【正文】 天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第 1 頁 共 61 頁 內(nèi)容摘要 溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的諸多領(lǐng)域中 , 溫度控制占有著極為重要的地位 , 特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足輕重的作用。對于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，燃料，控制方案 也有所不同。例如冶金、機(jī)械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等。溫度控制系統(tǒng) 的工藝過程復(fù)雜多變，具有不確定性，因此對系統(tǒng)要求更為先進(jìn)的控制技 術(shù)和控制理論。 可編程控制器（ PLC）可編程控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是繼承計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)裝置。它具有抗干擾能力強(qiáng)，價(jià)格便宜， 可靠性強(qiáng)，編程簡單，易學(xué)易用等特點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域中深受工程操作人員的喜歡，因此 PLC 已在工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域中被廣泛地使用 。 關(guān)鍵字：溫度控制 PLC 組態(tài) 天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第 2 頁 共 61 頁 目 錄 1 引言 .................................................................3 溫度控制系統(tǒng)的意義 .................................................3 溫度控制系統(tǒng)背景 ...................................................3 研究技術(shù)介紹 .......................................................3 2 硬件設(shè)計(jì) .............................................................6 硬件 配置 ...........................................................6 I/O 分配表 ..........................................................8 硬件接線圖 ........................................................10 3 軟件設(shè)計(jì) ............................................................10 PID 控制程序設(shè)計(jì) ...................................................15 S7200程序設(shè)計(jì)流程圖 ..............................................16 內(nèi)存地址分配與 PID 指令回路表 ......................................17 S7200程序設(shè)計(jì)梯形圖 ..............................................17 4 組態(tài)編程 ............................................................25 PLC 通信配置與 通信方式 .............................................25 網(wǎng)絡(luò)的通訊 PPI 協(xié)議 ................................................25 組態(tài)軟件 Kingview ..................................................27 組態(tài)王定義外部設(shè)備和數(shù)據(jù)變量 ......................................27 組態(tài)王界面 ........................................................30 啟動(dòng)組態(tài)王 ........................................................29 結(jié)論 ...................................................................32 致謝 ...................................................................35 參考文獻(xiàn) ...............................................................36 天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第 3 頁 共 61 頁 1 引言 溫度控制系統(tǒng)的意義 溫度 及濕度的測量和控制對人類日常生活、工業(yè)生產(chǎn)、氣象預(yù)報(bào)、物資倉儲(chǔ)等都起著極其重要的作用。在許多場合，及時(shí)準(zhǔn)確獲得目標(biāo)的溫度、濕度信息是十分重要的，近年來，溫濕度測控領(lǐng)域發(fā)展迅速，并且隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，溫濕度的測控芯片也相應(yīng)的登上歷史的舞臺(tái)，能夠在工業(yè)、 農(nóng)業(yè)等各領(lǐng)域中廣泛使用 。 溫度控制系統(tǒng)背景 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(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，國內(nèi)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在職能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成果，在這方面，一日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先，都產(chǎn)生了一批商品化的、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。 溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然十分廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)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(jìn)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 實(shí)際 80 年代中后期水平，成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的 PID 控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變溫度系統(tǒng)控制。而適應(yīng)于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟。形成商品化并在儀表控制系統(tǒng)參數(shù)的自整定方面，還沒開發(fā)性能可靠的自整定軟件。參數(shù)大多靠人工經(jīng)驗(yàn)及我國現(xiàn)場調(diào)試來確定。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對溫度控制系統(tǒng)的要求越來越高，因此，高精度、智能化、人性化的溫度控制系統(tǒng)是國內(nèi)外必然發(fā)展趨勢。 研究技 術(shù)介紹 傳感技術(shù) 傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)技術(shù)。 