【正文】 當(dāng)前溫度大于 105 時(shí)，報(bào)警當(dāng)前溫度偏高。其中變量類型和寄存器是最關(guān)鍵的，在組態(tài)王和 PLC 之間傳輸?shù)淖兞慷际?I/O類型的，只在組態(tài)王內(nèi)部需要的是內(nèi)存型的。點(diǎn)擊“返回主界面”按鈕，就會(huì)回到主界面。運(yùn)行組態(tài)王后，點(diǎn)擊“開始”按鈕，開關(guān)變綠色，系統(tǒng)開始運(yùn)行，目前溫度值下面的方框和儀表上都顯示當(dāng)前溫度值，鬧鐘上顯示當(dāng)前日期。雙擊桌面圖標(biāo)，打開工程管理器，建立工程。它一般與PLC等工業(yè)控制設(shè)備，利用顯示屏顯示，通過輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)等）寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器信息交互。還有，PID 環(huán)路的設(shè)定點(diǎn)設(shè)置為 ，便于歸一化處理。此向?qū)Э梢酝瓿山^大多數(shù) PID 運(yùn)算的自動(dòng)編程，用戶只需在主程序中調(diào)用 PID 向?qū)傻淖映绦颍涂梢酝瓿?PID 控制任務(wù)。 在本項(xiàng)目中，R=100,即就是設(shè)定溫度 100 度；S=32022,M=,所以按照歸一化公式 R1=100/32022+=，即 Setpoint_R 為 .該網(wǎng)絡(luò)的程序功能是把 PID 回路輸出轉(zhuǎn)換成占空比。圖 44 通信參數(shù)設(shè)置 程序設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路PLC 運(yùn)行時(shí)，通過特殊繼電器 產(chǎn)生初始化脈沖進(jìn)行初始化，將溫度設(shè)定值，PID 參數(shù)值等，存入有關(guān)的數(shù)據(jù)寄存器，使定時(shí)器復(fù)位；按啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)開始溫度采樣，采樣周期為 10 秒；K 型熱電偶傳感器把所測(cè)量的溫度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)量轉(zhuǎn)換（041 毫伏） ；模擬量輸入通道 AIW0 通過讀入 041 毫伏的模擬電壓量送入 PLC；經(jīng)過程序計(jì)算后得出實(shí)際測(cè)量的溫度 T,將 T 和溫度設(shè)定值比較，根據(jù)偏差計(jì)算調(diào)整量，發(fā)出調(diào)節(jié)命令。它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。程序編輯器包括程序邏輯和局部變量表，可在其中分配臨時(shí)局部變量的符號(hào)名?，F(xiàn)在加上中文程序后，可在全中文的界面下進(jìn)行操作，用戶使用起來更加方便。一般比較復(fù)雜的程序都可以分成若干個(gè)功能比較簡單的程序段，一個(gè)程序可以看成整個(gè)控制過程的一步。這是一種模仿繼電器控制系統(tǒng)的編程方法，其圖形甚至元件名稱都有繼電器電路十分相似。這時(shí)應(yīng)適當(dāng)調(diào)整 Ti 和 Td，再重復(fù)湊試，使曲線最終符合控制要求 [13]。整定途徑有以下兩條： 1）先用單純的比例（P）作用，即尋找合適的比例度 ，將人為加入干擾?后的過渡過程調(diào)整為 4：1 的衰減振蕩過程。這類方法計(jì)算繁雜，工作量又大，而且由于用解析法或?qū)嶒?yàn)測(cè)定法求得的對(duì)象數(shù)學(xué)模型都只能近似的反映過程的動(dòng)態(tài)特性，整定結(jié)果的精度是不高的，因而未在工程上受到廣泛推廣。微分作用是對(duì)偏差的變化速度加以響應(yīng)的，因此，只要偏差一有變化，控制器就能根據(jù)變化速度的大小，適當(dāng)改變其輸出信號(hào)，從而可以及時(shí)克服干擾的影響，抑制偏差的增長，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。然后根據(jù)所要求的性能指標(biāo)確定控制器的參數(shù)值。系統(tǒng)里的烤爐最高溫度不過幾百度，加上一定的裕度就足夠了，另外其成本也不算高[12]。 EM231 校準(zhǔn)和配置位置圖如圖 33 所示。本系統(tǒng)用的是 K 型熱電偶，所以 DIP 開關(guān) SW1～SW8 組態(tài)為 00100000；EM231 具體技術(shù)指標(biāo)見表 31。還有 13KB 程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間空間， 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。 5. 編寫技術(shù)文件技術(shù)文件包括設(shè)計(jì)說明書、硬件原理圖、安裝接線圖、電氣元件明細(xì)表、PLC 程序以及使用說明書等 [10]。 