基于plc的鍋爐溫度控制系統(tǒng)

畢業(yè)論文基于plc的鍋爐溫度控制系統(tǒng)TheboilertemperaturecontrolsystemBasedonPLC學(xué)生姓名：專業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)教師：完成日期：吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院JilinVocationalCollegeofIndustryandTechnology摘要從上世紀(jì)80年代至90年代中期，PLC得到了快速的發(fā)展，在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)oPLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來(lái)，是無(wú)法取代的。本文介紹了以鍋爐為被控對(duì)象，以鍋爐出口水溫為主被控參數(shù)，以爐膛內(nèi)水溫為副被控參數(shù)，以加熱爐電阻絲電壓為控制參數(shù)，以PLC為控制器，構(gòu)成鍋爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)；采用PID算法，運(yùn)用PLC梯形圖編程語(yǔ)言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)鍋爐溫度的自動(dòng)控制。電熱鍋爐的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，在相當(dāng)多的領(lǐng)域里，電熱鍋爐的性能優(yōu)劣決定了產(chǎn)品的質(zhì)量好壞。目前電熱鍋爐的控制系統(tǒng)大都采用以微處理器為核心的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，既提高設(shè)備的自動(dòng)化程度又提高設(shè)備的控制精度。本文分別就電熱鍋爐的控制系統(tǒng)工作原理，溫度變送器的選型、PLC配置、組態(tài)軟件程序設(shè)計(jì)等幾方面進(jìn)行闡述。通過(guò)改造電熱鍋爐的控制系統(tǒng)具有響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、可靠性高,控制精度好等特點(diǎn)，對(duì)工業(yè)控制有現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞：電熱鍋爐的控制系統(tǒng)溫度控制串級(jí)控制PLCPIDTheboilertemperaturecontrolsystemBasedonPLCAbstractFromthelastcenturyto90inthemid80's,PLChasbeenrapiddevelopmentinthisperiod,PLCcapabilityindealingwithanaloganddigitalcomputingpower,man-machineinterfacecapabilitiesandnetworkcapabilitiesaregreatlyimproved,PLCgraduallyenteringthefieldofprocesscontrol,replacedinsomeapplicationsinthefieldofprocesscontroldominantDCS.PLChastheversatility,easeofuse,wideadaptation,highreliabilityandstronganti-interference,simpletoprogramandsoon.PLCcontrol,especiallyintheindustrialautomationsequencecontroltheposition,intheforeseeablefuture,isnosubstitute.ThispaperintroducestheboilerasthechargedobjecttotheboilerwatertemperatureofthemainaccusedoftheexportparameterstofurnacetemperatureasdeputyaccusedofparameterstocontroltheheatingresistancewirevoltageparameterstoPLC,controller,constitutesaseriesofboilertemperaturelevelcontrolsystem;usingPIDalgorithm,theuseofPLCladderprogramminglanguage,programming,boilertemperaturecontrol.Electricboilersawiderangeofapplications,inaconsiderablenumberoffield,theelectricboilerperformanceadvantagesanddisadvantagesofthedecisionThequalityoftheproduct.Electricboilercontrolsystemscurrentlyusedmostlyforcomputercontrolmicroprocessorcoretechnology,bothtoimprovetheautomationequipmenthaveimprovedthecontrolprecisionequipment.Thispaperontheheatingboilercontrolsystemworks,selectionoftemperaturetransmitter,PLCconfigurations,theconfigurationsoftwaredesignaspectsweredescribed.Throughthetransformationofelectricboilercontrolsystemhasfastresponse,goodstability,highreliability,controlaccuracyandgoodfeatures,practicalsignificanceforindustrialcontrol.Keywords:heatingboilercontrolsystemtemperaturecontrolcascadecontrolPLCPI目錄TOC\o"1-5"\h\z摘要IABSTRACTII1.1課題背景及研究目的和意義-6-1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀-6-1.3項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容-7-第二章PLC和組態(tài)軟件基礎(chǔ)-8-2.1可編程控制器基礎(chǔ)-8-2.1.1可編程控制器的產(chǎn)生和應(yīng)用-8-2.1.2可編程控制器的組成和工作原理-9-2.1.3可編程控制器的分類及特點(diǎn)-11-2.2組態(tài)軟件的基礎(chǔ)-12-2.2.1組態(tài)的定義-12-2.2.2組態(tài)王軟件的特點(diǎn)-13-2.2.3組態(tài)王軟件仿真的基本方法-13-第三章PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)14-PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟-14-PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則-14-PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟-14-PLC程序設(shè)計(jì)的一般步驟-15-PLC的選型和硬件配置-16-PLC型號(hào)的選擇-16-S7-200CPU的選擇-16-熱電式傳感器-17-可控硅加熱裝置簡(jiǎn)介-18-3.3系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案和電氣連接圖-18-3.4.1控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立-18-PID控制及參數(shù)整定-19-第四章PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)22-PLC程序設(shè)計(jì)的方法-224.2編程軟件STEP7—Micro/WIN概述-23-STEP7—Micro/WIN簡(jiǎn)單介紹-23-計(jì)算機(jī)與PLC的通信-24-4.3程序設(shè)計(jì)-24-4.3.1程序設(shè)計(jì)思路-24-PID指令向?qū)?25-4.3.3控制程序及分析-33-第五章組態(tài)畫面的設(shè)計(jì)38-組態(tài)變量的建立及設(shè)備連接-38-5.1.1新建項(xiàng)目-38-創(chuàng)J建組態(tài)畫面-445.2.1新建主畫面-44-5.2.2新建PID參數(shù)設(shè)定窗口-44-5.2.3新建數(shù)據(jù)報(bào)表-45-5.2.4新建實(shí)時(shí)曲線-46-5.2.5新建歷史曲線-47-5.2.6新建報(bào)警窗口-47-第六章系統(tǒng)測(cè)試???