PLCS7200溫度控制系統(tǒng)

1、鹽城紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于PLCS7-200溫度控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)肖 志 敏 班 級 電氣1012班 專 業(yè) 電氣自動(dòng)化技術(shù) 所 在 系 機(jī)電工程系 指導(dǎo)老師 靖 文 完成時(shí)間2012年12月17日至2013年6月16日基于PLCS7-200溫度控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘 要 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

2、、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。溫度控制系統(tǒng) 的工藝過程復(fù)雜多變，具有不確定性，因此對系統(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。關(guān)鍵字： 溫度控制 PLC 新型自動(dòng)裝置 AbstractTemperature is the common industrial p

3、roduction process parameter, any physical change and chemical reaction process closely is related with the temperature. In scientific research and production practice of many areas, temperature control occupied an extremely important position, especially in the metallurgical, chemical, building mate

4、rials, food, machinery, petroleum industry, which play a decisive role role. For different production conditions and technological requirements of temperature control, the way of heating, fuel, control scheme is also different. For example, metallurgy, machinery, food, chemical and other types of in

5、dustrial production is widely used in all kinds of heating furnace, heat treatment furnace, reactor; fuel gas, natural gas, oil, electricity etc. Temperature control system of the process is complex and changeable, uncertain, so the system requires more advanced control technique and control theory.

6、 Programmable logic controller ( PLC ) programmable controller is a kind of industrial control computer, is the successor of computer, automatic control technology and communication technology as a whole new type of automatic device. It has strong anti-interference ability, low price, high reliabili

7、ty, easy programming, easy to use and other characteristics, in the industry in the field by the project operator like, so PLC has in the various fields of industrial control has been widely used. Key words: temperature control PLC automatic device目 錄引 言4 1、溫度控制系統(tǒng)的意義4 2、溫度控制系統(tǒng)背景4 3、研究介紹4第一章 硬件設(shè)計(jì)6 第1

8、節(jié) 硬件配置6 第2節(jié) I/O分配表8 第3節(jié) 硬件接線圖9第二章 軟件設(shè)計(jì)10 第1節(jié) PID控制程序設(shè)計(jì)10 第2節(jié) S7-200程序設(shè)計(jì)流程圖14 第3節(jié) 內(nèi)存地址分配與PID指令回路表15 第4節(jié) S7-200程序設(shè)計(jì)梯形圖16第三章 組態(tài)編程20 第1節(jié) PLC通信配置與通信方式21 第2節(jié) 網(wǎng)絡(luò)的通訊PPI協(xié)議21 第3節(jié) 組態(tài)軟件22 第4節(jié) 組態(tài)定義外部設(shè)備和數(shù)據(jù)變量23 第5節(jié) 組態(tài)界面25 第6節(jié) 啟動(dòng)組態(tài) 26結(jié)論28致謝29參考文獻(xiàn)30 引 言1、溫度控制系統(tǒng)的意義溫度及濕度的測量和控制對人類日常生活、工業(yè)生產(chǎn)、氣象預(yù)報(bào)、物資倉儲(chǔ)等都起著極其重要的作用。在許多場合，及時(shí)

9、準(zhǔn)確獲得目標(biāo)的溫度、濕度信息是十分重要的，近年來，溫濕度測控領(lǐng)域發(fā)展迅速，并且隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，溫濕度的測控芯片也相應(yīng)的登上歷史的舞臺(tái)，能夠在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各領(lǐng)域中廣泛使用。2、溫度控制系統(tǒng)背景自70年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國內(nèi)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在職能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成果，在這方面，一日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先，都產(chǎn)生了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行各業(yè)廣泛應(yīng)用。溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然十分廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平

10、仍然不高，同日本、美國、德國等先進(jìn)國家相比仍然有著較大的差距。目前，我國在這方面總體水平處于20實(shí)際80年代中后期水平，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系統(tǒng)參數(shù)的自整定方面，還沒開發(fā)性能可靠的自整定軟件。參數(shù)大多靠人工經(jīng)驗(yàn)及我國現(xiàn)場調(diào)試來確定。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對溫度控制系統(tǒng)的要求越來越高，因此，高精度、智能化、人性化的溫度控制系統(tǒng)是國內(nèi)外必然發(fā)展趨勢。3、 研究介紹 3.1 PLC 可編程控制器的英文名稱是P

