【正文】 ................................................................................................. 27 設計思路 ....................................................................................................... 27 梯形圖程序 ............................................................................................... 28 PID 指令向導的運用 ............................................................................... 30 語句表（ STL）程序 ................................................................................ 34 5 基于組態(tài)王的 HMI 設計 ......................................................................................36 人機界面（ HMI）設計 .................................................................................. 36 主界面 ....................................................................................................... 37 實時趨勢曲線 ........................................................................................... 38 報警窗口 ................................................................................................... 39 變量設置 .......................................................................................................... 40 動畫連接 .......................................................................................................... 41 6 系統(tǒng)運行結果分析 ................................................................................................43 系統(tǒng)運行 .......................................................................................................... 43 運行結果分析 .................................................................................................. 43 結 論 ............................................................................................................................44 致 謝 ............................................................................................................................45 參考文獻 ......................................................................................................................46 附錄 A ..........................................................................................................................47 附錄 B ..........................................................................................................................63 沈陽理工大學學士學位論文 1 1 緒 論 項目背景、意義 溫度控制在電子、冶金、機械等工業(yè)領域應用非常廣泛。由于其具有工況復雜、參數多變、運行慣性大、控制滯后等特點，它對控制調節(jié)器要求極高。目前 ,仍有相當部分工業(yè)企業(yè)在用窯、爐等 烘干生產線 ，存在著控制精度不高、 爐內溫度均勻性差等問題 ,達不到工藝要求，造成裝備運行成本費用高，產出品品質低下，嚴重影響企業(yè)經濟效益，急需技術改造。 近年來，國內外對溫度控制器的研究進行了廣泛、深入的研究，特別是隨著計算機技術的發(fā)展，溫度控制器的研究取得了巨大的發(fā)展，形成了 一批商品化的溫度調節(jié)器 ，如 :職能化 PID、模糊控制、自適應控制等，其性能、控制效果好 ,可廣泛應用于溫度控制系統(tǒng)及企業(yè)相關設備的技術改造服務。 在工業(yè)自動化領域內 ， PLC（可編程控制器） 以其可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、功能強大、性價比高、體積小、能耗低等顯著特點廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)的自動控制之中。目前的工業(yè)控制中 ， 常常選用 PLC 作為現(xiàn)場的控制設備 ， 用于數據采集與處理、邏輯判斷、輸出控制；而上位機則是利用 HMI 軟件來完成工業(yè)控制狀態(tài)、流程和參數的顯示 ,實現(xiàn)監(jiān)控、管理、分析和存儲等功能 。這種監(jiān)控系統(tǒng)充分利用了 PLC 和計算 機各自的特點 ， 得到了廣泛的應用。在這種方式的基礎上設計了一套溫度控制系統(tǒng)。以基于 PLC 的下位機和完成 HMI 功能的上位機相結合 ， 構建成分布式控制系統(tǒng) ， 實現(xiàn)了溫度自動控制。 PLC 不僅具有傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的控制功能，而且能擴展輸入輸出模塊，特別是可以擴展一些智能控制模塊，構成不同的控制系統(tǒng)，將模擬量輸入輸出控制和現(xiàn)代控制方法融為一體，實現(xiàn)智能控制、閉環(huán)控制、多控制功能一體的綜合控制?