基于西門子s7-200的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)參考模板

1、鄭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 基于西門子S7-200 PLC的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院 系 專 業(yè) 年 級(jí) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 3 / 53 2013 年 6 月 2 日摘要溫度是各種工業(yè)過程最普遍、最重要的參數(shù)之一，溫度控制的精度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果或工業(yè)生產(chǎn)都會(huì)產(chǎn)生重要的影響。傳統(tǒng)的溫控系統(tǒng)采用溫控儀表和繼電器式控制柜等進(jìn)行控制，其主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，故障率高，通用性差，控制精度低人機(jī)交互困難，自動(dòng)化程度低難以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)加工的需要。隨著現(xiàn)代傳感技術(shù)與控制方法的不斷革新和發(fā)展，對(duì)實(shí)時(shí)溫度控制的精度以及反應(yīng)快速性的要求越來越高。本文就是基于PLC的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本文主要介紹了PLC相關(guān)知識(shí)、

2、溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)傳感技術(shù)、PID算法以及調(diào)壓技術(shù)進(jìn)行了涉及。在硬件上主要采用西門子S7-200系列CPU224XP，K型熱電偶傳感器及K型熱電偶變送器、柱式電壓調(diào)壓器以及EM235模擬量輸入輸出擴(kuò)展模塊。熱電偶作為溫度采集元件，采集的信號(hào)經(jīng)溫度變送器轉(zhuǎn)換盒放大后送到EM235處理，隨后送入PLC進(jìn)行PID運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果控制調(diào)壓器對(duì)加熱過程進(jìn)行調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。關(guān)鍵詞 溫度控制 PLC PIDAbstractTemperature is one of the most common variety of industrial processes, the most im

3、portant parameter, the accuracy of temperature control will have an important impact on the results or industrial production. The temperature control system is adopted in traditional temperature control meter and relay control cabinet control, its main disadvantage is the complicated structure, big

4、volume, high failure rate, poor universality, low control accuracy. Human-computer interaction difficulties, low degree of automation. It is difficult to meet the needs of modern production and processing. With the continuous innovation and development of modern sensor technology and control method,

5、 the higher of the real-time temperature control precision and response speed are required. This article is based on the PLC temperature control system design. This paper mainly introduced the PLC related knowledge, the temperature control system hardware design, software design, at the same time, s

6、ensor technology, PID algorithm and the pressure regulating technology is involved. The hardware mainly adopts Siemens S7-200 series CPU224XP, the column voltage type K thermocouple sensor and K type thermocouple temperature transmitter, pressure regulator and EM235 analog input and output expansion

7、 module. Thermocouple as the temperature acquisition device, the signals collected by the temperature transmitter conversion kit amplified to EM235 processing, then sent to PLC PID operation, the control voltage regulator is adjusted to realize automatic control of heating process calculation result

8、s. Keywords temperature control PLC PID 目 錄摘要IAbstractII第一章 緒論11.1 課題研究背景及意義：11.2 課題研究的主要內(nèi)容21.3 研究技術(shù)介紹21.3.1 傳感檢測(cè)技術(shù)21.3.2 PLC31.3.3 上位機(jī)31.3.4 組態(tài)軟件4第二章 硬件設(shè)計(jì)52.1 硬件配置52.1.1 西門子S7-200PLC52.1.2 熱電偶82.1.3 電力調(diào)整器92.2 硬件連接122.3 地址分配表13第三章 軟件設(shè)計(jì)143.1 PID控制程序設(shè)計(jì)143.1.1 PID控制內(nèi)容143.1.2 PID控制原理（PID算法）143.1.3 PID輸入

9、輸出值轉(zhuǎn)換153.1.4 PID在PLC中的回路指令173.1.5 PID參數(shù)調(diào)整的一般步驟183.2 程序設(shè)計(jì)流程圖183.3 內(nèi)存分配地址及PID指令回路表203.4 S7-200程序設(shè)計(jì)梯形圖213.4.1 啟動(dòng)/停止213.4.2 初始化213.4.3 調(diào)用子程序223.4.4 數(shù)據(jù)導(dǎo)入233.4.5 測(cè)量值歸一處理243.4.6 計(jì)算設(shè)定量與過程變量差值253.4.7 根據(jù)具體情況選擇合適的加熱方式25第四章 組態(tài)軟件Kingview274.1 外部設(shè)備定義274.2 數(shù)據(jù)變量284.3 組態(tài)王畫面設(shè)計(jì)294.3.1 建立新畫面294.3.2 實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線制作304.3.3 報(bào)警窗口

10、制作324.3.4 指示燈344.3.5 溫度數(shù)值顯示354.3 組態(tài)王與西門子PLC的通信36第五章 結(jié)論37致謝38參考文獻(xiàn)39第一章 緒論1.1 課題研究背景及意義：工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，溫度是一個(gè)非常重要的參數(shù)，溫度的輕微變化均可能帶來較大的物理化學(xué)變化，從而給生產(chǎn)質(zhì)量帶來了巨大的挑戰(zhàn)。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中特別是在冶金、化工、建材、視頻、機(jī)械、石油等工業(yè)當(dāng)中，溫度控制更是具有舉足輕重的作用，而不同的工業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)要求下的溫度控制系統(tǒng)所采用的加熱方式也各不相同，考慮到電阻爐能夠?qū)崿F(xiàn)較快的控制變化以適應(yīng)復(fù)雜多變的工業(yè)生產(chǎn)過程，電阻爐溫度控制系統(tǒng)的優(yōu)劣更是衡量質(zhì)量的重要屬性，故而本課題主要以電阻

11、爐為對(duì)象設(shè)計(jì)根據(jù)生產(chǎn)要求及實(shí)時(shí)狀態(tài)不同的情況下均具有較好溫度控制效果的溫度控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的溫控系統(tǒng)采用溫控儀表和繼電器式控制柜等進(jìn)行控制，其主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，故障率高，通用性差，控制精度低人機(jī)交互困難，自動(dòng)化程度低難以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)加工的需要。隨著現(xiàn)代傳感技術(shù)與控制方法的不斷革新和發(fā)展，對(duì)實(shí)時(shí)溫度控制的精度以及反應(yīng)快速性的要求越來越高。傳統(tǒng)的模擬式溫度控制方法已經(jīng)不能適用干現(xiàn)代工業(yè)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和快速性的需求，特別是當(dāng)系統(tǒng)的溫度指令信號(hào)發(fā)生快速變化時(shí)，傳統(tǒng)的模擬控制器固有的反應(yīng)時(shí)間和器件特性使系統(tǒng)的反應(yīng)穩(wěn)定過程較慢、而且易受干擾，不能適應(yīng)現(xiàn)代高精度溫度控制的需求。當(dāng)前比較流行的溫度控制系

