【正文】 序控制器（ Programmable Logic Controller）正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用控制裝置。輸出的模擬信號也是 0～ 10V，鍋爐外接 24V 直流電源。上位機是編寫 PLC 程序以及監(jiān)控溫度的變化。既 加熱 爐 溫度 控制 得到實現(xiàn)。隨著 PLC 功能的擴充在許多 PLC 控制器中都擴充了 PID控制功能。成熟產(chǎn)品主要以 “點位 ”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)雜時變溫度系統(tǒng)控制，而且適應(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，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少。在這方面以日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先，并且都生產(chǎn)出了一批商品化的性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。 目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度智能化、小型化等方面快速發(fā)展?，F(xiàn)在，我國在溫度等控制儀表業(yè)與國外還有著一定的差距。因此本設(shè)計選用西門子 S7300PLC 來控制加熱爐的溫度。其中 PLC 主控 系統(tǒng) 為 加熱爐 溫度 控制 系統(tǒng) 的核心部分起著重要作用。 1． 4 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)及技術(shù)要求 本系統(tǒng)應(yīng)能夠控制在設(shè)定值的 177。 2 下位機硬件 系統(tǒng)設(shè)計 上位機 S7300PLC 控制器 固態(tài)繼電器 電阻爐 溫度傳感器 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 （論文） 第 3 頁 共 52 頁 隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機控制已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在所有的工業(yè)領(lǐng)域。 本 系統(tǒng)控制軟件設(shè)計分為 PLC 的軟件和工控機的軟件設(shè)計兩部分，其中下位機使用的軟件為 siemens 公司的 step7。溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。 50 年以后，另一位德國人西門子發(fā)明了鉑電阻溫度計。 熱電阻 熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度測量元件。其中鉑熱電阻的測量精度是最高的。 熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅。分度號 Pt100 的含義為在 0℃ 時的名義電阻值為 100Ω，目前使用的一般都是這種鉑熱電阻。對于實驗室等短距離的 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 （論文） 第 5 頁 共 52 頁 應(yīng)用場合，可以直接把熱電偶信號引入 PLC 進行測量。裝配式熱電偶由感溫元件（熱電偶芯）、不銹鋼保護管、接線盒以及各種用途的固定裝置組成。由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細無關(guān)，用非常細的材料也能夠做成溫度傳感器。有的把它的自由端放在不變的溫度場中，有的使用冷端補償器抵消這種影響。 PLC 已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種機械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)中， PLC 在其它 領(lǐng)域，例如在民用和家庭自動化設(shè)備中的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。 S7300 采用緊湊的、無槽位限制的模塊結(jié)構(gòu)，各個模塊都安裝在導(dǎo)軌上，用螺栓鎖緊即可。通過 CPU 模塊或通信模塊上的通信接口， PLC 被連接到通信網(wǎng)絡(luò)上，可以與計算機、其它 PLC 或其它設(shè)備通信。 