基于組態(tài)王軟件的溫度控制-系統(tǒng)控制

沈陽(yáng)理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)PAGE2目錄一組態(tài)王與無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)介……1二無(wú)線通信溫度控制…………………12.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?2.2實(shí)驗(yàn)儀器………12.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容………12.4實(shí)驗(yàn)電路………1三溫度控制系統(tǒng)硬件電路……………23.1溫度自動(dòng)控制…………………23.2溫度控制箱主要部件說(shuō)明……23.3溫度傳感器……………………33.4無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)模塊……………4四溫度控制系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程………54.1組態(tài)王主畫(huà)面設(shè)計(jì)……………54.2組態(tài)王主要軟件程序及實(shí)驗(yàn)時(shí)所需變量的定義……………8五運(yùn)行結(jié)果……………9六結(jié)論…………………9參考文獻(xiàn)………………10基于組態(tài)王軟件的溫度控制——系統(tǒng)控制一組態(tài)王與無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)介組態(tài)王是運(yùn)行于MicrisoftWindows98/NT/2000中文平臺(tái)的中文界面的人機(jī)界面軟件，采用多線程，COM組件等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)多任務(wù)，軟件運(yùn)行穩(wěn)定可靠。目前組態(tài)王常用的版本為“組態(tài)王6.3”軟件包，它由工程瀏覽器、工程管理器和畫(huà)面運(yùn)行系統(tǒng)三部分組成。在工程那瀏覽器中可以查看工程的各個(gè)組成部分，也可以完成數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)造，定義外圍設(shè)備等工作。工程管理器內(nèi)嵌入畫(huà)面管理系統(tǒng)，用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理。畫(huà)面的開(kāi)發(fā)和運(yùn)行是調(diào)用畫(huà)面制作系統(tǒng)“TouchMake”和工程運(yùn)行系統(tǒng)“Touchview”來(lái)完成。無(wú)線通信(Wirelesscommunication)是利用電磁波信號(hào)可以在自由空間中傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式，近些年信息通信領(lǐng)域中，發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的就是無(wú)線通信技術(shù)。無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，由于其特有的非接線通信方式的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于特定地理位置（如山區(qū)、油田和水利設(shè)施等）的現(xiàn)場(chǎng)遙測(cè)遙控領(lǐng)域。尤其在分布距離較遠(yuǎn)且數(shù)據(jù)傳輸量不大時(shí)，無(wú)線通信控制網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)更為明顯。典型無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)分布式控制系統(tǒng)見(jiàn)圖1所示。PCPC無(wú)線模塊無(wú)線模塊+控制模塊232測(cè)控對(duì)象1Com口測(cè)控對(duì)象n無(wú)線模塊+控制模塊圖1.典型無(wú)線通信控制網(wǎng)絡(luò)圖1中，采用臺(tái)灣威達(dá)（ICP）無(wú)線通信模塊SST900EXT，通信距離1km;波特率最大19200；232/485通信接口。二無(wú)線通信溫度控制2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握電熱爐溫度控制的原理及方法。（2）掌握基于組態(tài)王軟件的電熱爐溫度控制的系統(tǒng)控制原理。