基于PLC的鍋爐加熱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

圖書分類號：密級：基于PLC的鍋爐加熱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計DESIGNOFBOILERTEMPERATURECONTROLSYSTEM學生學號學生姓名學院名稱專業(yè)名稱指導教師摘要本文主要介紹了工業(yè)溫度控制的開展前景、S7-200系列PLC的根本知識以及鍋爐溫度控制系統(tǒng)的工作流程、根本原理和組成結(jié)構(gòu)。通過對鍋爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計要求的分析，給出鍋爐溫度控制系統(tǒng)的I/O口分配表和系統(tǒng)原理圖并且以可編程控制器(PLC)為核心，根據(jù)系統(tǒng)的控制要求利用STEP7編程軟件設(shè)計系統(tǒng)的梯形圖。該系統(tǒng)以電熱鍋爐加熱管為被控對象，鍋爐水溫為被控參數(shù)同時兼顧鍋爐內(nèi)壓力及水位等條件，以PLC為控制器，鍋爐加熱管通電時間為控制參數(shù)設(shè)計了一個溫度控制系統(tǒng)。其中調(diào)用了西門子公司PLC中自帶的PID模塊，以更簡潔更方便的方法完成了鍋爐溫度的自動控制設(shè)計。本文從系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)硬件選型、系統(tǒng)軟件編程以及組態(tài)監(jiān)控畫面設(shè)計等方面進行闡述。關(guān)鍵詞電熱鍋爐；溫度控制；PLC；PID；固態(tài)繼電器AbstractThisarticlefocusesontheindustrialdevelopmentprospectsoftemperaturecontrol,basicknowledgeofS7-200seriesPLCaswellastheboilertemperaturecontrolsystemmadeupofworkprocesses,principles,andstructure.Throughtheanalysisofboilertemperaturecontrolsystemdesign,I/Oportallocationtableoftemperaturecontrolsystemoftheboiler,iscalledtheSiemensPLCcomeswithPIDmodules,andamoreconciseandmoreconvenientwaytocompletetheautomaticcontrolsystemdesignoftheboilertemperature.Thispaperdescribedtheworkingprincipleofthesystem,systemhardwareselection,systemsoftwareprogrammingandconfigurationofthemonitorscreendesign.KeywordsElectricboilerTemperaturecontrolPLCPIDSolidStateRelays目錄53341緒論174141.1課題背景及意義1261911.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1197221.3本文研究內(nèi)容2227162溫度控制系統(tǒng)設(shè)計375322.1溫度控制系統(tǒng)工作原理3250142.2PID控制及參數(shù)整定316564PID控制原理3141682.2.2PID參數(shù)的整定448713系統(tǒng)硬件設(shè)計745653.1PLC的產(chǎn)生和特點7117233.1.1PLC的產(chǎn)生與應用7263633.1.2PLC的特點7209043.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的根本原那么和步驟7221653.2.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的根本原那么886693.2.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟8304713.3系統(tǒng)整體設(shè)計方案9171413.4PLC選型9275453.4.1PLC的主機模塊9164723.4.2PLC的I/O擴展模塊10149223.4.3PLC的選擇10305533.5傳感器選型10177073.5.1溫度傳感器選型10316553.5.2PT100溫度變送器選型11111463.5.3壓力傳感器選型11185073.5.4液位傳感器選型12147103.6固態(tài)繼電器12270383.6.1固態(tài)繼電器的原理分析12973.6.2固態(tài)繼電器的組成12286283.6.3固態(tài)繼電器的優(yōu)缺點13189333.7數(shù)碼管13241403.8系統(tǒng)工作流程及硬件接線14146673.8.1系統(tǒng)工作流程1484913.8.3系統(tǒng)主電路圖14324783.8.4系統(tǒng)控制電路圖14261103.8.5PLC硬件連接圖1562933.8.6I/O端口分配1719954軟件設(shè)計1922984.1系統(tǒng)流程圖19274974.2PID控制器的參數(shù)整定19232614.3PLC程序梯形圖設(shè)計23118225人機界面設(shè)計33239045.1組態(tài)軟件根底33270785.1.1組態(tài)定義33302885.1.2組態(tài)王軟件的特點33318565.1.3組態(tài)王軟件仿真的根本方法33256075.2組態(tài)變量的建立及設(shè)備連接33295865.2.1新建工程33140715.2.1新建設(shè)備34299015.2.3新建變量3537585.2.4變量與PLC的傳輸36175525.3創(chuàng)立組態(tài)畫面37243935.3.1新建主畫面37286235.3.2新建PID參數(shù)設(shè)定窗口3881195.3.3新建實時曲線38293015.3.4新建歷史曲線39156295.3.5新建報警窗口3956966系統(tǒng)仿真及測試4170126.1系統(tǒng)運行41262876.2運行結(jié)果4135526.2.1參數(shù)設(shè)定畫面41290616.2.2實時趨勢曲線4275796.2.3歷史趨勢曲線42113226.2.4報警窗口4216364結(jié)論447576致謝4529691參考文獻4613707附錄471緒論1.1課題背景及意義電熱鍋爐的應用領(lǐng)域相當廣泛，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)大都采用計算機控制技術(shù)，既能提高系統(tǒng)的自動化程度又能提高其控制精度。