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????-50-6.1啟動(dòng)組態(tài)王-50實(shí)時(shí)曲線觀察-51分析歷史趨勢(shì)曲線-51查看數(shù)據(jù)報(bào)表-54系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試-55-結(jié)束語(yǔ)???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????-6-參考文獻(xiàn)?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????-58-致謝第一章緒論1.1課題背景及研究目的和意義電熱鍋爐的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，電熱鍋爐的性能優(yōu)劣決定了產(chǎn)品的質(zhì)量好壞。目前電熱鍋爐的控制系統(tǒng)大都采用以微處理器為核心的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，既提高設(shè)備的自動(dòng)化程度又提高設(shè)備的控制精度。PLC的快速發(fā)展發(fā)生在上世紀(jì)80年代至90年代中期。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到了很大的提高和發(fā)展。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。[4]PID控制是迄今為止最通用的控制方法之一。因?yàn)槠淇煽啃愿摺⑺惴ê?jiǎn)單、魯棒性好，所以被廣泛應(yīng)用于過(guò)程控制中,尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性系統(tǒng)°PID控制的效果完全取決于其四個(gè)參數(shù)，即采樣周期t、比例系數(shù)K、sp積分系數(shù)K、微分系數(shù)K。因而,PID參數(shù)的整定與優(yōu)化一直是自動(dòng)控制領(lǐng)域研id究的重要課題。PID在工業(yè)過(guò)程控制中的應(yīng)用已有近百年的歷史，在此期間雖然有許多控制算法問(wèn)世，但由于PID算法以它自身的特點(diǎn)，再加上人們?cè)陂L(zhǎng)期使用中積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，使之在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。在PID算法中，針對(duì)P、I、D三個(gè)參數(shù)的整定和優(yōu)化的問(wèn)題成為關(guān)鍵問(wèn)題。⑸1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀自70年代以來(lái)，由于工業(yè)過(guò)程控制的需要，特別是微電子技術(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(guó)內(nèi)外溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展迅速，并在智能化，自適應(yīng)、參數(shù)整定等方面取得成果，在這方面，以日本、美國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、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。它們主要有以下特點(diǎn)：1）適應(yīng)于大慣性、大滯后等復(fù)雜的溫度控制體統(tǒng)的控制。2）適用于受控系統(tǒng)過(guò)程復(fù)雜、參數(shù)時(shí)變的溫度控制系統(tǒng)的控制。3）這些溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用先進(jìn)的算法，適應(yīng)范圍廣泛。4）溫度控制器普遍具有參數(shù)整定功能。借助于計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，溫度控制器具有對(duì)控制參數(shù)及特性進(jìn)行自整定的功能。有的還具有自學(xué)習(xí)功能。隨溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然應(yīng)用很廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來(lái)講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比仍然有著較大的差距。能適應(yīng)于較高的控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國(guó)內(nèi)還不十分成熟。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)溫度控制系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，因此，高精度、智能化、人性化的溫度控制系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)外必然發(fā)展的趨勢(shì)。1.3項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容以鍋爐為被控對(duì)象，以鍋爐出口水溫為主被控參數(shù)，以爐膛內(nèi)水溫為副被控參數(shù)，以加熱爐電阻絲電壓為控制參數(shù)，以PLC為控制器，構(gòu)成鍋爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)；采用PID算法，運(yùn)用PLC梯形圖編程語(yǔ)言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)鍋爐溫度的自動(dòng)控制?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)控制裝置。其性能優(yōu)越，已被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，并已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（PLC、工業(yè)機(jī)器人、CAD/CAM）之一。PLC技術(shù)在溫度監(jiān)控系統(tǒng)上的應(yīng)用從整體上分析和研究了控制系統(tǒng)的硬件配置、電路圖的設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)，控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立、控制算法的選擇和參數(shù)的整定、人機(jī)界面的設(shè)計(jì)等。論文通過(guò)對(duì)德國(guó)西門子公司的S7-200系列PLC控制器，溫度傳感器將檢測(cè)到的實(shí)際爐溫轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到PLC中進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，PID控制器輸出轉(zhuǎn)化為0-10mA的電流信號(hào)輸入控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變可控硅管導(dǎo)通角的大小來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率。對(duì)于監(jiān)控畫面，利用亞控公司的組態(tài)軟件“組態(tài)王“串級(jí)系統(tǒng)是由調(diào)節(jié)器串聯(lián)起來(lái)工作，其中一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出作為另一個(gè)調(diào)節(jié)器的給定值的系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)包括兩個(gè)控制回路，主回路和副回路。副回路由副變量檢測(cè)變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過(guò)程構(gòu)成；主回路由主變量檢測(cè)變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過(guò)程和主過(guò)程構(gòu)成。