綜合設計型實報告

1、 綜合性設計型實驗報告加熱爐溫度檢測與控制院系：班級：姓名：學號：綜合性設計型實驗報告系別： 班級： 13學年第 一 學期學號姓名指導教師課程名稱 綜合性設計型實驗實驗名稱加熱爐溫度檢測與控制實驗類型設計性實驗地點實驗時間實驗內容：（簡述）通過本實驗使學生深入理解控制系統(tǒng)的原理和結構，實驗內容可由學生自行設計在老師的協(xié)助下進一步完善。利用組態(tài)軟件設計一個加熱爐溫度量與控制的操作界面。并在實驗箱上模擬一個對象，搭建相應的電路，實現(xiàn)溫度量的檢測等相應功能。實驗目的與要求：通過組態(tài)軟件、中泰PCI-8333信號采集卡及外圍電路模擬工業(yè)加熱爐的溫度檢測和控制。熟練掌握組態(tài)軟件的界面設計和程序編號，數(shù)據(jù)

2、與板卡之間的通信。設計思路：（設計原理、設計方案及流程等） 1、確定與熟悉設計中采用的硬件設備的型號。 如何選擇溫度傳感器與液位傳感器，確定溫度傳感器與液位傳感器的精度等技術參數(shù)。 2、選用組態(tài)王6.5軟件設計組態(tài)畫面。 3、設計將溫度測控儀組態(tài)界面采用I/O變量與外部設備的連接。如何設置外部的開關量與非開關量的。關鍵技術分析： 1、 具有一定的理論基礎。了解傳感器檢測方面的知識。了解組態(tài)軟件的知識。具有一定的邏輯思維。懂得工藝流程。 2、 軟件方面，了解北京亞控公司開發(fā)的組態(tài)王6.5軟件，并懂得其內部的命令語言編程。 3、 硬件方面了解能運用數(shù)據(jù)采集卡（板卡），通信電纜，工控機，計算機。實驗

3、過程：（包括主要步驟、成果介紹、代碼分析、實驗分析等）一、基于數(shù)據(jù)采集卡溫度測控儀的設計中數(shù)據(jù)采集卡的選用1、PCI - 8333 多功能模入模出接口卡是一款基于PCI 總線的多功能數(shù)據(jù)采集卡, 適用于提供了PCI 總線插槽的PC 系列微機, 具有即插即用( PnP) 的功能,可選用目前流行的Window s 系列、高穩(wěn)定性的U nix等多種操作系統(tǒng)以及專業(yè)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)Lab-VIEW 等軟件環(huán)境。在硬件的安裝上也非常簡單, 使用時只需將接口卡插入機內任何一個PCI 總線插槽中并用螺絲固定, 信號電纜從機箱外部直接接入。PCI - 8333 多功能模入模出接口卡安裝使用方便, 程序編制簡單

4、。其模入模出及I/ O 信號均由卡上的37 芯D 型插頭與外部信號源及設備連接。對于模入部分, 用戶可根據(jù)實際需要選擇單端或雙端輸入方式; 輸入信號范圍為0V 10V 或- 5V + 5V。對于模出部分, 用戶可根據(jù)控制對象的需要選擇電壓或電流輸出方式以及不同的量程。本卡上的A/ D、D/ A 轉換均為12 位, 同時還備有16 路數(shù)字量輸入和16 路數(shù)字量輸出接口、3 路16 位字長的計數(shù)/ 定時器以及1MHz 的基準時鐘。本卡的A / D 轉換啟動方式可以選用程序觸發(fā)、定時器自動觸發(fā)、外同步觸發(fā)等, 轉換狀態(tài)可以用程序查詢, 也可以用中斷方式通知CPU 讀取轉換結果。2. 主要技術參數(shù) 2