電熱鍋爐是機電一體化的產(chǎn)品，可將電能直接轉(zhuǎn)化成熱能，具有效率高，體積小，無污染，運行平安可靠，供熱穩(wěn)定，自動化程度高的優(yōu)點，是理想的節(jié)能環(huán)保的供暖設(shè)備。加上目前人們的環(huán)保意識的提高，電熱鍋爐越來越受人們的重視，在工業(yè)生產(chǎn)和民用生活用水中應用越來越普及。電熱鍋爐目前主要用于供暖和提供生活用水。主要是控制水的溫度，保證恒溫供水。PLC從上世紀80年代至90年代中期起開展十分迅速。在這時期，PLC網(wǎng)絡(luò)能力、人機接口能力、數(shù)字運算能力和處理模擬量能力等開展迅速。由此，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，并在局部應用上取代了原來處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有具有編程方法簡單易學、可靠性高、抗干擾能力強、適應性強、通用性好、功能強大、性價比高、體積小、功耗低、設(shè)計施工周期短等諸多優(yōu)點[1]。PID控制是迄今為止應用最廣泛的控制方法之一。因為其可靠性高、穩(wěn)定性好、算法簡單，所以在過程控制中被廣泛應用，尤其適用對于可建立精確數(shù)學模型確實定性系統(tǒng)尤其適用。PID控制的效果由四個參數(shù)決定，即采樣周期TS、比例增益系數(shù)KP、積分時間系數(shù)Ti、微分時間系數(shù)Td。所以，PID參數(shù)的整定與微調(diào)一直是自動控制領(lǐng)域著重研究的課題。PID在工業(yè)過程控制中已應用了上百年的時間，在此期間雖然出現(xiàn)了許多新興算法，但由于PID算法自身的特點，再加上人們在此期間所積累的豐富經(jīng)驗，使其經(jīng)久不衰。在PID算法中，對于P、I、D三個參數(shù)的整定和優(yōu)化的問題是關(guān)鍵問題[2]。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1970年以來，因為工業(yè)過程控制的開展，尤其是計算機技術(shù)和微電子技術(shù)以及自動控制理論和方法的開展，國外溫控系統(tǒng)的開展極為迅猛，并在自我適應、參數(shù)整定和智能化等方面取得了豐富成果。在這方面，以德國、美國、日本、瑞典等國的技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批性能優(yōu)秀、商品化的溫度控制器，并得到了廣泛應用。主要有以下特點：(1)適應于大慣性、大滯后等復雜的溫度控制體統(tǒng)的控制。(2)能適應于受控系統(tǒng)數(shù)學模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制。(3)能適用于受控系統(tǒng)過程復雜、參數(shù)時變的溫度控制系統(tǒng)的控制。(4)這些溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論及計算機技術(shù)，運用先進的算法，適應范圍廣泛。(5)溫度控制器普遍具有參數(shù)整定功能。借助于計算機軟件技術(shù)，溫度控制器具有對控制參數(shù)及特性進行自整定的功能。有的還具有自學習功能。(6)溫度控制系統(tǒng)既有控制精度高、抗干擾能力強、穩(wěn)定性好的特點。目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方向開展[3]。目前，國外溫度控制系統(tǒng)正朝著小型化、高精度、智能化等方面高速開展。但我國目前生產(chǎn)出來的溫度控制器，仍處于相對低的水平，同德國、美國等先進國家相比，仍然差距很大。目前，這方面的總體技術(shù)水平國內(nèi)仍然處于上世紀80年代中后期水平，產(chǎn)品仍以“點位〞控制以及常見的PID控制器為主，目前對于一般溫度系統(tǒng)控制可以到達要求，但對于時變、滯后、復雜的溫度系統(tǒng)控制難以適應，而對于要求較高控制場合的智能化、自適應控制儀表等，國內(nèi)的技術(shù)還達不到要求，可以形成商品化并大范圍使用的控制儀表還很少?？梢娢覈跍囟瓤刂苾x表業(yè)還差國外相關(guān)行業(yè)很遠。1.3本文研究內(nèi)容PLC技術(shù)在溫度監(jiān)控系統(tǒng)上的應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、程序設(shè)計，控制算法的選擇和參數(shù)的整定、人機界面的設(shè)計等。本文使用德國西門子公司的S7-200系列PLC控制器，系統(tǒng)首先由溫度傳感器將檢測到的實際水溫轉(zhuǎn)化為電流信號，經(jīng)過EM235模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號并送到PLC中進行PID調(diào)節(jié)，PID控制器輸出量轉(zhuǎn)化成占空比，通過固態(tài)繼電器控制鍋爐加熱的通斷來實現(xiàn)對水溫的控制。對于監(jiān)控畫面，利用亞控公司的組態(tài)軟件“組態(tài)王〞繪制。全論文分六章，各章的主要內(nèi)容說明如下。第一章，對鍋爐溫度控制系統(tǒng)的背景意義及國內(nèi)外的開展狀況進行了闡述。第二章，簡單概述了系統(tǒng)框圖及PID控制原理。第三章，主要在系統(tǒng)框圖根底上根據(jù)系統(tǒng)需要選擇系統(tǒng)中所需各類硬件型號。同時繪制系統(tǒng)電路圖、控制電路圖及硬件連接圖。第四章，在硬件設(shè)計的根底上，通過工程整定法確定系統(tǒng)PID控制參數(shù)并完本錢文的詳細程序設(shè)計。第五章，詳細介紹了利用亞控公司的組態(tài)軟件“組態(tài)王〞進行系統(tǒng)監(jiān)控畫面的設(shè)計。第六章，對系統(tǒng)進行仿真與測試。2溫度控制系統(tǒng)設(shè)計2.1溫度控制系統(tǒng)工作原理在本控制系統(tǒng)中，溫度傳感器將檢測到的水溫信號轉(zhuǎn)化為電流信號送入模擬量輸入模塊EM235。模擬信號經(jīng)過EM235轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號送入PLC，PLC再通過PID模塊進行PID調(diào)節(jié)控制。圖2-1中SP為設(shè)定溫度值，PV為反響溫度值。PLCPLCEM235固態(tài)繼電器鍋爐電熱管EM235溫度傳感器SP+T-PV圖2-1鍋爐溫度控制系統(tǒng)框圖2.2PID控制及參數(shù)整定2.2.1PID控制原理在控制系統(tǒng)中，控制器一般最常用的控制規(guī)律是PID控制。