智能溫控水壺

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1、255.06 目 錄 II 引 言 3 1 緒論 4 1.1 課程設(shè)計(jì)的意義 4 1.2 課程設(shè)計(jì)的目的 . 5 1.3 溫控水壺的研究背景 . 5 2 方案的確立 5 、'丿戶， 2.1 方案一 5 2.2 方案二 6 3 系統(tǒng)硬件介紹及其設(shè)計(jì) 6 3.1 CPM1A-MAD02-C模擬量輸入/輸出單元模塊介紹 6 3.2 熱電偶測(cè)溫 10 4 系統(tǒng)軟件介紹 12 4.1 PLC的特點(diǎn) 12 4.2 PLC的主要技術(shù)指標(biāo) 12 4.3 PLC的基本組成及工作原理 13 4.4 組態(tài)軟件特點(diǎn) 1

2、5 4.5 使用組態(tài)王軟件開(kāi)發(fā)的優(yōu)點(diǎn) 16 5.1 模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換 17 5.2 溫度選擇功能的實(shí)現(xiàn) 17 5.3 組態(tài)編程 18 5.4 程序現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試 20 6 實(shí)習(xí)總結(jié) . 21 致 謝 23 參考文獻(xiàn) 24 26 29 附錄 附錄二 引言 現(xiàn)在大多數(shù)電熱水壺只能把水加熱至沸騰，不能保證熱水溫度，但人們常用的熱水的 溫度根據(jù)用途不同溫度也不相同，現(xiàn)在新的電熱水壺能設(shè)定水壺中的溫度，具體如下：設(shè) 定一個(gè)需要的溫度值（可設(shè)定 4 個(gè)默認(rèn)的溫度按鍵和一個(gè)確認(rèn)按鍵或者增加一個(gè)數(shù)碼管顯 示實(shí)時(shí)溫度和溫度增加減小按鍵） ，然后啟動(dòng)加

3、熱，水沸騰后，停止加熱，水放熱降溫至設(shè) 定溫度時(shí)蜂鳴器播放音樂(lè)提示；降溫至設(shè)定溫度以下 2C啟動(dòng)加熱，當(dāng)高于設(shè)定溫度 2C停 止加熱，溫度保持在設(shè)定值附近。 本課程設(shè)計(jì)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)的微機(jī)控制技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論，加 以綜合運(yùn)用，進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初等訓(xùn)練，掌握運(yùn)用微機(jī)控制技術(shù)的原理、設(shè)計(jì)內(nèi) 容和設(shè)計(jì)步驟，為從事相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)或今后的工作需要打下良好的基礎(chǔ)。 在設(shè)計(jì)中用 PLC 編程，通過(guò)組態(tài)軟件模擬實(shí)現(xiàn)對(duì)水壺溫度的控制，盡可能地滿足被控 對(duì)象的控制要求；在滿足控制的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，保證控制系統(tǒng)安全 可靠； 最后，在該設(shè)計(jì)過(guò)程中給予極大鼓勵(lì)和幫助

4、的老師、同學(xué)，在此表示衷心的感謝。由 于在設(shè)計(jì)過(guò)程中存在許多不足，希望老師同學(xué)指正。 1 緒論 熱水壺是人們?nèi)粘Ｖ胁豢扇鄙俚挠闷?，但傳統(tǒng)的熱水壺只能對(duì)水進(jìn)行加熱，不能更好的去 保溫，使壺內(nèi)的水維持在一定溫度范圍內(nèi)。通過(guò) PLC 技術(shù)我們可以使設(shè)計(jì)一種溫控水壺，它 有幾個(gè)溫度檔位，我們可以通過(guò)設(shè)定使水溫保持在這個(gè)溫度內(nèi)，從而給我們的生活帶來(lái)更多 的方便。所以我們更應(yīng)借助自動(dòng)化技術(shù)，而隨著 PLC技術(shù)的發(fā)展，用 PLC作為控制器，就能 很好地滿足溫控水壺對(duì)自動(dòng)化的要求，并且控制方式靈活多樣，并且我們可以同時(shí)通過(guò)組態(tài) 軟件模擬熱水壺的工作過(guò)程，使我們更直觀的感受先進(jìn)技術(shù)所給我們帶來(lái)的收獲。

5、 1.1 課程設(shè)計(jì)的意義 微機(jī)控制技術(shù)全面系統(tǒng)地介紹了微型計(jì)算機(jī)在工業(yè)控制中的各種應(yīng)用技術(shù)。主要內(nèi)容包 括：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述；微機(jī)控制系統(tǒng)中的輸入 / 輸出通道接口技術(shù)；人機(jī)交互接口技術(shù)； 常用控制程序的設(shè)計(jì)方法；微機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理；數(shù)字 PID 控制；工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及組 態(tài)控制軟件；微機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)；微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐。通過(guò)微機(jī)控制技術(shù) 課程設(shè)計(jì)我們能更好的應(yīng)用我們所學(xué)的知識(shí)， 同時(shí)也使我們對(duì) PLG組態(tài)王軟件的進(jìn)一步學(xué)習(xí)， 同時(shí)把三門課進(jìn)行一起結(jié)合及應(yīng)用。 1.2 課程設(shè)計(jì)的目的 本課程設(shè)計(jì)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)的微機(jī)控制技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論，加以