11、rogrammable Logic Controller，即可編程邏輯控制器，簡稱PLC。早期PLC僅僅是替代繼電器控制裝置完成順序控制、定時(shí)等任務(wù)，但是其簡單易懂、安裝方便、體積小、能耗低、有故障顯示、能重復(fù)使用的特點(diǎn)，使得PLC很快就得到了推廣應(yīng)用。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)和微處理器性能的飛速發(fā)展，PLC的軟、硬件功能不能豐富、完善。國際電工委員會(huì)（IEC）對PLC的正式定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬或輸入/輸出控制各種類型

12、的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。”3.2 上位機(jī)即便遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場，操作人員仍可以通過遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)即上位機(jī)直接向生產(chǎn)設(shè)備發(fā)出控制指令的。上位機(jī)屏幕上可以動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示各種信號變化（液壓，水位，溫度等），便是人機(jī)界面（Human Machine Interface）。而下位機(jī)是獲取設(shè)備狀況及直接控制設(shè)備的計(jì)算機(jī)，一般是PLC或單片機(jī)。3.3組態(tài)軟件組態(tài)軟件，處在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺(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。隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的迅速提高，計(jì)算機(jī)

13、在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，種類繁多的控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。在開發(fā)傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件時(shí)，一旦工業(yè)被控對象有變動(dòng)，就必須修改其控制系統(tǒng)的源程序，導(dǎo)致其開發(fā)周期長；已開發(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)格昂貴。通用工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件能夠很好地解決傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問題，使用戶能根據(jù)自己的對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。 第一章 硬件設(shè)計(jì)第1節(jié) 硬件配置 1.1 西門子S7-200 CUP226S7-200系列PLC可提供4種不同的基本單元和6種型號的擴(kuò)展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本

14、單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲(chǔ)卡、寫入器等。S7-200系列的基本單元如表2.1所示。表2.1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本單元型號輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)可帶擴(kuò)展模塊數(shù)S7-200CPU221640S7-200CPU222862個(gè)擴(kuò)展模塊S7-200CPU22424107個(gè)擴(kuò)展模塊S7-200CPU224XP24167個(gè)擴(kuò)展模塊S7-200CPU22624167個(gè)擴(kuò)展模塊本論文采用的是CUP226。它具有24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35 路模擬量I/O點(diǎn)。26K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立

15、的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。 1.2 傳感器熱電偶是一種感溫元件，它直接測量溫度，并把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢信號。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)定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、答應(yīng)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)量級上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一

16、的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。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。本論文采用的是K型熱電阻。 1.3 EM235模擬量輸入模塊EM235模塊是組合強(qiáng)功率精密線性電流互感器、意法半導(dǎo)體（ST）單片集成變送器ASIC芯片于一體的新一代交流電流隔離變送器模塊，它可以直接將被測主回路交流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的DC420mA（通過250電阻轉(zhuǎn)換DC 15V或通過500電阻 轉(zhuǎn)換DC210V）恒流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)信號，連續(xù)輸送到接收裝置（計(jì)算機(jī)或顯示儀表）。表2-1所示為如何用DIP開關(guān)設(shè)

17、置EM235模塊。開關(guān)1到6可選擇模擬量輸入范圍和分辨率。所有的輸入設(shè)置成相同的模擬量輸入范圍和格式。表2.2所示為如何選擇單/雙極性（開關(guān)6）、增益（開關(guān)4和5）和衰減（開關(guān)1、2和3）。下表2.2中，ON為接通，OFF為斷開。表2.2 EM 235選擇模擬量輸入范圍和分辨率的開關(guān)表單極性滿量程輸入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFON0到50mV12.5VOFFONOFFONOFFON0到100mV25VONOFFOFFOFFONON0到500mV125uAOFFONOFFOFFONON0到1V250VONOFFOFFOFFOFFON0到5V1.25mVO

18、NOFFOFFOFFOFFON0到20mA5AOFFONOFFOFFOFFON0到10V2.5mV根據(jù)溫度檢測和控制模塊，我設(shè)置PID開關(guān)為010001圖2.1 DIP開關(guān) 1.4 溫度檢測和控制模塊由學(xué)校提供，模擬真實(shí)鍋爐的溫度檢測和控制模塊，可自行將010V模擬信號轉(zhuǎn)化為占空比對鍋爐進(jìn)行加熱。輸出的模擬信號也是010V，鍋爐外接24V直流電源。第2節(jié) I/O分配表 表2.3 I/O分配表輸入I0.0啟動(dòng)按鈕I0.1停止按鈕輸出Q0.0啟動(dòng)指示燈Q0.1停止指示燈Q0.2正常運(yùn)行指示燈Q0.3溫度越上限報(bào)警指示燈Q0.4鍋爐加熱指示燈第3節(jié) 硬件接線圖 硬件連接圖 EM 235 CN連接圖