5、.1 模入部分： 2.1.1 輸入通道數(shù)：單端16路 * ( 標*為出廠標準狀態(tài)，下同 ) 雙端8路2.1.2 輸入信號范圍：0V10V*；-5V+5V 2.1.3 輸入阻抗： 10M 2.1.4 A/D轉換分辨率：12位 2.1.5 A/D轉換速度：10S 2.1.6 A/D啟動方式：程序啟動/定時觸發(fā)啟動/外觸發(fā)啟動 2.1.7 A/D轉換結束識別：程序查詢/中斷方式 2.1.8 A/D轉換非線性誤差：±1LSB 2.1.9 A/D轉換輸出碼制：單極性原碼*/雙極性偏移碼 2.1.10 系統(tǒng)綜合誤差： 0.1 F.S 2.2 模出部分：2.2.1 輸出通道數(shù)：2路 2.2.2 輸

6、出范圍： 電壓方式：05V；010V*；-5V+5V；-2.5V+2.5V；+1V+5V 電流方式：010mA；420mA 2.2.3 輸出阻抗： 2 ( 電壓方式 ) 2.2.4 D/A轉換分辨率：12位 2.2.5 D/A轉換輸入碼制：二進制原碼 ( 單極性輸出方式時 ) * 二進制偏移碼( 雙極性電壓輸出方式時 ) 2.2.6 D/A轉換綜合建立時間： 2S 2.2.7 D/A轉換綜合誤差：電壓方式： 0.1 F.S 電流方式： 0.5 F.S 2.2.8 電壓輸出方式負載電流： 5mA 2.2.9 電流輸出方式負載電阻范圍： 使用機內12V電源時：0250 外加24V電源時：0750

7、2.3 數(shù)字量輸入輸出部分： 2.3.1 DI：16路/DO：16路；TTL電平 2.4 定時/計數(shù)器部分： 2.4.1 16位字長計數(shù)/定時器：3路 2.4.2 基準時鐘：1MHz，占空比50 2.5 電源功耗： + 5V(±10) 800mA +12V(±10) 50mA( D/A 電流方式輸出，并使用機內電源時 ) 2.6 使用環(huán)境要求：工作溫度：1040 相對濕度： 4080 存貯溫度：-55+85 2.7 外型尺寸：( 不含檔板 ) 外型尺寸(不含檔板)：長×高175.0mm×106.7mm ( 6.89英寸×4.2英寸) 3. 工作

8、原理 PCI-8333模入模出接口卡主要由模數(shù)轉換電路、數(shù)模轉換電路、數(shù)字量輸入輸出電路，定時/計數(shù)器電路和接口控制邏輯電路構成。 3.1 模入部分外部模擬信號經(jīng)多路轉換開關選擇后送入高速放大器處理。大器前后設有單/雙端輸入選擇跨接器KJ1、KJ2 和轉換碼制選擇跨接器KJ3，處理后的信號送入模 數(shù) 轉 換 器 進 行 轉 換。模 數(shù) 轉 換 器 的 啟 動可以使用程序啟動方式或者定時器定時觸發(fā)啟動方式，也可用外部觸發(fā)方式啟動。其轉換狀態(tài)和結果可用程序查詢和讀出。轉換結束信號也可用中斷方式通知CPU進行處理。 3.2 模出部分 模擬量 輸 出 部分由D/A 轉換器件和有關的基準源、運放、阻容件

9、和跨接選擇器組成。依靠改變跨接套的連接方式，可分別選擇電壓或電流輸出方式以及不同的輸出量程。當采用電流輸出方式時，本卡可直接外接、型執(zhí)行器。 D/A部分具有加電自動清零功能，當主機加電啟動時，本卡將自動關閉D/A部分的基準源使D/A輸出為最低。只有當用戶對D/A1進行寫操作時，本卡才打開基準源使D/A輸出一個需要的信號。因此，在用戶需要同時使用兩路D/A的情況下，第一次操作時應先寫D/A2后寫D/A1，以后的操作則不再受此限制。 3.3 數(shù)字量輸入輸出部分數(shù)字量輸入輸出電路為用戶提供16 路DI及16 路DO的信號，DO部分具備加電清零功能。 二、 利用組態(tài)王應用軟件實現(xiàn)溫度測控儀的測控界面2