4. 程序調(diào)試程序調(diào)試分為 2 個(gè)階段，第一階段是模擬調(diào)試、第二階段是現(xiàn)場調(diào)試。程序通常還應(yīng)包括以下內(nèi)容： (1)初始化程序。在進(jìn)行 I/O 通道分配時(shí)應(yīng)給出 I/O 通道分配表，表中應(yīng)包含 I/O 編號(hào)、設(shè)備代號(hào)、名稱及功能等。系統(tǒng)的工作方式及人機(jī)界面，需要顯示的物理量及顯示方式等。評(píng)估控制任務(wù)PLC 機(jī)型的選擇控制柜設(shè)計(jì)及布線程序設(shè)計(jì)聯(lián)機(jī)調(diào)試PLC 安裝程序檢查、調(diào)試控制流程的設(shè)計(jì)程序備份修改軟、硬件模擬運(yùn)行投入使用是否滿足要求圖 31 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。力求控制系統(tǒng)簡單、實(shí)用、合理。無論是用 PLC 組成集散控制系統(tǒng)，還是獨(dú)立控制系統(tǒng)，PLC 控制部分的設(shè)計(jì)都可以參考圖 31 所示的步驟。(3) 顯示報(bào)警控制過程達(dá)到臨界狀態(tài)或系統(tǒng)運(yùn)行錯(cuò)誤時(shí)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警，例如，當(dāng)爐子溫度超出溫度上下限時(shí)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警。 人機(jī)界面產(chǎn)品的組成及工作原理 人機(jī)界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存貯單元等，其中處理器的性能決定了 HMI 產(chǎn)品的性能高低，是 HMI 的核心單元。PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式。電源可分直流和交流兩種類型，交流輸入 220VAC 或 110VAC， ，直流輸入通常是 24V。輸入模塊和輸出模塊是 PLC 與現(xiàn)場 I/O 裝置或設(shè)備之間的連接部件，起著 PLC 與外部設(shè)備之間的傳遞信息的作用。（4）在 PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取指令，并分析、執(zhí)行該指令。 可編程控制器的組成和工作原理PLC 從組成形式上一般分為整體式和模塊式兩種，但在邏輯結(jié)構(gòu)上基本相同。第二章 PLC 和 HMI 基礎(chǔ) 可編程邏輯控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡稱 PLC（Programmable Logic Controller） ，它使用了可編程序的記憶以存儲(chǔ)指令，用來執(zhí)行諸如邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和演算等功能，并通過數(shù)字或模擬的輸入和輸出，以控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。全論文分七章,各章的主要內(nèi)容說明如下。 項(xiàng)目研究內(nèi)容 可編程控制器(PLC)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)控制裝置。 溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)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。2)能適應(yīng)于受控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制?！　∽詣?dòng)記錄資料——自動(dòng)將資料儲(chǔ)存至數(shù)據(jù)庫中，以便日后查看?，F(xiàn)代PLC 以集成度高、功能強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、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。目前,仍有相當(dāng)部分工業(yè)企業(yè)在用窯、爐等烘干生產(chǎn)線，存在著控制精度不高、爐內(nèi)溫度均勻性差等問題,達(dá)不到工藝要求，造成裝備運(yùn)行成本費(fèi)用高，產(chǎn)出品品質(zhì)低下，嚴(yán)重影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，急需技術(shù)改造。 在工業(yè)領(lǐng)域，隨著自動(dòng)化程度的迅速提高，用戶對(duì)控制系統(tǒng)的過程監(jiān)控要求越來越高，人機(jī)界面的出現(xiàn)正好滿足了用戶這一需求。