6、綜合運(yùn)用，進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初等訓(xùn)練，掌握運(yùn)用微機(jī)控制技術(shù)的原理、設(shè)計(jì)內(nèi)容和 設(shè)計(jì)步驟，為從事相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)或今后的工作需要打下良好的基礎(chǔ)。同時(shí)把幾門學(xué)科結(jié)合 起來(lái)應(yīng)用。 1.3 溫控水壺的研究背景 現(xiàn)在大多數(shù)電熱水壺只能把水加熱至沸騰，不能保證熱水溫度，但人們常用的熱水的溫 度根據(jù)用途不同溫度也不相同，現(xiàn)在新的電熱水壺能設(shè)定水壺中的溫度，具體如下：設(shè)定一 個(gè)需要的溫度值（可設(shè)定 4 個(gè)默認(rèn)的溫度按鍵和一個(gè)確認(rèn)按鍵或者增加一個(gè)數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí) 溫度和溫度增加減小按鍵），然后啟動(dòng)加熱，水沸騰后，停止加熱，水放熱降溫至設(shè)定溫度 時(shí)蜂鳴器播放音樂(lè)提示；降溫至設(shè)定溫度以下 2C啟動(dòng)加熱，當(dāng)高于設(shè)

7、定溫度 2C停止加熱, 溫度保持在設(shè)定值附近。這樣可以滿足我們更多的生活需求，例如我們可以通過(guò)調(diào)溫來(lái)泡茶， 也可以通過(guò)保溫選擇適合我們喝水的溫度，從而個(gè)我們的生活帶來(lái)更多的方便。 2 方案的確立 2.1 方案一 通過(guò)編輯單片機(jī)程序來(lái)完成溫控水壺的內(nèi)部程序，用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱上的相應(yīng)芯片及自己設(shè) 計(jì)電路連線實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。在單片機(jī)的數(shù)碼顯示管上顯示溫度變化情況，通過(guò)按單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱上 的相應(yīng)按鈕來(lái)完成溫控水壺的基本操作。 圖1-1 2.2 方案二 運(yùn)用PLC和組態(tài)王編程，在組態(tài)軟件上模擬溫控水壺的工作過(guò)程。同時(shí) SS1798型可跟蹤 直流穩(wěn)定電源的電壓信號(hào)作為溫度信號(hào)，通過(guò)模擬塊 M

8、AD02把整個(gè)控制系統(tǒng)更好的呈現(xiàn)出來(lái)。 在模擬過(guò)程中，我們可以通過(guò)改變電壓信號(hào)來(lái)改變溫度，同時(shí)組態(tài)軟件能直觀的把工作過(guò)程 呈現(xiàn)給我們。 0V~10v 電壓信號(hào) 模擬量 數(shù)子量 PL控制 器 組態(tài)王 圖1-2 方案比較結(jié)果 通過(guò)比較我們發(fā)現(xiàn)方案二更能達(dá)到我們這次課程設(shè)計(jì)的目的，同時(shí)我們能同時(shí)學(xué)習(xí)好幾種 軟件，并把他們更好的結(jié)合應(yīng)用。所以我選定方案二。 3 系統(tǒng)硬件介紹及其設(shè)計(jì) 3.1 CPM1A-MAD02-CH模擬量輸入/輸出單元模塊介紹 F圖1-3為外部端子分布圖 1 H ■ .it H. .UU . Hi I,U 未使用 14 公共輸入

9、4 12 j 電壓輸入4 10 電流輸入3 8 公共輸入2 6 電壓輸入2 4 電流輸入1 2 13 未使用 11 電流輸入4 9 公共輸入3 7 電壓輸入3 5 電流輸入2 3 公共輸入1 1 電壓輸入1 未使用 14 公共輸入4 12 電壓輸入4 10 電流輸入3 8 公共輸入2 6 電壓輸入2 4 電流輸入1 2 13 未使用 1 : 11 電流輸入4 | 9 公共輸入3 : 7 電壓輸入3 5 電流輸入2 3 公共輸入1 1 電壓輸入1 : (a) (b)

10、 圖1-3 產(chǎn)品規(guī)格 輸入 通道數(shù) 4 輸入信號(hào)范圍 0~10V 1~5V 4?20mA 分辨率 0~10V 8位 1~5V 8位 4~20mA 8位 輸入形式 差動(dòng)輸入 輸入阻抗 電壓輸入 1MD 電流輸入 250Q 最大輸入信號(hào) 電壓輸入 + 15V 電流輸入 ±30mA 輸出 通道數(shù) 1 輸出信號(hào)范圍 -10?10V 0?10V 4?20mA 分辨率 -10?10V 9位 0?10V 8位 4~20mA 8位 最大輸岀電流 電壓輸出 5mA 最大負(fù)載阻抗 電流輸岀 350Q 總輸岀電流 21