信號模塊：輸入（ Input）模塊和輸出（ Output）模塊一般簡稱為 I/O 模塊，開關(guān)量輸入 /輸出模塊簡稱為 DI 模塊和 DO 模塊，模擬量輸入 /輸出模塊簡稱為 AI 模塊和接觸器 電磁閥 指示燈 電源 接口模塊 其他設(shè)備 其他 PLC 計算機 通信網(wǎng)絡(luò) 擴展機架 CPU 模塊 通信模塊 輸出模塊 電源模塊 輸入模塊 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 （論文） 第 7 頁 共 52 頁 AO 模塊，在 S7300 中統(tǒng)稱為信號模塊。在信號模塊中，用光耦合器、光敏晶閘管、小型繼電器等器件來隔離PLC 的內(nèi)部電路和外部的輸入、輸出電路。接口模塊用來實現(xiàn)中央機架和擴展機架之間的通信，有的接口模塊還可以為擴展機架供電。程序被編譯后下載到 PLC，也可以將 PLC 中的程序上傳到計算機。 （ 2） 2號槽為 CPU 模塊，選用 CPU314C2DP。 （ 6）如圖 27，將 ~ 設(shè)置為脈沖信號。 PID 控制器的參數(shù)整定 PID 控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。 PID 控制器的主要優(yōu)點 PID 控制器成為應(yīng)用最廣泛的控制器，它具有以下優(yōu)點： （ 1） PID 算法蘊涵了動態(tài)控制過程中過去、現(xiàn)在、將來的主要信息，而且其配置幾乎最優(yōu)。 （ 4） PID 控制根據(jù)不同的要求，針對自身的缺陷進行了不少改進，形成了一系列改進的 PID 算法。對于任意給定的CPU，控制器的數(shù)量和每個控制器被調(diào)用的頻率是相互矛盾的。準確地了解控制過程的類型和特性數(shù)據(jù)是非常必要的。 PID 參數(shù)的設(shè)定 PID 調(diào)節(jié)器參數(shù)是根據(jù)控制對象的慣量來確定的。如圖 31 所示系統(tǒng)是用于電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)的 PID 閉環(huán)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)目標(biāo)設(shè)定值為期望的加熱爐溫度，閉環(huán)控制器的反饋值通過溫度傳感器測得，并經(jīng) A/D 變換轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；目標(biāo)設(shè)定值與溫度傳感器的反饋信號相減，其差送入 PID 控制器，經(jīng)比例、積分、微分運算，得到疊加的一個數(shù)字量；該數(shù)字量經(jīng)過上限、下限限位處理后進行 D/A 變換，輸出一個電壓信號去控制固態(tài)繼電器，以控制加熱爐的溫度。在 P,I,D 這三種控制作用中，比例部分與誤差部分信號在時間上時 一致的，只要誤差一出現(xiàn)，比例部分就能及時地產(chǎn)生與誤差成正比例的調(diào)節(jié)作用，具有調(diào)節(jié)及時的特點。 積分時間常數(shù)增大時，積分作用減弱，系統(tǒng)的動態(tài)性能（穩(wěn)定性）可能有所改善，但是，消除穩(wěn)態(tài)誤差的速度減慢。 采樣時間按常規(guī)來說應(yīng)越小越好，但是時間間隔過小時，會增加 CPU 的工作量，相鄰兩次采樣的差值幾乎沒有什么變化，所以也不易 將此時間取的過小，另外，假如此項取比運算時間短的時間數(shù)值，則系統(tǒng)無法執(zhí)行。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 （論文） 第 17 頁 共 52 頁 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 （論文） 第 18 頁 共 52 頁 (3) 輸出限幅：因為 PLC 模擬量輸出電壓范圍為 010V(0600)，而加熱驅(qū)動器輸入電壓范圍為 05V。 無論是單用戶系統(tǒng)還是冗余多服務(wù)器 /多用戶系統(tǒng)、還是針對復(fù)雜的或特定的任務(wù)， WINCC均能夠很好的處 理 ； WINCC集成 ODBC/SQL數(shù)據(jù)庫，具有 OLE， ActiveX， OPC等標(biāo)淮接口、開放的 API程序接口以及針對所有主要 PLC廠商的通訊接口程序 。系統(tǒng)集成商可應(yīng)用WINCC作為其系統(tǒng)擴展的基礎(chǔ)，通過開放接口開發(fā)自己的應(yīng)用軟件。 2．支持腳本語言：從使用腳本語方面，組態(tài)軟件均使用腳本語言提供二次開發(fā)。 WINCC內(nèi)部提供了很多標(biāo)準函數(shù)和內(nèi)部函數(shù)，編程人員可直接調(diào)用這些函數(shù)，另外 WINCC提供 C腳本編輯器，設(shè)計人員可根據(jù)任務(wù)自行設(shè)計項目函數(shù)，或修改標(biāo)準函數(shù)和內(nèi)部函數(shù)。在用戶 S7自動化系統(tǒng)中可用的所有變量的列表將顯示在 WINCC變量選擇對話框中。和 ActiveX控件的對象和文檔的鏈接。 6．