實(shí)驗(yàn)證明，此系統(tǒng)具有快、準(zhǔn)、穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)溫度控制領(lǐng)域能夠廣泛應(yīng)用。在這種方式的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套溫度控制系統(tǒng)。 HMI 其實(shí)廣義的解釋就是“使用者與機(jī)器間溝通、傳達(dá)及接收信息的一個(gè)接口” ?！　”确秸f溫度過度或壓力超過臨界值，在這樣的條件下系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生警報(bào)，通知作業(yè)員處理 [1]。有的還具有自學(xué)習(xí)功能，它能夠根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)及控制對(duì)象的變化情況，自動(dòng)調(diào)整相關(guān)控制參數(shù)，以保證控制效果的最優(yōu)化。這些差距，是我們必須努力克服的。本論文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(cè)到的實(shí)際爐溫轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)過模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)并送到PLC中進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，PID控制器輸出量轉(zhuǎn)化成占空比，通過固態(tài)繼電器控制爐子加熱的通斷來實(shí)現(xiàn)對(duì)爐子溫度的控制。第五章，詳細(xì)介紹了如何在亞控公司的組態(tài)軟件“組態(tài)王”的基礎(chǔ)上進(jìn)行人機(jī)界面的設(shè)計(jì)。隨著 PLC 功能的不斷完善，性價(jià)比的不斷提高，PLC 的應(yīng)用面也越來越廣。（1）接收從編程器或者計(jì)算機(jī)輸入的程序和數(shù)據(jù)，并送入用戶程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。2） I/O 接口 PLC 是通過各種 I/O 接口模塊與外界聯(lián)系的，按 I/O 點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU 所能管理的基本配置能力的限制，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。用戶程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)用戶根據(jù)工藝要求或者控制功能設(shè)計(jì)的控制程序，早期一般采用隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器（RAM） ，需要后備電池在掉電后保存程序。編程設(shè)備在 PLC 的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試、監(jiān)控運(yùn)行和檢查維護(hù)中是不可缺少的部件，但不直接參與現(xiàn)場的控制。 人機(jī)界面基礎(chǔ)隨著社會(huì)的進(jìn)步，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)迅猛發(fā)展，控制系統(tǒng)功能越來越強(qiáng)大，控制過程也變得越來越復(fù)雜，系統(tǒng)操作最大透明化已經(jīng)成為一種需要。例如：爐子加熱通斷可以通過指示燈亮滅來顯示，爐子的溫度大小可以用棒圖來指示等等，使整個(gè)控制系統(tǒng)變得形象易懂，也更加清晰。第三章 PLC 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 在掌握了 PLC 的硬件構(gòu)成、工作原理、指令系統(tǒng)以及編程環(huán)境后，就可以PLC 作為主要控制器來構(gòu)造 PLC 控制系統(tǒng)。 (2)可靠性原則。當(dāng)控制規(guī)模較大時(shí),特別是開關(guān)量控制的 I/O 設(shè)備較多時(shí)，最適合采用 PLC 控制。這一階段必須對(duì)被控對(duì)象所有功能全面的了解，對(duì)對(duì)象的各種動(dòng)作及動(dòng)作時(shí)序、動(dòng)作條件、必要的互鎖與保護(hù)。(2) 選擇 PLC。 (5)計(jì)數(shù)器、定時(shí)器及內(nèi)部輔助繼電器的地址分配。 (3)保護(hù)和連鎖程序。模擬調(diào)試過程中，可采用分段調(diào)試的方法，并利用編程器的監(jiān)控功能。圖 32 S7200 系列 PLC 實(shí)物圖 S7200 CPU 的選擇S7200 系列的 PLC 有 CPU22CPU22CPU22CPU224XP 、CPU226等類型。