11、mA 共有 精度 ±.0%（滿量程） 隔離方式 模擬量輸入、 輸岀端子之間 無(wú)隔離  模擬量輸入/ 輸出端子和 CPU之間 DC500V 轉(zhuǎn)換速率 最大十毫秒一個(gè)單元（見(jiàn)注） 外部連接端子 兩個(gè)14腳端子臺(tái)（不可拆卸） 電流消耗 5V 最大60mA (CPIMA 5V 最大提供 150mA) 24V 最大 80mA 重量 最大250g 尺寸 86(W) X50(H) >90(D)mm 注：這個(gè)時(shí)間是指整個(gè)模塊的輸入輸出完成一次 刷新所需要的時(shí)間。 只要總電流小于或等于 21mA,電壓輸出和電流輸出可以同時(shí)使用。

12、 啟動(dòng)電壓或電流輸出時(shí)，寫(xiě)入輸出通道的數(shù)據(jù)有效。 啟動(dòng)電壓或電流輸入時(shí)，從輸入通道讀數(shù)據(jù)有效。 不用的輸入回路，將其電壓輸入端子短接。 輸入/輸出范圍設(shè)置 設(shè)置字（“ MAD02輸出通道n” + “1”） 位 7 6 5 4 3 2 1 0 輸入4 輸入3 輸入2 輸入1 啟動(dòng) 量程 啟動(dòng) 量程 啟動(dòng) 量程 啟動(dòng) 量程 設(shè)置字（“ MAD02輸出通道n” + “1”） 位 15 14 13 12 11 10 9 8 不使用 輸入 4 輸入 3 輸入2 輸入 1 輸岀1 1 1 平均值 啟動(dòng) 量

13、程 設(shè)定值 項(xiàng)目 內(nèi)容 輸入 量程 0:0?10V 1:1?5V/4?20mA  啟動(dòng)位 0：不使用 1： 使用 平均值 0：不使用 1： 使用 輸出 量程 0:0?10V/4?20mA 1:-10?+10V/4?20mA 啟動(dòng)位 0：不使用 1： 使用 注：設(shè)定通道只能用于量程設(shè)定 ，不能作它用。 通道分配 CPU 輸岀1 輸入4 輸入3 輸入2 輸入1 30CDR 12CH 低八位 03CH 高八位 03CH 低八位 02CH 高八位 02CH 低八位 40CDR 12CH

14、 低八位 03CH 高八位 03CH 低八位 02CH 高八位 02CH 低八位 輸入通道的IR位分配 “輸入通道1” 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 d d D d d d d d d d d d d d d d 輸入4 輸入3 輸出通道的IR位分配 輸出通道 0 :正電壓輸出 1 :負(fù)電壓輸出 注：只有當(dāng)使用土 10V量程時(shí)，符號(hào)位才有用。 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 輸出 輸入 輸出 輸出數(shù)據(jù) （十六進(jìn)制） 輸入 輸

15、入數(shù)據(jù) （十六進(jìn)制） 3.2熱電偶測(cè)溫 什么叫熱電偶？這就要從熱電偶測(cè)溫原理說(shuō)起, 熱電偶是一種感溫元件，是一次儀表，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) ,通過(guò)電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)換成被測(cè)介 質(zhì)的溫度。 熱電偶測(cè)溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路 ，當(dāng)兩端存在溫度梯度 時(shí),回路中就會(huì)有電流通過(guò)，此時(shí)兩端之間就存在 Seebeck電動(dòng)勢(shì)一一熱電動(dòng)勢(shì)，這就是所謂 的塞貝克效應(yīng)。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的 一端為自由端，自由端通常處于某個(gè)恒定的溫度下。根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的函數(shù)關(guān)系 ，制成熱

16、 電偶分度表；分度表是自由端溫度在 0C時(shí)的條件下得到的， 不同的熱電偶具有不同的分度表。 在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí) ，只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同 ，熱電偶所產(chǎn)生的熱 電勢(shì)將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此 ，在熱電偶測(cè)溫時(shí)，可接入測(cè)量 儀表，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)后，即可知道被測(cè)介質(zhì)的溫度。 兩種不同成份的導(dǎo)體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當(dāng)接合點(diǎn)的溫度不 同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。熱電 偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測(cè)量的，其中，直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也 稱為測(cè)量端），另一端叫做冷端（

