畢業(yè)設(shè)計（論文）用VB設(shè)計基于PLC的溫度控制系統(tǒng)

1、摘 要本文介紹了一種用vb6.0設(shè)計基于西門子plc s7-200開發(fā)、通過溫度實驗箱對電加熱爐進行控制與調(diào)節(jié)的系統(tǒng)軟件。該系統(tǒng)軟件主要是用于對pt100溫度傳感器的溫度進行實時采集，并在上位pc機上進行顯示，通過pid控制器對數(shù)據(jù)進行實時處理，同時將數(shù)據(jù)傳送給plc s7-200控制溫度實驗箱上的雙向可控硅，從而達到對電加熱爐通斷電控制的目的，這樣也就能對pt100傳感器的溫度進行控制了。根據(jù)實際條件和具體需要，本系統(tǒng)采用plc s7-200和計算機作為主要元件，溫度自動控制實驗箱、pt100，rs485/rs232轉(zhuǎn)換接口、電加熱爐等作為輔助器材；同時選用功能強大、工業(yè)成本低、人機對話功能

2、強的visual basic 6.0作為上位機的編程軟件。本設(shè)計主要實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)地實時采集、控制以及對溫度信號變化做出實時處理，最終達到對pt100傳感器的溫度進行實時控制的目的。具有處理能力強、人機交互效果好、性能穩(wěn)定的特點。關(guān)鍵詞 s7-200；溫度自動控制實驗箱；visual basic 6.0；pid調(diào)解器；雙向可控硅abstract this thesis introduces a kind of software system, using the visual basic 6.0 as the software ,which is based in the s7-200 plc

3、.it is able to control and regulate the electric furnace ,using the box of temperature experiment. the system software is used mainly the collecting of the pt100s temperatuer datas in actual time and doing with the datas immediately with the pid regulating apparatus. at the same time it passes the d

4、atas to s7-200 plc inorder to control the scr in the box of temperature experiment so that it can also control the pt100. according to the actual condition and the specific needs,this system uses the s7-200 plc and the comperature as the chief element and chooses a box of temperature experiment, a p

5、t100,a conversion interface of rs485 and rs232 and a electirc furnace as the supplementaries. at the same time ,because vb 6.0 function is strong ,the industrial cost is low and the effectiveness of man-machine interaction is excellent ,so we choose visual basic6.0 as the software in the computer. t

6、his systems purpose is to collect and control the temperature datas in actual time and do something with the changes immediately and at last can control the pt100at once. it has the character of great manager ability and excellent effectiveness of man-machine interaction.key words s7-200 plc;box of

7、temperature experiment;visual basic 6.0 pid regulating apparatus;scr引 言s7-200系列plc是西門子simatic plc家族中的成員之一，在西門子工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用中占有重要地位。simatic s7-200系列plc適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化，在鋼鐵、化學(xué)、生物等行業(yè)具有很重要的理論意義和實際意義。就其理論意義而言，它可以研究被控對象的數(shù)學(xué)模型、特性，pid調(diào)節(jié)中個參量間的關(guān)系、規(guī)律，數(shù)字pid調(diào)解器的特性和系統(tǒng)性能分析。就其實際意義而言，計算機每次發(fā)送一個33字節(jié)長的指令來實現(xiàn)一次讀/寫操作，

8、經(jīng)計算機實時地對溫度值進行處理，同時能夠輸出電壓從而控制雙向可控硅對電加熱爐通斷電，來達到對溫度進行實時控制的目的，并且直觀地顯示溫度實時曲線。該系統(tǒng)自動化程度高、穩(wěn)定性好、運行可靠。s7-200系列plc體積小，軟硬件功能強大，系統(tǒng)配置方便。第一種cpu221無擴展模塊，不利于a/d與d/a的轉(zhuǎn)換；后三種cpu均可最多有7個擴展模塊，主要適合大型的控制對象。因此本設(shè)計結(jié)合實際條件及具體需要，選用最多兩個擴展模塊的cpu222，同時利用s7-200的自由口通信對溫度自動控制實驗箱進行溫度實時控制，并進行溫度曲線的直觀顯示。plc與pc機的通信可選用多種軟件編程，例如功能比較強大的組態(tài)軟件也是前

