【正文】 、PLC以及計算機控制系統(tǒng)相配合，實現(xiàn)對加熱溫度的恒值或程序控制。2）鍋爐：鍋爐內(nèi)膽中有電加熱器，可以控制進行加熱。鍋爐由內(nèi)膽和夾套兩部分組成，夾套的溫度是由鍋爐來熱傳導(dǎo)進行的。如圖22圖22 AE2000A實驗控制對象實物圖 西門子可編程控制器隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷更新和發(fā)展，PLC可編程控制器的優(yōu)越性就體現(xiàn)的淋漓精致，其凸顯的快速性，穩(wěn)定性，安全方便性越加符合現(xiàn)代社會一些有關(guān)于制造的公司和企業(yè)要求。PLC控制器生產(chǎn)出來的產(chǎn)品具有成本低并且質(zhì)量要求都可靠的，故PLC可編程控制器占到的很多的優(yōu)勢和主動權(quán)，在社會市場中具有良好的口碑，現(xiàn)在已經(jīng)變成為當(dāng)今工業(yè)控制自動化的重要支柱之一。 PLC的特點1) 編程方法簡單易學(xué)PLC編程語言中，梯形圖易學(xué)易懂，圖形比較簡單，是應(yīng)用最多的編程方式，其電路符號和表達式與繼電器電路原理圖很相似。2) 功能使用方便以及全面，性價比也高功能強大，能同時供應(yīng)上萬個編程的元件，很快速的實現(xiàn)復(fù)雜的控制系統(tǒng)。跟同類別的相比具有很明顯的優(yōu)越性和價格低的優(yōu)點。3) PLC的硬件強大，適應(yīng)性強PLC控制系統(tǒng)裝置中的各種硬件都能提供給大家使用和選擇。大家能隨心所遇的構(gòu)成根據(jù)不同功能的，自己需要的控制系統(tǒng)，從而使用起來也非常方便可靠。并且，PLC的負載能力極其強大，所以其適應(yīng)性也廣泛全面。4) 可靠，抗干擾性能強以往的一些繼電器可能很容易出現(xiàn)問題故障，不能可靠的供用戶使用，但是PLC還有其軟件功能，給用戶解決的不穩(wěn)定的因數(shù)，也排除了很多之前的故障問題。PLC控制系統(tǒng)在長時間的使用中，都明顯的比以前的穩(wěn)定，產(chǎn)生的故障次數(shù)也減少很多，故其在惡劣的環(huán)境中也能正常工作。這給用戶正常使用控制器提供了保障，其抗干擾的能力是用戶公認的突出優(yōu)點。5) 在其系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試方面都比較方便PLC之前為了解決不穩(wěn)定和故障的環(huán)節(jié)上，采用的軟件功能很明顯的使得控制柜在其中的安裝、調(diào)試和設(shè)計方面都面面俱到，大大的減少了很多工作量，比以前更加的優(yōu)越。而PLC軟件功能中的梯形圖設(shè)計程序，也是一個很容易掌握和學(xué)習(xí)的知識，其易學(xué)易懂，設(shè)計方法也很明白簡單，能更好的被用戶習(xí)得，編程的時間也大大的減少了。6) 維修工作量小，并且很方便PLC具有其穩(wěn)定性和可靠性，所以產(chǎn)生的故障也很少，所以維修工作量也相當(dāng)?shù)男?。再其具有自己軟件的調(diào)試診斷故障的能力，使得能讓用戶更加快速和方便的發(fā)現(xiàn)故障的所在，從而迅速解決和排除一些小故障。7) PLC體積很小，能耗也低PLC通過改進后，其配線的用量減少了很多，體積方面也變之前的繼電器少了很多。相當(dāng)于原來的一半都不到。并且安裝工程量也不大，加上體積方面的縮小，使得其耗能明顯下降。 PLC的工作原理PLC有兩種工作狀態(tài)，即運行（RUN）狀態(tài)和停止（STOP）狀態(tài)。（1）在運行狀態(tài)，PLC通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能。PLC會不斷的執(zhí)行用戶的程序，從而能更精確的接收到可能隨時產(chǎn)生變化的輸入信號，直到PLC停止工作。（2）在執(zhí)行用戶的程序的同時，PLC還會有很多次循環(huán)，每次循環(huán)可以分為以下五個步驟，如下圖23所示。 開始自診斷與編程器通信讀入現(xiàn)場信號執(zhí)行用戶程序輸出結(jié)果STOPRUN 圖23 PLC工作運行階段PLC的這種反復(fù)的的循環(huán)工作模式我們稱做PLC掃描工作方式。PLC的掃描時間：在執(zhí)行工作程序的狀態(tài)下，每執(zhí)行一次上述圖所示的步驟，就是一個掃描周期。 S7300PLC實驗系統(tǒng)簡述本次系統(tǒng)溫度控制設(shè)計，主要采用的是西門子S7300PLC進行編程控制，以PLC控制為核心，PLC將加熱爐溫度設(shè)定值與溫度傳感器的測量值之間的偏差，經(jīng)過PID運算后得到的信號控制輸出電壓的大小，采用PID算法，運用PLC編程語言編程，從而調(diào)節(jié)加熱器加熱，實現(xiàn)溫度的自動控制。