一次擾動(dòng)：作用在主被控過(guò)程上的，而不包括在副回路范圍內(nèi)的擾動(dòng)。二次擾動(dòng)：作用在副被控過(guò)程上的，即包括在副回路范圍內(nèi)的擾動(dòng)。在串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于引入了一個(gè)副回路，不僅能及早克服進(jìn)入副回路的擾動(dòng)，而且又能改善過(guò)程特性。副調(diào)節(jié)器具有“粗調(diào)”的作用，主調(diào)節(jié)器具有“細(xì)調(diào)”的作用，從而使其控制品質(zhì)得到進(jìn)一步提高。[7]第二章PLC和組態(tài)軟件基礎(chǔ)可編程控制器是是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱PLC(ProgrammablelogicController)，它使用可編程序的記憶以存儲(chǔ)指令，用來(lái)執(zhí)行邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、和演算等功能，并通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入輸出，以控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程控制器基礎(chǔ)可編程控制器的產(chǎn)生和應(yīng)用1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司成功研制世界第一臺(tái)可編程序控制器PDP-14,并在GM公司的汽車自動(dòng)裝配線上首次使用并獲得成功。1971年日本從美國(guó)引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，很快研制出第一臺(tái)可編程序控制器DSC-18°1973年西歐國(guó)家也研制出他們的第一臺(tái)可編程控制器。我國(guó)從1974年開始研制，1977年開始工業(yè)推廣應(yīng)用。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是PLC采用通訊微處理器之后，這種控制器功能得到更進(jìn)一步增強(qiáng)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以16位和少數(shù)32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化PLC，使PLC的功能增強(qiáng)，工作速度快，體積減小，可靠性提高，成本下降，編程和故障檢測(cè)更為靈活，方便。目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。2.1.2可編程控制器的組成和工作原理可編程控制器的組成:PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架。1．CPUCPU是PLC的核心，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。2.I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過(guò)輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI）,開關(guān)量輸出（DO）,模擬量輸入（AI）,模擬量輸出（AO）等模塊。常用的I/O分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，還有特殊10模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。3.編程器編程器的作用是用來(lái)供用戶進(jìn)行程序的輸入、編輯、調(diào)試和監(jiān)視的。編程器一般分為簡(jiǎn)易型和智能型兩類。簡(jiǎn)易型只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語(yǔ)言助記符后才能送入。而智能型編程器（又稱圖形編程器），不但可以連機(jī)編程，而且還可以脫機(jī)編程。操作方便且功能強(qiáng)大。4.電源PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。[6]可編程控制器的工作原理:PLC的工作方式是一個(gè)不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。CPU從第一條指令開始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。PLC工作的全過(guò)程可用圖2-1所示的運(yùn)行框圖來(lái)表示。出措處理上電處理掃描過(guò)程圖2-1可編程控制器運(yùn)行框圖2.1.3可編程控制器的分類及特點(diǎn)（一）小型PLC小型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)一般在128點(diǎn)以下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)硬件融為一體，除了開關(guān)量I/O以外，還可以連接模擬量I/O以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)、運(yùn)算數(shù)據(jù)處理和傳送通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。（二）中型PLC中型PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，其I/O點(diǎn)數(shù)一般在256?1024點(diǎn)之間，I/O的處理方式除了采用一般PLC通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式即在掃描用戶程序的過(guò)程中直接讀輸入刷新輸出，它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。（三）大型PLC一般I/O點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)以上的稱為大型PLC，大型PLC的軟硬件功能極強(qiáng)，具有極強(qiáng)的自診斷功能、通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊可以構(gòu)成三級(jí)通訊網(wǎng)實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化，大型PLC還可以采用冗余或三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)使機(jī)器的可靠性更高2.2組態(tài)軟件的基礎(chǔ)組態(tài)的定義組態(tài)就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一具體任務(wù)的過(guò)程。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梯形圖組態(tài)。人機(jī)界面生成軟件就叫工控組態(tài)軟件。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。在當(dāng)今工控領(lǐng)域，一些常用的大型組態(tài)軟件主要有：ABB-OptiMax，WinCC，iFix，Intouch，組態(tài)王，力控，易控，MCGS等。本設(shè)計(jì)采用亞控的組態(tài)王軟件進(jìn)行組態(tài)的設(shè)計(jì)。2.2.2組態(tài)王軟件的特點(diǎn)組態(tài)王軟件具有適應(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(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(wèn)題：畫面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫。通過(guò)對(duì)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(duì)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(chǎng)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(shì)曲線等，可便利的生成各種報(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[8]。