9、輩們常常使用的一種上位機編程軟件。但是一般價格比較昂貴，而且組態(tài)軟件本身并不具備直接訪問plc寄存器或其它智能儀表的能力,必須借助i/o驅(qū)動程序來實現(xiàn)。visual bsic6.0相對而言具有成本較低、界面友好、開發(fā)簡潔等優(yōu)點，就比較方便快捷，而且目前在pc監(jiān)控領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)中使用的就是vb6.0作為編程軟件的。在隨后的章節(jié)中，本文將重點講述s7-200、cpu222及其擴展模塊的連接、與計算機的通信以及數(shù)據(jù)的采集和控制，并介紹相關(guān)的電路設(shè)計，最后進行系統(tǒng)整體調(diào)試，得出結(jié)論。預(yù)期設(shè)想該系統(tǒng)軟件能夠及時顯示pt100的溫度，進行數(shù)據(jù)處理后，決定電加熱爐是否通電，來改變pt100

10、的溫度，從而實現(xiàn)溫度的實時控制。本設(shè)計基于plc開發(fā)的溫度控制系統(tǒng)軟件，由于經(jīng)驗與知識水平有限，在有些方面存在很多缺點與不足，敬請各位老師批評指正。 陳志娟2006年6月第1 章 總體設(shè)計方案與原理本設(shè)計采用vb6.0作為上位機編程軟件，選用西門子plc的s7-200中cpu222作為主站、em277和em235作為擴展模塊，使用自由口通信來對與溫度自動控制實驗箱相連的溫度傳感器pt100進行溫度采集、數(shù)據(jù)處理、pid控制及數(shù)據(jù)輸出，并對電加熱爐進行通斷電控制，從而達到溫度實時控制的目的。其中下位機的step7編程是由封裝好的梯形圖控制程序提供的，使用前必須首先進行下載，然后進行串口連接。本系

11、統(tǒng)軟件使用com2口，連接時選擇com2即可了。根據(jù)s7-200的工作原理需要，連接成功后，還要關(guān)閉step7界面，再打開vb程序進行運行。vb6.0成本較低、界面友好、開發(fā)簡潔、編程效率高、開發(fā)周期短；s7-200plc是超小型化的plc，而且功能強大。s7-200 plc內(nèi)部集成的ppi接口為用戶提供了強大的通信功能，可在多種模式下工作：ppi、profibus-dp、自由口方式等。其中自由口通信方式最具有特色，通信協(xié)議可完全由梯形圖程序控制，通過它可以實現(xiàn)plc與任何具有通信能力的設(shè)備進行互連，因而在本系統(tǒng)中選用自由口通信方式。在本設(shè)計中，我主要需要解決上位機的編程與電路的連接，包括數(shù)據(jù)

12、的采集、傳輸、接收、pid控制、數(shù)據(jù)的輸出與顯示以及電路的連接等問題。以下是該系統(tǒng)的主要原理圖：其中s7-200的主站與擴展模塊的連接見下圖：溫度箱實物圖：第2章 系統(tǒng)的硬件簡介2.1西門子plc的概述在工業(yè)控制系統(tǒng)中，plc作為一種穩(wěn)定可靠的控制器已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。而西門子（siemens）公司的plc產(chǎn)品在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用市場中有較高的占有率，該產(chǎn)品包括logo，s7-200，s7-300，s7-400，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，hmi人機界面，工業(yè)軟件等。西門子s7系列plc體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強，可靠性更高。s7系列plc產(chǎn)品可分為微型plc（如s7-200），小規(guī)模性

13、能要求的plc（如s7-300）和中、高性能要求的plc（如s7-400）等。1. simatics7-200plc s7-200plc是超小型化的plc，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。s7-200plc的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。s7-200plc可提供5個不同的基本型號與8種cpu可供選擇使用：cpu 221、cpu 222、cpu 224、cpu 224xp和cpu 226。本系統(tǒng)設(shè)計就選用了cpu222作為主站模塊。2.simatics7-300plcs7-300是模塊化小型plc系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨的模塊之

14、間可進行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與s7-200plc比較，s7-300plc采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.60.1s）的指令運算速度；用浮點數(shù)運算比較有效地實現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運算；一個帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進行參數(shù)賦值；方便的人機界面服務(wù)已經(jīng)集成在s7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機對話的編程要求大大減少。simatic人機界面（hmi）從s7-300中取得數(shù)據(jù)，s7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。s7-300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送；cpu的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時，模塊更換，等等）；多級口令保護可以使用戶