17、也稱為補(bǔ)償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示 儀表會(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。 熱電偶實(shí)際上是一種能量轉(zhuǎn)換器，它將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢(shì)測(cè)量溫度， 對(duì)于熱電偶的熱電勢(shì)，應(yīng)注意如下幾個(gè)問(wèn)題： 1:熱電偶的熱電勢(shì)是熱電偶兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶兩端溫度差的函數(shù)； 2 :熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)的大小，當(dāng)熱電偶的材料是均勻時(shí)，與熱電偶的長(zhǎng)度和直徑 無(wú)關(guān)，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān)； 3 :當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢(shì)的大小，只與熱電偶的溫 度差有關(guān)；若熱電偶冷端的溫度保持一定，這進(jìn)熱電偶的熱電勢(shì)僅是工作端溫度的單值函數(shù)。 熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)

18、電路圖如下圖所示 圖1-4 4 系統(tǒng)軟件介紹 4.1 PLC 的特點(diǎn) PLC 是傳統(tǒng)的繼電器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物， 所以要工業(yè)控制方面， 它具有繼電 器或通用計(jì)算機(jī)所無(wú)法比擬的特點(diǎn)。 1) 高可靠性 PLC的高可靠性主要表現(xiàn)在硬件和軟件兩個(gè)方面：在硬件方面，由于采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源，并 且對(duì)選用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選，加上合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，最后加固、簡(jiǎn)化安裝，因此PLC具有很強(qiáng)硬的 抗振動(dòng)沖擊性能；無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，就不會(huì)出現(xiàn)繼電器系統(tǒng)中的器件老化、 脫焊、觸點(diǎn)電弧等問(wèn)題；所有的輸入/輸出接口都采用光電隔離措施，使外部電路和PLC內(nèi)部電路能有 效的進(jìn)

19、行隔離；PLC莫塊式的結(jié)構(gòu)，可以在其中一個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)迅速地判斷出故障的模塊并進(jìn)行更 換，這樣就能盡量的縮短系統(tǒng)的維修時(shí)間。 在軟件方面，PLC的監(jiān)控定時(shí)器可用于監(jiān)視執(zhí)行用戶程序的專用運(yùn)行處理器的延遲， 保證 在程序出現(xiàn)錯(cuò)誤和程序調(diào)試時(shí)，避免因程序錯(cuò)誤而出現(xiàn)死循環(huán)；當(dāng) CPU電池、I/O 口、通信 等出現(xiàn)異常時(shí)，PLC的自診斷功能可以檢測(cè)到這些錯(cuò)誤， 并采取相應(yīng)的措施，以防止故障擴(kuò)大； 停電時(shí)，后電池和正常工作時(shí)一樣，進(jìn)行對(duì)用戶程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的保護(hù)，確保信息不丟失。 2) 應(yīng)用靈活、使用方便 模塊化的PLC設(shè)計(jì)，使用戶能根據(jù)自己系統(tǒng)的大小、工藝流程和控制要求等來(lái)選擇自己 所需要的

20、PLC模塊并進(jìn)行資源配置和 PLC編程。這樣，控制系統(tǒng)就不需要大量的硬件裝置， 用戶只需根據(jù)控制需要設(shè)計(jì) PLC的硬件配置和I/O的外部接線即可。 3) 面向控制過(guò)程的編程語(yǔ)言，容易掌握 PLC的編程語(yǔ)言采用繼電器控制電路的梯形圖語(yǔ)言，清晰直觀。雖然PLC 是以微處理器為核心 的控制裝置，但是它不需要用戶有很強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)能力， 只在用戶具備一定的計(jì)算機(jī)軟、 硬件知識(shí)和電 器控制方面的知識(shí)即可。 4.2 PLC 的主要技術(shù)指標(biāo) 1) 存儲(chǔ)器容量 存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)程序和系統(tǒng)參數(shù)等，其容量是由用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組成的。 程序存儲(chǔ)器容量大小決定了用戶所能編寫(xiě)程序的長(zhǎng)度。一般中小型 P

21、LC的存儲(chǔ)器容量在16KB 以下，大型的 PLC可達(dá)到2MB左右。 2) 輸入 / 輸出點(diǎn)數(shù) 輸入/輸出點(diǎn)數(shù)是指根據(jù)工業(yè)系統(tǒng)控制要求所得到的對(duì)應(yīng)于 PLC的輸入/輸出端的個(gè)數(shù)。I/O 點(diǎn)數(shù)越多，說(shuō)明需要控制的器件和設(shè)備就越多。 3) 掃描時(shí)間 掃描時(shí)間是指CPU內(nèi)部根據(jù)用戶程序，按邏輯順序，從開(kāi)始到結(jié)束掃描一次所需的時(shí)間。 PLC用戶手冊(cè)一般給出執(zhí)行指令所用的時(shí)間。 4) 指令種類和數(shù)量 指令的種類和數(shù)量決定了用戶編制程序的方式和 PLC的處理能力和控制能力。 5) 內(nèi)部寄存的種類和數(shù)量 內(nèi)部寄存器主要包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、中間繼電器、數(shù)據(jù)寄存器和特殊寄存器等。它們 主要用