天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第 4 頁 共 61 頁 中華人名共和國國家標(biāo)準(zhǔn) GB76651987 對傳感器（ transducer/sensor）的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中，敏感元件是指直接感受或響應(yīng)被測量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能將敏感元件或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳感器或被測量的電信號部分?！? 對生產(chǎn)過程的監(jiān)控首先離不開采集設(shè)備工作信息，因此選用合適的傳感器至關(guān)重要，如果把計(jì)算機(jī)看 作是自動(dòng)化系統(tǒng)的“大腦”，信道看作是“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”的話，那么傳感器就是自動(dòng)化系統(tǒng)的“五官”。無法對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確、可靠、實(shí)時(shí)測量，監(jiān)控也就無從談起了。 PLC 可編程控制器的英文名稱是 Programmable Logic Controller，即可編程邏輯控制器，簡稱 PLC。 現(xiàn)代制造業(yè)必須對市場需求做出快速反應(yīng)，生產(chǎn)小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品，這便要求生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高可靠性和靈活性?？删幊炭刂破髡琼槕?yīng)這一潮流而出現(xiàn)的，以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè) 控制裝置。 在 20 世紀(jì) 60 年代的汽車制造業(yè)，傳統(tǒng)繼電接觸器控制裝置廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)中。這套裝置設(shè)備體積龐大，可靠性差，同時(shí)維護(hù)不便，而且，完全由邏輯硬件構(gòu)成，接線十分復(fù)雜。一旦生產(chǎn)過程某一環(huán)節(jié)發(fā)生改變，控制裝置就要重新設(shè)計(jì)改造。隨著汽車生產(chǎn)工業(yè)的迅猛發(fā)展，對于汽車型號頻繁改進(jìn)，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)捉襟見肘，弊端日益放大，最終 PLC 應(yīng)運(yùn)而生。它開創(chuàng)性地引入程序控制功能，使計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)控制領(lǐng)域應(yīng)用。 早期 PLC 僅僅是替代繼電器控制裝置完成順序控制、定時(shí)等任務(wù)，但是其簡單易懂、安裝方便、 體積小、能耗低、有故障顯示、能重復(fù)使用的特點(diǎn)，使得 PLC 很快就得到了推廣應(yīng)用。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)和微處理器性能的飛速發(fā)展， PLC 的軟、硬件功能不能豐富、完善。 國際電工委員會(huì)（ IEC）對 PLC 的正式定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第 5 頁 共 61 頁 用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬或輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易 于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！? PLC技術(shù)發(fā)展至今已十分成熟，生產(chǎn) PLC 產(chǎn)品的廠家多達(dá) 200 多個(gè)，其中較著名有德國的西門子（ Siemens）公司、美國的 Rockwell 自動(dòng)化公司所屬的 AB（ Allen amp。 Bradly）公司、 GEFanuc 公司、法國的施耐德（ Schneider）公司、日本的三菱公司和歐姆龍（ OMRON）公司。 上位機(jī) 即便遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場，操作人員仍可以通過遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī) — 即上位機(jī) — 直接向生產(chǎn)設(shè)備發(fā)出控制指令的。上位機(jī)屏幕上可以動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示各種信號變化（液壓，水位，溫度等），便是人機(jī) 界面（ Human Machine Interface）。而下位機(jī)是獲取設(shè)備狀況及直接控制設(shè)備的計(jì)算機(jī)，一般是 PLC 或單片機(jī)。 組態(tài)軟件 組態(tài)軟件，處在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具 。 在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫 HMI（ 人機(jī)接口軟件 ） 應(yīng)用，開發(fā)時(shí)間 長、 效率低 、 可靠性差；或者購買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級 和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)使用戶可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng) 。 隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的迅速提高，計(jì)算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，種類繁多的控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。在開發(fā)傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件時(shí)， 一旦 工業(yè)被控對象有變動(dòng)，就必須修改其控制系統(tǒng)的源程序，導(dǎo)致其開發(fā)周期長；已開發(fā)成功的工控軟件又由于每個(gè)控制項(xiàng)目的不同而使其重復(fù)使用率很低，導(dǎo)致它的價(jià)格昂貴。通用工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件能夠很好地解決傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問題，天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第 6 頁 共 61 頁 使用 戶能根據(jù)自己的對象和控制目的的任意組態(tài)，完成最終的自動(dòng)化控制工程 。 天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第 7 頁 共 61 頁 2 硬件設(shè)計(jì) 硬件配置 西門子 S7200 CUP226 S7200 系列 PLC 可提供 4 種不同的基本單元和 6 種 型號 的擴(kuò)展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲(chǔ)卡、寫入器等。 S7200 系列的基本單元如表 所 示。 表 S7200系列 PLC中 CPU22X的基本單元 型號 輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn) 可帶擴(kuò)展模塊數(shù) S7200CPU221 6 4 0 S7200CPU222 8 6 2 個(gè)擴(kuò)展模塊 S7200CPU224 24 10 7 個(gè)擴(kuò)展模 塊 S7200CPU224XP 24 16 7 個(gè)擴(kuò)展模塊 S7200CPU226 24 16 7 個(gè)擴(kuò)展模塊 本論文采用的是 CUP226。它具有 24 輸入 /16 輸出共 40 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)。可連接 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)。26K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。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入 /輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。可完全適應(yīng)于一些復(fù)雜的