12、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。就發(fā)展情況和使用現(xiàn)狀而言，PLC與集散控制系統(tǒng)的發(fā)展越來越接近，多數(shù)情況下已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)功能的互相替代；而工業(yè)微機(jī)在要求快速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、模型復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)中占有優(yōu)勢(shì)，但是最致命的弱點(diǎn)是尚不能適應(yīng)復(fù)雜多變的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境且對(duì)操作人員要求比較高。綜合對(duì)比而言，PLC具有相當(dāng)大的功能和成本優(yōu)勢(shì)：PLC不僅具有傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的控制功能而且能擴(kuò)展輸入輸出模塊，特別是可以擴(kuò)展一些智能控制模塊構(gòu)成不同的控制系統(tǒng)，將模擬量輸入輸出控制和現(xiàn)代控制方法融為一體

13、，實(shí)現(xiàn)智能控制、閉環(huán)控制、多控制功能一體的綜合控制系統(tǒng);PLC功能強(qiáng)、集成度高、抗干擾能力強(qiáng)、組態(tài)靈活、工作穩(wěn)定，編程簡單，無論對(duì)編程人員還是對(duì)操作人員都無需較高的專業(yè)水平，具有更強(qiáng)大的適應(yīng)性；另外一個(gè)比較關(guān)鍵的優(yōu)勢(shì)是，PLC發(fā)展相對(duì)完善且具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)。故而，本課題選取的西門子S7200PLC作為控制元件。1.2 課題研究的主要內(nèi)容本文主要以電阻爐為對(duì)象研究設(shè)計(jì)了能夠根據(jù)實(shí)時(shí)狀態(tài)采取不同溫度控制方式的溫度控制系統(tǒng)，并保證了用戶可以調(diào)整預(yù)設(shè)溫度來針對(duì)不同的生產(chǎn)實(shí)踐過程，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。對(duì)此，本文主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的工作：（1） 較為簡單明了的闡明了鍋爐控制的主要機(jī)理，并就整個(gè)溫度控制

14、過程給出了較為清晰明了的說明；（2） 介紹了西門子S7200系列PLC的主要內(nèi)容，并根據(jù)實(shí)際需要對(duì)型號(hào)和使用器件進(jìn)行了對(duì)比選擇；（3） 介紹了PID控制算法的相關(guān)內(nèi)容以及PLC自帶PID模塊的使用，并就系統(tǒng)自調(diào)整的步驟給出了相關(guān)介紹；（4） 根據(jù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行PLC控制程序的編制；（5） 上位機(jī)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)，采用應(yīng)用范圍較大的組態(tài)王軟件對(duì)整個(gè)溫度控制過程進(jìn)行監(jiān)控。1.3 研究技術(shù)介紹1.3.1 傳感檢測(cè)技術(shù)傳感檢測(cè)技術(shù)是應(yīng)用傳感器將被測(cè)量信息轉(zhuǎn)換成便于傳輸和處理的物理量，進(jìn)而進(jìn)行變換、傳輸、現(xiàn)實(shí)、記錄和分析數(shù)據(jù)處理的技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)發(fā)展的需要，傳感檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一門完整

15、的交叉性技術(shù)學(xué)科，綜合應(yīng)用了現(xiàn)代電子技術(shù)、微電子技術(shù)、生物技術(shù)、材料科學(xué)、化學(xué)科學(xué)、光電技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)、微細(xì)加工技術(shù)等。傳感檢測(cè)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它與信息系統(tǒng)的輸入端相連接，并將檢測(cè)到的信號(hào)輸送到信息處理部分，是機(jī)電一體化系統(tǒng)的感受器官。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)、微電子技術(shù)及信息技術(shù)的發(fā)展，在各種可用信號(hào)中電信號(hào)最便于處理、傳輸、顯示和記錄，因此傳感器大多集中在“將外界非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出”。傳感器按工作原理可以分為電阻式傳感器、電感式傳感器、磁電式傳感器、壓電式傳感器、電容式傳感器光電式傳感器、熱電偶傳感器等。其中熱電勢(shì)傳感器時(shí)利用轉(zhuǎn)換元件電磁參量歲溫度變化的特性，對(duì)溫

16、度和與溫度有關(guān)參量進(jìn)行檢測(cè)的裝置，常用于溫度監(jiān)控系統(tǒng)的信息采集。1.3.2 PLC國際電工委員會(huì)（IEC）于1982年頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿，1987年頒布了第三稿，對(duì)可編程控制器（Programmable Logic Controller）定義如下：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專業(yè)為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定式、技術(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械動(dòng)作過程。可編程控制器及其相關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則設(shè)計(jì)。PLC型號(hào)品種繁多，但實(shí)質(zhì)都

17、是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC內(nèi)部組成分為中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、電源、輸入輸出單元和通信街頭。PLC在運(yùn)行狀態(tài)執(zhí)行用戶指令分為3個(gè)時(shí)間段，第一段是輸入信號(hào)采集階段，以掃描方式順序讀入外面信號(hào)的輸入狀態(tài)并將該狀態(tài)輸入到輸入映像存儲(chǔ)器中；第二階段是用戶指令執(zhí)行階段，按照梯形圖的順序先左后右、從上到下的對(duì)指令進(jìn)行讀取和解釋，并從輸入映像存儲(chǔ)器和輸出映像存儲(chǔ)器中讀取輸入和輸出的狀態(tài)，結(jié)合原來的各軟元件的數(shù)據(jù)及狀態(tài)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果存入響應(yīng)的寄存器，然后執(zhí)行下一條指令直至END；第三階段是結(jié)果輸出階段，輸出映像存儲(chǔ)器的狀態(tài)將成批輸出到輸出鎖存寄存器中，輸出鎖存寄存器一一對(duì)應(yīng)著物理點(diǎn)輸出口，這