該控制器具有多種電源模塊、I/O模塊以及需要24V直流的傳感器/執(zhí)行器供電。西門子S7300PLC中的CPU的作用是不斷的采集數(shù)據(jù)來執(zhí)行程序，不斷的去更新輸出結(jié)果。而其中的存儲器是用來儲存數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。輸入和輸出模塊是I/O模塊，輸入模塊主要是用來收集輸入信號，模擬量輸入模塊是主要用來接收連續(xù)變化地模擬量電壓電流信號，其都是信號模塊。通信處理器用于PLC之間、PLC與遠程I/O之間、PLC與計算機和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將PLC接入MPI、PROFIBUSDP、ASI和工業(yè)義太網(wǎng)，或者用于實現(xiàn)點對點通信等。PLC一般使用AC 200V電源或DC 24V電源，電源模塊用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為DC 24V電壓和背板總線上的DC 5V電壓，供其他模塊使用。如圖25和圖26所示圖25 AE2000A實驗臺圖26 西門子S7300PLC模塊3 電加熱控制系統(tǒng)軟、硬件環(huán)境 S7300編程軟件STEP7介紹SIMATIC S7300是一種通用型的PLC，使用的場所非常之多，尤其是在生產(chǎn)制造工程中的應(yīng)用。具有模塊化、無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、易于實現(xiàn)分布式的配置以及易于掌握等待點。為了是PLC控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定，方便的設(shè)計和使用，S7300由多種模塊部件，以各自不同的形式結(jié)合在一起來構(gòu)成。S7300還具有不同種類和不同層次的CPU，為用戶提供了強大的功能。S73OO還具有很多的指令集，使得設(shè)計更加方便。 STEP7硬件組態(tài)設(shè)置步驟STEP7軟件硬件組態(tài)設(shè)置是來模擬真實的PLC硬件系統(tǒng)，從而對PLC硬件模塊的各種參數(shù)進行設(shè)置和修改的過程。STEP 7創(chuàng)建一個自動化解決方案，可以分為6個步驟；創(chuàng)建一個項目、通信設(shè)置、硬件組態(tài)和參數(shù)設(shè)置、程序編寫與下載、程序調(diào)試和組態(tài)通信。下面結(jié)合此次設(shè)計的課題逐一對這六個步驟進行展開分析。（1） 創(chuàng)建一個項目運行STEP7，在“File”菜單下選擇“‘New Project’Wizard”，點擊‘Next’按鈕，按照順序進行選擇，選擇CPU3152DP，選擇需要用的組織塊OB1和OB35，再選擇編程語言LAD。輸入自定義的工程名稱，最后點擊‘Finish’按鈕，結(jié)束對項目的創(chuàng)建過程。（2） 硬件組態(tài)a) 雙擊“SIMATIC 300 STATION”中的“hardware”（如圖31），進入硬件組態(tài)窗口，選擇正確的輸入輸出模塊。雙擊‘DP’，出現(xiàn)DP屬性對話框。圖31 硬件組態(tài)b) 點擊，在圖32中新建一個‘PROFIBUS（1）’網(wǎng)絡(luò)。圖32 PROFIBUS DP設(shè)置c) 在建立好的‘PROFIBUS（1）’網(wǎng)絡(luò)上添加通信模塊IM1531(6ES71531AA030XB0)。并向其中添加模擬量輸入模塊AI8x16Bit (6ES7 3317NF000AB0)、模擬量輸出模塊AO4x12Bit(6ES7 3325HD010AB0)。d) 對模擬量模塊的屬性進行修改，選中要修改的模塊的屬性對話框，分別修改模擬量輸入模塊的‘Addresses’和‘Inputs’屬性進行調(diào)整，調(diào)整為電壓型輸入，即‘E’，測量范圍為1..5V。同理對模擬量輸出模塊也進行調(diào)整，調(diào)整為點流行輸出，即‘I’，電流范圍是4..20mA。最終得到最后的硬件組態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖33所示。圖33 模擬量模塊配置圖（3） 程序設(shè)計a) 首先，根據(jù)此次設(shè)計中需要用到的輸入輸出端口的硬件連接，在“Symbols”中對過程信號、位存儲和塊設(shè)定符號名和加適當(dāng)?shù)淖⑨尅?chuàng)建的符號編輯器的結(jié)果如圖34所示，其中鍋爐溫度定義為“AI1”，它位于模擬量輸入通道的“IW2”，輸出到加熱器的控制信號定義為“AQ1”，地址是模擬量輸出通道的“QW18”。