèi) Q0.4??? 溫度狀態(tài)指示燈（危險(xiǎn)）??? 燈兩表示爐溫過高，處于危險(xiǎn)狀態(tài) Q0.5??? 固態(tài)繼電器???

40、 燈亮表示加熱爐正處于加熱階段 3）程序地址分配如表5-3所示。 ????????????????????????? 表 5-3? 內(nèi)存地址分配 地址??? 說明 VD0??? 用戶設(shè)定比例常數(shù)P存放地址 VD4??? 用戶設(shè)定積分常數(shù)I存放地址 VD8??? 用戶設(shè)定微分常數(shù)D存放地址 VD12??? 目標(biāo)設(shè)定溫度存放地址 VD16??? 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間秒存放地址 VD20??? 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間分鐘存放地址 VD30??? 當(dāng)前實(shí)際溫度存放地址 VW34??? 一個(gè)周期內(nèi)加熱時(shí)間存放地址 VW36??? 一個(gè)周期內(nèi)非加熱時(shí)間存放地址 4） PID指令回路表如表5-4所示

41、。 ???????????????????????? 表 5-4? PID指令回路表 地址??? 名稱??? 說明 VD100??? 過程變量（PVn）??? 必須在0.0~1.0之間 VD104??? 給定值（SPn）??? 必須在0.0~1.0之間 VD108??? 輸出值（Mn）??? 必須在0.0~1.0之間 VD112??? 增益（Kc）??? 比例常數(shù)，可正可負(fù) VD116??? 采樣時(shí)間（Ts）??? 單位為s，必須是正數(shù) VD120??? 采樣時(shí)間（Ti）??? 單位為min，必須是正數(shù) VD124??? 微分時(shí)間（Td）??? 單位為min，必須是正數(shù) V

42、D128??? 積分項(xiàng)前值（MX）??? 必須在0.0~1.0之間 VD132??? 過程變量前值（PVn-1）??? 必須在0.0~1.0之間 5.2 程序流程圖 程序流程圖如圖5-5所示，1個(gè)主程序，3個(gè)子程序。 5.3助記符語言表 主程序 LD???? SM0.0??????????????????? //? SM0.0常ON LPS????????????????????????????? // 將SM0.0壓棧 AR<=?? VD30, 105.0?????????????? // 如果溫度小于105℃ S????? Q0.3, 1?????????????????

43、?? // 使Q0.3保持ON R????? Q0.4, 1??????????????????? // 使Q0.4保持OFF LPP????????????????????????????? // 彈出SM0.0 AR>=?? VD30, 105.0?????????????? // 如果溫度大于105℃ S????? Q0.4, 1?????????????????? // 使Q0.4保持ON R????? Q0.3, 1?????????????????? // 使Q0.3保持OFF LD???? SM0.0 LPS A????? I0.1????????????????

44、???? // 按下啟動(dòng)按扭，啟動(dòng)系統(tǒng) AN???? I0.3????????????????? // I0.3為保護(hù)關(guān)開，一般情況下保持ON S????? M0.1, 1 R????? M0.2, 1 LPP A????? I0.2??????????????????? // 按下關(guān)閉按扭，停止運(yùn)行 AN???? I0.3 R????? M0.1, 1 S????? M0.2, 1 LD???? SM0.0 AN???? I0.3 LPS A????? M0.1 S????? M0.0, 1 R????? Q0.1, 1???????????????? // 使停

45、止指示燈（Q0.1）OFF S????? Q0.0, 1???????????????? // 使運(yùn)行指示燈（Q0.0）ON LPP A????? M0.2 S????? Q0.1, 1???????????????? // 使停止指示燈（Q0.1）ON R????? M0.0, 1 R????? Q0.0, 1???????????????? // 使停止指示燈（Q0.0）OFF LD???? M0.0 CALL?? SBR0???????????????? // 調(diào)用子程序0 LD???? M0.0 CALL?? SBR1???????????????? // 調(diào)用子程