2.2.3組態(tài)王軟件仿真的基本方法圖形界面的設(shè)計(jì)圖形,是用抽象的圖形畫面來(lái)模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和相應(yīng)的工控設(shè)備。構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)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。建立動(dòng)畫連接第三章PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)本章主要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)的角度，介紹該項(xiàng)目的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟、PLC的硬件配置、外部電路設(shè)計(jì)以及PLC控制器的設(shè)計(jì)參數(shù)的整定。3.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則充分發(fā)揮PLC功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求。2．在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便。3．保證控制系統(tǒng)安全可靠。4.應(yīng)考慮生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC的型號(hào)、I/O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量等內(nèi)容時(shí)，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，以利于系統(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)充。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，首先是進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，即根據(jù)被控對(duì)象的功能和工藝要求，明確系統(tǒng)必須要做的工作和因此必備的條件。然后是進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能分析，即通過(guò)分析系統(tǒng)功能，提出PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，控制信號(hào)的種類、數(shù)量，系統(tǒng)的規(guī)模、布局。最后根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果具體的確定PLC的機(jī)型和系統(tǒng)的具體配置°PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以按以下步驟進(jìn)行：熟悉被控對(duì)象，制定控制方案分析被控對(duì)象的工藝過(guò)程及工作特點(diǎn)，了解被控對(duì)象機(jī)、電、液之間的配合，確定被控對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的控制要求。確定I/O設(shè)備根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定用戶所需的輸入（如按鈕、行程開關(guān)、選擇開關(guān)等）和輸出設(shè)備（如接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈等）由此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。選擇PLC選擇時(shí)主要包括PLC機(jī)型、容量、I/O模塊、電源的選擇。分配PLC的I/O地址根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)需要，確定控制按鈕，選擇開關(guān)、接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈等各種輸入輸出設(shè)備的型號(hào)、規(guī)格、數(shù)量根據(jù)所選的PLC的型號(hào)列出輸入/輸出設(shè)備與PLC輸入輸出端子的對(duì)照表，以便繪制PLC外部I/O接線圖和編制程序。設(shè)計(jì)軟件及硬件進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，進(jìn)行控制柜（臺(tái)）等硬件的設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工。由于程序與硬件設(shè)計(jì)可同時(shí)進(jìn)行，因此，PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期可大大縮短，而對(duì)于繼電器系統(tǒng)必須先設(shè)計(jì)出全部的電氣控制線路后才能進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。6．聯(lián)機(jī)調(diào)試聯(lián)機(jī)調(diào)試是指將模擬調(diào)試通過(guò)的程序進(jìn)行在線統(tǒng)調(diào)。PLC程序設(shè)計(jì)的一般步驟1．繪制系統(tǒng)的功能圖。2．設(shè)計(jì)梯形圖程序。3．根據(jù)梯形圖編寫指令表程序。4．對(duì)程序進(jìn)行模擬調(diào)試及修改，直到滿足控制要求為止。調(diào)試過(guò)程中，可采用分段調(diào)試的方法，并利用編程器的監(jiān)控功能。PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟可參考圖3-1:

圖3-1PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟3.2PLC的選型和硬件配置PLC型號(hào)的選擇本溫度控制系統(tǒng)采用德國(guó)西門子S7-200PLC。S7-200是一種小型的可編程序控制器，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。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。S7—200CPU的選擇S7-200系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等類型。此系統(tǒng)選用的S7-200CPU226,CPU226集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B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)。13K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。EM235模擬量輸入/輸出模塊在溫度控制系統(tǒng)中，傳感器將檢測(cè)到的溫度轉(zhuǎn)換成4-20mA的電流信號(hào)，系統(tǒng)需要配置模擬量的輸入模塊把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再送入PLC中進(jìn)行處理。在這里我們選擇西門子的EM235模擬量輸入/輸出模塊。EM235模塊具有4路模擬量輸入/一路模擬量的輸出。它允許S7-200連接微小的模擬量信號(hào)，土80mV范圍。用戶必須用DIP開關(guān)來(lái)選擇熱電偶的類型，斷線檢查，測(cè)量單位，冷端補(bǔ)償和開路故障方向：SW1?SW3用于選擇熱電偶的類型，SW4沒(méi)有使用，SW5用于選擇斷線檢測(cè)方向，SW6用于選擇是否進(jìn)行斷線檢測(cè)，SW7用于選擇測(cè)量方向，SW8用于選擇是否進(jìn)行冷端補(bǔ)償。所有連到模塊上的熱電偶必須是相同類型。熱電式傳感器熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)化為電量變化的裝置。在各種熱電式傳感器中，以將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢(shì)和電阻的方法最為普遍。其中最為常用于測(cè)量溫度的是熱電偶和熱電阻，熱電偶是將溫度轉(zhuǎn)化為電勢(shì)變化，而熱電阻是將溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化。