2.2實(shí)驗(yàn)儀器微機(jī)、溫度自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)箱、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)（泓格i7000系列）2.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）利用組態(tài)王軟件和無(wú)線通信控制網(wǎng)絡(luò)來(lái)設(shè)計(jì)模擬加熱爐的溫度控制實(shí)驗(yàn)。（2）通過(guò)組態(tài)王實(shí)驗(yàn)界面，調(diào)節(jié)PID實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬加熱爐溫度的實(shí)時(shí)控制。2.4實(shí)驗(yàn)電路圖2溫度自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)連接圖三溫度控制系統(tǒng)硬件電路3.1溫度自動(dòng)控制本設(shè)計(jì)的溫度控制是由全隔離單向交流調(diào)壓一體化模塊TY-280D15P-220（雙向硅控制電壓）、電流源HF10W-D、溫度控制儀表XMT602、數(shù)顯表HB5135B組成。其電路示意圖如下圖所示：3.2溫度控制箱主要部件說(shuō)明全隔離單向交流調(diào)壓一體化模塊TY-H380D15P-220是集隨即型固態(tài)繼電器、隨機(jī)型SSR移相觸發(fā)器和同步變壓器（兼作模塊內(nèi)部電源變壓器）于一體而成，其工作原理是：在同步變壓器的電壓作用下（此同步電壓在模塊內(nèi)部經(jīng)整流后還作為模塊工作電源）模塊內(nèi)部的移相觸發(fā)器會(huì)根據(jù)控制電壓的大小在輸出端產(chǎn)生與電網(wǎng)電壓同步的雙倍電網(wǎng)頻率的180°-0°范圍內(nèi)移相的寬脈沖，從而驅(qū)動(dòng)隨機(jī)型SSR，以達(dá)到移相調(diào)壓的目的。它的型號(hào)為T(mén)Y-380D25P-220,其中TY表示單相調(diào)壓模塊，中間部分表示模塊內(nèi)部相應(yīng)的隨即型固態(tài)繼電器型號(hào)即輸出觸點(diǎn)是曾強(qiáng)型或者普通型，電壓、電流等級(jí)等，后面部分表示同步變壓器初級(jí)電壓。該產(chǎn)品廣泛運(yùn)用于溫度的自動(dòng)控制，點(diǎn)擊調(diào)速等場(chǎng)合。本模塊具有輸入端與輸出端光隔離，以便于實(shí)現(xiàn)弱電對(duì)強(qiáng)電的控制，由于輸入端電壓（0-5V）的高低變化實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出端負(fù)載功率的控制，輸入阻抗搞，可直接通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)，數(shù)字程控電路接口，不必再外配電源同步電路，十分方便地實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出端負(fù)載電壓功率的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，廣泛用于照明設(shè)備，控溫設(shè)備交流電機(jī)軟啟動(dòng)，交流串波調(diào)速等功率自動(dòng)調(diào)節(jié)場(chǎng)合。其技術(shù)指標(biāo)如下：輸出額定電壓220VAC輸出額定電流10A-240A輸入控制信號(hào)0-5VDC輸出電壓變化范圍0-220VAC輸出端與底板間、輸入與輸出電路間介質(zhì)耐壓2500VACmin/50Hz其內(nèi)部電路如下圖所示：3.3溫度傳感器采用PT100作為溫度傳感器。鉑電阻溫度傳感器的特點(diǎn)是：精度高，穩(wěn)定性可靠。鉑電阻在氧化環(huán)境中，甚至在高溫下的物理和化學(xué)性質(zhì)都非常穩(wěn)定。因此鉑電阻被公認(rèn)為是目前制造熱電阻的最好材料。鉑電阻主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)使用，也常被用在工業(yè)測(cè)量中。此外，還被廣泛地應(yīng)用于溫度的基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。鉑電阻溫度計(jì)是目前測(cè)溫重復(fù)性最好的一種，其信號(hào)采集方式采用電橋。由于熱電阻安裝的地方距離測(cè)量模塊比較遠(yuǎn)，當(dāng)環(huán)境的溫度變化時(shí)其連接導(dǎo)線電阻也要變化。因?yàn)樗c熱電阻Rt是串聯(lián)的，也就是電橋臂的一部分，所以會(huì)造成測(cè)量誤差。