15、高度、有效地保護其技術(shù)機密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；s7-300plc設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強大的通信功能，s7-300plc可通過編程軟件step7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。s7-300plc具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接as-i總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來連接點到點的通信系統(tǒng)；多點接口（mpi）集成在cpu中，用于同時連接編程器、pc機、人機界面系統(tǒng)及其他simatics7/m7/c7等自動化控制系統(tǒng)。3.sim

16、atics7-400plcs7-400plc是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。s7-400plc采用模塊化無風(fēng)扇的設(shè)計，可靠耐用，同時可以選用多種級別（功能逐步升級）的cpu，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據(jù)需要組合成不同的專用系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模擴大或升級時，只要適當(dāng)?shù)卦黾右恍┠０?，便能使系統(tǒng)升級和充分滿足需要。4.工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)通訊網(wǎng)絡(luò)是自動化系統(tǒng)的支柱，西門子的全集成自動化網(wǎng)絡(luò)平臺提供了從控制級一直到現(xiàn)場級的一致性通訊，“simaticnet”是全部網(wǎng)絡(luò)系列產(chǎn)品的總稱，他們能在工廠的不同部門，在不同的自動化站以及通過不同的級交換數(shù)據(jù)，有標(biāo)準(zhǔn)的接口并且相互之間完全兼容。5.人機

17、界面（hmi）硬件 hmi硬件配合plc使用，為用戶提供數(shù)據(jù)、圖形和事件顯示，主要有文本操作面板td200（可顯示中文），op3，op7，op17等；圖形/文本操作面板op27，op37等，觸摸屏操作面板tp7，tp27/37，tp170a/b等；simatic面板型pc670等。個人計算機（pc）也可以作為hmi硬件使用。hmi硬件需要經(jīng)過軟件（如protool）組態(tài)才能配合plc使用。2.2 西門子s7-200的概述2.2.1 s7-200的簡介s7-200 cpu將一個微處理器、一個集成的電源和數(shù)字量i/o點集成在一個緊湊的封裝中，從而組成了一個功能強大的微型plc。 在下載了程序之后，

18、s7-200將保留所需的邏輯，用于監(jiān)控應(yīng)用程序中的輸入輸出設(shè)備。s7-200主機介紹從cpu模塊的功能來看，simatic s7-200系列小型可編程序控制器發(fā)展至今，大致經(jīng)歷了兩代：第一代產(chǎn)品其cpu模塊為cpu 21x，主機都可進行擴展，它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的cpu單元：cpu 212，cpu 214，cpu 215和cpu 216。第二代產(chǎn)品其cpu模塊為cpu 22x，是在21世紀(jì)初投放市場的，速度快，具有較強的通信能力。它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的cpu單元：cpu 221，cpu 222，cpu 224和cpu 226，除cpu 221之外，其他都可加擴展模塊。simatic s7-

19、200系統(tǒng)由硬件和工業(yè)軟件兩大部分構(gòu)成。見下圖所示：2.2.2 s7-200的安裝s7-200既可以安裝在控制柜背板上，也可以安裝在標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上；既可以水平安裝，也可以垂直安裝。安裝方法及規(guī)則如下：（1）s7-200按照慣例，在安源裝器件時，總是把產(chǎn)生高電壓和高電子噪聲設(shè)備與諸如s7-200這樣的低壓、邏輯型的設(shè)備分隔開。（2）在控制柜背板上安排s7-200時，應(yīng)區(qū)分發(fā)熱裝置并把電子器件安排在控制柜中溫度較低的區(qū)域內(nèi)。電子器件在高溫環(huán)境下工作會縮短其無故障時間。（3）要考慮控制柜背板的布線，避免將低壓信號線和通訊電纜與交流供電線和高能量、開關(guān)頻率很高的直流線路布置在一個線槽中。（4）在安排s7-

20、200設(shè)備時，應(yīng)留出接線和連接通訊電纜的足夠空間。當(dāng)配置s7-200系統(tǒng)時，可以靈活地使用i/o擴展電纜。（5）s7-200設(shè)備的設(shè)計應(yīng)當(dāng)采用自然的對流散熱方式，在器件的上方和下方都必須留有至少25mm的空間，以便于正常的散熱。前面板與背板的板間距離也應(yīng)保持至少75mm。1、 din導(dǎo)軌安裝：具體安裝見下圖：2、背板安裝：s7-200的cpu和擴展模塊都有安裝孔，可以很方便地安裝在背板上。本設(shè)計就采用該背板安裝法2.3 硬件配置及外圍電路相關(guān)說明：1、硬件組成：（1）基本單元 （2）擴展單元 （3）特殊功能模塊 （4）相關(guān)設(shè)備 2、cpu型號及各項參數(shù)：3、 主機及i/o特性：s7-200 c