一般的PID控制原理見圖2-2。系統(tǒng)由PID控制器及被控對象組成。積分比例積分比例微分被控對象+++u(t)e(t)r(t)+-c(t)圖2-2PID控制系統(tǒng)原理框圖式(2.1)將偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)通過線性組合可以構(gòu)成控制量，對被控對象進行控制，故稱PID控制器。它的表達式為：式(2.2)轉(zhuǎn)化成傳遞函數(shù)為：式(2.3)式中為比例系數(shù)，為積分時間常數(shù)，為微分時間常數(shù)。從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)精度、超調(diào)量和響應速度等方面考慮，PID各環(huán)節(jié)有如下作用：比例(P)調(diào)節(jié)作用：能按比例反映系統(tǒng)的偏差，比例調(diào)節(jié)能在系統(tǒng)出現(xiàn)偏差時立即產(chǎn)生作用。比例作用越大，調(diào)節(jié)速度越快，但是一旦過大就會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，導致不穩(wěn)定。具體分為對動態(tài)特性的影響和對穩(wěn)態(tài)特性的影響：(1)對動態(tài)特性的影響：比例控制參數(shù)加大使系統(tǒng)動作靈敏，運轉(zhuǎn)速度變快，KP越大，振蕩次數(shù)變多，調(diào)節(jié)時間也相應的變長。當KP太大時，系統(tǒng)會不穩(wěn)定，當KP太小時，系統(tǒng)會運行緩慢。(2)對穩(wěn)態(tài)特性的影響：在系統(tǒng)相對穩(wěn)定的情況下，比例參數(shù)KP變大，穩(wěn)態(tài)誤差就會減少，這樣可以提高精度，不過對于消除穩(wěn)態(tài)誤差無幫助。積分(I)調(diào)節(jié)作用：可以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。只要系統(tǒng)產(chǎn)生誤差，積分調(diào)節(jié)就會作用，直至無差時積分調(diào)節(jié)才會停止。積分作用大小由積分常數(shù)Ti決定且與之成反比，Ti越大，積分作用越弱。系統(tǒng)中參加積分環(huán)節(jié)會使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應變慢。所以積分作用通常是與另兩種調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)相結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。具體分為對動態(tài)和穩(wěn)態(tài)特性的影響：(1)積分會引起系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，Ti太小系統(tǒng)會不穩(wěn)定，甚至會出現(xiàn)振蕩；Ti太大對系統(tǒng)的作用又會縮減，只有當Ti相對適宜的時候才能出現(xiàn)理想的過度特性。(2)積分可以降低系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差同時也能提高系統(tǒng)的精度，不過，當Ti太大的時候，積分的作用也很小，穩(wěn)態(tài)誤差也就不會減少了。微分(D)調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預見性，能預見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。在微分時間選擇適宜情況下，可以減少超調(diào)量，減少調(diào)節(jié)時間。微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強的微分調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)抗干擾不利。此外，微分反響的是變化率，所以當輸入沒有變化時，微分作用輸出為零。微分作用不能單獨使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PD或PID控制器。2.2.2PID參數(shù)的整定PID調(diào)試一般原那么在輸出不振蕩時，增大比例增益P。在輸出不振蕩時，減小積分時間常數(shù)Ti。在輸出不振蕩時，增大微分時間常數(shù)Td。計算整定法：進行整定時先進行P調(diào)節(jié)，使I和D作用無效，觀察溫度變化曲線，假設(shè)變化曲線屢次出現(xiàn)波形那么應該放大比例(P)參數(shù)，假設(shè)變化曲線非常平緩，那么應該縮小比例(P)參數(shù)。比例(P)參數(shù)設(shè)定好后，設(shè)定積分(I)參數(shù)，積分(I)正好與P參數(shù)相反，曲線平緩那么需要放大積分(I)，出現(xiàn)屢次波形那么需要縮小積分(I)。比例(P)和積分(I)都設(shè)定好以后設(shè)定微分(D)參數(shù)，微分(D)參數(shù)與比例(P)參數(shù)的設(shè)定方法是一樣的。一般步驟(1)確定比例增益P比照例增益P的數(shù)值確定時，先直接去掉積分與微分項，即令Ti=0、Td=0，讓PID調(diào)節(jié)變?yōu)閱渭兊谋壤{(diào)節(jié)。輸入設(shè)定先定為系統(tǒng)允許的輸入最大值的60%~70%，由0開始逐步增大比例增益P，直到該系統(tǒng)發(fā)生振蕩；然后再反過來，從出現(xiàn)振蕩時的比例增益P值開始緩緩往下減，當系統(tǒng)振蕩消失時記錄對應的P值。系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)比例增益P即設(shè)定為此值的60%~70%，調(diào)試即完成。(2)確定積分時間常數(shù)Ti確定P值后，首先確定一個較大的積分時間常數(shù)初值，然后逐漸減小Ti，直到系統(tǒng)發(fā)生振蕩，之后再反過來，緩緩加大Ti，當系統(tǒng)振蕩消失時記錄此時的Ti，系統(tǒng)的積分時間常數(shù)Ti即設(shè)定為當前值的150%~180%，Ti調(diào)試至此完成。(3)確定積分時間常數(shù)TdTd一般情況為0，不另外設(shè)定。如有需要，其設(shè)定方法同P和Ti的調(diào)試方法，數(shù)值設(shè)定為不振蕩時的30%。(4)當系統(tǒng)空載以及帶載時聯(lián)調(diào)，然后再進行微調(diào)，直至滿足系統(tǒng)要求。