46、序1 LD???? M0.0 LPS AN???? M0.3 TON??? T50, 100 LPP A????? T50 =????? M0.3?????????????????? //每10S使中間繼電器M0.3為ON LD???? M0.3 CALL?? SBR2???????????????? //每10S調(diào)用一次子程序2 LD???? M0.0 AN???? I0.3 LPS AN???? T52?????????????????? //T51爐子一個(gè)周期內(nèi)的加熱時(shí)間 TON??? T51, VW34??????????? //T51爐子一個(gè)周期內(nèi)的非加熱

47、時(shí)間 LRD AN???? T51 =????? Q0.5????????????????? //使繼電器（Q0.5）接通，爐子加熱 LPP A????? T51 TON??? T52, VW36 子程序0 LD???? M0.0 LPS AR<=?? VD30, 84.0?????????? //如果溫度小于84℃ S????? I0.4, 1??????????????? //使I0.4常ON R????? I0.5, 1??????????????? //使I0.5常OFF LPP AR>=?? VD30, 84.0?????????? //如果溫度大于84℃

48、 S????? I0.5, 1??????????????? //使I0.5常ON R????? I0.4, 1??????????????? //使I0.4常OFF LD???? M0.0??????????????? //常ON繼電器 AN???? M0.6 A????? I0.4????????????????? //如果I0.4為ON，則執(zhí)行以下程序 MOVR?? 300.0, VD0?????????? //輸入P值300到VD0 MOVR?? 999999.0, VD4?????? //輸入I值999999.0到VD4 MOVR?? 0.0, VD8????????

49、??? //輸入D值0.0到VD8 MOVR?? 100.0, VD12???????? //輸入設(shè)定溫度值100.0到VD12 LD???? M0.0 AN???? M0.6 A????? I0.5???????????????? //如果I0.5為ON，則執(zhí)行以下程序 MOVR?? 120.0, VD0???????? //輸入P值120.0到VD0 MOVR?? 3.0, VD4?????????? //輸入I值3.0. 到VD4 MOVR?? 1.0, VD8?????????? //輸入D值1.0到VD8 MOVR?? 100.0, VD12??????? //輸入設(shè)

50、定溫度值，100.0到VD12 子程序 1 LD???? SM0.0 MOVR?? VD12, VD104??????? //輸入設(shè)定溫度值 /R???? 3200.0, VD104????????? //把設(shè)定值歸一化處理 MOVR?? VD0, VD112???????? //輸入P值到PID回路中 MOVR?? 10.0, VD116????????? //輸入采樣時(shí)間到PID回路中 MOVR?? VD4, VD120???????? //輸入I值到PID回路中 MOVR?? VD8, VD124???????? //輸入D值到PID回路中 子程序2 LD???? M

51、0.0 MOVW?? AIW0, AC1??????????? //采樣溫度，放于AIW0中 DTR??? AC1, AC1 MOVR?? AC1, VD100 /R???? 32000.0, VD100????????? //把采樣值歸一化處理 MOVR?? AC1, VD30 /R???? 10.0, VD30?????????????? //把實(shí)際溫度值放于VD30中 LD???? M0.0 PID??? VB100, 0??????????????? //調(diào)用PID指令 +R???? 10.0, VD16 MOVR?? VD16, VD20?????????? //

52、計(jì)時(shí) /R???? 60.0, VD20 LD???? M0.0 MOVR?? VD108, AC1?????????? //控制器輸出 *R???? 100.0, AC1???????????? //把輸出值轉(zhuǎn)化為下一周期的加熱時(shí)間 ROUND? AC1, AC1 DTI??? AC1, VW34 MOVW?? +100, VW36???????? //下一周期的非加熱時(shí)間 -I???? VW34, VW36 ??????????? 第六章 組態(tài)畫面設(shè)計(jì) 6.1組態(tài)軟件概述 組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，可為擁護(hù)提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通

53、用層次的軟件工具。組態(tài)軟件一般英文簡(jiǎn)稱有三種，分 別為HMI/MMI/SCADA/.HMI/MMI翻譯為人機(jī)接口軟件，SCADA翻譯為監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集軟件。國內(nèi)外的主要產(chǎn)品有 wonderware公司的InTouch軟件，Intellution公司的FIX軟件，CIT公司的Citech軟件，Simens公司的Wincc 軟件，亞控公司的組態(tài)王，華富計(jì)算機(jī)公司的Controx軟件，力控公司的ForceControl軟件和北京昆倉公司的MCGS軟件[22]。 6.2組態(tài)王的介紹 組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件是眾多組態(tài)軟件里面的一種，組態(tài)王是一個(gè)具有豐富功能的HMI/SCADA軟件?？捎糜诠I(yè)自動(dòng)化