18、才是PLC的實(shí)際輸出。世界上生產(chǎn)PLC的廠家非常多，著名的有美國A·B，日本三菱，德國西門子等公司。PLC編程語言常用的有梯形圖、指令圖和SFC圖，由于梯形圖比較直觀容易掌握，因此受到普通技術(shù)人員歡迎。PLC變成工具有手持式編程器，一般供現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及修改使用；個(gè)人電腦，利用專用的編程軟件（STEP7-MicroWIN）進(jìn)行編程。1.3.3 上位機(jī)上位機(jī)是可以直接發(fā)出操控指令的計(jì)算機(jī)，一般為PC機(jī)；與上位機(jī)對(duì)應(yīng)的下位機(jī)是直接控制設(shè)備獲取設(shè)備狀況的計(jì)算機(jī)，一般為PLC/單片機(jī)等。上位機(jī)發(fā)出命令給下位機(jī)，下位機(jī)根據(jù)命令解釋成相應(yīng)的時(shí)序信號(hào)直接控制響應(yīng)設(shè)備；下位機(jī)不停讀取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成數(shù)

19、字信號(hào)以后反饋給上位機(jī)，而上位機(jī)的屏幕上可以顯示各種信號(hào)的變化。1.3.4 組態(tài)軟件在開發(fā)傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件時(shí)，當(dāng)工業(yè)被控對(duì)象一旦變化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)成功的工控軟件業(yè)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)致價(jià)格非常昂貴；在修改工控軟件的源程序時(shí)，倘若原來的編程人員因工作變動(dòng)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。組態(tài)軟件的出現(xiàn)為解決上述問題提供了一個(gè)嶄新的方法，因?yàn)樗軌蚝芎玫慕鉀Q傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的問題，使用戶能根據(jù)自己的控制對(duì)象和控制目的任意組態(tài)，完成最終的自動(dòng)化控制工程。組態(tài)軟件是一種面向工業(yè)自動(dòng)化的通用數(shù)據(jù)采集和

20、監(jiān)控軟件，即SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）軟件，亦稱人機(jī)界面或HMI/MMI（Human Machine Interface/Man Machine Interface）軟件，俗稱組態(tài)軟件。簡單的說，組態(tài)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)自動(dòng)化過程和裝備的監(jiān)視和控制，它能從自動(dòng)化過程和裝備中采集各種信息，并將信息以圖形化等更易于理解的方式進(jìn)行顯示，將重要的信息以各種手段傳遞給相關(guān)人員，對(duì)信息執(zhí)行必要的分析處理和存儲(chǔ)，發(fā)出控制指令。組態(tài)軟件提供了豐富的用于工業(yè)自動(dòng)化監(jiān)控的功能，用戶根據(jù)自己工程的需要進(jìn)行選擇，配置等較為簡單的工作來建立自己所需要的監(jiān)控系

21、統(tǒng)系統(tǒng)。常用的組態(tài)軟件有iFLX、InTouch、Citech、WinCC、TraceMode、組態(tài)王、力控。其中，組態(tài)王軟件是國內(nèi)開發(fā)較早的軟件，界面操作靈活方便，有較強(qiáng)的通信功能，對(duì)比使用便捷性和功能性，本設(shè)計(jì)采用組態(tài)王軟件。第二章 硬件設(shè)計(jì)2.1 硬件配置2.1.1 西門子S7-200PLC西門子S7200系列PLC以其極高的可靠性、豐富的指令集、易于掌握、便捷的操作、豐富的內(nèi)置集成功能、實(shí)時(shí)特性、強(qiáng)勁的通信能力、豐富的擴(kuò)展模塊而適用于各行各業(yè)各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化，其強(qiáng)大功能使其無論獨(dú)立運(yùn)行或連成網(wǎng)絡(luò)皆能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜控制功能。S7200系列PLC在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中發(fā)揮其強(qiáng)大

22、功能，使用范圍從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括水電、核電、火電、各種輸電、用電設(shè)施，各種機(jī)床、機(jī)械，環(huán)境保護(hù)設(shè)備及運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)等。SIMATIC S7200PLC系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元（CPU模塊）、擴(kuò)展單元（接口模塊）、編程器、通信電纜、存儲(chǔ)卡、寫入器、文本顯示器等。（1） 基本單元（CPU）S7-200 CPU將一個(gè)微處理器、一個(gè)集成的電源和若干數(shù)字量I/O點(diǎn)集成在一個(gè)緊湊的封裝中，組成了一個(gè)功能強(qiáng)大的PLC。CPU的主要功能使進(jìn)行邏輯運(yùn)算及數(shù)學(xué)運(yùn)算，并協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作。西門子提供多種型號(hào)的CPU以適應(yīng)不同的

23、應(yīng)用要求，每種型號(hào)都具有不同的數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)、內(nèi)存容量等規(guī)格參數(shù)。目前提供的S7-200 CPU型號(hào)有CPU 221、CPU 222、CUP 224、CPU 226、CPU 226XM，其規(guī)格表如下：表2.1 西門子S7-200各型號(hào)參數(shù)特性CPU 221CPU 222CPU224CPU 224XPCPU226外觀尺寸mm908062908062120.5806214080621908062程序存儲(chǔ)器帶運(yùn)行模式下編輯4096字節(jié)4096字節(jié)8192字節(jié)12288字節(jié)16384字節(jié)不帶運(yùn)行模式下編輯4096字節(jié)4096字節(jié)12288字節(jié)16384字節(jié)24576字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2048字節(jié)2048

24、字節(jié)8192字節(jié)10240字節(jié)10240字節(jié)掉電保護(hù)時(shí)間50小時(shí)50小時(shí)100小時(shí)100小時(shí)100小時(shí)本機(jī)I/O數(shù)字量6輸入/4輸出8輸入/6輸出14輸入/10輸出14輸入/10輸出24輸入/16輸出模擬量-2輸入/1輸出-拓展模塊數(shù)量0個(gè)模塊2個(gè)模塊7個(gè)模塊7個(gè)模塊7個(gè)模塊高速計(jì)數(shù)器單向4路 30KHZ4路 30KHZ6路 30KHZ4路 30KHZ2路 200KHZ6路 30KHZ兩相2路 20KHZ2路 20KHZ4路 20KHZ3路 20KHZ1路 100KHZ4路 20KHZ脈沖輸出DC2路 20KHZ2路 20KHZ2路 20KHZ2路 100KHZ2路 20KHZ模擬電位器112