19、第二章 軟件設(shè)計(jì)第1節(jié) 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。比例控制(P)是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。其特點(diǎn)是具有快速反應(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，它能猜測誤差變化的趨勢。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

20、己的長處和缺點(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。 1.1 PID控制算法圖3.1 閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖3.1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、輸出量c的關(guān)系: （3-1） 控制器的輸出為： （3-2） -PID回路輸出 -比例系數(shù)P -積分系數(shù)I -微分系數(shù)D PID調(diào)節(jié)的傳輸函數(shù)為 （3-3）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3.1所示：表3.1 模擬與離散形式模擬形式離散化形式所以PID輸出經(jīng)過離散化后，它的輸出方程為: （3-4） 式中

21、， 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。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。 1.2 PID在PLC中的回路指令西門子S7-200系列PLC中使用的PID回路指令，見表3.2表3.2 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?yàn)橐粋€(gè)P

22、ID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，可以是07，不可以重復(fù)使用。PID回路在PLC中的地址分配情況如表3.3所示。表3.3 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0.01.0之間4給定值（SPn）實(shí)數(shù)必須在0.01.0之間8輸出值（Mn）實(shí)數(shù)必須在0.01.0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積分項(xiàng)前值（MX）實(shí)數(shù)必須在0.01.0之間32過程變量前值（PVn-1）實(shí)數(shù)

23、必須在0.01.0之間 1.3 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)過測量的溫度信號被轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)信號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。傳感器輸入的電壓信號經(jīng)過EM235轉(zhuǎn)換后，是一個(gè)整數(shù)值，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 AC0 DTR AC0 AC0 MOVR A

24、C0 VD100 1.4 實(shí)數(shù)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0.01.0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0.01.0之間。單極性的歸一化的公式： （3-5） 1.5 PID參數(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)場湊試法，它不需要進(jìn)行事先的計(jì)算和實(shí)

25、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)，對于溫度控制系統(tǒng)，工程上已經(jīng)有大量的經(jīng)驗(yàn)，表3.4 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)間（分鐘）微分時(shí)間（分鐘）溫度滯后較大20603100.53根據(jù)反復(fù)的試湊，調(diào)處比較好的結(jié)果是P=15，I=2.0，D=0.5第2節(jié) S7-200程序設(shè)計(jì)流程圖運(yùn)行PLC初始化PID初始化運(yùn)行指示燈調(diào)用子程序0設(shè)定溫度設(shè)定PID值每100ms調(diào)用一次中斷程序讀入溫度并轉(zhuǎn)換把實(shí)際溫度值放入VD100調(diào)用PID指令輸出PID值返回主程序子程序0中斷程序圖3.2 設(shè)計(jì)流程圖第3節(jié) 內(nèi)存地址分配與PID指令回路表 3.1 內(nèi)存

26、地址分配 表3.5 內(nèi)存地址分配地址說明VD0實(shí)際溫度存放VD4設(shè)定溫度存放VD30實(shí)際溫度的存放 3.2 PID指令回路表 表3.6 內(nèi)存地址分配地址名稱說明VD100過程變量（PVn）必須在0.01.0之間VD104給定值（SPn）必須在0.01.0之間VD108輸出值（Mn）必須在0.01.0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)VD128積分項(xiàng)前值（MX）必須在0.01.0之間VD132過程變量前值（PVn-1）必須在0.01.0之間第4

27、節(jié) S7-200程序設(shè)計(jì)梯形圖 4.1 初次上電1)讀入模擬信號，并把數(shù)值轉(zhuǎn)化顯示鍋爐的當(dāng)前電壓2)判斷爐溫是否在正常范圍，打亮正常運(yùn)行指示燈/溫度越上限報(bào)警指示燈 4.2 啟動(dòng)/停止階段啟動(dòng)過程：按下啟動(dòng)按鈕后，開始標(biāo)志位M0.1置位，M0.2復(fù)位。打開運(yùn)行指示燈Q0.0，熄滅并停止指示燈初始化PID。開始運(yùn)行子程序0。停止過程：按下停止按鈕后，開始標(biāo)志位M0.1復(fù)位，點(diǎn)亮停止指示燈，熄滅運(yùn)行指示燈。并把輸出模擬量AQW0清零，停止鍋爐繼續(xù)加熱。停止調(diào)用子程序0，仍然顯示鍋爐溫度。停止時(shí)模擬量輸出清零，防止鍋爐繼續(xù)升溫。 4.3 子程序1）輸入設(shè)定溫度2）把設(shè)定溫度、P值、I值、D值都導(dǎo)入P