10、.1 基于數(shù)據(jù)采集卡溫度測控儀的變量數(shù)據(jù)詞典的設定 變量的基本類型共有兩類：內存變量、I/O變量。內存變量是指那些不需要和其它應用程序交換數(shù)據(jù)、也不需要從下位機得到數(shù)據(jù)、只在“組態(tài)王”內需要的變量，比如計算過程的中間變量，就可以設置成“內存變量”。I/O變量是指可與外部數(shù)據(jù)采集程序直接進行數(shù)據(jù)交換的變量，如下位機數(shù)據(jù)采集設備（如PLC、儀表等）或其它應用程序（如DDE、OPC服務器等）。這種數(shù)據(jù)交換是雙向的、動態(tài)的，就是說：在“組態(tài)王”系統(tǒng)運行過程中，每當I/O變量的值改變時，該值就會自動寫入下位機或其它應用程序；每當下位機或應用程序中的值改變時，“組態(tài)王”系統(tǒng)中的變量值也會自動更新。所以，那

11、些從下位機采集來的數(shù)據(jù)、發(fā)送給下位機的指令，比如“溫度測控量程”、“電源開關”等變量，都需要設置成“I/O變量”。本次設計（基于數(shù)據(jù)采集卡溫度測控儀的設計）在組態(tài)王數(shù)據(jù)詞典中設定的變量如圖2.5所示。圖2.5 組態(tài)王應用軟件變量數(shù)據(jù)詞典2.3 基于數(shù)據(jù)采集卡溫度測控儀的監(jiān)控車間畫面的設計（1） 創(chuàng)建測控車間畫面創(chuàng)建一個新的畫面，取名為被測車間，如上面敘述的新建畫面一樣的過程。創(chuàng)建畫面以后。可以按F2打開圖庫管理器，來尋找所需要的器件，如圖2.6所示。圖2.6 圖庫管理器在該組態(tài)工程被測畫面中所選用的設備如表2.1所示。器件名稱數(shù)量備注鍋爐1容量300溫度檢測儀表3儀表量程：150；100；10

12、。管道若干寬度24正常工作指示燈3綠色低溫工作指示燈3藍色高溫工作指示燈3紅色溫度傳感器3時鐘1電子水泵1升溫按鈕3降溫按鈕3鍋爐進水閥門1鍋爐放水閥門1地下水放水閥門1表2.1 被測畫面圖庫選用設備一覽表 測控車間界面的上升溫度按鈕的設置雙擊所選中的上升按鈕，會出現(xiàn)按鈕向導，如圖2.7所示。圖2.7 按鈕向導在這一步，選中“按下時”出現(xiàn)如圖2.8所示。出現(xiàn)“命令語言連接窗口”可以進行編程控制。其他測控溫度儀表的升溫按鈕編程語句類似。圖2.8 命令語言測控溫度儀表1升溫按鈕編程 測控溫度儀表1升溫按鈕：本站點測控溫度儀表1=本站點測控溫度儀表1+1； 測控溫度儀表2升溫按鈕：本站點測控溫度儀表

13、2=本站點測控溫度儀表2+1； 測控溫度儀表3升溫按鈕：本站點測控溫度儀表3=本站點測控溫度儀表1+0.1；（2） 降低溫度按鈕的設置制作方法與升溫按鈕方式一樣。只不過是減去一定的值。 測控溫度儀表1升溫按鈕：本站點測控溫度儀表1=本站點測控溫度儀表1-1； 測控溫度儀表2升溫按鈕：本站點測控溫度儀表2=本站點測控溫度儀表2-1； 測控溫度儀表3升溫按鈕：本站點測控溫度儀表3=本站點測控溫度儀表3-0.1；（3） 正常、低溫、高溫工作指示燈的制作雙擊所選中的工作的指示燈，如圖4.9所示。會彈出“指示燈按鈕向導”?？梢愿淖冾伾O置來確定正常、低溫、與高溫工作指示燈的顏色設定，并確定該指示燈在靜止