54、的過程控制和管理監(jiān)控。它提供了 集成、靈活、易用的開發(fā)環(huán)境和廣泛的功能，能夠快速建立、測(cè)試和部署自動(dòng)化應(yīng)用，來連接、傳遞和記錄實(shí)時(shí)信息。使用戶可以實(shí)時(shí)查看和控制工業(yè)生產(chǎn)過程。該 系統(tǒng)是中文界面,具有人機(jī)界面友好、結(jié)果可視化的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)用戶而言,操作簡(jiǎn)單易學(xué)且編程簡(jiǎn)單,參數(shù)輸入與修改靈活,具有多次或重復(fù)仿真運(yùn)行的控制能力,可 以實(shí)時(shí)地顯示參數(shù)變化前后系統(tǒng)的特性曲線,能很直觀地顯示控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線,這些很強(qiáng)的交互能力使其在自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)揮理想的效果 [23]。 6.3組態(tài)畫面的建立 本論文的組態(tài)軟件采用亞控公司的組態(tài)王6.53版本。組態(tài)軟件提供了可視化監(jiān)控畫面，包括動(dòng)畫，實(shí)時(shí)趨

55、勢(shì)曲線，歷史趨勢(shì)曲線，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表，歷史數(shù)據(jù)報(bào) 表，實(shí)時(shí)報(bào)警窗口，歷史報(bào)警窗口，配方管理等等的功能?？煞奖愕乇O(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行。并可在在線修改程序參數(shù)，有利于系統(tǒng)的性能發(fā)揮。 6.3.1創(chuàng)建項(xiàng)目 ????? 雙擊組態(tài)王的快捷方式，出現(xiàn)組態(tài)王的工程管理器窗口，雙擊新建按扭，按照彈出的建立向?qū)?，填寫工程名稱。然后打開剛建立的工程。進(jìn)入組態(tài)畫面的設(shè)計(jì),如圖6.1所示。 1）新建畫面 進(jìn)入工程管理器后，在畫面右方雙擊“先建”，新建畫面，并設(shè)置畫面屬性，如圖6.2所示，包括畫面名稱，注釋，畫面位置，畫面風(fēng)格，畫面類型和背景顏色 等。如下圖。點(diǎn)擊確定，就會(huì)出現(xiàn)，畫面就會(huì)自動(dòng)打開。畫面的工具欄里面，可以

56、選擇工具箱，調(diào)色板，線形等在畫面中顯示，這些在畫圖的時(shí)候經(jīng)常需要用上。 2）新建變量 要實(shí)現(xiàn)組態(tài)王對(duì)S7-200的在線監(jiān)控，就先必須建立兩者之間的聯(lián)系，那就需要建立兩者間的數(shù)據(jù)變量。基本類型的變量可以分為“內(nèi)存變量”和I/O變量?jī)?類。內(nèi)存變量是組態(tài)王內(nèi)部的變量，不跟被監(jiān)控的設(shè)備進(jìn)行交換。而I/O變量是兩者之間互相交換數(shù)據(jù)的橋梁，S7-200和組態(tài)王的數(shù)據(jù)交換是雙向的，一者 的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，另外一者的數(shù)據(jù)也跟著變化。。所以需要在創(chuàng)建連接前新建一些變量，如圖6.3所示。 本文中，PLC用內(nèi)存VD30來存放當(dāng)前的實(shí)際溫度值。并規(guī)定溫度超過105℃為溫度過高，立刻要作出相應(yīng)警示信號(hào)。 點(diǎn)擊工