豐富的功能模塊：組態(tài)軟件以模塊形式掛接在基本模塊上，互相獨立提高了系統(tǒng)可靠性和可擴展性。人機界面 )的組態(tài)工具。監(jiān)控系統(tǒng)完成的任務(wù)如下： 1．參數(shù)設(shè)定：對模擬量標(biāo)度變換參數(shù)的設(shè)定以及控制回路中控制參數(shù)設(shè)定。 4．報警記錄：系統(tǒng)中采集到的模擬量信號都必須設(shè)定上下限，當(dāng)系統(tǒng)運行過程中模擬量發(fā)生超限報警時，報警記錄編輯器記錄報警時間，并提示報警信息。 系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計 WINCC 在組態(tài)期間，界面系統(tǒng)用于創(chuàng)建在運行系統(tǒng)中對過程進行顯示的畫面。根據(jù)項目設(shè)計的任務(wù)，本系統(tǒng)需要設(shè)計很多圖形界面，下面是具體實現(xiàn)步驟： WINCC,建立新的 WINCC 項目，如圖 41 所示： 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 （論文） 第 21 頁 共 52 頁 圖 41 建立 WINCC 項目 PLC 驅(qū)動程序，選擇支持 S7 協(xié)議的通信驅(qū)動程序 添加到變量管理器如圖 42所示： 圖 42 添加 S7 協(xié)議的通信驅(qū)動程序 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 （論文） 第 22 頁 共 52 頁 WINCC瀏覽器窗口，打開“圖形編輯器”，如圖 43，創(chuàng)建鍋爐供熱控制系統(tǒng)過程畫面。下圖是WINCC上對各個按鈕的詳細說明。 （ 3）積分系數(shù) I 保持不變，改變比例系數(shù) P，觀察控制過程有無改善，如有改善則繼續(xù)調(diào)整，直到滿意為止。和前述步驟相同，微分系數(shù)的整定也需反復(fù)調(diào)整，直到控制過程滿意為止。當(dāng)采用 PID 調(diào)節(jié)器時，由于有多個整定參數(shù)，反復(fù)試湊的次數(shù) 增多，因此增加了得到最佳整定參數(shù)的難 ?！皹邮竭x項板”允許快速更改線型、線粗細、線端樣式和填充圖案。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 （論文） 第 26 頁 共 52 頁 WINCC與 S7PLCSIM的通訊連接。運行之前，在資源管理器的“計算機”右擊“屬性”，在彈出的快捷菜單欄中選擇“啟動”，選擇“ ”為啟動畫面。 圖 51 運行界面 按下停止按鈕后，如圖 52 所示。 圖 55 恒溫水流出 以上為 WINCC監(jiān)控方面的設(shè)計能夠基本模擬出所設(shè)計的鍋爐供熱系統(tǒng)的 PLC控制系統(tǒng)的功能，但是在實現(xiàn)液位的腳本設(shè)計上還是存在一些缺陷。組 態(tài)軟件組態(tài)王因其簡單易用的特點，在 HMI 設(shè)計中深受用戶的喜歡而得到廣泛的使用。還有 監(jiān)控 界面內(nèi)容不夠豐富，若再加上報表系統(tǒng)、打印功能的話，那就更完美了。 X=GetTagWord(x1)。 SetTagWord(x1,X)。 a=GetTagWord(x1)。 SetTagWord(x1_1,b)。 a=GetTagWord(x1_1)。 SetTagWord(x1_2,b)。 a=GetTagWord(x1_2)。 SetTagWord(x1_3,b)。 a=GetTagWord(x1_3)。 SetTagWord(x1_4,b)。 a=GetTagWord(x1_4)。 SetTagWord(x1_5,b)。 X=GetTagWord(x)。 SetTagWord(x,X)。 a=GetTagWord(x1)。 SetTagWord(x_1,b)。 a=GetTagWord(x1_1)。 SetTagWord(x_2,b)。 a=GetTagWord(x1_2)。 SetTagWord(x_3,b)。 X=GetTagWord(xa)。 SetTagWord(xa,X)。 a=GetTagWord(xa)。 SetTagWord(xa_1,b)。 a=GetTagWord(xa_1)。 SetTagWord(xa_2,b)。 a=GetTagWord(xa_2)。 SetTagWord(xa_3,b)。 a=GetTagWord(xa_3)。 SetTagWord(xa_4,b)。 a=GetTagWord(xa_4)。 SetTagWord(xa_5,b)。 a=GetTagWord(xa_6)。 SetTagWord(xa_6,a)。 X=GetTagWord(ya)。 SetTagWord(ya,X)。 a=GetTagWord(xa)。 SetTagWord(ya_1,b)。 a=GetTagWord(xa_2)。 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