25、22實(shí)時(shí)時(shí)鐘卡卡內(nèi)置內(nèi)置內(nèi)置通訊口1 S-4851 S-4851 S-4852 RS-4852 RS-485浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算是數(shù)字I/O映像大小256（128輸入/128輸出）布爾型執(zhí)行速度0.22毫秒/指令對(duì)比較以上數(shù)據(jù)，考慮到傳感器采取數(shù)據(jù)為模擬量，故而本文選擇采用CPU224XP，由于本設(shè)計(jì)外部設(shè)備較少，故而不再對(duì)電源供電等方面進(jìn)行討論，PLC內(nèi)部電源即可滿足需求。（2） 擴(kuò)展模塊EM235為滿足工業(yè)控制要求，S7200PLC配有模擬量輸入輸出模塊EM235，它具有4個(gè)模塊量輸入通道，1個(gè)模擬量輸出通道。該模塊的模擬量輸入功能同EM231模擬量輸入模塊，特性基本相同，只是電壓輸入范圍有所不同；

26、該模塊模擬量輸出功能同EM232模擬量輸出模塊，特性參數(shù)也基本相同。該模塊需要DC24V供電，可由CPU模塊的傳感器電源DC24V/400mA供電，也可由用戶設(shè)置外部電源，本設(shè)計(jì)采用模塊數(shù)量較少，從經(jīng)濟(jì)角度和工業(yè)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定角度考慮內(nèi)部供電。下表描述了如何用設(shè)定開關(guān)DIP設(shè)置EM235模塊，開關(guān)1到開關(guān)6可選擇模擬量輸入范圍和分辨率，所有輸入設(shè)置成相同的模擬量輸入范圍和格式。其中，開關(guān)6為選擇單雙極性、開關(guān)4和5為選擇增益，開關(guān)1、2和3為選擇衰減。表2.2 EM235設(shè)定開關(guān)DIP本設(shè)計(jì)選擇單極性，開關(guān)為010001。（3） 編程/通信電纜編程/通信電纜是PLC用來實(shí)現(xiàn)與個(gè)人計(jì)算機(jī)PC通信的，連

27、接PLC的RS485口和計(jì)算機(jī)的RS232可以用PC/PPI電纜。西門子PC/PPI電纜帶有RS232/RS485電平轉(zhuǎn)換器，是PC標(biāo)準(zhǔn)串口RS232到PPI接口（PLC通信端口RS485）的轉(zhuǎn)換電纜、互連電纜，是一種低成本的通信方式。適用于西門子S7200系列PLC，支持PPI協(xié)議和自由口通信協(xié)議，并可使用MODEM（調(diào)制解調(diào)器）通過電話線遠(yuǎn)程通信。PC/PPI電纜具有光電隔離和內(nèi)置的防靜電、浪涌等瞬態(tài)過電壓保護(hù)電路，能夠很好的保護(hù)電路，解決通信口易燒的問題。表2.3 PCRS232插頭和PPIRS485插頭的信號(hào)定義PCRS232插頭PPIRS485插頭針號(hào)信號(hào)說明針號(hào)信號(hào)說明2接受數(shù)據(jù)R

28、D（從PC/PPI輸出）224V電源負(fù)極（RS485邏輯地）3發(fā)送數(shù)據(jù)SD（輸入到PC/PPI）3RS485信號(hào)B（RxD/TxD+）4數(shù)據(jù)終端就緒DTR724電源正極5地（RS232邏輯地）8RS485信號(hào)A（RxD/TxD-）7請(qǐng)求發(fā)送RTS9協(xié)議選擇將PC/PPI電纜的RS485插頭插入S7200PLC的編程口，RS232插頭插入PC的RS232口，并在編程軟件上選擇對(duì)應(yīng)的COM口號(hào)，將10bit、11bit選擇開關(guān)撥到11bit位置即可。PC/PPI電纜的波特率為028.8kbit/s 自動(dòng)適應(yīng)無需設(shè)置。考慮到本設(shè)計(jì)PC機(jī)與PLC需要進(jìn)行長距離通信，需要外接電源，并且在RS485插頭3

29、、8之間并接120終端電阻以消除信號(hào)反射。2.1.2 熱電偶熱電偶是目前熱電測(cè)溫中普遍使用的一種溫度計(jì)，其工作原理是基于熱電效應(yīng)，可廣泛用來測(cè)量-2001300范圍內(nèi)的溫度。熱電偶溫度計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，準(zhǔn)確度高，測(cè)溫范圍廣、熱慣性小、準(zhǔn)確度高、輸出信號(hào)便于遠(yuǎn)傳等優(yōu)點(diǎn)。由于熱電偶直接將溫度轉(zhuǎn)換為熱電勢(shì)進(jìn)行檢測(cè)，使溫度的測(cè)量、控制、遠(yuǎn)傳以及對(duì)溫度信號(hào)的放大和變換都非常方便，適用于遠(yuǎn)距離測(cè)量和自動(dòng)控制。在接觸式測(cè)溫方式中，熱電偶溫度計(jì)應(yīng)用最為普遍。在我國常用用的熱電偶達(dá)數(shù)十種，國際電工委員會(huì)IEC對(duì)其中已被國際公認(rèn)的8種熱電偶制定了國際標(biāo)準(zhǔn)，這些熱電偶稱為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)熱電偶已列入工業(yè)化標(biāo)

30、準(zhǔn)文件中，文件規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系、答應(yīng)誤差、并具有統(tǒng)一的分度表，標(biāo)準(zhǔn)熱電偶具有與其配套的顯示儀表可供選用；與此對(duì)應(yīng)，非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在適用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。本設(shè)計(jì)選擇K型熱電偶（鎳鉻鎳硅），其長期使用溫度為-2701000，短期使用溫度可達(dá)到1300，在工業(yè)中應(yīng)用最多，適應(yīng)氧化性環(huán)境、線性度好。下表為其分度表部分內(nèi)容，參考端溫度為0。表2.4 K型熱電偶分度表（節(jié)選）由溫度傳感器檢測(cè)來的信號(hào)不是標(biāo)準(zhǔn)的電壓（電流）信號(hào)，不能夠直接傳送給PLC，因此溫度傳感器采集到的溫度信號(hào)要經(jīng)過變送器的處理以后才能被A/D轉(zhuǎn)換器識(shí)別并