57、程管理器中的“數(shù)據(jù)詞典”再雙擊右邊窗口的新建，在出現(xiàn)的定義變量口中填寫相應(yīng)的要求項(xiàng)，并可在“報(bào)警定義”中設(shè)定報(bào)警，如圖6.4所示。 6.3.2建立主畫面 ?如圖6.5所示，在該畫面中，仿真實(shí)物設(shè)備的連接，通過設(shè)置開關(guān)按扭和關(guān)閉按扭來控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止。旁邊的指示燈，與Q0.0對(duì)應(yīng)綠色表示系統(tǒng)在運(yùn) 行，紅色表示系統(tǒng)停止運(yùn)行。加熱爐的指示燈是表示加熱爐的加熱狀態(tài)，與Q0.5對(duì)應(yīng)綠色（亮），表示系統(tǒng)處于加熱狀態(tài)，黑色（暗）表示爐正處于加熱狀態(tài)。 爐子的溫度可以在畫面中顯示出來。 6.3.3建立趨勢(shì)曲線畫面 實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線可在工具箱中雙擊后在畫面直接獲得。實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線隨時(shí)間變化自動(dòng)卷動(dòng)，可快速

58、反應(yīng)變量的新變化，但不能查詢過去的情況，其畫面時(shí)間跨度可以通 過動(dòng)畫連接中“表示定義設(shè)置”，一個(gè)畫面最多可以設(shè)置四條曲線，本文只需要用到兩條曲線，綠色曲線表示設(shè)定的溫度，紅色曲線表示當(dāng)前實(shí)際溫度。X方向表示 時(shí)間，Y方向表示變量的量程百份比。Y軸上不能直接出現(xiàn)實(shí)際的過程值，但可以通過工具箱的文本進(jìn)行對(duì)應(yīng)的標(biāo)記，本文中設(shè)置了量程是200℃，故0.50處 的X方向表示100℃。另外，在畫面中設(shè)置了返回按扭，點(diǎn)擊就可以返回到主畫面。如圖6.6所示。 。 歷史趨勢(shì)曲線可在圖庫管理器中得到。歷史趨勢(shì)曲線可以查詢查詢過去的情況。? 歷史趨勢(shì)曲線需要事先建立兩個(gè)內(nèi)存變量，分表是調(diào)整跨度和舉動(dòng)百分比。調(diào)整

59、跨度是為了設(shè)置畫面跨度的時(shí)間。以秒為單位，可以輸入3600，，表示跨度為1 個(gè)小時(shí)。卷動(dòng)百分比是為了控制一次卷動(dòng)的時(shí)間跨度，最小值是0，最大值是100。歷史趨勢(shì)曲線可設(shè)置8條曲線，本文只采用了兩條。X表示時(shí)間，Y表示百分 比，需要另外標(biāo)識(shí)實(shí)際的溫度。 另外，畫面中設(shè)置了爐溫度的在某段時(shí)間內(nèi)的最大值最小值和平均值，時(shí)間段可以在畫面中通過按扭選擇。這里需要應(yīng)用到一個(gè)函 數(shù)，HTGetValueAtZone，例如，需要輸出最小值，那么需要輸入函數(shù)HTGetValueAtZone ( 歷史曲線,2, "MinValue" );，如圖6.7所示。 6.3.4建立數(shù)據(jù)報(bào)表 1）建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表 ?

60、數(shù)據(jù)報(bào)表是反應(yīng)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)、狀態(tài)等，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄的一種重要形式。數(shù)據(jù)報(bào)表有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表和歷史數(shù)據(jù)報(bào)表，既能反應(yīng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)的運(yùn)行情況，也能監(jiān)測(cè)長期的系統(tǒng)運(yùn)行狀況。 在組態(tài)王的工具箱內(nèi)選擇“報(bào)表工具”，在數(shù)據(jù)報(bào)表畫面中繪制報(bào)表，雙擊窗口灰色部分，在彈出的畫面中填寫控件名為“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表”，并設(shè)定行數(shù)和列數(shù)。 設(shè)置報(bào)表時(shí)間：在B4，C4單元中分別輸入“=Date($年,$月,$日) ”和“=Time($時(shí),$分,$秒)”，這樣在系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，B4就可以顯示當(dāng)前的日期，C4中就可以顯示當(dāng)前時(shí)間。 顯示變量的實(shí)際值：利用數(shù)據(jù)改變命令語言和報(bào)表函數(shù)。選種A4單元，在數(shù)據(jù)改變命令語言中輸入Re