22、來(lái)完成計(jì)時(shí)、技術(shù)、中間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)還有其他一些功能。種類和數(shù)量越多， PLC的功能就越強(qiáng)大。 6) 擴(kuò)展能力 PLC擴(kuò)展能力是指 PLC是否能具有I/O點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展、功能擴(kuò)展、聯(lián)網(wǎng)等一些功能。 7) 智能模塊的種類和數(shù)量 智能模塊是指能完成模擬量控制、遠(yuǎn)程控制以及通信等功能模塊。智能模塊種類和數(shù)量越 多，說(shuō)明PLC功能越強(qiáng)大。 4.3 PLC 的基本組成及工作原理 PLC的基本組成 PLC的主機(jī)由微處理器(CPU、存儲(chǔ)器(EPROM RAM、輸入/輸出模塊、外設(shè)I/O接口、 通信接口及電源組成。對(duì)于整體式的 PLC這些部件都在同一個(gè)機(jī)殼內(nèi)。而對(duì)于模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC各部件獨(dú)立

23、封裝，稱為模塊，各模塊通過(guò)機(jī)架和電纜連接在一起。 主機(jī)內(nèi)的各個(gè)部分 均通過(guò)電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接。根據(jù)實(shí)際控制對(duì)象的需要配備一定 主機(jī) 用戶輸入設(shè)備 用戶輸出設(shè)備 外圍設(shè)備 *■計(jì)算機(jī)或其他 -PLC 圖1-5 1) PLC的基本工作原理 PLC 是一種存儲(chǔ)程序的控制器。用戶根據(jù)某一對(duì)象的具體控制要求，編制好控制程序后， 用編程器將程序鍵入到 PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中寄存。PLC的控制功能就是通過(guò)運(yùn)行用戶程序 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 PLC掃描工作方式主要分三個(gè)階段：輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。 輸入采樣PLC在開(kāi)始執(zhí)行程序之前，首先掃描輸

24、入端子，按順序?qū)⑺斎胄盘?hào)，讀入到 寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，這個(gè)過(guò)程稱為輸入采樣。 PLC在運(yùn)行程序時(shí)，所需的輸入 信號(hào)不是現(xiàn)時(shí)取輸入端子上的信息，而是取輸入映像寄存器中的信息。在本工作周期內(nèi)這個(gè) 采樣結(jié)果的內(nèi)容不會(huì)改變，只有到下一個(gè)掃描周期輸入采樣階段才被刷新。 程序執(zhí)行PLC完成了采樣工作后，按順序從 0000號(hào)地址開(kāi)始的程序進(jìn)行掃描執(zhí)行，并 分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中獲得所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理。 再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫(xiě)入寄存執(zhí)行結(jié)果的輸出映像寄存器中保存。但這個(gè)結(jié)果在全部程序未 被執(zhí)行完畢之前不會(huì)送到輸出端子上。 PLC將輸出映像寄存 輸出刷

25、新在執(zhí)行到END的命令時(shí)，即執(zhí)行完用戶所有的程序后， 器中的內(nèi)容送到輸出鎖存器中進(jìn)行輸出，驅(qū)動(dòng)用戶設(shè)備。 4.4 組態(tài)軟件特點(diǎn) 組態(tài)軟件，又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。譯自英文 SCADA即卩Supervisory Co ntrol and Data Acquisition（ 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制 ） 。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專用軟件。它 們處在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)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。組態(tài)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域很廣， 可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過(guò)程控制等 諸多

26、領(lǐng)域。在電力系統(tǒng)以及電氣化鐵道上又稱遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng) （RTU System,Remote Terminal Unit） 組態(tài)軟件在國(guó)內(nèi)是一個(gè)約定俗成的概念，并沒(méi)有明確的定義，它可以理解為“組態(tài)式監(jiān) 控軟件”。 “組態(tài)（Configure） ”的含義是“配置”、“設(shè)定”、“設(shè)置”等意思，是指用 戶通過(guò)類似“搭積木”的簡(jiǎn)單方式來(lái)完成自己所需要的軟件功能，而不需要編寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序， 也就是所謂的“組態(tài)”。它有時(shí)候也稱為“二次開(kāi)發(fā)”，組態(tài)軟件就稱為“二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)”。 “監(jiān)控（ Supervisory Control ）”，即“監(jiān)視和控制”，是指通過(guò)計(jì)算機(jī)信號(hào)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備 或過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視、控制和管理

27、組態(tài)軟件是有專業(yè)性的。一種組態(tài)軟件只能適合某種領(lǐng)域的應(yīng)用。組態(tài)的概念最早出現(xiàn) 在工業(yè)計(jì)算機(jī)控制中。如 DCS集散控制系統(tǒng)）組態(tài)，PLC（可編程控制器）梯形圖組態(tài)。人機(jī) 界面生成軟件就叫工控組態(tài)軟件。在其他行業(yè)也有組態(tài)的概念，如 AutoCAD， PhotoShop 等。 不同之處在于，工業(yè)控制中形成的組態(tài)結(jié)果是用在實(shí)時(shí)監(jiān)控的。從表面上看，組態(tài)工具的運(yùn) 行程序就是執(zhí)行自己特定的任務(wù)。 工控組態(tài)軟件也提供了編程手段， 一般都是內(nèi)置編譯系統(tǒng)， 提供類BASIC語(yǔ)言，有的支持 VB,現(xiàn)在有的組態(tài)軟件甚至支持 C#高級(jí)語(yǔ)言。 組態(tài)軟件大都支持各種主流工控設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)