31、轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。溫度變送器由基準(zhǔn)源、冷端補(bǔ)償、放大單元、線性化處理、V/I轉(zhuǎn)換、斷偶處理、反接保護(hù)、限流保護(hù)等電路單元組成。它是將熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)經(jīng)冷端補(bǔ)償放大后，再由線性電路消除熱電勢(shì)與溫度的非線性誤差，最后放大轉(zhuǎn)換為420mA電流輸出信號(hào)。為防止熱電偶測(cè)量中由于電偶斷絲而使控溫失效造成事故，變送器中還設(shè)有斷電保護(hù)電路。當(dāng)熱電偶斷絲或接解不良時(shí)，變送器會(huì)輸出最大值（28mA）以使儀表切斷電源。由于本設(shè)計(jì)采取了K型熱電偶傳感器，故而熱電偶溫度變送器采用K型熱電偶溫度變送器。2.1.3 電力調(diào)整器本設(shè)計(jì)采用的鍋爐為電阻爐，電阻爐是基于電阻發(fā)熱原理的加熱設(shè)備。電阻爐溫度控制系統(tǒng)一般包括控制

32、回路和主回路兩個(gè)部分，主回路是由可控硅、過電流保護(hù)快速熔斷器、過電壓保護(hù)R C 和電阻爐的加熱元件等部分組成；控制回路是由直流信號(hào)電源、直流工作電源、電流反饋環(huán)節(jié)、同步信號(hào)環(huán)節(jié)、觸發(fā)脈沖產(chǎn)生器、溫度檢測(cè)器和PID溫度調(diào)節(jié)器等部分組成，其中主回路根據(jù)控制回路PID控制信號(hào)經(jīng)功率分配調(diào)節(jié)裝置（調(diào)功器）來調(diào)整加熱體能夠獲取的發(fā)熱功率。調(diào)功器是加熱主回路的核心部件，目前大多采用一體化的晶閘管電力控制器來實(shí)現(xiàn)電阻爐負(fù)載功率的調(diào)節(jié)分配?！熬чl管”又稱“可控硅”（SCR），是一種四層三端半導(dǎo)體器件，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、功能強(qiáng)大等有點(diǎn)。晶閘管門極與負(fù)極之間輸入正向觸發(fā)電壓時(shí)晶閘管導(dǎo)通，陽極A與陰極K之間外加

33、正向電壓；若晶閘管陽極和陰極之間外加的是交流電壓，則在電壓過零時(shí)晶閘管會(huì)自行關(guān)斷。調(diào)功器主要利用了晶閘管的無觸點(diǎn)開關(guān)特性，能夠迅速的將器件從關(guān)閉或阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換為開啟或?qū)顟B(tài)，通過開端狀態(tài)和導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)間的改變來調(diào)節(jié)負(fù)載上的電壓波形；同時(shí)由于晶閘管具有較寬的電流電壓控制能力，晶閘管的應(yīng)用也逐漸普及起來，常用于高電壓和大電流的控制，通常情況下以封裝好的整體單元來進(jìn)行使用。晶閘管調(diào)功器一般由觸發(fā)板、晶閘管模塊、專用散熱器、風(fēng)機(jī)、外殼等組成，其核心部件是控制板和晶閘管模塊，散熱系統(tǒng)采用高效散熱、低噪音風(fēng)機(jī)。晶閘管調(diào)功器一般與帶有0-5V，4-20mA的智能PID調(diào)節(jié)器或PLC配套使用，負(fù)載類型可以是三

34、相阻性負(fù)載、三相感性負(fù)載及三相變壓器負(fù)載。目前主流電力調(diào)整器都是調(diào)壓與調(diào)功一體化的，調(diào)壓采用移相控制方式，有定周期調(diào)功和變周期調(diào)功兩種方式。本設(shè)計(jì)主要采用JK3S系列調(diào)功器。JK3S系列調(diào)功器是具有高度數(shù)字化的新型功率控制設(shè)備，集移向調(diào)壓型和變周期、定周期過零調(diào)功型三種觸發(fā)方式于一體，通過外部轉(zhuǎn)換開關(guān)可在三種觸發(fā)方式之間任意轉(zhuǎn)換；帶有數(shù)碼顯示模塊，能夠?qū)崟r(shí)顯示輸入信號(hào)、負(fù)載功率、負(fù)載電壓以及負(fù)載電流，有斜率調(diào)整、緩啟動(dòng)、緩關(guān)斷、電流限制、過流保護(hù)、電壓限制、過壓保護(hù)報(bào)警等功能，具有開環(huán)調(diào)壓、閉環(huán)恒流、閉環(huán)恒壓、閉環(huán)恒功率四種調(diào)節(jié)方式；參數(shù)設(shè)置方便，接線簡單，具有通訊功能，RS485接口，標(biāo)準(zhǔn)M

35、ODBUS RTU通訊協(xié)議，計(jì)算機(jī)能夠通過485通訊數(shù)字量進(jìn)行控制。JK3S型三相數(shù)字可控硅調(diào)壓器與0-5V、4-20ma的智能PID調(diào)節(jié)器或PLC配套使用，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的溫度控制。從北京佳凱中興自動(dòng)化技術(shù)有限公司網(wǎng)站上查閱到主要技術(shù)參數(shù)如下：表2.5 JK3S系列三相全數(shù)字晶閘管功率控制器輸入主回路電源3AC100500V，4565Hz控制電源AC220V±15%風(fēng)機(jī)電源AC220V，50/60Hz輸出輸出電壓主回路輸入電壓的095%輸出電流AC253000A控制方式開環(huán)、恒壓、恒流、恒功率、調(diào)功、LZ等任意選擇負(fù)載性質(zhì)電阻性、電感性、變壓器一次側(cè)主要控制特性控制信號(hào)模擬給定、內(nèi)部

36、數(shù)字給定、通訊給定任意選擇輸入輸出5路模擬量輸入（可編程），4路開關(guān)量輸入（可編程）4路模擬量輸出（可編程），3路開關(guān)量輸出（可編程）保護(hù)過流保護(hù)輸出電流2倍額定值時(shí)保護(hù)時(shí)保護(hù)頻率故障電源頻率超出范圍時(shí)保護(hù)（4565Hz）SCR過熱保護(hù)SCR溫度75時(shí)保護(hù)缺相保護(hù)主回路輸入電源缺相時(shí)保護(hù)負(fù)載斷線負(fù)載斷線或部分?jǐn)嗑€時(shí)保護(hù)調(diào)節(jié)精度電流、電壓、功率控制優(yōu)于1%2.2 硬件連接圖2.1 硬件連接圖圖2.2 EM235模擬量輸出模塊的端子接線圖2.3 地址分配表表2.6 I/O地址分配如表I0.0啟動(dòng)按鈕I0.1停止按鈕Q0.0啟動(dòng)指示燈Q0.1停止指示燈第三章 軟件設(shè)計(jì)3.1 PID控制程序設(shè)計(jì)3.1