工程整定法：工程整定法主要依賴經(jīng)驗，在控制系統(tǒng)的直接試驗中進行，上手簡單方法，比擬容易掌握，在實際生活中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界衰減法、比例法和反響曲線法這三種方法。這三種方法都各有特點，其的共同點為均通過實驗得出結(jié)論，對控制器參數(shù)整定時依據(jù)工程經(jīng)驗公式。采用這三種方法得到的參數(shù)仍然需要在實際運行時作調(diào)整。擴充臨界比例度法：擴充臨界比例度法也是實驗經(jīng)驗法中應用廣泛的一種，它最大的好處是，參數(shù)的整定直接在現(xiàn)場整定、簡單易行。它對有自平衡特性的受控對象尤其適用，同時擴充了連續(xù)時間PID控制器參數(shù)整定的臨界比例度法。擴充比例度法整定數(shù)字PID控制器參數(shù)的步驟是：(1)首先選擇一個足夠短的采樣周期。一般TS應比受控對象純延遲時間的十分之一還小。(2)讓系統(tǒng)采用此TS工作。首先去掉積分與微分作用，將控制變成純比例控制器，形成閉環(huán)。然后將比例放大系數(shù)KP逐步放大，當系統(tǒng)出現(xiàn)臨界振蕩時停止，然后將此時的KP記為Kr，臨界振蕩周期那么為Tr。(3)選擇控制度。即將連續(xù)時間PID控制器作為基準，把數(shù)字PID控制效果與之比擬?？刂菩Ч脑u價函數(shù)一般為誤差平方積分。(4)定義控制度。采樣周期TS的大小會決定采樣數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)的品質(zhì)，相同條件下采樣數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)會比連續(xù)時間的差一些。因此，控制度一般都是要大于1的，而且采樣數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)的品質(zhì)好壞與控制度大小成反比。所以系統(tǒng)的控制品質(zhì)好壞決定控制度的選擇。(5)參數(shù)由查表決定。(6)運行及修正。將上述所得各參數(shù)輸入PID控制器，將系統(tǒng)閉環(huán)運行，然后觀察相應效果，然后做適當調(diào)整。3系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1PLC的產(chǎn)生和特點3.1.1PLC的產(chǎn)生與應用1969年美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)根據(jù)美國通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺可編程控制器，并在通用汽車公司的自動裝配線上試用，取得很好的效果。從此這項技術(shù)迅速開展起來。隨著PLC功能的不斷完善，性價比的不斷提高，PLC的應用面也越來越廣。目前，PLC在國內(nèi)外已經(jīng)廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。PLC的應用范圍通?？煞譃殚_關(guān)邏輯控制、運動控制、過程控制、機械加工中的數(shù)字控制、機器人控制、通信和聯(lián)網(wǎng)等[4]。S7-200PLC是德國西門子公司生產(chǎn)的一種小型PLC，其許多功能到達大、中型PLC的水平，而價格卻和小型PLC的一樣，因此，它一經(jīng)推出，即受到了廣泛的關(guān)注。在2000年以前，西門子在中國市場的PLC產(chǎn)品主要是大中型PLC，日本的小型PLC占據(jù)了中國的大局部市場份額。在S7-200PLC推出后，這種情況得到了明顯改變，最近幾年來的小型PLC市場上S7-200PLC成為了主流產(chǎn)品?？删幊踢壿嬁刂破?PLC)是集計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動控制裝置。其性能優(yōu)越，已被廣泛的應用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，并已經(jīng)成為工業(yè)自動化的三大支柱(PLC、工業(yè)機器人、CAD/CAM)之一。西門子最小的小型PLC產(chǎn)品是在上世紀末推出的S7-200CPU21*系列的PLC，但很快就被CPU22*系列的產(chǎn)品所取代。因為它擁有多個功能模塊和人機界面可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且相對來說比擬容易的就組成了PLC網(wǎng)絡(luò)。以此同時它還具有功能完全的編程軟件和工業(yè)組態(tài)軟件，這使其可以簡單的完成控制系統(tǒng)的設(shè)計?，F(xiàn)在最新版的S7-200系列PLC是在2004年推出的，它的主要特點是：較高的可靠性、豐富的指令集、豐富的內(nèi)置集成功能、實時特性強和強大的通信能力。3.1.2PLC的特點(1)抗干擾能力強，可靠性高。(2)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強。(3)編程方便，易于使用。(4)功能強大，本錢低。(5)設(shè)計、施工、調(diào)試的周期短。(6)維護方便。3.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的根本原那么和步驟3.2.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的根本原那么(1)充分發(fā)揮PLC功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求。(2)在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便。(3)保證控制系統(tǒng)平安可靠。(4)考慮生產(chǎn)的開展和工藝的改良，在選擇PLC的型號、I/O點數(shù)和存儲器容量等內(nèi)容時，應留有適當?shù)挠嗔?，以利于系統(tǒng)的調(diào)整和擴充。3.2.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟圖3-1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計一般步驟3.3系統(tǒng)整體設(shè)計方案在第二章根底上，系統(tǒng)整體具體設(shè)計方案見圖3-2。圖3-2整體設(shè)計方案3.4PLC選型3.4.1PLC的主機模塊本文選擇的是西門子S7-200系列PLC，可以單機運行，也可以進行輸入/輸出和功能模塊的擴展。它價格低廉，結(jié)構(gòu)小巧，可靠性高，運行速度快，有極豐富的指令集，性能價格比非常高，在各行各業(yè)中迅速推廣，在規(guī)模不太大的控制領(lǐng)域是較為理想的控制設(shè)備。