28、據(jù)管理 和網(wǎng)絡(luò)功能。對(duì)應(yīng)于原有的 HMI （人機(jī)接口軟件， Human Mach ine In terface ）的概念，組態(tài) 軟件還是一個(gè)使用戶能快速建立自己的 HMI 的軟件工具或開(kāi)發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前， 工控領(lǐng)域的用戶通過(guò)手工或委托第三方編寫(xiě) HMI 應(yīng)用，開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，效率低，可靠性差；或 者購(gòu)買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界 進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級(jí)和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)使用戶可以利用組態(tài)軟 件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)控制、 SCADA通訊及聯(lián)網(wǎng)、開(kāi)放數(shù)據(jù)接口、對(duì) I/

29、O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容監(jiān)控組態(tài) 軟件將會(huì)不斷被賦予新的內(nèi)容。 隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的迅速提高，計(jì)算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)工業(yè)自動(dòng)化的 要求越來(lái)越高，種類繁多的控制設(shè)備和過(guò)程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的工業(yè)控 制軟件已無(wú)法滿足用戶的各種需求。在開(kāi)發(fā)傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件時(shí)，當(dāng)工業(yè)被控對(duì)象一旦有 變動(dòng)，就必須修改其控制系統(tǒng)的源程序，導(dǎo)致其開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)；已開(kāi)發(fā)成功的工控軟件又由于 每個(gè)控制項(xiàng)目的不同而使其重復(fù)使用率很低，導(dǎo)致它的價(jià)格非常昂貴；在修改工控軟件的源 程序時(shí)，倘若原來(lái)的編程人員因工作變動(dòng)而離去時(shí)，則必須同其他人員或新手進(jìn)行源程序的 修改，因而更是相當(dāng)困難。通

30、用工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件的出現(xiàn)為解決上述實(shí)際工程問(wèn)題提供了 一種嶄新的方法，因?yàn)樗軌蚝芎玫亟鉀Q傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問(wèn)題，使用戶能根據(jù) 自己的控制對(duì)象和控制目的的任意組態(tài)，完成最終的自動(dòng)化控制工程。 組態(tài)( Configuration )為模塊化任意組合。通用組態(tài)軟件主要特點(diǎn)： ( 1)延續(xù)性和可擴(kuò)充性。用通用組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)(包括硬件設(shè)備或系 統(tǒng)結(jié)構(gòu))或用戶需求發(fā)生改變時(shí)，不需作很多修改而方便地完成軟件的更新和升級(jí)； ( 2)封裝性(易學(xué)易用) ，通用組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包 裝起來(lái)，對(duì)于用戶，不需掌握太多的編程語(yǔ)言技術(shù)(甚至不需要編程技術(shù))

31、 ，就能很好地完成 一個(gè)復(fù)雜工程所要求的所有功能； (3)通用性，每個(gè)用戶根據(jù)工程實(shí)際情況，利用通用組態(tài)軟件提供的底層設(shè)備( PLC智 能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等)的 I/O Driver 、開(kāi)放式的數(shù)據(jù)庫(kù)和畫(huà)面制作工具，就 能完成一個(gè)具有動(dòng)畫(huà)效果、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有多媒體功能和網(wǎng)絡(luò)功 能的工程，不受行業(yè)限制。 4.5 使用組態(tài)王軟件開(kāi)發(fā)的優(yōu)點(diǎn) (1) 實(shí)驗(yàn)全部用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn) , 只需利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)就可完成自動(dòng)控制系統(tǒng)課程的 實(shí)驗(yàn) , 從而大大減少購(gòu)置儀器的經(jīng)費(fèi)。 (2) 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)

32、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。 在采用組態(tài)王開(kāi)發(fā)系統(tǒng)編制應(yīng)用程序過(guò)程中要考慮以下三個(gè)方面 : (1) 圖形 , 是用抽象的圖形畫(huà)面來(lái)模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和相應(yīng)的工控設(shè)備。 (2) 數(shù)據(jù) ,就是創(chuàng)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫(kù) , 并用此數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量描述工控對(duì)象的各種 屬性 , 比如水位、流量等。 (3) 連接 ,就是畫(huà)面上的圖素以怎樣的動(dòng)畫(huà)來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行 , 以及怎樣讓操作 者輸入控制