37、.1 PID控制內(nèi)容PID控制是比例積分微分控制的簡稱。在生產(chǎn)過程自動(dòng)控制的發(fā)展歷程中，PID控制是歷史最悠久生命力最強(qiáng)的基本控制方式。PID控制具有以下優(yōu)點(diǎn)：原理簡單，使用方便：PID控制是由P、I、D三個(gè)環(huán)節(jié)的不同組合而成，其基本組成原理比較簡單，很容易理解，參數(shù)的物理意義也比較明確；適應(yīng)強(qiáng)：可以廣泛應(yīng)用于化工、熱工、冶金、煉油等生產(chǎn)部門，按PID控制進(jìn)行工作的自動(dòng)化調(diào)節(jié)器已經(jīng)商品化。魯棒性強(qiáng)：控制品質(zhì)對(duì)被控對(duì)象特征的變化不太敏感。PID控制中P、I、D分別代表比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)：比例控制(P)：最簡單的控制方式，最主要特點(diǎn)是有差調(diào)節(jié)，即控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。調(diào)節(jié)

38、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)：控制器的輸出信號(hào)的變化速度與偏差信號(hào)成正比關(guān)系，最主要的特點(diǎn)是無差調(diào)節(jié)，即調(diào)節(jié)閥開度與當(dāng)時(shí)被調(diào)量的數(shù)值本身沒有直接關(guān)系，故而被稱為浮動(dòng)調(diào)節(jié)。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：控制器的輸出信號(hào)與輸入誤差信號(hào)的微分成正比關(guān)系。微分控制具有超前作用，避免較大的誤差出現(xiàn)，微分控制不能消除余差，只能夠起到輔助調(diào)節(jié)的作用，可以與其他調(diào)節(jié)結(jié)合成PI、PD或PID等。3.1.2 PID控制原理（PID算法）圖3.1 PIF閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖連續(xù)PID算法方程用數(shù)學(xué)公式表達(dá)如下： 式（4.1）其中

39、：為PID回路輸出；為比例系數(shù)P；為積分系數(shù)I； 為微分系數(shù)D由于PLC運(yùn)算不可能做到連續(xù)，而是按照掃描周期進(jìn)行，所以PLC中檢測(cè)值是按照設(shè)定的時(shí)間周期進(jìn)行采樣，然后把采樣值放到公式里進(jìn)行運(yùn)算。假設(shè)采樣周期是T，初始時(shí)間為零，利用矩形積分代替精度連續(xù)積分，利用差分代替精度連續(xù)微分，可以把上式簡化成： 式（4.2）式中， 稱為比例項(xiàng) 稱為積分項(xiàng) 稱為微分項(xiàng)3.1.3 PID輸入輸出值轉(zhuǎn)換（1）在實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)定值和檢測(cè)值均為實(shí)際數(shù)值，其大小、范圍和工程單位可能不同。將這些實(shí)際數(shù)值用于PID指令操作之前，必須將其轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)化小數(shù)表示法。方法如下：第一步是將實(shí)際數(shù)值從16為整數(shù)數(shù)值轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)或?qū)崝?shù)數(shù)

40、值，然后將這些小數(shù)數(shù)值轉(zhuǎn)換成0.01.0之間的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值。轉(zhuǎn)化公式：PID標(biāo)準(zhǔn)值=原值值域+偏置式中：偏置是單極性數(shù)值取0.0，是雙極性數(shù)值取0.5；值域是可能的最大值減去可能的最小值的差值。 圖3.2a 單極性數(shù)值例子程序 圖3.2b 雙極性數(shù)值例子程序（2）在實(shí)際應(yīng)用中，輸出值均為是數(shù)值，其大小、范圍和工程單位可能不同。這些實(shí)際數(shù)值用于PID指令之后，必須將PID標(biāo)準(zhǔn)化小數(shù)轉(zhuǎn)化為實(shí)際數(shù)值，方法如下：第一步是將PID標(biāo)準(zhǔn)值轉(zhuǎn)化成實(shí)數(shù)數(shù)值，然后將實(shí)數(shù)數(shù)值轉(zhuǎn)換成032000或-32000+32000之間的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值。轉(zhuǎn)換公式：實(shí)際輸出值=（PID標(biāo)準(zhǔn)輸出值-偏置）值域式中：偏置是單極性數(shù)值取0.

41、0，是雙極性數(shù)值取0.5；值域是可能的最大值減去可能的最小值的差值。 圖3.3a 單極性數(shù)值例子程序 圖3.3b雙極性數(shù)值例子程序3.1.4 PID在PLC中的回路指令PID運(yùn)算指令是根據(jù)表格（TBL）中的輸入和設(shè)置信息對(duì)LOOP指定的回路執(zhí)行PID環(huán)路計(jì)算的指令，其指令樣式如下：表3.1 PID計(jì)算指令樣式輸入/輸出操作數(shù)數(shù)據(jù)類型TBLVB字節(jié)LOOP常量（0-7）字節(jié)由于需要進(jìn)行PID閉環(huán)控制的場(chǎng)合很多，一般的PLC都具有PID運(yùn)算指令，用戶只需要按照向?qū)б笠徊揭徊捷斎牒团渲没芈穮?shù)信息，即可立即達(dá)到PID運(yùn)算的任務(wù)。表3.2 基本PID環(huán)路表字節(jié)偏移量代表意義數(shù)據(jù)類型IN/OUT說明0

42、檢測(cè)值小數(shù)IN范圍：0.0-1.04設(shè)定值小數(shù)IN范圍：0.0-1.08輸出值小數(shù)IN/OUT范圍：0.0-1.012增益小數(shù)IN比例常數(shù)，可正可負(fù)16采樣時(shí)間小數(shù)IN單位為“秒”，正數(shù)20積分時(shí)間小數(shù)IN單位為“分鐘”，正數(shù)24微分時(shí)間小數(shù)IN單位為“分鐘”，正數(shù)28積分前項(xiàng)小數(shù)IN/OUT范圍：0.0-1.032檢測(cè)前項(xiàng)小數(shù)IN/OUT最近一次PID運(yùn)算的檢測(cè)值3.1.5 PID參數(shù)調(diào)整的一般步驟目前應(yīng)用最多的整定方法主要是工程整定法，包括經(jīng)驗(yàn)法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反映曲線法。這里介紹一般步驟：（1）確定比例增益 P 確定比例增益 P 時(shí)，首先去掉 PID 的積分項(xiàng)和微分項(xiàng)，一般是

