【正文】 基本原理 16 傳感器選型 15 第 4章 溫度傳感器技術(shù) 13 系統(tǒng)功能及特點(diǎn) 9 PLC 控制系統(tǒng)框圖 9 PLC I/O 分配表 22 8 寫入器 8 編程器 7 簡化設(shè)計(jì) 7 控制單元的硬件設(shè)計(jì)原則 3 工作原理 3 可編程控制器的組成 3 可編程控制器基礎(chǔ) III 目 錄 puter。以基于 PLC 的下位機(jī)和完成 可視化界面 功能的上位機(jī)相結(jié)合 ,構(gòu)建成分布式控制系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)了溫度自動(dòng)控制。目前的工業(yè)控制中 ,常常選用 PLC 作為現(xiàn)場(chǎng)的控制設(shè)備 ,作為下位機(jī)來完成控制。 在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi) ,PLC（可編程控制器）以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、體積小、能耗低等顯著特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的自動(dòng)控制之中。 本文就是 在 PLC 和 VB開發(fā)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的 一套溫度控制系統(tǒng)。 VB。 5 輸出刷新階段 6 本章小結(jié) 7 控制對(duì)象的選擇 13 系統(tǒng)畫面綜述 16 傳感器定義 19 通訊連接 19 溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 29 附錄 2 譯文 隨著生產(chǎn)力的發(fā)展 ,人們對(duì)溫度控制精度要求也越來越高 ,溫度控制的技術(shù)也得到迅速發(fā)展 .各種溫度的控制算法如 :PID 溫度控制，模糊控制算法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，遺傳算法等都應(yīng)用在溫度控制系統(tǒng)中。隨著國家的“節(jié)能減排”政策的提出，嵌入式溫度控制系統(tǒng)能降低能耗，節(jié)約成本這一優(yōu)點(diǎn)使得其擁有更加廣闊的市場(chǎng)前景，而 PLC 就是最具有代表性的一員。有很多領(lǐng)域的溫度可能較高或較低 ,人員無法靠近或現(xiàn)場(chǎng)無需人力來監(jiān)控 , 我們采用 PLC 來實(shí)現(xiàn)溫度控制，這樣我們就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控 ,坐在辦公室里就可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控 ,方便又節(jié)省人力。 通過 PLC 控制系統(tǒng)和 VB本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之間的信號(hào)傳輸 和程序 ， 構(gòu)建成分布式控制系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)了溫度 遠(yuǎn)程 自動(dòng)控制。具有處理能力強(qiáng)、人際交互效果好、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。我國從 1974 年開始研制， 1977 年開始工業(yè)推廣應(yīng)用。 可編程控制器的組成 可編程控制器的組成： PLC 包括 CPU 模塊、 I\O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入 PLC 系統(tǒng)，輸出模塊相反。 除了上述通用 I\O 外，還有特殊的 I\O 模塊，如熱電阻，熱電偶，脈沖等模塊。簡易型只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語言助記符后才能送入。同時(shí)，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。在整個(gè)運(yùn)行期間，可編程邏輯控制器的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即 I/O 指令則可以直接存取 I/O 點(diǎn)。這時(shí)，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。 能適應(yīng)各種惡劣的運(yùn)行環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性強(qiáng)，遠(yuǎn)高于其他各種機(jī)型。 簡化設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)盡可能選用集成電路，少用分立元件，這樣有利于提高系統(tǒng)的集成度，減少元器件之間的連接、節(jié)點(diǎn)和封裝數(shù)目，從而大大提高系統(tǒng)工作的可靠性。在下載了程序之后， S7200 將保留所需的邏輯，用本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 于監(jiān)控應(yīng)用程序中的輸入輸出設(shè)備。 基本單元 表 21 S7200系列的基本單元 型號(hào) 輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn) 可帶擴(kuò)展模塊數(shù) S7200 CPU221 6 4 0 S7200 CPU222 8 6 2個(gè)擴(kuò)展模塊 S7200 CPU224 14 10 7個(gè)擴(kuò)展模塊 S7200 CPU226 24 16 7個(gè)擴(kuò)展模塊 編程器 PLC 在正式運(yùn)行時(shí)，不需要編程器。