采用三線制接線法就可以避免這種誤差的產(chǎn)生，鉑電阻溫度傳感器是利用金屬鉑在溫度變化時(shí)自身電阻值也隨之改變的特性來(lái)測(cè)量溫度的，顯示儀表將會(huì)指示出鉑電阻的電阻值所對(duì)應(yīng)的溫度值。3.4無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)模塊牛頓模塊（NUDAMMODULES）具有組態(tài)簡(jiǎn)單、采集的信號(hào)穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、編程容易等眾多優(yōu)點(diǎn)，它被廣泛地應(yīng)用于工場(chǎng)、礦山、學(xué)校、車(chē)間等需要數(shù)據(jù)采集的場(chǎng)合。每一單一的牛頓模塊都是地址可編程的。無(wú)線通信控制網(wǎng)絡(luò)由于其特有的非界限通信方式的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于特定地理位置（如山區(qū)、油田和水利設(shè)施等）的現(xiàn)場(chǎng)遙測(cè)遙控領(lǐng)域。尤其在分布距離較遠(yuǎn)且數(shù)據(jù)傳輸量不大時(shí)，無(wú)線通訊控制網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)更為明顯。目前，采用無(wú)線通信技術(shù)的工控產(chǎn)品很多，有的采用RF調(diào)頻通訊遠(yuǎn)離；有的采用擴(kuò)頻通信原理；根據(jù)發(fā)射功率的不同，無(wú)線通訊的距離也各不相同，也有很多公司開(kāi)發(fā)出了應(yīng)用于不同場(chǎng)合的無(wú)線數(shù)據(jù)傳送模塊，大大方便了無(wú)線通信測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?？紤]到實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的要求及實(shí)際應(yīng)用情況，本次設(shè)計(jì)選用了臺(tái)灣威達(dá)（ICP）公司，是著名的工控產(chǎn)片研發(fā)和生產(chǎn)公司，其公司生產(chǎn)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡和工控模塊都是目前工控行業(yè)的主要產(chǎn)品。尤其是工控模塊產(chǎn)品，由于性?xún)r(jià)比高、組合使用方便，深受用戶(hù)好評(píng)。典型無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：系統(tǒng)各部分說(shuō)明如下：（1）SST900EXT:無(wú)線接收/發(fā)送模塊，232/485接口；速率最高19.2Kbps；距離200M，加放大天線可達(dá)1KM,本設(shè)計(jì)系統(tǒng)速率設(shè)為9.6Kbps（2）7012：模擬量輸入模塊，16位隔離；485接口；地址設(shè)為2；電壓輸入0-10W對(duì)應(yīng)0-10（3）7021：模擬量輸出模塊，16位隔離；485接口；地址設(shè)為1；電壓輸出：0-10對(duì)應(yīng)0-10v。四溫度控制系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程4.1組態(tài)王主畫(huà)面設(shè)計(jì)4.1.1主畫(huà)面模塊登錄畫(huà)面主畫(huà)面現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集畫(huà)面實(shí)時(shí)曲線趨勢(shì)4.1.2各模塊畫(huà)面及功能介紹4.1.2.1登錄畫(huà)面在登陸界面中輸入正確的用戶(hù)名和密碼，點(diǎn)擊登錄即可進(jìn)入本系統(tǒng)的主畫(huà)面，否則重置，會(huì)將用戶(hù)名和密碼清零，重新輸入正確的用戶(hù)名和密碼。4.1.2.2主畫(huà)面在主畫(huà)面中，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集可通過(guò)ShowPicture("現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集")轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)采集畫(huà)面;點(diǎn)擊實(shí)時(shí)曲線可通過(guò)ShowPicture("歷史曲線")轉(zhuǎn)到實(shí)時(shí)曲線趨勢(shì)畫(huà)面;點(diǎn)擊退出可通過(guò)ShowPicture("登錄")轉(zhuǎn)到登陸畫(huà)面;4.1.2.3現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集畫(huà)面此畫(huà)面中設(shè)計(jì)了一個(gè)模擬加熱爐，當(dāng)運(yùn)行此系統(tǒng)時(shí)，此溫度與溫度自動(dòng)上控制實(shí)驗(yàn)箱上的溫度數(shù)據(jù)保持一致，并在溫度變化中顯示，以便于觀察。