43、令 Ti=0、Td=0，PID 為 純比例調(diào)節(jié)。輸入設(shè)定為系統(tǒng)允許的最大值的 60%70%，由 0 逐漸加大比例增益 P，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；再反過來，從此時(shí)的比例增益 P 逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此時(shí)的比例增益 P，設(shè)定 PID 的比例增益 P 為當(dāng)前值的60%70%。比例增益 P 調(diào)試完成。 （2）確定積分時(shí)間常數(shù) Ti 比例增益 P 確定后，設(shè)定一個(gè)較大的積分時(shí)間常數(shù) Ti 的初值，然后逐漸減小 Ti，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，之后在反過來，逐漸加大 Ti，直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時(shí)的 Ti，設(shè)定 PID 的積分時(shí)間常數(shù) Ti 為當(dāng)前值的 150%180%。積分時(shí)間常數(shù) Ti 調(diào)試完成。

44、（3）確定積分時(shí)間常數(shù) Td 積分時(shí)間常數(shù) Td 一般不用設(shè)定，為 0 即可。若要設(shè)定，與確定 P 和 Ti 的方法相同，取不振蕩時(shí)的 30%。 （4）系統(tǒng)空載、帶載聯(lián)調(diào)，再對(duì) PID 參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，直至滿足要求 3.2 程序設(shè)計(jì)流程圖由于電熱爐具有較大的延時(shí)性，因此一般采用分段式進(jìn)行控制。大致分為三段控制：第一段，在開始階段電源為滿開度，以最大功率輸出克服熱慣性；第二段，等溫度達(dá)到一定值以后轉(zhuǎn)換為PID控制；第三段，接近設(shè)定溫度是置電源開度為0，提供一個(gè)保溫階段，以適應(yīng)溫度的滯后升溫。本系統(tǒng)根據(jù)SP與PV的差值來進(jìn)行判斷，當(dāng)(1)SP-PV>5時(shí)，輸出值為最大值32767，使電壓調(diào)節(jié)器

45、開度最大，即給加熱器最大電壓供電，使被測(cè)對(duì)象快速升溫；（2）SP-PV>-5或者SP-PV<5時(shí)，進(jìn)行PID控制，輸出值為PID的值；（3）SP-PV<-5時(shí)，輸出值為最小值0，電壓調(diào)節(jié)器開度為零，即停止加熱。故而可作出程序流程圖如下： 圖3.4 程序流程圖3.3 內(nèi)存分配地址及PID指令回路表表3.3 內(nèi)存分配地址地址說明VD0設(shè)定溫度存放VD4測(cè)量溫度存放VD8溫度偏差存放表3.4 PID指令回路表地址名稱說明VD100過程變量PVn0.0-1.0之間VD104給定值SPn0.0-1.0之間VD108輸出值Mn0.0-1.0之間VD112增益Kc比例常數(shù)，可負(fù)可正VD11

46、6采樣時(shí)間Ts單位s，正數(shù)VD120積分時(shí)間Ti單位min，正數(shù)VD124微分時(shí)間Td單位min，正數(shù)VD128積分項(xiàng)前值MX0.0-1.0之間VD132過程變量前值PVn-10.0-1.0之間3.4 S7-200程序設(shè)計(jì)梯形圖3.4.1 啟動(dòng)/停止按下啟動(dòng)按鈕后，開始標(biāo)志位M0.1置位，M0.2復(fù)位；按下停止按鈕后，開始標(biāo)志位M0.1復(fù)位，M0.2置位3.4.2 初始化啟動(dòng)時(shí)，運(yùn)行指示燈Q0.0點(diǎn)亮；停止時(shí)，停止指示燈Q0.1點(diǎn)亮，并清空輸出模擬量AQW0防止繼續(xù)加熱；3.4.3 調(diào)用子程序調(diào)用子程序，并將設(shè)定溫度輸送到設(shè)定溫度存儲(chǔ)器；3.4.4 數(shù)據(jù)導(dǎo)入將設(shè)定溫度及PID各個(gè)參數(shù)導(dǎo)入PID

47、運(yùn)算當(dāng)中，并確定中斷間隔時(shí)間；3.4.5 測(cè)量值歸一處理測(cè)量值為模擬量，必須轉(zhuǎn)換為數(shù)字量以后才能進(jìn)行運(yùn)算，將轉(zhuǎn)換后的測(cè)量值送到變量存儲(chǔ)器中，最后導(dǎo)入PID運(yùn)算；3.4.6 計(jì)算設(shè)定量與過程變量差值將設(shè)定量與過程變量進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，根據(jù)兩者之間的差值選擇合適的加熱方式；3.4.7 根據(jù)具體情況選擇合適的加熱方式若實(shí)際溫度與設(shè)定溫度差值過大，可選擇大功率加熱，此時(shí)調(diào)壓器處于全開狀態(tài)；若實(shí)際溫度與設(shè)定溫度差值不大，可選擇PID控制加熱，此時(shí)調(diào)壓器由PID進(jìn)行控制；若實(shí)際溫度與設(shè)定溫度差值很小，則停止加熱運(yùn)用加熱延遲性即可；若實(shí)際溫度已經(jīng)超過設(shè)定溫度，則停止加熱，兩種情況下調(diào)壓器處于全閉狀態(tài)，輸出為零；

48、根據(jù)具體情況選擇合適加熱方式根據(jù)具體情況選擇合適的加熱方式第四章 組態(tài)軟件Kingview組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是亞控科技開發(fā)的新型工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，組態(tài)王以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代了傳統(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)和開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。組態(tài)王軟件結(jié)構(gòu)是由工程管理器、工程瀏覽器以及運(yùn)行系統(tǒng)三個(gè)部分構(gòu)成。工程管理器主要用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理，對(duì)已有的工程進(jìn)行搜索、添加、備份、回復(fù)以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入和導(dǎo)出等功能；工程瀏覽器是一個(gè)工程開發(fā)設(shè)計(jì)工具，用于創(chuàng)建監(jiān)控畫面、監(jiān)控的設(shè)備及相關(guān)變量、動(dòng)畫連接、命令語言以及設(shè)定運(yùn)行系統(tǒng)配置等的系統(tǒng)組態(tài)工具