28、ID3）每100ms中斷一次子程序進(jìn)行PID運(yùn)算 4.4 中斷程序，PID的計(jì)算1）模擬信號的采樣處理，歸一化導(dǎo)入PID2）DIP程序運(yùn)算3）輸出DIP運(yùn)算結(jié)果，逆轉(zhuǎn)換為模擬信號 第三章 組態(tài)編程第1節(jié) PLC通信配置與通信方式 3.1 串行數(shù)據(jù)傳送和并行數(shù)據(jù)傳送1)并行數(shù)據(jù)傳送：并行數(shù)據(jù)傳送時(shí)所有數(shù)據(jù)位是同時(shí)進(jìn)行的，以字或字節(jié)為單位傳送。并行傳輸速度快，但通信線路多、成本高，適合近距離數(shù)據(jù)高速傳送。2)串行數(shù)據(jù)傳送：串行數(shù)據(jù)傳送時(shí)所有數(shù)據(jù)是按位(bit)進(jìn)行的。串行通信僅需要一對數(shù)據(jù)線就可以。在長距離數(shù)據(jù)傳送中較為合適。PLC網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)的方式絕大多數(shù)為串行方式，而計(jì)算機(jī)或PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)處理

29、、存儲(chǔ)都是并行的。若要串行發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，則要進(jìn)行相應(yīng)的串行、并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，即在數(shù)據(jù)發(fā)送前，要把并行數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)；而在數(shù)據(jù)接收后，要把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)后再處理。 3.2 異步方式與同步方式根據(jù)串行通信數(shù)據(jù)傳輸方式的不同可以分為:異步方式和同步方式。1)異步方式：又稱起止方式。它在發(fā)送字符時(shí)，要先發(fā)送起始位，然后才是字符本身，最后是停止位。字符之后還可以加入奇偶校驗(yàn)位。異步傳送較為簡單，但要增加傳送位，將影響傳輸速率。異步傳送是靠起始位和波特率來保持同步的。2)同步方式：同步方式要在傳送數(shù)據(jù)的同時(shí)，也傳遞時(shí)鐘同步信號，并始終按照給定的時(shí)刻采集數(shù)據(jù)。同步方式傳遞數(shù)據(jù)雖提高了數(shù)據(jù)的傳輸

30、速率，但對通信系統(tǒng)要求較高。PLC網(wǎng)絡(luò)多采用異步方式傳送數(shù)據(jù)。第2節(jié) 網(wǎng)絡(luò)的通訊PPI協(xié)議PPI是一種主從設(shè)備協(xié)議：主設(shè)備給從屬裝置發(fā)送請求，從屬裝置進(jìn)行響應(yīng)。從屬裝置不發(fā)出訊息，而是一直等到主設(shè)備發(fā)送請求或輪詢時(shí)才作出響應(yīng)。主設(shè)備與從屬裝置的通訊將通過按PPI協(xié)議進(jìn)行管理的共享連接來進(jìn)行。PPI不限制與任何一個(gè)從屬裝置進(jìn)行通訊的主設(shè)備的數(shù)目，網(wǎng)絡(luò)上最多可安裝32個(gè)主設(shè)備。圖4.1 PPI網(wǎng)絡(luò)如果在用戶程序中激活PPI主設(shè)備模式，則S7-200 CPU在處于RUN（運(yùn)行）模式時(shí)可用作主設(shè)備。激活PPI主設(shè)備模式之后，可使用“網(wǎng)絡(luò)讀取”或“網(wǎng)絡(luò)寫入”指令從其它S7-200讀取數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)寫入其它

31、S7-200。當(dāng)S7-200用作PPI主設(shè)備時(shí)，它將仍然作為從屬裝置對來自其他主設(shè)備的請求進(jìn)行響應(yīng)。對于簡單的單臺(tái)主設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，編程站和S7-200 CPU既可以通過PPI多臺(tái)主設(shè)備電纜連接，也可以通過安裝在編程站中的通訊處理器（CP）卡連接。在圖上部的范例網(wǎng)絡(luò)中，編程站（STEP7-Micro/WIN）是網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備。在圖下部的范例網(wǎng)絡(luò)中，人機(jī)界面（HMI）設(shè)備（例如TD 200、TP或OP）是網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備。在兩個(gè)范例網(wǎng)絡(luò)中，S7-200 CPU是對主設(shè)備的請求進(jìn)行響應(yīng)的從屬裝置。圖4.2 單臺(tái)主設(shè)備PPI網(wǎng)絡(luò)第3節(jié) 組態(tài)軟件組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)正以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、