33、設(shè)備的指令。 圖1-6 按下時(shí) 本站點(diǎn) \baowen<5) 5 系統(tǒng)調(diào)試 5.1模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換 本設(shè)計(jì)通過(guò) SS1798型可跟蹤直流穩(wěn)定電源的電壓信號(hào)作為溫度信號(hào)的模擬量，我 們把電壓設(shè)置范圍為 1-10V,據(jù)系統(tǒng)要求，所要測(cè)量的溫度量程為 0-100C.找出被測(cè)物理量 與A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，由此可得公式： 測(cè)量溫度=（本站點(diǎn)\AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字量*10/255*10） 其在PLC中的程序如下所示 <200.000 .i'l ±04 a''5 aD9 m [i^r m [Si 則通過(guò)此程序便可以將我們輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的溫度信

34、號(hào)，使我們的設(shè)計(jì) 更加的直觀。 5.2溫度選擇功能的實(shí)現(xiàn) 我們可以通過(guò)以下 PLC程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫控水壺的不同溫度的選擇（見(jiàn)附錄）通過(guò) PLC 程序我們就可以通過(guò)一個(gè)按鈕的按動(dòng)使系統(tǒng)在不同保溫的指示燈處閃動(dòng)， 從而實(shí)現(xiàn)一個(gè) 按鈕選溫的功能， 但此程序在和組態(tài)聯(lián)合中比較麻煩， 我們可以直接通過(guò)組態(tài)軟件編輯 實(shí)現(xiàn)此功能。其組態(tài)中程序如下： 本站點(diǎn) 本站點(diǎn)\baowen+1; 本站點(diǎn) \baowen==5) 本站點(diǎn) \baowen=0; 5.3組態(tài)編程 先打開(kāi)組態(tài)軟件，建立數(shù)據(jù)字典，如下: LQ整型 21 IM 齡出 L媲型 22 珈 I/Offit

35、 23 DN1 悩血。督己匚 騎整型 24 寂保溫 內(nèi)棄蔦散 鬲 IWBSL 26 AD I肚 ?捋就T 內(nèi)矗宮散 21 圖1-7 F圖為組態(tài)中的整體編程畫(huà)面 圖1-8  當(dāng)溫度設(shè)定在80時(shí)，運(yùn)行此程序，同時(shí)把溫度調(diào)到 78~82范圍內(nèi)，其運(yùn)行過(guò)程如下: 圖1-9 TW UW1 fl .4.： 片乩* ff-L 退出 * T>S 童劈二<- 圖 1-10 其溫度指示燈內(nèi)的程序如下 本站點(diǎn) 本站點(diǎn)\AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字量 字量 *10/255*1

36、0>=92) 本站點(diǎn) 本站點(diǎn)\AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字量 字量 *10/255*10>=82) 本站點(diǎn) 本站點(diǎn)\AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字量 字量 *10/255*10>=72) 本站點(diǎn) 本站點(diǎn)\AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字量 本站點(diǎn)\AD轉(zhuǎn)換的數(shù) 本站點(diǎn)\AD轉(zhuǎn)換的數(shù) 本站點(diǎn)\AD轉(zhuǎn)換的數(shù) 本站點(diǎn)\AD轉(zhuǎn)換的數(shù) 字量 *10/255*10>=62) PLC后，首先逐條仔細(xì)檢查，并改正寫(xiě)入時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤。用戶程序 5.4 程序現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試 將設(shè)計(jì)好的程序?qū)懭? ，般先在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試， 在調(diào)試時(shí)應(yīng)充分考慮各種可能的情況，對(duì)系統(tǒng)各種不同的工作方式、有選擇序列的功能 表圖中的每一條支路、各種可能的進(jìn)展路線，都

37、應(yīng)逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后應(yīng)及時(shí) 修改梯形圖和PLC中的程序以及 組態(tài)中的程序，直到組態(tài)中的運(yùn)行現(xiàn)象符合標(biāo)準(zhǔn)。 在設(shè)計(jì)和模擬調(diào)試程序的同時(shí)，可以設(shè)計(jì)、制作控制臺(tái)或控制柜， PLC 之外的其他硬件 的安裝、接線工作也可以同時(shí)進(jìn)行 。 完成上述的工作后，將 PLC 安裝在控制現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)總調(diào)試，在調(diào)試過(guò)程中將暴露出系 統(tǒng)中可能存在的傳感器、執(zhí)行器和硬接線等方面的問(wèn)題，以及 PLC 的外部接線圖和梯形圖程 序和組態(tài)程序設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，應(yīng)對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)加以解決。如果調(diào)試達(dá)不到指標(biāo)要求，則 對(duì)相應(yīng)硬件和軟件部分作適當(dāng)調(diào)整，通常只需要修改程序就可能達(dá)到調(diào)整的目的。全部調(diào)試 通過(guò)后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間