49、；運(yùn)行系統(tǒng)是工程運(yùn)行界面，可以從采集設(shè)備中獲取通信數(shù)據(jù)，并依據(jù)工程瀏覽器的動(dòng)畫設(shè)計(jì)顯示動(dòng)態(tài)畫面，實(shí)現(xiàn)人與控制設(shè)備的交互操作。通常情況下，建立一個(gè)組態(tài)王應(yīng)用工程大致可以分為以下幾個(gè)步驟：1、創(chuàng)建新工程；2、定義硬件設(shè)備并添加工程變量；3、制作圖形畫面并定義動(dòng)畫連接；4、編寫命令語言；5、進(jìn)行運(yùn)行系統(tǒng)配置；6、保存工程并運(yùn)行。需要注意的是，以上6個(gè)步驟并不是完全獨(dú)立，甚至大部分是交錯(cuò)進(jìn)行的，在用組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)編制工程時(shí)，要依照以上步驟考慮三個(gè)方面的問題：圖形、數(shù)據(jù)和連接。4.1 外部設(shè)備定義組態(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。通常外部設(shè)備包括下位機(jī)（PLC、儀表

50、、模塊、板卡、變頻器），他們一般通過串行口和上位機(jī)交換數(shù)據(jù)；其他Windows應(yīng)用程序，他們之間一般通過DDE交換數(shù)據(jù)；外部設(shè)備還包括網(wǎng)絡(luò)上的其他計(jì)算機(jī)。本設(shè)計(jì)主要的控制功能由PLC實(shí)現(xiàn)，并在前文對(duì)PLC的控制進(jìn)行了相應(yīng)設(shè)計(jì)，組態(tài)王主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)功能，不與Windows程序或其他計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)交互，故而本設(shè)計(jì)的外部設(shè)備為“西門子S7-200PLC”，并使用“設(shè)置配置向?qū)А卑凑詹襟E完成設(shè)備的連接（如下圖）。圖4.1 設(shè)置配置向?qū)褂檬疽鈭D4.2 數(shù)據(jù)變量若要實(shí)現(xiàn)組態(tài)王對(duì)下位機(jī)的在線檢測(cè)和控制，就必須建立起組態(tài)王與下位機(jī)之間的聯(lián)系，即建立兩者的數(shù)據(jù)變量。在組態(tài)王中，變量的集合形象的稱為“數(shù)據(jù)詞典”，數(shù)據(jù)

51、詞典位于工程瀏覽器中的“數(shù)據(jù)庫”項(xiàng)的下拉列表中，記錄了所有用戶可使用的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息。數(shù)據(jù)詞典中存放的是應(yīng)用工程中定義的變量以及系統(tǒng)變量，分為基本類型和特殊類型，而基本類型有分為“內(nèi)存變量”和“I/O變量”兩種，其中“I/O變量”指的是組態(tài)王與外部設(shè)備或其他應(yīng)用程序交換的變量。這種數(shù)據(jù)交換是雙向的、動(dòng)態(tài)的，即組態(tài)王系統(tǒng)運(yùn)行過程中，每當(dāng)“I/O變量”的值變化時(shí)，該值就會(huì)自動(dòng)寫入外部設(shè)備或遠(yuǎn)程應(yīng)用程序；每當(dāng)外部設(shè)備或遠(yuǎn)程應(yīng)用程序的值變化時(shí)，組態(tài)王系統(tǒng)的變量值也會(huì)自動(dòng)改變。定義數(shù)據(jù)變量可以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)開始之前進(jìn)行設(shè)計(jì)，即通過“數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)詞典新建”來定義變量，也可以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行定義，為了更好

52、的展現(xiàn)變量應(yīng)用的場(chǎng)合，本文采用的后一種設(shè)計(jì)方式，將在下文各步驟設(shè)計(jì)中體現(xiàn)。4.3 組態(tài)王畫面設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)為“基于西門子S7-200PLC的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”，主要控制由PLC進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，故而擬通過組態(tài)王實(shí)現(xiàn)簡單的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)作用。在擬實(shí)現(xiàn)功能上，初步選定能夠指示運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度反饋、實(shí)現(xiàn)溫度變化趨勢(shì)、實(shí)現(xiàn)報(bào)警記錄查詢等功能，組態(tài)王主畫面設(shè)計(jì)如下：其中：狀態(tài)指示燈能夠根據(jù)加熱運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行反映，保證用戶最直接的判斷運(yùn)行狀態(tài)；實(shí)時(shí)溫度反饋通過數(shù)字實(shí)現(xiàn)，精準(zhǔn)的反映出鍋爐實(shí)時(shí)溫度；溫度變化趨勢(shì)主要用來實(shí)現(xiàn)加熱狀態(tài)和趨勢(shì)的初步判斷；報(bào)警記錄能夠?qū)v史報(bào)警記錄進(jìn)行查詢；圖4.2 監(jiān)控界面示意圖4.3.1 建立

53、新畫面組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)可以為每個(gè)工程建立數(shù)目不限的畫面，在每個(gè)畫面上生成相互關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)圖形對(duì)象。組態(tài)王采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，使用戶可以方便的監(jiān)理畫面的圖形界面，用戶構(gòu)圖時(shí)，可以像搭積木那樣利用系統(tǒng)提供的圖形對(duì)象完成畫面的生成，同時(shí)支持畫面之間的圖形對(duì)象復(fù)制，可重復(fù)使用以前的開發(fā)結(jié)果。在工程瀏覽器左側(cè)的“工程目錄顯示區(qū)”中選擇“畫面”選項(xiàng)，在右側(cè)視圖中雙擊“新建”圖標(biāo)，彈出新建畫面對(duì)話框，如圖：圖4.3 新建畫面操作示意圖 4.3.2 實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線制作趨勢(shì)曲線用來反應(yīng)變量隨時(shí)間的變化情況，組態(tài)王對(duì)趨勢(shì)分析提供了強(qiáng)有力的支持和簡單的控制方法。趨勢(shì)曲線有實(shí)時(shí)曲線和歷史趨勢(shì)曲線兩種，對(duì)于實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線最多可以顯示4條曲線，而歷史趨勢(shì)曲線最多可顯示16條曲線，而一個(gè)畫面中可以定義數(shù)量不限的趨勢(shì)趨勢(shì)。趨勢(shì)曲線中，工程人員可以規(guī)定時(shí)間間距、數(shù)據(jù)的數(shù)值范圍、網(wǎng)絡(luò)分辨率、