這兩種熱電式傳感器目前在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)需要的傳感器是將溫度轉(zhuǎn)化為電流，且水溫最高是100°C,所以選擇Pt100鉑熱電阻傳感器。P100鉑熱電阻，簡(jiǎn)稱為：PT100鉑電阻，其阻值會(huì)隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在0C時(shí)阻值為100歐姆，在100C時(shí)它的阻值約為138.5歐姆。它的工作原理：當(dāng)PT100在0攝氏度的時(shí)候他的阻值為100歐姆，它的的阻值會(huì)隨著溫度上升它的阻值成勻速增長(zhǎng)［3］?？煽毓杓訜嵫b置簡(jiǎn)介對(duì)于要求保持恒溫控制而不要溫度記錄的電阻爐采用帶PID調(diào)節(jié)的數(shù)字式溫度顯示調(diào)節(jié)儀顯示和調(diào)節(jié)溫度,輸出0?10mA作為直流信號(hào)輸入控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變可控硅管導(dǎo)通角的大小來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率，完全可以滿足要求，投入成本低，操作方便直觀并且容易維護(hù)。溫度測(cè)量與控制是熱電偶采集信號(hào)通過(guò)PID溫度調(diào)節(jié)器測(cè)量和輸出0?10mA或4?20mA控制觸發(fā)板控制可控硅導(dǎo)通角的大小，從而控制主回路加熱元件電流大小，使電阻爐保持在設(shè)定的溫度工作狀態(tài)?？煽毓铚囟瓤刂破饔芍骰芈泛涂刂苹芈方M成。主回路是由可控硅，過(guò)電流保護(hù)快速熔斷器、過(guò)電壓保護(hù)RC和電阻爐的加熱元件等部分組成。3.3系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案和電氣連接圖系統(tǒng)選用了PLCCPU226為控制器，PT100型熱電阻將檢測(cè)到的實(shí)際鍋爐水溫轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)EM231模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)化成數(shù)字量信號(hào)并送到PLC中進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，PID控制器輸出轉(zhuǎn)化為0?10mA的電流信號(hào)輸入控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變可控硅管導(dǎo)通角的大小來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率，從而調(diào)節(jié)電熱絲的加熱。PLC和組態(tài)王連接，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。3.4PLC控制器的設(shè)計(jì)控制器的設(shè)計(jì)是整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要的一步。首先要根據(jù)受控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型和它的各特性以及設(shè)計(jì)要求，確定控制器的結(jié)構(gòu)以及和受控對(duì)象的連接方式。最后根據(jù)所要求的性能指標(biāo)確定控制器的參數(shù)值?？刂葡到y(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立在本控制系統(tǒng)中，TT1（出口溫度傳感器）將檢測(cè)到的出口水溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)送入EM235模塊的A路，TT2（爐膛溫度傳感器）將檢測(cè)到的出口水溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)送入EM235模塊的B路。兩路模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)EM235轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)送入PLC,PLC再通過(guò)PID模塊進(jìn)行PID調(diào)節(jié)控制。具體流程在第四章程序編寫的時(shí)候具體論述。由PLC的串級(jí)控制系統(tǒng)框圖如圖3-2：圖3-2PLC圖3-2PLC的串級(jí)控制系統(tǒng)框圖PID控制及參數(shù)整定1.PID控制器的組成PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：u(t)=Kc[e(t)+1達(dá)式為：u(t)=Kc[e(t)+1Ti；te(t)dt+Td0de(t)]公式（3-1）（1）比例系數(shù)K對(duì)系統(tǒng)性能的影響：C比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小。K偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)。K太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定。ccK太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。K可以選負(fù)數(shù)，這主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、cc傳感器以控制對(duì)象的特性決定的。如果K的符號(hào)選擇不當(dāng)對(duì)象狀態(tài)（pv值）c就會(huì)離控制目標(biāo)的狀態(tài)（sv值）越來(lái)越遠(yuǎn)，如果出現(xiàn)這樣的情況K的符號(hào)c就一定要取反。（2）積分控制T對(duì)系統(tǒng)性能的影響：i積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，T小（積分作用強(qiáng)）會(huì)使系統(tǒng)不i穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。微分控制T對(duì)系統(tǒng)性能的影響：d微分作用可以改善動(dòng)態(tài)特性，T偏大時(shí)，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間d較短。T偏小時(shí)，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時(shí)間也較長(zhǎng)。只有T合適，才能dd使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時(shí)間。主、副回路控制規(guī)律的選擇采用串級(jí)控制，所以有主副調(diào)節(jié)器之分。主調(diào)節(jié)器起定值控制作用，副調(diào)節(jié)器起隨動(dòng)控制作用，這是選擇規(guī)律的基本出發(fā)點(diǎn)。主參數(shù)是工藝操作的重要指標(biāo)，允許波動(dòng)的范圍較小，一般要求無(wú)余差，因此，主調(diào)節(jié)器一般選PI或PID控制，副參數(shù)的設(shè)置是為了保證主參數(shù)的控制質(zhì)量，可允許在一定范圍內(nèi)變化，允許有余差，因此副調(diào)節(jié)器只要選P控制規(guī)律就可以。在本控制系統(tǒng)中，我們將鍋爐出口水溫度作為主參數(shù)，爐膛溫度為副參數(shù)。主控制采用PI控制，副控制器采用P控制。主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的確定副調(diào)節(jié)器作用方式的確定：首先確定調(diào)節(jié)閥，出于生產(chǎn)工藝安全考慮，可控硅輸出電壓應(yīng)選用氣開式，這樣保證當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障使調(diào)節(jié)閥損壞而處于全關(guān)狀態(tài)，防止燃料進(jìn)入加熱爐，確保設(shè)備安全，調(diào)節(jié)閥的K>0。然后確定副被控過(guò)程的K，當(dāng)調(diào)節(jié)v02閥開度增大，電壓增大，爐膛水溫度上升，所以K>0。最后確定副調(diào)節(jié)器，02為保證副回路是負(fù)反饋，各環(huán)節(jié)放大系數(shù)(即增益)乘積必須為負(fù)，所以副調(diào)節(jié)器K<0，副調(diào)節(jié)器作用方式為反作用方式。2主調(diào)節(jié)器作用方式的確定：爐膛水溫度升高，出口水溫度也升高，主被控過(guò)程K>0。