點(diǎn)擊返回可通過(guò)ShowPicture("菜單")返回到主畫(huà)面;4.1.2.4實(shí)時(shí)曲線趨勢(shì)畫(huà)面此畫(huà)面中設(shè)計(jì)了畫(huà)面自動(dòng)切換按鈕、實(shí)測(cè)溫度曲線、設(shè)定溫度曲線、PID顯示模塊等窗口。通過(guò)友好的用戶(hù)界面，用戶(hù)可隨意在設(shè)定溫度范圍內(nèi)設(shè)定任意溫度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度曲線的在線顯示，通過(guò)動(dòng)態(tài)的畫(huà)面更新，可以實(shí)時(shí)、直觀地觀察到爐內(nèi)溫度的變化，對(duì)于控制過(guò)程中的溫度以及控制參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄并存儲(chǔ)，通過(guò)歷史數(shù)據(jù)管理模塊對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，以更好地掌握加熱爐的控制特性。4.2組態(tài)王主要軟件程序及實(shí)驗(yàn)時(shí)所需變量的定義組態(tài)王軟件設(shè)計(jì)包括各部分（登陸程序、重置程序、PID控制程序、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集程序、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線程序、退出程序、輸出電壓值、實(shí)測(cè)溫度值、設(shè)定溫度值、返回程序）程序的編寫(xiě)與變量的定義。4.2.1登陸程序if(\\本站點(diǎn)\用戶(hù)名=="07030201"&&\\本站點(diǎn)\密碼=="123"){ShowPicture("菜單");}else{ShowPicture("登錄");}4.2.2重置程序\\本站點(diǎn)\用戶(hù)名="";\\本站點(diǎn)\密碼="";4.2.3PID控制程序\\本站點(diǎn)\前二溫度差=\\本站點(diǎn)\前一溫度差;\\本站點(diǎn)\前一溫度差=\\本站點(diǎn)\當(dāng)前溫度差;\\本站點(diǎn)\當(dāng)前溫度差=\\本站點(diǎn)\新設(shè)定溫度-\\本站點(diǎn)\顯示溫度;\\本站點(diǎn)\變化的電壓=\\本站點(diǎn)\I*(\\本站點(diǎn)\當(dāng)前溫度差)+\\本站點(diǎn)\P*(\\本站點(diǎn)\當(dāng)前溫度差-\\本站點(diǎn)\前一溫度差);\\本站點(diǎn)\電壓=\\本站點(diǎn)\變化的電壓+\\本站點(diǎn)\電壓;4.2.4現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集程序ShowPicture("現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集");4.2.5實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線程序ShowPicture("歷史曲線");4.2.6退出程序ShowPicture("登錄");\\本站點(diǎn)\用戶(hù)名="";\\本站點(diǎn)\密碼="";4.2.7設(shè)定溫度值（模擬值輸出表達(dá)式）\\本站點(diǎn)\新設(shè)定溫度4.2.8實(shí)測(cè)溫度值（模擬值輸出表達(dá)式）\\本站點(diǎn)\新設(shè)定溫度4.2.9輸出電壓值模擬值輸出表達(dá)式為\\本站點(diǎn)\電壓，模擬值輸入表達(dá)式為\\本站點(diǎn)\電壓4.2.10返回程序ShowPicture("菜單");4.2.11所需變量的定義如下：五運(yùn)行結(jié)果運(yùn)行本系統(tǒng)，將設(shè)定溫度定為35度，通過(guò)PID調(diào)節(jié)得到如下曲線圖：運(yùn)行結(jié)果：運(yùn)行本系統(tǒng)觀察，當(dāng)設(shè)定溫度為35度、PID參數(shù)分別為0.05、0.002、0.0001時(shí)，電壓由零開(kāi)始增加，溫度逐漸上升；當(dāng)溫度超過(guò)35度時(shí)，PID參數(shù)開(kāi)始調(diào)節(jié)停止加熱使溫度下降，回到設(shè)定值附近。六結(jié)論該系統(tǒng)可以通過(guò)調(diào)節(jié)PI