CPU22*系列PLC按I/O點數(shù)的多少和效能不同而分為五種不同結(jié)構(gòu)的配置，即CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP和CPU226。(1)CPU221本機集成6輸入/4輸出，無擴展能力，程序和數(shù)據(jù)存儲容量較小，有一定的高速計數(shù)功能和通信功能，非常適合于少數(shù)點的或特定的控制系統(tǒng)使用。(2)CPU222本機集成8輸入/6輸出，和CPU221相比，它最多可以擴展2個模塊，是應用更為廣泛的全功能控制器。(3)CPU224本機集成14輸入/10輸出，和前兩者相比，程序存儲容量擴大了一倍，數(shù)據(jù)的存儲容量擴大了四倍，它最多可以擴展7個模塊，有強大的模擬量和高速計數(shù)處理能力。(4)CPU224XP其大局部功能都和CPU224相同，最大的不同是，在主機上增加了2個輸入/1個輸出的模擬量單元和一個通信口。(5)CPU226本機集成24輸入/16輸出，與CPU224相比，程序存儲容量擴大了一倍，它有兩個通信口，通信能力更為強大。它可用于點數(shù)較多，要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。3.4.2PLC的I/O擴展模塊當系統(tǒng)所需的I/O點數(shù)較多或要求執(zhí)行特殊功能時，必須進行I/O擴展。常用的輸入/輸出擴展模塊有：(1)輸入擴展模塊EM221：分為8點DC輸入和8點AC輸入兩種。(2)輸出擴展模塊EM222：分為8點DC晶體管輸出、8點AC輸出和8點繼電器輸出三種類型。(3)輸入/輸出混合擴展模塊EM223有六種：分別為4點(8點、16點)DC輸入/4點(8點、16點)DC輸出；4點(8點、16點)DC輸入/4點(8點、16點)繼電器輸出。(4)輸入擴展模塊EM235：分為8點DC輸入和8點AC輸入兩種。3.4.3PLC的選擇根據(jù)系統(tǒng)控制要求分析，系統(tǒng)共需要開關(guān)量輸入點3個，開關(guān)量輸出點32個。因為需調(diào)用PID模塊，所以選用主機為CPU226；擴展模塊EM223(16點晶體管輸出)用于數(shù)碼管顯示實時溫度；模擬量輸入輸出模塊EM235用于輸入模擬量：預設(shè)溫度、溫度傳感器反響值、鍋爐壓力和液位傳感器的反響值。整個PLC系統(tǒng)的配置見圖3-3。擴展單元EM22316點晶體管模擬量單元EM2354AI/1AO主機單元CPU226AC/DC繼電器擴展單元EM22316點晶體管模擬量單元EM2354AI/1AO主機單元CPU226AC/DC繼電器圖3-3PLC系統(tǒng)組成3.5傳感器選型3.5.1溫度傳感器選型溫度傳感器即一種將溫度變化轉(zhuǎn)化為電量變化的裝置。在各類轉(zhuǎn)化方法中，將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢或電阻是最為普遍的。其中最常用的是熱電偶和熱電阻，熱電偶是將溫度變化轉(zhuǎn)化為電勢變化，熱電阻那么是轉(zhuǎn)化為電阻的變化。這兩種傳感器目前在工業(yè)生產(chǎn)溫度測量中被廣泛應用。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℃，所以選擇PT100鉑熱電阻傳感器。PT100鉑熱電阻，簡稱為：PT100鉑電阻，其阻值會隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在0℃時阻值為100歐姆，在100℃時它的阻值約為138.5歐姆。它的工作原理：當PT100在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆，它的的阻值會隨著溫度上升它的阻值成勻速增長[5]。PT100熱電阻傳感器型號：薄片型鉑電阻WZP023PT100熱電阻溫度變送器型號：SBWZ-2460PT100是鉑熱電阻，它的阻值跟溫度的變化成正比。它的工業(yè)原理：當PT100在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆，它的阻值會隨著溫度上升而成近似勻速的增長。但他們之間的關(guān)系并不是簡單的正比的關(guān)系，而更應該趨近于一條拋物線。鉑電阻的阻值隨溫度的變化而變化的計算公式：式(3.1)式(3.2)Rt為t℃時的電阻值，R0為0℃時的阻值。公式中的A，B，系數(shù)為實驗測定。這里給出標準的系數(shù)：；；。3.5.2PT100溫度變送器選型變送器技術(shù)指標：(1)輸入信號：PT100鉑電阻信號輸入(2)供電電壓：10-30VDC(3)負載電阻：0-500Ω(4)輸出信號：二線制4-20mA，最大30mA(5)熱電阻溫度變送器精度：0.2%FS(6)溫度穩(wěn)定性：零點漂移標準0.05%FS/℃量程漂移標準0.002%FS/℃(7)回路保護：帶反向連接保護(防止電源正負極)(8)溫度變送器功耗：小于等于0.5W(9)溫度變送器重量：約35克(10)3.5.3壓力傳感器選型壓力傳感器的作用就是檢測鍋爐爐膛內(nèi)的壓力，防止鍋爐內(nèi)由于加熱造成壓力過大產(chǎn)生危險。它把測得的壓力轉(zhuǎn)換成4-20mA的電流信號或者是1-5V的電壓信號，然后把此模擬量信號輸送到PLC的擴展模塊EM235中。選擇壓力傳感器輸出量時，為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，本文選用了4-20mA輸出的壓力傳感器。壓力傳感器型號：CYB-11西安為普仿真計算3.5.4液位傳感器選型液位傳感器的作用是測量爐膛內(nèi)水位，防止水位過低鍋爐空燒或者水位過高產(chǎn)生危險。它是利用液體的壓力與深度成正比的原理，將檢測到的壓力信號經(jīng)轉(zhuǎn)換變成標準的4-20mA的電流信號傳送給PLC。產(chǎn)品采用正裝結(jié)構(gòu)，并汲取了智能鍋爐汽包液位計的長處，將抗高溫、耐高壓、抗腐蝕、抗波動性能集于一身，變送局部利用軍工器件，使信號輸出更加穩(wěn)定、可靠。該液位計安裝簡單，維護量小，測控精確，性價比高，是傳統(tǒng)的電極式、差壓式、磁翻板式液位計理想的換代產(chǎn)品，值得推廣普及。液位計傳感器型號：UHM-F2~4無錫中南液位磁控器廠3.6固態(tài)繼電器3.6.1固態(tài)繼電器的原理分析固態(tài)繼電器(SolidStateRelay，簡稱SSR)與機電繼電器相比，是一種沒有機械運動，不含運動零件的繼電器，但它具有與機電繼電器本質(zhì)上相同的功能。SSR是一種全部由固態(tài)電子元件組成的無觸點開關(guān)元件，他利用電子元器件的電、磁和光特性來完成輸入與輸出的可靠隔離，利用大功率三極管，功率場效應管，單向晶閘管和雙向晶閘管等器件的開關(guān)特性，來到達無觸點，無火花地接通和斷開被控電路。它是一種四端有源器件，其中兩端為輸入控制端，另外兩端為輸出受控端，如圖3-4所示。