14、時的正常顏色和報警工作狀態(tài)中的顏色。選中“閃爍時”可以對指示燈地工作狀態(tài)顯示進行編程控制。其他工作狀態(tài)指示燈的編程語句類似。圖2.9 指示燈向導 測控儀表1正常工作指示燈：本站點測控溫度儀表1>=90&&測控溫度儀表1<=110，選用顏色為綠色。 測控儀表2正常工作指示燈：本站點測控溫度儀表2>=40&&本站點測控溫度儀表2<=60，選用顏色為綠色。 測控儀表3正常工作指示燈：本站點測控溫度儀表3>=3.0&&本站點測控溫度儀表3<=5.0，選用顏色為綠色。 測控儀表1低溫工作指示燈：本站點測控溫度儀表1<

15、;=89，選用顏色為藍色。 測控儀表2低溫工作指示燈：本站點測控溫度儀表2<=39，選用顏色為藍色。 測控儀表3低溫工作指示燈：本站點測控溫度儀表3<=2.9，選用顏色為藍色。 測控儀表1高溫工作指示燈：本站點測控溫度儀表1>=111，選用顏色為紅色。 測控儀表2高溫工作指示燈：本站點測控溫度儀表2>=61，選用顏色為紅色。 測控儀表3高溫工作指示燈：本站點測控溫度儀表3>=5.1，選用顏色為紅色。（4） 溫度數(shù)值顯示的制作利用組態(tài)王自帶工具箱中的文本工具，如圖2.10工具箱所示。圖2.10 工具箱可以利用文本工具在畫面中創(chuàng)建出“字體”。如果所需要的話，還可以對這

16、個字體進行雙擊，彈出動畫連接換面，可以更改其輸入與輸出來使一串文字實時顯示或輸入出某變量的數(shù)值情況。如圖2.11動畫連接模擬出入、輸出連接所示。圖2.11 動畫連接模擬出入與輸出連接2.4 基于數(shù)據(jù)采集卡溫度測控儀的監(jiān)控畫面的底層控制程序編寫 if(本站點手自切換=0)/溫度恒溫控制編程if(本站點測控溫度儀表1<=本站點溫度測控儀表 &&本站點溫度上升按鈕=1)本站點測控溫度儀表1=本站點測控溫度儀表1+1;if(本站點測控溫度儀表1<=本站點溫度測控儀表) 本站點測控溫度儀表1=本站點測控溫度儀表1*1; if(本站點測控溫度儀表1>=(本站點溫度測控儀表

17、+1) &&本站點測控溫度儀表1<=300) 本站點x=本站點測控溫度儀表1-本站點溫度測控儀表; 本站點測控溫度儀表1=本站點測控溫度儀表1-本站點x; if(本站點手自切換=1) /溫度恒溫控制編程 if(本站點測控溫度儀表1<=本站點溫度測控儀表 &&本站點溫度上升按鈕=1 ) 本站點測控溫度儀表1=本站點測控溫度儀表1+1; if(本站點測控溫度儀表1<=本站點溫度測控儀表) 本站點測控溫度儀表1=本站點測控溫度儀表1*1; if(本站點測控溫度儀表1>=(本站點溫度測控儀表+1) &&本站點測控溫度儀表1<

18、=300) 本站點x=本站點測控溫度儀表1-本站點溫度測控儀表; 本站點測控溫度儀表1=本站點測控溫度儀表1-本站點x; /液位控制 if(本站點測控溫度儀表1=0 &&本站點加熱送溫開始按鈕=1 ) 本站點測控溫度儀表1=本站點室內溫度*1; if(本站點測控溫度儀表3>=3 &&本站點測控溫度儀表3<=5 && 本站點地下水水泵=1 && 本站點鍋爐液位<300 &&本站點加熱送溫開始按鈕=1 &&本站點手自切換=1) 本站點鍋爐進水閥門=1; if(本站點鍋爐進水閥門=1 &