21、pu為每個主機數(shù)字量輸入提供了脈沖捕捉功能，它可以使主機能夠捕捉小于一個掃描周期的短脈沖，并將其保持到主機讀到這個信號，但前提是只有通過濾波器后，脈沖捕捉才有效。此外，在一個給定的掃描周期內(nèi)如果有不只一個脈沖，則只有第一個脈沖可以被捕捉到，幾種情況下的脈沖捕捉波形如下圖所示。4、設(shè)置：在pc/ppi電纜上有dip開關(guān)，可設(shè)置通訊的波特率，具體的設(shè)置方法如下：其中通訊參數(shù)的缺省設(shè)置：設(shè)置項設(shè)置值波特率9600bps數(shù)據(jù)位8位校驗無校驗停止位1位5、simatic s7-200系列plc數(shù)據(jù)類型 ：數(shù)據(jù)類型說明：寄存器名稱寄存器名格式數(shù)據(jù)類型變量類型vvddddbyte,int,uint,long

22、,floati/o整數(shù),i/o實數(shù)qqddddbytei/o整數(shù),i/o實數(shù)iiddddbytei/o整數(shù),i/o實數(shù)2.4 pt100溫度傳感器簡介pt100工作原理及其主要技術(shù)參數(shù)pt100傳感器是利用鉑電阻的阻值隨溫度變化而變化、并呈一定函數(shù)關(guān)系的特性來進行測溫，其溫度/阻值對應(yīng)關(guān)系為：（1）-200t0時，rpt100=1001+at+bt2+ct3（t-100） （1）（2）0t850時，rpt100=100（1+at+bt2） （2）式中，a=3.9080210-3；b=-5.8010-7；c=4.273510-12。pt100溫度傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下：測量范圍：-200+85

23、0；允許偏差值：a級（0.150.002t）， b級（0.300.005t）；熱響應(yīng)時間=answerlen等待應(yīng)答幀 dotag1=commfrm.mscomm1.input loopuntillcommfrm.mscomm1.inbuffercount=0讀完應(yīng)答幀3、 vb應(yīng)用程序利用dde技術(shù)與本節(jié)點其它windows應(yīng)用程序進行數(shù)據(jù)交換。dde（dynamic data exchange）即動態(tài)數(shù)據(jù)交換，它是windows支持的三種內(nèi)部通信機制之一，是應(yīng)用程序間通過共享內(nèi)存進行進程間通信的一種形式。應(yīng)用程序間進行數(shù)據(jù)交換稱為會話（conversation），申請會話端叫客戶（clie

24、nt），響應(yīng)申請端叫服務(wù)器（server）。一旦客戶與服務(wù)器間建立起dde所需的數(shù)據(jù)鏈路就可自動進行數(shù)據(jù)交換。在監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)中，工控組態(tài)軟件以其功能強大、使用方便等特點得到廣泛應(yīng)用，但在處理復(fù)雜數(shù)據(jù)時其計算功能受到一定限制，而vb可以較好地彌補這一不足，并且還能承擔(dān)數(shù)據(jù)采集、報表打印等功能。這就需要在vb應(yīng)用程序與組態(tài)軟件應(yīng)用程序間進行動態(tài)數(shù)據(jù)交換。vb中只有textbox、picturebox、label和form可以與其它應(yīng)用程序進行動態(tài)數(shù)據(jù)交換，控件用于dde的屬性項有l(wèi)inktopic（連接主題）、linkitem（連接項）、linkmode（連接模式）和linktimeout（連接等

25、待時間）。4、 主程序界面顯示3.6 pid控制3.6.1 pid控制簡介目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標(biāo)志。同時，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個階段。智能控制的典型實例是模糊全自動洗衣機等。自動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機構(gòu)、輸入輸出接口。控制器的輸出經(jīng)過輸出接口執(zhí)行機構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器變送器通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器變送器、執(zhí)行機構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前，pid控制及