輸入模塊輸出模塊輸入模塊輸出模塊當輸入端有控制信號，輸出端從關(guān)斷狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)；控制信號撤消后，輸出端變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)，從而實現(xiàn)自動控制。固態(tài)繼電器的輸入端、輸出端之間采用光電隔離技術(shù)，使得弱電和強電隔離，因此從計算機等弱電設(shè)備輸出的信號可以直接加在固態(tài)繼電器的控制端上，無需另外的保護電路[14]。3.6.2固態(tài)繼電器的組成固態(tài)繼電器由三局部組成：輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路。按輸入電壓的不同，輸入電路可分為直流輸入電路，交流輸入電路和交直流輸入電路三種。固態(tài)繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種。固態(tài)繼電器的輸出電路也可分為直流輸出電路，交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。交流輸出時，通常使用兩個晶閘管或一個雙向晶閘管，直流輸出時可使用雙極性器件或功率場效應管。3.6.3固態(tài)繼電器的優(yōu)缺點優(yōu)點：(1)高壽命，高可靠：SSR沒有機械零部件，由固體器件完成觸點功能，由于沒有運動的零部件，因此能在高沖擊，振動的環(huán)境下工作，由于組成固態(tài)繼電器的元器件的固有特性，決定了固態(tài)繼電器的壽命長，可靠性高。(2)靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好：固態(tài)繼電器的輸入電壓范圍較寬，驅(qū)動功率低，可與大多數(shù)邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或驅(qū)動器。(3)快速轉(zhuǎn)換：固態(tài)繼電器因為采用固體器件，所以切換速度可從幾毫秒至幾微秒。(4)電磁干擾?。汗虘B(tài)繼電器沒有輸入“線圈〞，沒有觸點燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。大多數(shù)交流輸出固態(tài)繼電器是一個零電壓開關(guān)，在零電壓處導通，零電流處關(guān)斷，減少了電流波形的突然中斷，從而減少了開關(guān)瞬態(tài)效應。缺點：(1)導通后的管壓降大，晶閘管或雙相晶閘管的正向降壓可達1~2V，大功率晶體管的飽和壓降在1~2V之間，一般功率場效應管的導通電阻也較機械觸點的接觸電阻大。(2)半導體器件關(guān)斷后仍有數(shù)微安至數(shù)毫安的漏電流，因此不能實現(xiàn)理想的電隔離。(3)由于管壓降大，導通后的功耗和發(fā)熱量也大，大功率固態(tài)繼電器的體積遠遠大于同容量的電磁繼電器，本錢也較高。(4)電子元器件的溫度特性和電子線路的抗干擾能力較差，耐輻射能力也較差，如不采取有效措施，那么工作可靠性低。(5)固態(tài)繼電器對過載有較大的敏感性，必須用快速熔斷器或RC阻離電路對其進行過載保護。固態(tài)繼電器的負載與環(huán)境溫度明顯有關(guān)，溫度升高，負載能力將迅速下降。選型：雙向晶閘管型的固態(tài)繼電器SSR-S340ZF濟南帝諾自動化技術(shù)3.7數(shù)碼管數(shù)碼管顯示有兩種接法：共陽極、共陰極，本設(shè)計選擇共陰極接法。如圖3-5所示。共陽極共陰極共陽極共陰極圖3-5數(shù)碼管的接法3.8系統(tǒng)工作流程及硬件接線3.8.1系統(tǒng)工作流程系統(tǒng)工作流程：硬件系統(tǒng)接入電源后先判斷是否缺相，在不缺相情況下電源信號亮。輸入預設(shè)水溫并按下啟動按鈕，系統(tǒng)工作。工作后熱電阻溫度傳感器測量鍋爐內(nèi)實際水溫并經(jīng)過溫度變送器轉(zhuǎn)換后經(jīng)EM235輸入PLC，PLC將實際水溫與預設(shè)水溫做差并調(diào)用PID算法計算出輸出值，程序根據(jù)輸出值判斷SSR狀態(tài)及通斷時間，從而控制鍋爐加熱管加熱時間。3.8.3系統(tǒng)主電路圖系統(tǒng)主電路圖如圖3-6所示。圖3-6系統(tǒng)主電路圖主電路原理：系統(tǒng)經(jīng)空氣開關(guān)QA0接入電路，熔斷器防止系統(tǒng)過流，鍋爐加熱管與電源間參加熱繼電器和固態(tài)繼電器，熱繼電器防止系統(tǒng)過熱。QA0為電路總開關(guān)，當固態(tài)繼電器導通時鍋爐加熱管加熱；固態(tài)繼電器斷開時，鍋爐加熱管斷電，停止加熱。3.8.4系統(tǒng)控制電路圖系統(tǒng)控制電路圖如圖3-7所示。圖3-7系統(tǒng)控制電路圖控制電路原理：KF為缺相保護防止電源缺相。SB3為缺相保護繼電開關(guān)，SB2為系統(tǒng)停止按鈕，SB1為系統(tǒng)啟動按鈕。系統(tǒng)不缺相情況下，按下啟動按鈕SB1，線圈KM1得電，KM1常開開關(guān)閉合，SB1自鎖。PLC輸出Q0.0導通后工作燈Q0.0亮。Q0.1輸出為正且Q0.7輸出為0時固態(tài)繼電器工作，系統(tǒng)加熱。Q0.3、Q0.4、Q0.5或Q0.6中有輸出為正時相應燈亮且電鈴工作，固態(tài)繼電器停止工作。停止時，按下按鈕SB2，系統(tǒng)停止，Q0.2得電，停止信號燈亮。3.8.5PLC硬件連接圖如圖3-8所示為PLC硬件連接圖。硬件圖原理：SB1()是系統(tǒng)啟動按鈕，SB2(I0.1)為系統(tǒng)停止按鈕，SB3()是缺相保護的繼電開關(guān)。溫度傳感器用的PT100熱電阻溫度變送器。右邊的輸出局部為6個信號燈、1個固態(tài)繼電器和1個電鈴，還有三個顯示鍋爐水溫的數(shù)碼管。具體作用見I/O端口分配表。圖3-8硬件連接圖3.8.6I/O端口分配本設(shè)計中使用的I/O口分配如表3-1所示。表3-1系統(tǒng)I/O端口分配名稱地址編號說明輸入信號數(shù)字量按鈕系統(tǒng)啟動(SB1)按鈕系統(tǒng)停止(SB2)按鈕缺相保護(SB3)模擬量輸入模擬量AIW0預設(shè)溫度溫度傳感器反響模擬量AIW2鍋爐爐內(nèi)實際爐溫輸入模擬量AIW4預設(shè)壓力壓力傳感器反響模擬量AIW6鍋爐爐內(nèi)實際壓力輸入模擬量AIW8預設(shè)水位下限輸入模擬量AIW10預設(shè)水位上限液位傳感器反響模擬量AIW12鍋爐爐內(nèi)實際水位輸出信號數(shù)字量燈工作信號燈固態(tài)繼電器控制通斷燈停止信號燈燈高溫警報燈高壓警報燈Q0.5高液位警報燈Q0.6低液位警報電鈴Q0.7起警報作用溫度顯示QB1數(shù)碼管1QB2數(shù)碼管2QB3數(shù)碼管34軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)流程圖圖4-1為系統(tǒng)流程圖。