圖34 符號編輯器b) 點擊SIMATIC管理器下的項目結(jié)構(gòu)中的“Blocks”項，在其中添加需要的編程模塊，然后進入組織塊“OB1”，根據(jù)轉(zhuǎn)化通道的原理，對于鍋爐的溫度進行采樣處理，便于在監(jiān)控畫面中顯示。梯形圖程序如圖35所示。圖35 鍋爐溫度采集程序c) 打開組織塊OB35，在OB35完成PID的程序編寫。其中調(diào)用了FB41模塊，定義了DB41，在正確完成了程序編寫之后，兩個數(shù)據(jù)塊會自動生成，最終PID程序中Blocks中的結(jié)構(gòu)如圖36。圖36 PID Blocks結(jié)構(gòu)圖d) 在軟硬件都完成了設(shè)計之后，鼠標點擊SIMATIC 300 Station ，在PLC處于STOP模式下，點擊工具欄中的下載按鈕，完成下載過程。完成后將PLC置于RUN模式。 STEP7軟件編程STEP7標準軟件包支持三種編程語言：梯形圖LAD（Ladder Logic Programming Language）、語句表STL（Statement List Programming Language）和功能塊圖FBD（Function Block Diagram Programming Language）。不同的編程語言為具有不同知識背景的編程人員提供了選擇。l LAD：梯形圖，易學(xué)易懂，很電路圖產(chǎn)不多，都用很多的接觸點和線圈等符號來繪制。l STL：語句表，它是用文本編程的形式。l FBD：功能塊圖，它主要是用不同種類的功能“盒”即功能。對比這三種編程語言，我們可以發(fā)現(xiàn)梯形圖和功能塊圖都是采用圖形化的編程語言，易于明白，使用方便；語句表的話它更趨向于程序員的編程語言，控制可能比較靈活。 Win CC西門子監(jiān)控組態(tài)軟件組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）的軟件平臺工具，是工業(yè)應(yīng)用軟件的一個組成部分。它具有豐富的設(shè)置項目，使用方式靈活，功能強大。WinCC具有了性能完美全面、技術(shù)先進、系統(tǒng)開放和方便靈活的特點，并且其兼容性也非常的強大，用起來很是方便穩(wěn)定。 Win CC組態(tài)設(shè)計及其畫面監(jiān)控的實現(xiàn)WinCC組件分別由組態(tài)軟件和運行軟件構(gòu)成。我們需要使用的是WinCC的項目管理器，項目管理器是整個WinCC的核心部位，使用期管理器對控制系統(tǒng)進行不同元件的繪制和監(jiān)控。使用WinCC的運行軟件，操作人員可監(jiān)控生產(chǎn)過程，使用WinCC來開發(fā)和組態(tài)一個項目的步驟是：l 啟動WinCCl 建立一個項目l 選擇以及安裝通訊驅(qū)動程序l 定義變量l 建立和編輯過程畫面l 指定WinCC運行系統(tǒng)的屬性l 激活WinCC畫面l 使用變量模擬器測試過程畫面結(jié)合本次畢業(yè)設(shè)計，討論Win CC軟件開發(fā)過程，開發(fā)過程主要分為工程建立、通信設(shè)置、變量設(shè)置、監(jiān)控過程畫面的繪制等。(1) 工程建立 啟動Win CC 通過點擊“文件”下的子菜單中的“新建”按鈕來創(chuàng)建，此時現(xiàn)如圖37所示，選擇“單用戶項目”，點擊“確定”，出現(xiàn)如圖38所示對話框，輸入項目名稱，選擇項目保存路徑，最后點擊“完成”。圖37 資源管理器 圖38 創(chuàng)建項目(2) 添加通訊驅(qū)動程序，完成PLC與Win CC之間通信。在右側(cè)一欄中點擊“變量管理器”， 在快捷菜單中選擇“添加新的驅(qū)動程序”，選擇“SIMATIC S7 Protocol Suite”，則該驅(qū)動將會安裝在“變量管理器”的子目錄下，如圖39所示。圖39 添加驅(qū)動模塊(3) 右鍵點擊MPI通道單元，在快捷菜單中選擇“新驅(qū)動程序的連接”，在“連接屬性”對話框中輸入“cpu3152dp”作為邏輯連接名，然后再點擊“屬性”按鈕，在連接設(shè)置中將插槽號設(shè)置為2。(4) 打開MPI，右鍵點擊“cpu3152dp”如圖310所示，選擇“新建組”，并取名為“DB41”，同時在STEP中打開DB41背景數(shù)據(jù)塊如圖312所示，根據(jù)數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)地址，在Win CC的DB41變量組中，建立需要的變量。建立的結(jié)果如圖311所示。 (5) 在右側(cè)項目管理器瀏覽欄，右鍵點擊“圖形編輯器”，進入“Graphics Designer”的一個空白畫面，在這里可以建立用戶需要的可視化的組態(tài)畫面。下面對圖形界面的編輯中用到的主要對象進行簡單的介紹。 圖310 新建變量圖311 DB41變量組圖312 STEP7 DB41數(shù)據(jù)塊1) 輸入/輸出域：在右側(cè)菜單欄的“對象選項板”中的“智能對象”下選中“輸入/輸出域”（如圖313所示），鼠