智能型編程器采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程操作，將專用的編程軟件裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)，可直接采用梯形圖語言編程，實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，非常直觀，切功能強(qiáng)大， S7200 系列 PLC 的專用編程軟件為 STEP7Micro/Win。 文本顯示器 文本顯示器 TD200 不僅是一個(gè)用于顯示系統(tǒng)信息的顯示設(shè)備，還可以作為控制單元對(duì)某個(gè)量的數(shù)值進(jìn)行修改，或直接設(shè)置輸入 /輸出量。 PLC I/O分配表 22 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 表 22 PLC I/O 分配表 通道號(hào) 名稱 清零 啟動(dòng)自動(dòng)控溫 停止自動(dòng)控溫 啟動(dòng)加熱器加熱開關(guān) 啟動(dòng) 加熱器風(fēng)扇 加熱器開關(guān) 風(fēng)扇 開關(guān) 溫度 正常指示燈 （綠） 溫度 過 熱指示燈 （紅） 溫度 低 指示燈 （藍(lán)） 自動(dòng)控溫 PLC控制 系統(tǒng) 框圖 圖 21 PLC 控制系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)接線連接完畢后，要進(jìn)行所需開關(guān)的手動(dòng)單打測(cè)試，以確保中間連線正確，以及確定開關(guān)完好。在聯(lián)機(jī)方式下可以與計(jì)算機(jī)建立通信關(guān)系的 PLC 直接進(jìn)行各種操作，如下載用戶程序等。 本論文采用的是 CPU226。 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。 控制臺(tái)電源，一般采用可調(diào)交流凈化電源，其量程根據(jù)需要選擇 。 〔 10〕 特性 VB 的中心思想就是要便于 程序員 使用，無論是新手或者專家。過去的版本里面 VB 程序的性能問題一直被放在了桌面上，但是隨著計(jì)算機(jī)速度的飛速增加，關(guān)于性能的爭論已經(jīng)越來越少。默認(rèn)的屬性值會(huì)在控件創(chuàng)建 的時(shí)候提供，但是程序員也可以進(jìn)行更改。 VB 的程序可以包含一個(gè)或多個(gè)窗體，或者是一個(gè)主窗體和多個(gè)子窗體，類似于操作系統(tǒng)的樣子。 VB 使用參數(shù)計(jì)算的方法來進(jìn)行垃圾收集，這個(gè)方法中包含有大量的對(duì)象，提供基本的面向?qū)ο笾С帧? VB 使得大量的外界控件有了自己的生存空間。通過 VB 開發(fā)的 監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)能夠使整個(gè)系統(tǒng)通過完整和豐富的編程系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了雙向的開放性 。 系統(tǒng)功能及特點(diǎn) 本系統(tǒng)用單片機(jī)對(duì)整個(gè)測(cè)量電路進(jìn)行管理和控制 ,使得整個(gè)系統(tǒng)智能化、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 體積小、功耗低、使用電子元件較少 ,內(nèi)部配線少 ,成本低 ,制造、安裝、調(diào)試及維修方便。 系統(tǒng)畫面綜述 系統(tǒng)畫面上有 “ 實(shí)際溫度 ” 顯示 框， 來顯示通過溫度傳感器和中間模塊的轉(zhuǎn)化最終確定的實(shí)際 采集到的 溫度 值 ，“設(shè)定溫度”輸入框， 來設(shè)定試驗(yàn)過程中需要的溫度值，以此值和采集的到實(shí)際溫度值得到差值作為邏輯判斷條件，來進(jìn)行判斷， 控制加熱器 。 試驗(yàn)過程中，可以通過對(duì)溫度的 實(shí)際 需要，通過鍵盤輸入的方法來填寫系統(tǒng)畫面上相應(yīng)的溫度值。其中，敏感元件是指直接感受或響應(yīng)被測(cè)量的部分；轉(zhuǎn)換 元件是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性蝽憫?yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳感器或被測(cè)量的電信號(hào)不分。 對(duì)生產(chǎn)過程的監(jiān)控首先離不開采集設(shè)備的工作信息，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”。鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn) 定性好，應(yīng)用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（ 200～ 650℃）最常用的一種溫度檢測(cè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 器，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)（涵蓋國家和世界基準(zhǔn)溫度）供計(jì)量和校準(zhǔn)使用。電纜，作為信號(hào)傳輸用，一般選用帶有屏蔽的電纜，這樣可以避免一些外界干擾，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性 。另一方面，傳感器的被測(cè)信號(hào)來自于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)溫度傳感器 5B 模塊 、 采集板卡 工控機(jī) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 域，每個(gè)領(lǐng)域都為了改革生產(chǎn)力、提高工效和時(shí)效，各自都在開發(fā)研制適合應(yīng)用的傳感器，于是種類繁多的新型傳感器及傳感器系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。 