19、amp;&本站點鍋爐液位<300 &&本站點地下水水泵=1 &&本站點手自切換=1) 本站點鍋爐液位=本站點鍋爐液位+10; if(本站點鍋爐液位=300 &&本站點手自切換=1) 本站點地下水水泵=0; 本站點鍋爐進水閥門=0; 本站點測控溫度儀表1=本站點測控溫度儀表1+5; 本站點室內溫度=本站點測控溫度儀表1/2+10; if(本站點測控溫度儀表1>90 &&本站點測控溫度儀表1<150 &&本站點手自切換=1) 本站點鍋爐放水閥門=1; 本站點鍋爐液位=本站點鍋爐液位-20; 本

20、站點測控溫度儀表2=本站點測控溫度儀表1/2; 本站點測控溫度儀表1=本站點測控溫度儀表1-1; 本站點室內溫度=本站點測控溫度儀表1/2+10; if(本站點測控溫度儀表1<=90 &&本站點鍋爐液位<300 && 本站點測控溫度儀表3>=3 &&本站點測控溫度儀表3<=5 &&本站點手自切換=1) 本站點鍋爐放水閥門=0; 本站點地下水水泵=1; if(本站點測控溫度儀表2>=55 &&本站點手自切換=1) 本站點鍋爐放水閥門=0; if(本站點加熱送溫開始按鈕=0 &&a

21、mp;本站點手自切換=1) 本站點鍋爐放水閥門=0; 本站點鍋爐進水閥門=0; 本站點地下水水泵=0; 本站點泄水閥門=1; if(本站點鍋爐液位=0) 本站點泄水閥門=0; 本站點測控溫度儀表1=本站點測控溫度儀表1-1.5; 本站點測控溫度儀表2=本站點測控溫度儀表2-0.5; 本站點測控溫度儀表3=本站點測控溫度儀表3-0.1; 本站點室內溫度=本站點室內溫度-0.5; 本站點鍋爐液位=本站點鍋爐液位-2; if(本站點測控溫度儀表1>=110 &&本站點鍋爐液位<=300 &&本站點手自切換=1) 本站點鍋爐放水閥門=0; 本站點鍋爐進水閥門

22、=1; 本站點測控溫度儀表1=本站點測控溫度儀表1-10; if(本站點測控溫度儀表1>本站點溫度測控儀表 &&本站點鍋爐液位<=300 &&本站點手自切換=1) 本站點測控溫度儀表1=本站點測控溫度儀表1-5; 本站點鍋爐放水閥門=0; if(本站點測控溫度儀表2>=60 &&本站點手自切換=1) 本站點測控溫度儀表2=本站點測控溫度儀表2-1; 三、將溫度測控儀組態(tài)界面采用I/O變量與外部設備的連接3.1 組態(tài)王工程界面與數(shù)據(jù)采集卡通訊的基礎設置在組態(tài)王6.5數(shù)據(jù)變量詞典中，新建的變量名如果要與外部設備進行連接，就要設置外部

23、變量的I/O型變量。通過“新的I/O設備”與外部設備進行連接，這樣才可以使數(shù)據(jù)采集卡與外部硬件設備進行通訊。進入組態(tài)王變量數(shù)據(jù)詞典，選擇想要設定的內部變量使其變成I/O變量與外部通訊。雙擊該變量。如圖3.1所示。圖3.1 定義變量進入“定義變量”選擇框后，我們需要使各設備進行基本的連接，我們的組態(tài)王6.5軟件中，在設備通訊方面很強大，所以要準確的定義相連的設備進行通訊，要求生產廠商和所采用的產品的型號一一對應。所以點擊“連接設備”。進入“定義變量設置管理”選項。如圖3.2所示。圖3.2 定義變量設置管理選擇要與外部連接的設備。因此選擇右側的工具欄，點擊“新建”，然后選擇“智能模塊”，可以展開選