為保證主01回路為負(fù)反饋，各環(huán)節(jié)放大系數(shù)乘積必須為負(fù)，所以主調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)K<0，1主調(diào)節(jié)器作用方式為反作用方式［7］。采樣周期的分析采樣周期Ts越小，采樣值就越能反應(yīng)溫度的變化情況。但是，T太小就會(huì)s增加CPU的運(yùn)算工作量，相鄰的兩次采樣值幾乎沒(méi)什么變化，將是PID控制器輸出的微分部分接近于0，所以不應(yīng)使采樣時(shí)間太小。，確定采樣周期時(shí)，應(yīng)保證被控量迅速變化時(shí)，能用足夠多的采樣點(diǎn)，以保證不會(huì)因采樣點(diǎn)過(guò)稀而丟失被采集的模擬量中的重要信息。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)是溫度控制系統(tǒng)，溫度具有延遲特性的慣性環(huán)節(jié)，所以采樣時(shí)間不能太短，一般是15s?20s，本系統(tǒng)采樣17s經(jīng)過(guò)上述的分析，該溫度控制系統(tǒng)就已經(jīng)基本確定了，在系統(tǒng)投運(yùn)之前還要進(jìn)行控制器的參數(shù)整定。常用的整定方法可歸納為兩大類，即理論計(jì)算整定法和工程整定法。理論計(jì)算整定法是在已知被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)選取的質(zhì)量指標(biāo)，經(jīng)過(guò)理論的計(jì)算（微分方程、根軌跡、頻率法等），求得最佳的整定參數(shù)。這類方法比較復(fù)雜，工作量大，而且用于分析法或?qū)嶒?yàn)測(cè)定法求得的對(duì)象數(shù)學(xué)模型只能近似的反映過(guò)程的動(dòng)態(tài)特征，整定的結(jié)果精度不是很高，因此未在工程上受到廣泛的應(yīng)用。對(duì)于工程整定法，工程人員無(wú)需知道對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，無(wú)需具備理論計(jì)算所學(xué)的理論知識(shí)，就可以在控制系統(tǒng)中直接進(jìn)行整定，因而簡(jiǎn)單、實(shí)用，在實(shí)際工程中被廣泛的應(yīng)用常用的工程整定法有經(jīng)驗(yàn)整定法、臨界比例度法、衰減曲線法、自整定法等。在這里，我們采用經(jīng)驗(yàn)整定法整定控制器的參數(shù)值整定步驟為“先比例，再積分，最后微分”。（1）整定比例控制將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。（2）整定積分環(huán)節(jié)若在比例控制下穩(wěn)態(tài)誤差不能滿足要求，需加入積分控制。先將步驟(1)中選擇的比例系數(shù)減小為原來(lái)的50?80%，再將積分時(shí)間置一個(gè)較大值,觀測(cè)響應(yīng)曲線。然后減小積分時(shí)間，加大積分作用，并相應(yīng)調(diào)整比例系數(shù)，反復(fù)試湊至得到較滿意的響應(yīng)，確定比例和積分的參數(shù)。(3)整定微分環(huán)節(jié)若經(jīng)過(guò)步驟(2)，PI控制只能消除穩(wěn)態(tài)誤差，而動(dòng)態(tài)過(guò)程不能令人滿意，則應(yīng)加入微分控制，構(gòu)成PID控制。先置微分時(shí)間TD=0,逐漸加大TD,同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，反復(fù)試湊至獲得滿意的控制效果和PID控制參數(shù)第四章PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分本在硬件基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹本項(xiàng)目的軟件設(shè)計(jì)，主要包括軟件設(shè)計(jì)的基本步驟、方法、編程軟件STEP7-Micro/WIN的介紹以及本項(xiàng)目的程序設(shè)計(jì)。4.1PLC程序設(shè)計(jì)的方法PLC程序設(shè)計(jì)常用的方法：主要有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法、順序控制設(shè)計(jì)法、邏輯設(shè)計(jì)法等。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法：經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法即在一些典型的控制電路程序的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控制對(duì)象的具體要求，進(jìn)行選擇組合，并多次反復(fù)調(diào)試和修改梯形圖，有時(shí)需增加一些輔助觸點(diǎn)和中間編程環(huán)節(jié)，才能達(dá)到控制要求。這種方法沒(méi)有規(guī)律可遵循，設(shè)計(jì)所用的時(shí)間和設(shè)計(jì)質(zhì)量與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系，故稱為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法：用PLC的外部硬件接線和梯形圖軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)的功能。順序控制設(shè)計(jì)法：根據(jù)功能流程圖，以步為核心，從起始步開始一步一步地設(shè)計(jì)下去，直至完成。此法的關(guān)鍵是畫出功能流程圖。邏輯設(shè)計(jì)法：通過(guò)中間量把輸入和輸出聯(lián)系起來(lái)。實(shí)際上就找到輸出和輸入的關(guān)系，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。4.2編程軟件STEP7--Micro/WIN概述STEP7-Micro/WIN編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，由西門子公司專為S7-200系列可編程控制器設(shè)計(jì)開發(fā)，它功能強(qiáng)大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時(shí)也可以實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。STEP7—Micro/WIN簡(jiǎn)單介紹以STEP7-Micro/WIN創(chuàng)建程序，為接通STEP7-Micro/WIN，可雙擊STEP7-Micro/WIN的圖標(biāo)，如圖4-1所示，STEP7-Micro/WIN項(xiàng)目窗口將提供用于創(chuàng)建程序的工作空間。瀏覽條給出了多組按鈕，用于訪問(wèn)STEP7--Micro/WIN的不同編程特性。指令樹將顯示用于創(chuàng)建控制程序的所有項(xiàng)目對(duì)象指令。程序編輯器包括程序邏輯和局部變量表，可在其中分配臨時(shí)局部變量的符號(hào)名。子程序和中斷程序在程序編輯器窗口的的底部按標(biāo)簽顯示?！闠￡P(guān)7-^cra/WIM-fJ廠i=—…—t0S4lHSIHlh■&■：:Mr-.wi怕“厲金事韻■?!輪為卄H%岀?佶怕“厲金事韻■?!輪為卄H%岀?佶U口■巴詩(shī)|*注仏卅-±|“處唱応陣值中審特晶亙血二比計(jì)屮用??!=li-fi知曠■益回蘭主二盅{唱書盒也昕由甲由EiB-ag?曲s^s^s舌由■FFtFEfl■N辟;■-ERTEW1T￡h*-■KkIg|■M|釘！中|□I]]卜出?廚I—圖4-1STEP7--Micro/WIN項(xiàng)目窗口本項(xiàng)目中我們利用STEP7--Micro/WINV4.0SP5編程軟件，其界面如圖4-1所示。項(xiàng)目包括的基本組件：程序塊、數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊、符號(hào)表、狀態(tài)表、交叉引用表。