圖4-1鍋爐爐溫控制流程圖4.2PID控制器的參數(shù)整定PID校正參數(shù)設(shè)計方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)，所得到的計算數(shù)據(jù)雖具有知道意義，最終還必須通過工程實際運行過程加以調(diào)試和修改。二是工程整定法，常用方法有臨界比例度法、反響曲線法和衰減法等，其共同點都是直接通過系統(tǒng)試驗取得相關(guān)數(shù)據(jù)，在按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定，方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣發(fā)采用。本設(shè)計采用Z-N臨界比例度法：Z-N臨界比例度法是一種廣泛應用在工程上的一種經(jīng)典的PID控制器參數(shù)整定方法。它的主要優(yōu)勢是可以不依賴于對象的數(shù)學模型參數(shù)，而是歸納總結(jié)以前大量的工程經(jīng)驗得到經(jīng)驗公式，然后依據(jù)此經(jīng)驗公式計算PID控制器的具體參數(shù)。用這個方法需要知道兩個參數(shù)：臨界增益Ku和臨界振蕩周期Tu。Z-N臨界比例度法對閉環(huán)系統(tǒng)使用時，先將積分時間常數(shù)和微分時間常數(shù)設(shè)為0，即消除積分和微分作用，使系統(tǒng)變?yōu)榧儽壤到y(tǒng)；然后調(diào)整比例系數(shù)KP，直至系統(tǒng)剛好出現(xiàn)振蕩，此時的KP的值就是系統(tǒng)的臨界增益Ku，此時圖像的振蕩周期即為系統(tǒng)的臨界振蕩周期Tu，然后根據(jù)經(jīng)驗公式可以計算出系統(tǒng)需要的三個參數(shù)。經(jīng)驗公式表如表4-1所示。表4-1Z-N臨界比例度法參數(shù)整定公式PID控制器參數(shù)KPTiTdP型控制器PI型控制器PID型控制器此方法雖然應用廣泛，但是它也有一些缺陷：(1)除非精確計算，否那么一般為了獲得精確的Ku和Tu，需要進行屢次調(diào)整KP重復實驗，然后還需調(diào)節(jié)至剛好振蕩，這個過程需要花費許多時間。(2)整定時現(xiàn)場出現(xiàn)的許多小干擾都會對參數(shù)的整定產(chǎn)生影響，導致精確度下降或者錯誤。(3)當?shù)确袷幍姆岛苄r，系統(tǒng)內(nèi)有大的滯后環(huán)節(jié)或者有元素已經(jīng)飽和時產(chǎn)生的圖像，容易讓人誤以為系統(tǒng)到達了臨界振蕩，從而得到錯誤的Ku和Tu導致錯誤的PID控制器參數(shù)。(4)Z-N臨界比例度法就無法使用在不允許出現(xiàn)臨界振蕩的系統(tǒng)上。經(jīng)查閱相關(guān)資料，假設(shè)電熱鍋爐加熱系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：式(4.1)根據(jù)這個傳遞函數(shù)和滯后環(huán)節(jié)：得出此系統(tǒng)的臨界振蕩函數(shù)圖像如圖4-2和圖4-3所示，從圖像上可以得出的臨界振蕩周期Tu=119.2，a=25.2，d=1，那么臨界增益為。根據(jù)表4-1中的公式可以得出：KP303；Ti=；Td=通過計算得出PID的三個參數(shù)分別為KP303，Ki×10-4，Kd=515，具體計算公式為：式(4.2)式(4.3)圖4-2臨界振蕩圖像圖4-3PID整定圖根據(jù)以上數(shù)據(jù)進行仿真，設(shè)置控制如圖4-4所示。圖4-4仿真控制圖輸入PID參數(shù)后運行，得到仿真函數(shù)圖像如圖4-5所示。圖4-5系統(tǒng)運行原仿真圖像從圖像上可以看出，系統(tǒng)超調(diào)量較大調(diào)節(jié)時間較大，效果不理想，需要再對PID參數(shù)進行調(diào)整。圖4-6系統(tǒng)運行新仿真圖像經(jīng)過調(diào)整后得到新的參數(shù)為KP5，Ki＝5×10-4，Kd=0.5。從圖像上可以看出超調(diào)量減少了，曲線也平穩(wěn)了。4.3PLC程序梯形圖設(shè)計以上兩個網(wǎng)絡(luò)用于把預設(shè)溫度與實際水溫歸一化計算，為PID計算做準備。為特殊繼電器，當PLC上電后一直保持導通狀態(tài)為中間繼電器，I0.0自鎖作用；I0.1是停止按鈕；I0.2當電路中出現(xiàn)缺相的時候會自動斷開。Q0.0是工作信號燈，用綠色顯示；為中間繼電器。Q0.2是一個停止的信號燈，用紅色顯示。由于系統(tǒng)需要使用PID環(huán)節(jié)，所以必須先使用STEP7-Micro/WIN提供的PIDWizard(PID指令向?qū)?生成一個用于閉環(huán)控制的PID算法。絕大多數(shù)PID運算的自動編程都能由此向?qū)瓿?，用戶只需在編程需要時直接調(diào)用其生成的子程序即可。PID向?qū)傻腜ID控制算法可以是模擬量輸出也可以是開關(guān)量；能支持自動調(diào)節(jié)也支持手動調(diào)節(jié)。對PID指令的配置如下。首先翻開編程軟件STEP7-Micro/WIN，然后翻開指令向?qū)Вx擇PID。圖4-7配置PID然后點擊下一步進入到如下界面，選擇回路0。圖4-8選擇回路繼續(xù)點下一步，因為PID的三個參數(shù)比例增益，積分周期和微分周期都已經(jīng)在前面整定出來了分別是、5×10-4和，另外采樣周期選擇10秒鐘。給定值的范圍是因為進入PID算法的時候，模擬量需要進行歸一化整理(模擬量-64000)/(32000-6400)。圖4-9配置PID參數(shù)輸入局部由于PT100溫度變送器輸出為4-20mA，所以須勾選使用20%偏移量，范圍是定死的，無需修改；輸出不需修改，直接缺省值即可。圖4-10輸入輸出設(shè)置剩下的回路報警設(shè)置、內(nèi)存地址分配和命名及初始化，設(shè)置不需做改變。至此PID設(shè)置完成。此網(wǎng)絡(luò)即PID指令地調(diào)用。此網(wǎng)絡(luò)用于在組態(tài)畫面中對PID參數(shù)進行設(shè)置。該網(wǎng)絡(luò)的程序功能是把PID回路輸出轉(zhuǎn)換成占空比。因PID回路的輸出PID0_Output為0.0-1.0之間的實數(shù)值，又因采樣時間為10秒，所以第一個指令MUL_R中INT2為100.0。ROUND是將實數(shù)轉(zhuǎn)換成雙整數(shù)，DI_I是將雙整數(shù)轉(zhuǎn)換成整數(shù)。VW2和VW4分別是采樣周期內(nèi)的加熱時間和非加熱時間。上述程序用了兩個100ms的定時器T37和T38來控制加熱時間。