，F(xiàn)代 PLC 以集成度高、功能強、抗干擾能力強、組態(tài)靈活、工作穩(wěn)定受到普遍歡迎，在傳統(tǒng)工業(yè)的現(xiàn)代化改造中發(fā)揮越來越重要的作用 ， 尤其適合溫度控制的要求。 此外 ， 隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高 ， 用戶對控制系統(tǒng)的過程監(jiān)控要求越來越高，人機界面（ HMI）的 出現(xiàn)正好滿足了用戶這一需求。 人機界面可以對控制系統(tǒng)進行全面監(jiān)控，包括參數監(jiān)測、信息處理、在線優(yōu)化、報警提示、數據記錄等功能，從而使控制系統(tǒng)變得簡單易懂、操作人性化，深受廣大用戶的喜歡。 人機界面（ HMI）在自動控制沈陽理工大學學士學位論文 2 領域的作用日益顯著。 HMI正在成為引導工業(yè)生產制造走向成功的重要因素，因為這些系統(tǒng)越來越多的用于監(jiān)控生產過程，讓過程變得更加準確、簡潔和快速。 HMI 其實廣義的解釋就是 “使用者與機器間溝通、傳達及接收信息的一個接口 ”。舉個例子來說，在一座工廠里頭，我們要搜集工廠各個區(qū)域的溫度、濕度以及工廠中機器的狀態(tài)等等的信息透過一臺主控器監(jiān)視并記錄這些參數，并在一些意外狀況發(fā)生的時候能夠加以處理。這便是一個很典型的 SCADA/HMI 的運用，一般而言， HMI 系統(tǒng)必須有幾項基本的能力： 實時的資料趨勢顯示 ——把擷取的資料立即顯示在屏幕上。 自動記錄資料 ——自動將資料儲存至數據庫中，以便日后查看。 歷史資料趨勢顯示 ——把數據庫中的資料作可視化的呈現(xiàn)。 報表的產生與打印 ——能把資料轉換成報表的格式，并能夠打印出來。 圖形接口控制 ——操作者能夠透過圖形接口直接控制機臺等裝置。 警報的產生與記錄 ——使用者可以定義一些警報產生的條件。 比方說溫度過度或壓力超過臨界值，在這樣的條件下系統(tǒng)會產生警報，通知 作業(yè)員處理 [1]。 溫控 系統(tǒng)的 現(xiàn)狀 自 70 年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在微電子技術和計算機技術的迅猛發(fā)展以及自動控制理論和設計方法發(fā)展的推動下，國內外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在職能化 、自適應、參數自整定等方面取得成果，在這方面，以日本、美國、德國、瑞典等國技術領先，都生產出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表 ,并在各行各業(yè)廣泛應用 [2]。它們主要具有如下特點 ： 1)適應于大慣性、大滯后等復雜溫度控制系統(tǒng)的控制。 2)能適應于受控系統(tǒng)數學模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制。 3)能適應 于受控系統(tǒng)過程復雜、參數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、人工職能等理論及計算機技術，運用先進的算法，適應的范圍廣泛。 5)溫度控制器普遍具有參數自整定功能。借助計算機軟件技術，溫控器具有對控制參數及特性進行自動整定的功能。有的還具有自學習功能，它能夠根據歷史經驗及控制對象的變化情況，自動調整相關控制參數，以保證控制效果的最優(yōu)化。6)溫度控制系統(tǒng)既有控制精度高、抗干擾能力強、魯棒性好的特點。目前 ， 國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能話、小型化等方面快速 發(fā)展 [3]。 沈陽理工大學學士學位論文 3 溫度控制系統(tǒng)在國內各行各業(yè)的應用雖然已經十分廣泛 ， 但從國內生產的溫度控制器來講 ， 總體發(fā)展水平仍然不高 ， 同日本、美國、德國等先進國家相比仍然有著較大的差距。目前 ， 我國在這方面總體水平處于 20 世紀 80 年代中后期水平 ， 成熟產品主要以“點位 ”控制及常規(guī)的 PID 控制器為主 ， 它只能適應一般溫度系統(tǒng)控制 ， 難于控制滯后、復雜、 時變溫度系統(tǒng)控制。而適應于較高控制場合的智能化、自適應控制儀表，國內技術還不十分成熟 。 形成商品化并在儀表控制參數的自整定方面，國外已有較多的成熟產品，但由于國外技術保密及我國開發(fā) 工作的滯后，還沒開發(fā)出性能可靠的自整定軟件?？刂茀荡蠖嗫咳斯そ涷灱拔覈F(xiàn)場調試來確定。 這些差距，是我們必須努力克 服的。隨著我國 加入 WTO，我國政府及企業(yè)對此非常重視，對相關企業(yè)資源進行了重組，相繼建立了一些國家、企業(yè)的研發(fā)中心，并通過合資、技術合作等方式，組建了一批合資、合作及獨資企業(yè)，使我國溫度儀表等工業(yè)得到迅速的發(fā)展 [4]。 隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們對溫度控制系統(tǒng)的要求愈來愈高，因此，高精度、智能化、人性化的溫度控制系統(tǒng)是國內外必然發(fā)展趨勢。 項目研究內容 可編程控制器 (PLC)是集計算機技術、自動控制技術和通信技術為一體的新型自動控制裝置。其性能優(yōu)越，已被廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域，并已成為工業(yè)自動化的三大支柱 (PLC、工業(yè)機器人、 CAD/CAM)之一。 PLC 的應用已成為一個世界潮流，在不久的將來 PLC 技術在我國將得到更全面的推廣 和 應用。 研究 PLC 技術在溫度監(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、電路圖的設計、程序設計，控制對象數學模型的建立、控制算法的選擇和參數的整定，人機界面的設計等。 通過德國西門子公司的 S7200系列 PLC控制器，溫度傳感器將檢測到 的實際爐溫轉化為電壓信號，經過模擬量輸入模塊轉換成數字量信號并送到 PLC中進行 PID調節(jié)， PID控制器輸出量轉化成占空比，通過固態(tài)繼電器控制爐子加熱的通斷來實現(xiàn)對爐子溫度的控制。 同時利用 亞 控公司的 組態(tài)軟件 “組態(tài)王 ”設 計一個人機界面（ HMI）， 通過串行口與可編程控制器通信， 對控制系統(tǒng)進行全面監(jiān)控，從而使用戶操作更方便?？傮w上包括的技術路線：硬件設計，軟件編程，參數整定等。 全論文分 六 章 ， 各章的主要內容說明如下。 第 一 章，對 溫度控制 系統(tǒng)應用的背景 及國內外的發(fā)展狀況 進行了闡述，指出了本文沈陽理工大學學士學位論文 4 的研究意義所在。 第 二 章， 簡單概述了 PLC 和人機界面的基本概念以及結構功能等基礎內容。 第 三 章 ， 主要從系統(tǒng)設計結構和硬件設計角度 ,介紹該項目的 PLC 控制系統(tǒng)設計步驟、 PLC 的硬件配置、外部電路設計以及 PLC 控制器的設計和參數的整定。 第 四 章， 在硬件設計的基礎上，詳細介紹了本項目軟件設計，主要包括軟件設計的基本步驟、方法，編程軟件 STEP7Micro/WIN 的介紹以及本項目程序設計。 第 五 章， 詳細 介紹了如何在 亞 控公司的 組態(tài)軟件 “組態(tài)王 ”的基礎上進行人機界面的設計 。 第六章，展示了系統(tǒng)運行結果，然后對其進行分析。