4.2.2計(jì)算機(jī)與PLC的通信在STEP7-Micro/WIN中雙擊指令樹中的“通信”圖標(biāo)，或執(zhí)行菜單命令的“查看”/“組件”/“通信”，將出現(xiàn)“通信”對(duì)話框，見圖4-2。在將新的設(shè)置下載到S7-200之前，應(yīng)設(shè)置遠(yuǎn)程站的地址，是它與S7-200的地址。雙擊“通信”對(duì)話框中“雙擊刷新”旁邊的藍(lán)色箭頭組成的圖標(biāo)，編程軟件將會(huì)自動(dòng)搜索連接在網(wǎng)絡(luò)上的S7-200，并用圖標(biāo)顯示搜索到的S7-200。4電%0卜八r4電%0卜八rT卜FT|:?毛）Jngl：Brri:.T/.|.|inn:.-i］佝程序塊F到命二±1忑酣個(gè)-=勺舉工縣：■LiJ:洽收標(biāo)jaip迂唸±1SBB：fLil匍通佶口iiId計(jì)如±i也譚點(diǎn)教計(jì)j刃竿舛.1ej他屮才i力卻.藥■n」三弘鹵＜t1"?iijii』血：?ilnt.型卸揺7EX144-m9「|盯爐|"I,|盯古7EX144-m9「|盯爐|"I,|盯古丄訂0|嚴(yán)|1茹!19-■s2D圖4-2PLC通信窗口4.3程序設(shè)計(jì)4.3.1程序設(shè)計(jì)思路PLC運(yùn)行時(shí)，通過(guò)特殊繼電器SM0.0產(chǎn)生初始化脈沖進(jìn)行初始化，將溫度設(shè)定值，PID參數(shù)值等存入數(shù)據(jù)寄存器，隨后系統(tǒng)開始溫度采樣，采樣周期是17秒,TT1（出口水溫溫度傳感器）將采集到的出口水溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，電流信號(hào)在通過(guò)AIWO進(jìn)入PLC,作為主回路的反饋值，經(jīng)過(guò)主控制器（PIDO）的PI運(yùn)算產(chǎn)生輸出信號(hào)，作為副回路的給定值。TT2（爐膛水溫傳感器）將采集到的爐膛水溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，電流信號(hào)在通過(guò)AIW2進(jìn)入PLC,作為副回路的反饋值，經(jīng)過(guò)副控制器(PID1)的P運(yùn)算產(chǎn)生輸出的信號(hào)，由AQWO輸出，輸出的4-20mA電流信號(hào)控制可控硅的導(dǎo)通角，從而控制電熱絲的電壓，完成對(duì)溫度的控制。4.3?2PID指令向?qū)Ь帉慞ID控制程序時(shí)，首先要把過(guò)程變量(PV)轉(zhuǎn)化為0.00-1.00之間的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)數(shù)。PID運(yùn)算結(jié)束之后，需要把回路輸出(0.00--1.00之間的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù))轉(zhuǎn)換為可以送給模擬量輸出模塊的整數(shù)。piji_iNrLNp/.lOutput■????????■c；Atrrir廠Hi-i-iAr-7771rii.'.i.A.I.-i--?7?.7Module-???.?圖4-3PID初始化指令如圖4-3,PV_I是模擬量輸入模塊提供的反饋值的地址，Setpoint_R是以百分比為單位的實(shí)數(shù)給定值(SP),Output是PID控制器的INT型的輸出地址。HighAlarm和LowAlarm分別是超過(guò)上限和下限的報(bào)警信號(hào)輸出，ModuleErr是模擬量模塊的故障輸出信號(hào)。主回路PID指令向?qū)?，如圖4-4TEMPTEMPTEMPTEMP圖4-4主回路用0號(hào)PID回路IE.MT設(shè)置IE.MT設(shè)置PID參數(shù)，如圖4-5：圖4-5設(shè)置PID參數(shù)給定值的范圍是0.0-T00.0，比例增益K為-3.0，積分時(shí)間T=7min，因ci為主控制器采用PI控制，所以微分時(shí)間T=0。d回路輸入量的極性與范圍，如圖4-6：ILMHTEMP圖4-6輸入輸出量的設(shè)置PID指令的參數(shù)表占用的V存儲(chǔ)區(qū)的起始地址如圖4-7：:LD1.22TEMFTEMP圖4-7地址設(shè)置4?向?qū)瓿桑鐖D4-8圖4-8向?qū)瓿筛被芈稰ID指令向?qū)В焊被芈凡捎?號(hào)PID回路，如圖4-9：111II?|TFMP圖4-9副回路PID回路設(shè)置1?新建PID配置，如圖4-10：^ELOI.22脊號(hào)S￡S￡!王輕TEMPIFMPPH>*■直尋UIs5]為HM令H-fcigI.j評(píng)需覽薩吉龍毎斗鶴于‘向心、引丸=伽r?二單兒”〒二“卜一滬「縮毎直圖4-10PID配置新建2.設(shè)置PID參數(shù)，如圖4-10HLLUl.^TEMPTEMP圖4-10副回路PID設(shè)置因?yàn)楦被芈分饕鸬健按终{(diào)”、“快調(diào)”的作用，所以我們采用P調(diào)節(jié)作用,比例增益K=-4.0，T無(wú)窮大，T=0;cid3?副回路輸入量的極性與范圍，如圖4-11iITEHP如圖4-11副回路輸入輸出設(shè)置PID指令的參數(shù)表占用的V存儲(chǔ)區(qū)的起始地址，如圖4-12：丸〉捋令向?qū)l&Nr'別托T7i亠I-T-A'/J?二￥—7向?qū)Э山ㄕx一十大屮含適且未佚用朗丁存儲(chǔ)區(qū)地址范國(guó)、生認(rèn)-也丸〉捋令向?qū)l&Nr'別托T7i亠I-T-A'/J?二￥—7向?qū)Э山ㄕx一十大屮含適且未佚用朗丁存儲(chǔ)區(qū)地址范國(guó)、生認(rèn)-也HI；I|VILED至VB239圖4-12副回路存儲(chǔ)區(qū)設(shè)置5?向?qū)瓿?，如圖4-1353爾III-LJIriTMP圖4-13副回路向?qū)瓿?.3.3控制程序及分析因?yàn)橛葾IWO和AIW2輸入的是6400-32000的數(shù)字量，所以要轉(zhuǎn)換為實(shí)際的溫度要進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算公式為：T=（D-6400）x100公式（4-1）-32000-6400其中，T為實(shí)際溫度，D為AIWO和AIW2輸入的數(shù)字量。PLC的內(nèi)存地址分配見表4-1表4-1PLC的內(nèi)存地址分配地址說(shuō)明VD250鍋爐出口水溫度存放地址VD260爐膛水溫存放地址VD270主控制器PID輸出存放地址VD300目標(biāo)設(shè)定溫度存放地址VD304主控制器Kc存放地址VD308主控制器Ti存放地址VD312主控制器Td存放地址VD320副調(diào)節(jié)器Kc存放地址PID指令表見表4-2：表4-2PID指令回路表地址名稱說(shuō)明VD0主調(diào)節(jié)器過(guò)程變量（PVn）必須在0.0~1.0之間VD4主調(diào)節(jié)器給定值（SPn）必須在0.0~1.0之間VD8主調(diào)節(jié)器輸出值（Mn）必須在0.0~1.0之間VD12主調(diào)節(jié)器增益（Kc）比例常數(shù)，可正可負(fù)VD16主調(diào)節(jié)器采樣時(shí)間（Ts）單位為s，必須是正數(shù)VD20主調(diào)節(jié)器積分時(shí)間（Ti）單位為min，必須是正數(shù)

VD24主調(diào)節(jié)器微分時(shí)間（Td）單位為min，必須是正數(shù)VD120副調(diào)節(jié)器過(guò)程變量（PVn）必須在0.0~1.0之間VD124副調(diào)節(jié)器給定值（SPn）必須在0.0~1.0之間VD128副調(diào)節(jié)器輸出值（Mn）必須在0.0~1.0之間VD132副調(diào)節(jié)器增益（Kc）比例常數(shù)，可正可負(fù)VD136副調(diào)節(jié)器采樣時(shí)間（Ts）單位為s，必須是正數(shù)VD140副調(diào)節(jié)器積分時(shí)間（Ti）單位為min，必須是正數(shù)VD144副調(diào)節(jié)器微分時(shí)間（Td）單位為min，必須是正數(shù)控制程序如圖4-14控制程序如圖4-14—圖4-15If?T：T^1R11—八'1PIDO-PV□95屈縮11R11—八'1PIDO-PV□95屈縮1I遍廈栓漁I恐麗SM0.0IV+--IrD>□H41S|匚klchinCl-IN0U7zl4口wnIJU.U□0.0<n)1PIDO.PVH(卜095D1;EN副調(diào)節(jié)謬ENTJ號(hào)地址注秒PIDOFVVDO尸ID1FVVD120標(biāo)準(zhǔn)彳4曲迪程變超圖4-14控制程序1主調(diào)節(jié)器程序:

■I?弓地址三護(hù)出：i不品藝VO250m丄弋孑入丄時(shí)節(jié)老人創(chuàng)渦節(jié)圭/.i^-_：XPICO_I-JFXPD1JMT/,PD_E：：E.<::::::::::::廚堵1網(wǎng)塔標(biāo)砸:I/IHMOV_WENENODLR

ENENOA1W0-INDUT::::::::::::廚堵1網(wǎng)塔標(biāo)砸:I/IHMOV_WENENODLR