此網(wǎng)絡(luò)是控制固態(tài)繼電器的通斷的，即控制鍋爐加熱局部是否加熱。其中Q0.7為電鈴，即電鈴通電系統(tǒng)加熱停止。以上5個網(wǎng)絡(luò)用于將系統(tǒng)中的模擬量轉(zhuǎn)化為雙整數(shù)類型，便于以后計算。此網(wǎng)絡(luò)作用為：當測量溫度超過鍋爐溫度上限值時，中間繼電器M0.2導通；當鍋爐壓力超過上限值時，中間繼電器M0.3導通；鍋爐水位低于下限時，中間繼電器M0.4導通；鍋爐水位高于上限時，中間繼電器M0.5導通。此網(wǎng)絡(luò)為閃爍電路，當相應中間繼電器接通時，對應的警報燈閃爍。此網(wǎng)絡(luò)表示當出現(xiàn)警報燈閃爍的時候電鈴發(fā)出聲音。以上六個網(wǎng)絡(luò)為數(shù)碼管顯示指令，用三個數(shù)碼管來顯示鍋爐的實際水溫。其中網(wǎng)絡(luò)20作用為將歸一化后的實際水溫復原為0-120℃的十進制數(shù)，后面5個網(wǎng)絡(luò)那么是將此數(shù)在3個數(shù)碼管上顯示。5人機界面設(shè)計5.1組態(tài)軟件根底5.1.1組態(tài)定義組態(tài)就是用應用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一具體任務(wù)的過程。組態(tài)軟件一般都是有針對性的，一款組態(tài)軟件一般只會適合某局部領(lǐng)域中的應用。工業(yè)計算機控制領(lǐng)域最早提出有關(guān)組態(tài)的概念，如PLC梯形圖組態(tài)等。在工業(yè)控制中組態(tài)的結(jié)果是用于實時監(jiān)控的。組態(tài)工具即是為執(zhí)行自己特定的任務(wù)而運行程序。現(xiàn)在的工控組態(tài)軟件一般都提供編程手段且內(nèi)置編譯系統(tǒng)，提供類BASIC語言，有的支持VB，甚至更高級的C#語言等。在當今工控領(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)計采用亞控的組態(tài)王軟件進行組態(tài)的設(shè)計。5.1.2組態(tài)王軟件的特點組態(tài)王人機界面開發(fā)軟件，是目前比擬流行的工業(yè)控制軟件，它憑借其自身完美的軟件和硬件所構(gòu)成的系統(tǒng)代替原來傳統(tǒng)的系統(tǒng)。組態(tài)王的優(yōu)點有適應能力強、性能好、擴展容易、本錢低等優(yōu)點。一般情況下可以把這個軟件劃分為控制局部、監(jiān)控局部和管理局部這三個方面。該軟件中的監(jiān)控局部對下連接控制局部，對上連接管理局部，它既可以完成對現(xiàn)場操作的實時控制，也可以在自動控制中實現(xiàn)上下連通作用。特別要聯(lián)系到三方面的問題：數(shù)字、界面、動態(tài)畫面。為了要滿足監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)的功能，必須要對組態(tài)王進行系統(tǒng)設(shè)計。組態(tài)王軟件也有監(jiān)控界面供大家觀看，這個可以使得操作那么在監(jiān)控的時候更加方便。并且，該軟件能有效的運用Windows自帶的的圖形編輯軟件，使得監(jiān)控畫面更見的完美，而且改軟件以動態(tài)畫面的形式顯示設(shè)備的工作狀態(tài)，該軟件還擁有報警、實時曲線等功能，在生成各類報表的時候更加容易方面。它還附帶齊全的軟件驅(qū)動程序和良好的數(shù)據(jù)銜接功能[6]。5.1.3組態(tài)王軟件仿真的根本方法(1)設(shè)計界面，抽象的模擬出現(xiàn)場實際的工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備。(2)創(chuàng)立一個數(shù)據(jù)庫，在其中存放需要使用的變量。(3)用動畫連接各界面中的圖素并使之模擬現(xiàn)場運行方式。(4)制作完畢后要運行并對局部圖素調(diào)試。5.2組態(tài)變量的建立及設(shè)備連接5.2.1新建工程翻開組態(tài)王，新建工程并進入，然后新建畫面繪制所需界面，如圖5-1所示。圖5-1畫面新建5.2.1新建設(shè)備1.在組態(tài)王軟件樹形目錄里選擇設(shè)備，雙擊“新建〞圖標，彈出“設(shè)備配置向?qū)Ж晫υ捒?，如圖5-2所示。圖5-2新建設(shè)備在上述對話框中選擇PLC→西門子→S7-200系列→PPI設(shè)置好單擊“下一步〞一直到“完成〞，通信設(shè)置結(jié)束，如圖5-3所示。圖5-3新建設(shè)備完成5.2.3新建變量要實現(xiàn)組態(tài)王對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。根本類型的變量可以分為“內(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，不跟被監(jiān)控的設(shè)備進行交換。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5-4所示。圖5-4新建變量工程中所用到的變量見圖5-5。圖5-5變量表5.2.4變量與PLC的傳輸由于預設(shè)溫度需要在系統(tǒng)開始時設(shè)定，所以在監(jiān)控畫面中需要將數(shù)據(jù)輸入至PLC對應地址，雙擊預設(shè)溫度數(shù)值，選擇模擬值輸入，變量名選擇設(shè)定好的預設(shè)溫度，范圍選擇0-120，如圖5-6。這樣當進入運行模式的時候，點擊預設(shè)溫度值，就會出現(xiàn)如圖5-7所示的輸入界面。圖5-6溫度輸入連接圖5-7溫度輸入實際水溫的輸出信號是通過存放器VD200輸送到組態(tài)里面的，設(shè)置如圖5-8所示。雙擊實際水溫，選擇模擬值輸出選項，在表達式里面選擇實際溫度。輸出格式：整數(shù)位選擇3為，小數(shù)位選擇1位，然后顯示格式選擇十進制，單擊確定完成設(shè)置。那么系統(tǒng)中當前溫度值就可以在組態(tài)界面中顯示了。圖5-8溫度輸出連接5.3創(chuàng)立組態(tài)畫面5.3.1新建主畫面主畫面如圖5-9所示。圖5-9控制系統(tǒng)主畫面5.3.2新建PID參數(shù)設(shè)定窗口如圖5-10所示為PID參數(shù)設(shè)定窗口，用來設(shè)置PID參數(shù)值。圖5-10PID參數(shù)設(shè)定窗口5.3.3新建實時曲線實時趨勢曲線可在工具箱中雙擊后在畫面直接獲得。實時趨勢曲線隨時間變化自動卷動，可快速反響變量的新變化。如圖5-11所示。圖5-11實時曲線窗口5.3.4新建歷史曲線歷史趨勢曲線可在圖庫管理器中得到。歷史趨勢曲線可以查詢查詢過去的情況。歷史趨勢曲線需要事先建立兩個內(nèi)存變量，分表是調(diào)整跨度和舉動百分比。見圖5-