61、portSetCellValue("實(shí)時(shí)報(bào)表",4,1 , 當(dāng)前實(shí)際溫度VD30);，如圖6.8所示。 2）建立歷史數(shù)據(jù)報(bào)表 如圖6.9所示，創(chuàng)建歷史報(bào)表和表格樣式設(shè)計(jì)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表一樣，并可以通過調(diào)用歷史報(bào)表查詢函數(shù)實(shí)現(xiàn)。在畫面中建立一個(gè)按扭，命名為報(bào)表查詢，在“彈起 時(shí)”命令語言中輸入歷史查詢函數(shù)：ReportSetHistData2();。在設(shè)置報(bào)表的格式可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置,在組態(tài)王運(yùn)行的時(shí)候可以進(jìn)行相應(yīng) 數(shù)據(jù)變量的選擇。 6.3.5 建立報(bào)警窗口 1)??? 歷史報(bào)警窗 在工具箱中選用報(bào)警窗口工具，在面板中繪制報(bào)警窗口，添加文本等就可。 如圖6.10所示。由于前面已經(jīng)設(shè)置

62、了報(bào)警變量，所以當(dāng)變量值超過所設(shè)置的溫度時(shí)，那就會(huì)在報(bào)警畫面中被記錄。 6.10 歷史報(bào)警設(shè)置 2)??? 實(shí)時(shí)報(bào)警窗口 其制作過程和歷史報(bào)警窗口類似，不同的是，實(shí)時(shí)報(bào)警畫面是要彈出來的，所以必須在新建畫面的時(shí)候，把大小調(diào)好，并選擇是“覆蓋式”。畫面的自動(dòng)彈出，在事 件命令語言中，輸入showpicture("實(shí)時(shí)報(bào)警窗口");\\本站點(diǎn)\$新報(bào)警=0;，這樣每次新報(bào)警有產(chǎn)生，就會(huì)立刻出報(bào)警畫面。如圖6.11 所示。 6.11? 實(shí)時(shí)報(bào)警設(shè)置 6.3.6建立參數(shù)監(jiān)控畫面 此畫面可在線查看當(dāng)前程序的參數(shù)，分別有設(shè)定的溫度、當(dāng)前實(shí)際溫度、運(yùn)行時(shí)間，比例系數(shù)P，積分系數(shù)I，微分系數(shù)D?？?/p>

63、以通過手動(dòng)按扭和自動(dòng)按扭進(jìn)行 PID參數(shù)的選擇。雙擊自動(dòng)按鈕，系統(tǒng)按程序初始的PID參數(shù)進(jìn)行控制，雙擊手動(dòng)按鈕，可在線修改PID參數(shù)，并使得程序在設(shè)定的PID參數(shù)下運(yùn)行。當(dāng) 然，也可以修改設(shè)定的目標(biāo)溫度值，如圖6.12所示。 第七章 系統(tǒng)測(cè)試 組態(tài)王和PLC編程軟件不能同時(shí)啟動(dòng)，因?yàn)樗麄兪褂玫氖峭粋€(gè)端口，要想在線利用組態(tài)王監(jiān)控程序，那就先必須在關(guān)閉組態(tài)王的情況下，先把PLC程序下載到PLC中，并且運(yùn)行程序，再把編程軟件關(guān)閉，才可以啟動(dòng)組態(tài)王，這樣就可以利用組態(tài)王在線監(jiān)控了。 7.1啟動(dòng)組態(tài)王 打開組態(tài)王的項(xiàng)目工程管理器，點(diǎn)擊窗口欄中“WIEW”或者在畫面中點(diǎn)擊右鍵，選擇“切換到VIE