既然用 VB 程序 控制此系統(tǒng)，那么怎么才能讓其與西門子 PLC 相互通訊，起到監(jiān)控的作用 計(jì)算機(jī)裝載的一些輸入輸出采集 在設(shè)備窗口中建立系統(tǒng)與外部硬件設(shè)備的連接關(guān)系，使系統(tǒng)能夠從外部設(shè)備讀取數(shù)據(jù)并控制外部設(shè)備的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 〔 13,20〕 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)是在監(jiān)控級(jí)利用 STEP7 系列的編程軟件 STEP7 –Micro/ , 然后把調(diào)試好的程序通過PPI 編程電纜下載到 PLC 中。在此系統(tǒng)中， PLC 通過輸出端口 控制綠燈的亮滅， 控制紅燈的亮滅， 控制藍(lán)燈的亮滅， 控制風(fēng)扇的啟停， 控制加熱器的起停。ActiveX 控件包括一系列的屬性、方法和事件，應(yīng)用程序通過 ActiveX 控件提供的接口來訪問控件的功能。通過這種方式能夠快速有效的控制溫度，避免因人工反映誤差造成溫度超調(diào)，造成加熱器及系統(tǒng)的損壞。也可以用事先編寫好的試驗(yàn)程序?qū)ν獠拷泳€做掃描通電檢查來查找接線故障。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 結(jié) 論 PLC 以其可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、體積小、能耗低等顯著特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的自動(dòng)控制之中。在我們的 調(diào)試過程 中 ,調(diào)節(jié)后 ,溫度可以控制在目標(biāo)溫度 — +℃ 范圍內(nèi) ,而且加一個(gè)擾動(dòng)后 ,能夠很快實(shí)現(xiàn)平衡。 日后，隨著對(duì) PLC 硬件系統(tǒng)和通信方式的深入了解，還可以豐富遠(yuǎn)程控制指令，以應(yīng)對(duì)運(yùn)行過承重的各種突發(fā)事件，增加其他 PLC，通過構(gòu)建復(fù)雜的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)大型的工業(yè)控制，使該系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)更加穩(wěn)定可靠，性能更加完善。 郭 老師學(xué)識(shí)淵博，對(duì)待工作一絲不茍、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度使我不僅在做論文的過程中受益匪淺，更是對(duì)我在今后的生活、工作和學(xué)習(xí)都將具有長遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義。對(duì)于不同的生產(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。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式微型計(jì)算機(jī)在工業(yè)中得到越來越多的應(yīng)用。在現(xiàn)代化的建設(shè)中，能源的需求非常大，然而我國的能源利用率極低，所以實(shí)現(xiàn)溫度控制的智能化，有著極重要的實(shí)際意義。 而上位機(jī)則是采用 軟件 開發(fā)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 來完成工業(yè)控制狀態(tài)、流程和參數(shù)的顯示 ,實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、管理、分析和存儲(chǔ)等功能。 提高了對(duì)溫度控制要求的準(zhǔn)確度，對(duì)溫度達(dá)到很好的控制。 S7200 系列的 PLC 可提供 4 種不同的基本單元和 6 種型號(hào)的擴(kuò)展單元。在脫機(jī)方式時(shí) ,計(jì)算機(jī)與 PLC 斷開連接，此時(shí)能完成大部分的基本功能，如編程、編譯、調(diào)試和系統(tǒng)組態(tài)等，但所有的參數(shù)和程序都只能存放在計(jì)算機(jī)的磁盤上。傳感器主要用于測(cè)量和控制系統(tǒng)，它的性能好壞直接影響系統(tǒng)的性能。其發(fā)展速度之快，以及其應(yīng)用之廣，并且還有很大潛力。 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)采用 VB 軟件設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 。在本系統(tǒng)中 ,依靠 VB系統(tǒng)開發(fā)過程流程畫面、監(jiān)控畫面、實(shí)時(shí)調(diào)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 節(jié)曲線、歷史曲線、報(bào)警畫面、歷史報(bào)警信息 ,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 Visual Basic 是可視化面向?qū)ο蟮牟捎檬录?qū)動(dòng)技術(shù)的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言 ,本系統(tǒng)上位機(jī)是在Windows 環(huán)境下利用 Visual basic 開發(fā)微機(jī)通信程序。為了安全考慮，最好將主電路斷開。 日后，隨著對(duì) PLC 硬件系統(tǒng)和通信方式的深入了解，還可以豐富遠(yuǎn)程控制指令，以應(yīng)對(duì)運(yùn)行過承重的各種突發(fā)事件，增加其他 PLC，通過構(gòu)建復(fù)雜的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)大型的工業(yè)控制，使該 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)更加穩(wěn)定可靠，性能更加完