24、擇你采用的設備的廠商與產品的型號，依次找出所連接的設備“PCI-8333”。經(jīng)過設備配置向導，在這一步，請為要安裝的設備制定地址。要使用默認值或按地址幫助按鈕取得設備地址幫助信息。在這里是定的設備地址為0。點擊“下一步”。進入通信參數(shù)設定窗口。 在這里當設備出現(xiàn)通信故障時，設定恢復策略。嘗試恢復時間這里設置為5秒。最?；謴蜁r間設置為5小時。然后點擊“下一步”。進入設備安裝向導最后的階段。確定選擇無誤后點擊“確定”按鈕。設置好外部“新I/O設備” 變量后。在設置制定的數(shù)據(jù)詞典變量，設置到這一步，該組態(tài)王工程模擬軟件就與所使用的數(shù)據(jù)采集卡PCI-8333進行通訊上的連接了，如果要進一步的設置具體組

25、態(tài)王工程中哪個動畫連接與數(shù)據(jù)采集卡的管腳通道口進行通訊。就要進一步設置，是輸入還是輸出通道?？此O定的是開關量還是非開關量。PCI-8333板卡對開關量與非開關量定義的通道口是不同的。對輸入和輸出通道也是不同的。3.2 組態(tài)王與數(shù)據(jù)采集卡通訊非開關量的設置在組態(tài)王6.5軟件中，進入“數(shù)據(jù)詞典”來定義我們的變量連接。通過數(shù)據(jù)采集卡安裝軟件的測試功能，我們可以通過 “數(shù)據(jù)測試顯示窗口”觀測到連接到的設備的最大值與最小值所對應的電壓為多少。這樣我們可以定義所連接設備的實際量程和應該連接的通道口。如圖3.3所示。圖3.3 設備測試根據(jù)數(shù)據(jù)采集卡“Advantech Device Text”窗口的變化，

26、可以確定所連接的液位傳感器設備是連接在第2通道口，該液位傳感器設備在最小量程對應的電壓為1.1V，在最大量程對應的電壓為1.8V。在組態(tài)王工程界面中，所采用的動畫設備與實際的液位傳感器和數(shù)據(jù)采集卡是可以進行通訊的。我們定義的“內部實數(shù)變量”變?yōu)椤癐/O型變量”要采用“I/O實數(shù)”的。最小值為0，最大值對應的為150，最小原始值為1.1，最大原始值為1.8。這些數(shù)據(jù)是剛剛通過數(shù)據(jù)采集卡測試窗口中所得到的。在連接設備中選擇剛剛定義的“新I/O設備”寄存器選擇板卡中的其中的一個輸入通道端口。由于所設置的變量為I/O實數(shù)變量，而且傳感器連接的是數(shù)據(jù)采集卡的第2通道口，所以設置寄存器的時候，應該設置為A

27、D02 （模擬量變?yōu)閿?shù)字量端口）。數(shù)據(jù)類型的確定，可以根據(jù)“數(shù)據(jù)采集卡使用手冊”中說明的，實數(shù)變量采用什么形式的數(shù)據(jù)類型，通過查看，確定為“FLOAT型”。這樣該定義的I/O變量與外部設備就可以進行通訊了。如圖3.4所示。圖3.4 I/O實數(shù)型變量的設置3.3 組態(tài)王與數(shù)據(jù)采集卡通訊開關量的設置在定義外部開關量的設置為“I/O整型變量”時要結合“數(shù)據(jù)采集卡測試窗口”來定義。來確定數(shù)據(jù)采集卡中每個通道口對應的十進制數(shù)是多少才可以對組態(tài)王工程模擬軟件中定義的設備進行準確關聯(lián)。因為PCI-8333數(shù)據(jù)采集卡開關量一共含有2個通道口，一共16個輸出端口。DO0與DO1這2個寄存器通道。DO0通道為低八位輸出，DO1通道為高八位輸出。在“數(shù)據(jù)采集卡測試窗口”中可以觀察到每個端口的每個點開關對應的十六進制數(shù)。用戶可以通過“數(shù)據(jù)采集卡測試窗口”中的“Digital output”窗口中按動界面中的方框，方便得將向對應的輸出通道設為高輸出