64、W”，啟動(dòng)組態(tài)王，進(jìn)入主畫面。這個(gè)時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打 開一個(gè)信息窗口，可以通過信息窗口來知道，組態(tài)王的運(yùn)行情況以及和PLC的連接是否成功。如果連接不成功，會(huì)出現(xiàn)通信失敗的提示語言，那就要查明原因，否 則不能監(jiān)控。如果提示連接設(shè)備成功，窗口會(huì)顯示開始記錄數(shù)據(jù)，那就表示可以開始系統(tǒng)的運(yùn)行了。 進(jìn)入系統(tǒng)的主畫面后，如圖7.2所示。如果沒有點(diǎn)擊啟動(dòng)按扭，PLC是處于待命停止階段的，指示燈是紅色的。當(dāng)確定可以開始系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，單擊啟動(dòng)按 扭，就相當(dāng)于按下連在PLCI0.1口的開關(guān)，程序進(jìn)入加熱模式，指示燈變綠，計(jì)時(shí)開始。爐子里的燈相當(dāng)于實(shí)物中加熱爐的加熱指示燈，兩者亮暗的步伐是同 步的。如果點(diǎn)擊關(guān)閉

65、按扭，相當(dāng)于按下PLC中與I0.2想連接的關(guān)閉開關(guān)，系統(tǒng)進(jìn)入停止階段。畫面的下方設(shè)置了6個(gè)鏈接，可以點(diǎn)擊進(jìn)入選種畫面。如果提示 連接設(shè)備成功，窗口會(huì)顯示開始記錄數(shù)據(jù)，那就表示可以開始系統(tǒng)的運(yùn)行了。 7.2 參數(shù)監(jiān)控和設(shè)定 如圖7.3所示，畫面的上半部分可以查詢當(dāng)前的實(shí)際溫度和系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)候的PID參數(shù)，還可以觀察系統(tǒng)運(yùn)行了多少時(shí)間。下半部分設(shè)置改變系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)。點(diǎn) 擊“手動(dòng)”按扭，可以在下面的PID參數(shù)欄中輸入新的PID值，系統(tǒng)在下一采樣周期就可以按照設(shè)定的參數(shù)執(zhí)行。如果想恢復(fù)默認(rèn)的參數(shù)值，可以點(diǎn)擊“自動(dòng)” 按扭，點(diǎn)擊按扭后，系統(tǒng)又恢復(fù)到原來的默認(rèn)參數(shù)。按扭前的燈是用來顯示系統(tǒng)正處于哪一種

66、模式下運(yùn)行。 7.3 報(bào)警信息提示 報(bào)警窗口實(shí)時(shí)報(bào)警窗口和歷史報(bào)警窗口，實(shí)時(shí)報(bào)警窗口是無論用戶處于哪個(gè)界面，一旦滿足報(bào)警條件，實(shí)時(shí)報(bào)警窗口就會(huì)彈出來，提示用戶，本論文中在報(bào)警窗口中 設(shè)置了兩個(gè)按扭，一個(gè)是停止按扭，按下就會(huì)使程序進(jìn)行停止模式，用于應(yīng)急，如果用戶覺得引起報(bào)警的事件還不足于停止設(shè)備的運(yùn)行，那就可以點(diǎn)退出按扭，退出 實(shí)時(shí)報(bào)警窗口。實(shí)時(shí)報(bào)警不能記錄。只能顯示當(dāng)前的報(bào)警事件 歷史報(bào)警窗口是負(fù)責(zé)記錄過去系統(tǒng)的報(bào)警事件，它不會(huì)自己彈出來，用戶需要切換到他的畫面進(jìn)行查詢。 系統(tǒng)中設(shè)定了一旦溫度超過105℃就報(bào)警，但實(shí)際操作中，如果沒有特殊的情況，一般不會(huì)出現(xiàn)那么大的超調(diào)，下面的畫面是人為的使系統(tǒng)溫度過高，來測(cè)試一下報(bào)警的功能，如圖7.4和圖7.5所示。 7.4報(bào)表系統(tǒng)查詢 數(shù)據(jù)報(bào)表有利于工程人員進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析和處理。組態(tài)王提供的是內(nèi)嵌式報(bào)表系統(tǒng)，可以按自己意愿設(shè)置報(bào)表格式，下圖中集中了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表和歷史數(shù)據(jù)報(bào)表。 7.5趨勢(shì)曲線監(jiān)控 7.5.1實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線 進(jìn)入此畫面，可以看到當(dāng)前實(shí)際溫度和設(shè)定目標(biāo)溫度兩條曲線的實(shí)時(shí)走勢(shì)。藍(lán)色線表示設(shè)定溫度的趨勢(shì)曲線,紅色表示當(dāng)前實(shí)際