32、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動(dòng)畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢 曲線等，可便利

33、的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。第4節(jié) 組態(tài)定義外部設(shè)備和數(shù)據(jù)變量 4.1 外部設(shè)備的定義組態(tài)王把那些需要與之交換數(shù)據(jù)的硬件設(shè)備或軟件程序都做為外部設(shè)備使用。外部硬件設(shè)備在本文中就是PLC S7-200?？墒褂谩霸O(shè)備配置向?qū)А币徊讲酵瓿稍O(shè)備的連接。 4.2 定義數(shù)據(jù)變量要實(shí)現(xiàn)組態(tài)王對S7-200的在線控制，就必須建立兩者之間的聯(lián)系，那就需要建立兩者的數(shù)據(jù)變量?；绢愋偷淖兞靠梢苑譃椤皟?nèi)存變量”和“I/O變量”兩類。內(nèi)存變量是組態(tài)王內(nèi)部的變量，不跟監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行交換。而I/O變量時(shí)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)

34、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。本文中，PLC用內(nèi)存VD0來存放當(dāng)前的實(shí)際溫度。并規(guī)定溫度超過105為溫度過高，立即要作出相應(yīng)警示信號。如圖4.3所示。點(diǎn)擊工程管理器中的“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4.4所示。圖4.3 定義畫面變量設(shè)置圖4.4 定義變量報(bào)警 4.3 數(shù)據(jù)類型只對I/O類型的變量起作用，共有9種類型： Bit：1位， 0或1 Byte：8位， 一個(gè)字節(jié) Short：16位， 2個(gè)字節(jié) Ushort：16位， 2個(gè)字節(jié) BCD：16位， 2個(gè)字節(jié) Long：32位

35、， 4個(gè)字節(jié) LongBCD：32位， 4個(gè)字節(jié) Float：32位， 4個(gè)字節(jié) String：128個(gè)字符長度第5節(jié) 組態(tài)界面 5.1 溫度控制主界面圖4.5 監(jiān)控畫面第6節(jié) 啟動(dòng)組態(tài) 6.1 初次上電初次上電，沒有模擬量輸入，只顯示PID值和當(dāng)前溫度，曲線圖為鍋爐溫度的實(shí)時(shí)曲線圖。圖4.6 初次上電 6.2 啟動(dòng)啟動(dòng)后，鍋爐開始升溫，并維持在50攝氏度左右。圖4.7 啟動(dòng)加熱 6.3 停止按下停止按鈕后，鍋爐停止加熱，停止燈亮，溫度開始下降。圖4.8 停止 6.4 報(bào)警當(dāng)溫度越上限時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。圖4.9 報(bào)警結(jié) 論此次畢業(yè)設(shè)計(jì)了基于PLC的溫度控制系統(tǒng)。PLC（可編程控制器）以其可靠性高、

36、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、體積小、能耗低等顯著特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的自動(dòng)控制之中。PID閉環(huán)控制是控制系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛的一種控制算法，對大部分控制對象都有良好的控制效果。組態(tài)軟件組態(tài)王因其簡單易用的特點(diǎn)，在HMI設(shè)計(jì)中深受用戶的喜歡而得到廣泛的使用。在西門子S7-200系列PLC和組態(tài)軟件組態(tài)王的基礎(chǔ)上，我們成功設(shè)計(jì)出了溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)達(dá)到了快、準(zhǔn)、穩(wěn)的效果，也達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。再加上由組態(tài)王設(shè)計(jì)的人機(jī)界面，整個(gè)系統(tǒng)操作簡單，控制方便，大大提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和實(shí)用性。該溫度控制系統(tǒng)也有一些有不足的地方需要改進(jìn)，編程時(shí)我們用了編程軟件自帶的PID指令向?qū)K，這樣雖然方便，但是使得控制系統(tǒng)超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間都稍微偏大，若不直接調(diào)用該模塊，而是自己編寫PID控制子程序的話，控制效果可能會(huì)更好。還有人機(jī)界面內(nèi)容不夠豐富，若再加上報(bào)表系統(tǒng)、打印功能的話，那就更完美了。日后，隨著對PLC硬件系統(tǒng)和通信方式的深入了解，還可以豐富遠(yuǎn)程控制指令，以應(yīng)對運(yùn)行過程中的各種突發(fā)事