38、的考驗(yàn)，系統(tǒng)就可以投入實(shí)際的運(yùn)行了。 6 實(shí)習(xí)總結(jié) 本課程設(shè)計(jì)緊張而又充實(shí)的結(jié)束了，通過(guò)本課程設(shè)計(jì)我運(yùn)用已學(xué)的微機(jī)控制技術(shù)的基礎(chǔ) 知識(shí)和基本理論，加以綜合運(yùn)用，進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初等訓(xùn)練，掌握運(yùn)用微機(jī)控制技 術(shù)的原理、設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)步驟，為從事相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)或今后的工作需要打下良好的基礎(chǔ)。 此次的實(shí)訓(xùn)以班級(jí)為主體， 以小組為單位而開(kāi)展的一次綜合的實(shí)踐，老師也給予我們足夠 的空間讓我們完成此次的實(shí)訓(xùn)，這讓我覺(jué)得壓力減輕不少。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，讓我很好的鍛煉 了理論聯(lián)系實(shí)際，與具體項(xiàng)目、課題相結(jié)合開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)產(chǎn)品的能力。既讓我們懂得了怎樣把 理論應(yīng)用于實(shí)際，又讓我們懂得了在實(shí)踐中遇到的問(wèn)題怎樣用理

39、論去解決。 在本次設(shè)計(jì)中，我們還需要大量的以前沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)，于是圖書(shū)館和 INTERNET成了 我們很好的助手。在查閱資料的過(guò)程中，我們要判斷優(yōu)劣、取舍相關(guān)知識(shí)，不知不覺(jué)中我們 查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉。我們學(xué)習(xí)的知識(shí)是有限的，在以后的工作中我們肯定 會(huì)遇到許多未知的領(lǐng)域，這方面的能力便會(huì)使我們受益非淺。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，總是遇到這樣 或那樣的問(wèn)題。有時(shí)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題的時(shí)候，需要做大量的工作，花大量的時(shí)間才能解決。自 然而然，我的耐心便在其中建立起來(lái)了。為以后的工作積累了經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)了信心。 總之，這次的實(shí)訓(xùn)給予了我不同的學(xué)習(xí)方法和體驗(yàn)，讓我深切的認(rèn)識(shí)到實(shí)踐的重要性。 在以后的學(xué)習(xí)過(guò)

40、程中，我會(huì)更加注重自己的操作能力和應(yīng)變能力，多與這個(gè)社會(huì)進(jìn)行接觸， 讓自己更早適應(yīng)這個(gè)陌生的環(huán)境，相信在不久的將來(lái)，可以打造一片屬于自己的天地。 致謝 緊張而又充實(shí)的實(shí)習(xí)即將結(jié)束了，回憶這幾天的實(shí)習(xí)感覺(jué)很充實(shí)，學(xué)到了很多課本學(xué)不 到的知識(shí)。 首先我要感謝我的老師們?cè)谡n程設(shè)計(jì)上給予我的指導(dǎo)、提供給我的支持和幫助，使我能 順利完成這次課程設(shè)計(jì)，更重要的是老師幫我解決了許多技術(shù)上的難題，讓我能把系統(tǒng)做得 更加完善。在此期間，我不僅學(xué)到了許多新的知識(shí)，而且也開(kāi)闊了視野，提高了自己的設(shè)計(jì) 能力。 最后再一次感謝所有在設(shè)計(jì)中幫助過(guò)我的老師和同學(xué)，本次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中得到老師們 的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下

41、完成的。他們嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作 作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。老師們不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，在此致以誠(chéng)摯的謝意 和崇高的敬意。 參考文獻(xiàn) [1] 張鳳珊．電氣控制及可編程序控制器． 2 版 [M] ．北京 : 中國(guó)輕工業(yè)出版社， 2003 ． [2] 張萬(wàn)忠．可編程控制器應(yīng)用技術(shù) [M] ．北京 : 化學(xué)工業(yè)出版社， 2001． [3] S7-200 CN 可編程序控制器手冊(cè) [M] ．西門子(中國(guó))有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)， 2005． [4] 張萬(wàn)忠．可編程控制器應(yīng)用技術(shù) [M] ．北京 : 化學(xué)工業(yè)出版社， 2001． [5] 席裕庚 , 柴天佑

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43、 <20X00* MX aM ?06 20000 ODCOD1 000004) 20000 20000 0.01 止 ODCOM 000012) 10.05 燈 ODCOD6 000014} 003 T卜 ooaooe 0DC016< 20001 I I 1 L OOQOD7 P0CO1S 20002 255.05 CT ^TcT) 標(biāo)去 MOV ?C002 侗 MOV Oil DM1 T1M <10.05> M aL2 3：1 0030 D1FU Mi

44、l 200.01 *c DM0 CMP mi DMO ?5 200 03 HD— 200.04 200 06 -o-H [cm ICP2) 【21] [CRT [CPU <2?i 01> M6 c20 c31 c33 c3? c cl7 c31 c33 c3? c a29 <2W. 04> *0

45、 000008 (OOOQ2A 000009 (000032) 000011 (000040 (Ki 附錄二