ENENOA1W0-INDUT-AC1INour?g冋銘2SM0.0SUB_RDIV_R匚hlENO匚hiENOAC1-INIDUT-AC1AC1-INIDUTB4DQ0-IN2256ii-IN2亠匚水屈I?圖4-15控制程序2RS3SMO.OI生挖制糾用畑SMO.OPIDCNI-11ru1111ru11wo-LN叫」給定溫隱-SetDain"Output?主控制辭■±BVD3J0過(guò)程縫值主蹄麹出網(wǎng)路4圖4-16控制程序3圖4-17控制程序4副調(diào)節(jié)器程序:網(wǎng)堵T屈緒標(biāo)題捋叢NW?矣出的整數(shù)矯化J挪邀SMIH.0.iJW2-ENMOV_^EkIO□UT■AC2AC2-ENDLREND□LITM0V_WDI_RENENDINOUT-AC3AC3-IN□UT主控制署輸出彳帳1地址1君空制器輸出|VW27D1]圖4-18控制程序5網(wǎng)貉工地扯VD2BQ圖4-19控制程序6第五章組態(tài)畫面的設(shè)計(jì)本章詳細(xì)的講解一個(gè)組態(tài)系統(tǒng)的建立和設(shè)計(jì)。組態(tài)變量的建立及設(shè)備連接5?1?1新建項(xiàng)目雙擊組態(tài)王的快捷方式，出現(xiàn)組態(tài)王的工程管理器窗口，雙擊新建按扭，按照彈出的建立向?qū)?，填寫工程名稱。然后打開剛建立的工程。進(jìn)入組態(tài)畫面的設(shè)計(jì)，如圖5-1：0二程三浬君I三-耳一圖5-1新建工程新建畫面進(jìn)入工程管理器后，在畫面右方雙擊“先建”新建畫面，并設(shè)置畫面屬性,圖5-2所示：

圖5-2畫面新建新建設(shè)備因?yàn)榻M態(tài)畫面要與西門子S7-200PLC連接之后才能使用，所以要新建S7-200的連接，具體步驟如圖5-3：設(shè)苗配豊向——廠家，設(shè)證窖稱、通訊方式￡3高級(jí)查找高級(jí)查找設(shè)備斷置向?qū)⑤o助您完咸設(shè)備的安裝[日“酉門子35Series!由“S5系列:A-S7-200系列h-FPI|-MFI(ltiR卡〕?…自由口；-MClDBUS![i]-S7-200系列(DF〕1[i]-S7-200系列①T)?H-ST-ZOO^lj(TCP)：Fh-ST-200^11(USB)您所迭的設(shè)備生產(chǎn)廠家：西門子設(shè)備容稱：ST-200系列通信描謎：FFI-歩⑻|下一歩田）＞1取消|圖5-3步驟1清給要安裝的設(shè)備指定唯一的邏輯窯稱|flc廠指定冗余設(shè)備C上一步⑻|下一步聞?dòng)?jì)取消|圖5-4步驟2設(shè)苗配雪向?qū)ぁO(shè)資地;止殳置指南圖5-5步驟3你所要女裝的設(shè)苗信息：新設(shè)音為西門于生產(chǎn)的丁2皿系列■上設(shè)命翳窯?PTQ設(shè)留地址:2Elbu:IJ上一歩他I完成I取消I圖5-6步驟4新建變量要實(shí)現(xiàn)組態(tài)王對(duì)S7-200的在線監(jiān)控，就先必須建立兩者之間的聯(lián)系，那就需要建立兩者間的數(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?jī)深悺?nèi)存變量是組態(tài)王內(nèi)部的變量，不跟被監(jiān)控的設(shè)備進(jìn)行交換。而I/O變量是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。如圖5-7所示:定交去號(hào)定交去號(hào)23I畐本屋性］抿警缺|記錄和蓋全區(qū)］頁(yè)圭宅：錨爐出一才:溫史藥里塵盤I“宴妳嶽述:結(jié)杓成良：1J戍題型1上陋插述：廠0百」;示禺洋最小值最小原始值初抬情00300X狀態(tài)最罐1UU廠保孑爸?jǐn)?shù)岳丸原冶i宜1UU廠住芍?jǐn)?shù)佢荼年蹄至10CO矣?xùn)権甓封缃y(tǒng)怛r卄為圖5-7新建變量項(xiàng)目中所用到的變量見圖5-8：叵蘆買空瞬S■月KTfsa叵序炮FdTitE!技存理孫日期E存寺F3M氏梅"坊sffivRi7*<g=訪可投陽(yáng)E芹st里^■S^3Jt=Si5S濟(jì)SK比絹5J*詁痔15=區(qū)吉錯(cuò)斑端旨疋El￥!ft或矗燈&.1詡缶舷叵蘆逛瓏5■諷丘7?罐！K申gB!1/c^a珈汁咼迫醫(yī)r/csi誡i3S館去直W窩蛋味主注制齢走呵r/cs^ai說(shuō)主衛(wèi)劃関宏WTiVCSSlr/csi^■SJS-IKs定Kci/G蟲型凝高楚艮咅ie主城詬主宙fl需Kcr/csi■iia?2ajsrig實(shí)蛋磁主壬制誹°r/cstailifl^SIKKi恥躍盤丈ns看yom.端驢出…圖5-8變量表5.2創(chuàng)建組態(tài)畫面5.2.1新建主畫面如圖5-9所示，高溫報(bào)警用來(lái)顯示當(dāng)溫度高于95°C的時(shí)候，等會(huì)變紅閃爍，加熱爐上的指示燈用來(lái)指示加熱爐的加熱狀態(tài)。圖5-9控制系統(tǒng)主畫面5?2?2新建PID參數(shù)設(shè)定窗口

圖5-10PID參數(shù)設(shè)定窗口如圖5-10所示，PID參數(shù)設(shè)定窗口，用來(lái)設(shè)定主控制器和副控制器的PID參數(shù)值，可與PID參數(shù)的整定。5.2.3新建數(shù)據(jù)報(bào)表數(shù)據(jù)報(bào)表是反應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)、狀態(tài)等，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄的一種重要形式。數(shù)據(jù)報(bào)表有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表和歷史數(shù)據(jù)報(bào)表，既能反應(yīng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)的運(yùn)行情況，也能監(jiān)測(cè)長(zhǎng)期的系統(tǒng)運(yùn)行狀況，如圖5-11所示：-H"I--7/：.■:：：：':-..：：：；..■:'-II-H"I--7/：.■:：：：':-..：：：；..■:'-II；-■-■-'II報(bào)窸査詢￡B圖5-11數(shù)據(jù)報(bào)表窗口5?2?4新建實(shí)時(shí)曲線實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線可在工具箱中雙擊后在畫面直接獲得。實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線隨時(shí)間變化自動(dòng)卷動(dòng)，可快速反應(yīng)變量的新變化。如圖5-12所示：圖5-12圖5-12實(shí)時(shí)曲線窗口5?2?5新建歷史曲線歷史趨勢(shì)曲線可在圖庫(kù)管理器中得到。歷史趨勢(shì)曲線可以查詢查詢過(guò)去的情況。歷史趨勢(shì)曲線需要事先建立兩個(gè)內(nèi)存變量，分表是調(diào)整跨度和舉動(dòng)百分比。+-圖5-13歷史曲線窗口5.2.6新建報(bào)警窗口在工具箱中選用報(bào)警窗口工具，在面板中繪制報(bào)警窗口，添加文本等就可。如圖5-14所示。由于前面已經(jīng)設(shè)置了報(bào)警變量，所以當(dāng)變量值超過(guò)所設(shè)置的溫度85度時(shí)，那就會(huì)在報(bào)警畫面中被記錄。如圖5-14所示：■容曰紬事辭旳舊wpn-ifmm1i￡9圖5-14歷史報(bào)警窗口其制作過(guò)程和歷史報(bào)警窗口類似，不同的是，實(shí)時(shí)報(bào)警畫面是要彈出來(lái)的,所以必須在新建畫面的時(shí)候，把大小調(diào)好，并選擇是“覆蓋式”。畫面的自動(dòng)彈出，在事件命令語(yǔ)言中，輸入showpicture（"實(shí)時(shí)報(bào)警窗口"）；\\本站點(diǎn)\$新報(bào)警=0;，這樣每次新報(bào)警有產(chǎn)生，就會(huì)立刻出報(bào)警畫面。如圖5-15所示?！?￡9SttB期根蜒J勺磐剛瞄恢臬直墻低劑睢抿軸合辛件_1*III-1*圖5-15實(shí)時(shí)報(bào)警窗口第六章系統(tǒng)測(cè)試組態(tài)王和PLC編程軟件不能同時(shí)啟動(dòng)，因?yàn)樗麄兪褂玫氖峭粋€(gè)端口，要想在線利用組態(tài)王監(jiān)控程序，那就先必須在關(guān)閉組態(tài)王的情況下，先把PLC程序下載到PLC中，并且運(yùn)行程序，再把編程軟件關(guān)閉，才可以啟動(dòng)組態(tài)王，這樣就可以利用組態(tài)王在線監(jiān)控了。6?1啟動(dòng)組態(tài)王打開組態(tài)王的項(xiàng)目工程管理器，點(diǎn)擊窗口欄中“WIEW”或者在畫面中點(diǎn)擊右鍵，選擇“切換到VIEW”，啟動(dòng)組態(tài)王，進(jìn)入主畫面。這個(gè)時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開一個(gè)信息窗口，可以通過(guò)信息窗口來(lái)知道，組態(tài)王的運(yùn)行情況以及和PLC的連接是否成功。如果連接不成功，會(huì)出現(xiàn)通信失敗的提示語(yǔ)言，那就要查明原因，否則不能監(jiān)控。如果提示連接設(shè)備成功，窗口會(huì)顯示開始記