EM231 熱電偶模塊提供一個(gè)方便的，隔離的接口，用于七種熱電偶類型：J、K、 E、N、S 、T 和 R 型，它也允許連接微小的模擬量信號(hào)(177。表中，ON 為接通，OFF 為斷開。該系統(tǒng)中需要用傳感器將溫度轉(zhuǎn)換成電壓，且爐子的溫度最高達(dá)幾百度,所以我們選擇了熱電偶作為傳感器。整個(gè)硬件連接圖如圖 34 和 35 所示。00T? PID 控制及參數(shù)整定比例、積分、微分三種控制方式各有獨(dú)特的作用。在系統(tǒng)投運(yùn)之前，還需要進(jìn)行控制器的參數(shù)整定。經(jīng)驗(yàn)整定法實(shí)質(zhì)上是一種經(jīng)驗(yàn)湊試法，是工程技術(shù)人員在長期生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來的。通過微分時(shí)間的湊試，使過渡時(shí)間最短，超調(diào)量最小。1. 圖解法編程圖解法是靠畫圖進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計(jì)。（3）時(shí)序流程圖法時(shí)序流程圖法是首先畫出控制系統(tǒng)的時(shí)序圖（即到某一個(gè)時(shí)間應(yīng)該進(jìn)行哪項(xiàng)控制的控制時(shí)序圖） ，再根據(jù)時(shí)序關(guān)系畫出對(duì)應(yīng)的控制任務(wù)的程序框圖，最后把框圖寫成 PLC 程序。使用編程軟件可以很方便的在計(jì)算機(jī)上離線或在線編程、在線調(diào)試，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行程序的存取、加密以及形成 EXE 文件 [14]。瀏覽條給出了多組圖標(biāo)，用于訪問STEP 7Micro/WIN的不同編程特性。用的比較多的是梯形圖（LAD）編程語言。每個(gè)梯級(jí)是一個(gè)因果關(guān)系。 圖 42 通信參數(shù)設(shè)置（2）在對(duì)話框中雙擊 PC/PPI 電纜的圖標(biāo)，將出現(xiàn) PG/PC 接口對(duì)話框或者直接單擊“檢視”欄中單擊“設(shè)置 PG/PC 接口”也行。執(zhí)行 PID 指令前必須把它們轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的浮點(diǎn)型實(shí)數(shù)。該網(wǎng)絡(luò)的程序是為了在電腦上通過 STEP7Micro/WIN 編程軟件顯示當(dāng)前溫度和設(shè)定溫度值而寫的，其實(shí)也就是歸一化的逆過程。 圖 46 配置 PID 指令 點(diǎn)擊“下一步”后出現(xiàn)如圖 47 所示畫面。第五章 基于組態(tài)王的 HMI 設(shè)計(jì)隨著自動(dòng)化技術(shù)迅猛發(fā)展，控制系統(tǒng)功能越來越強(qiáng)大，控制過程也變得越來越復(fù)雜，系統(tǒng)操作最大透明化已經(jīng)成為一種需要。在本溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們選擇了組態(tài)王來完成監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì)。下面詳細(xì)介紹每個(gè)畫面的設(shè)計(jì)方法。點(diǎn)擊“返回主界面”按鈕，就會(huì)回到主界面。當(dāng)前溫度超過 105 度時(shí)， “報(bào)警類型”欄顯示當(dāng)前溫度偏高。圖 57 為變量“當(dāng)前溫度”基本屬性設(shè)置圖，變量類型設(shè)置為 I/O 實(shí)數(shù)，連接設(shè)備為PLC，寄存器為 v60，數(shù)據(jù)類型是 float。在按下時(shí)左邊打溝，點(diǎn)擊“確定” ，出現(xiàn)命令語言輸入窗口，在該窗口中輸入圖 511所示的命令，再點(diǎn)擊“確定” ，就完成了“開始”按鈕的動(dòng)畫連接設(shè)置。 “當(dāng)前穩(wěn)定”的寄存器為 v60,數(shù)據(jù)類型為 float。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，報(bào)警窗口會(huì)根據(jù)當(dāng)前溫度值做出適當(dāng)?shù)膱?bào)警。圖 53 主界面 實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線打開開發(fā)系統(tǒng)頁面后，點(diǎn)擊工具箱中的“實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線”把實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線放進(jìn)開發(fā)頁面，然后雙擊曲線畫面，對(duì)曲線進(jìn)行設(shè)置，如 X 軸和 Y 軸的設(shè)置及標(biāo)示定義等，最后利用工具箱做好“返回主界面”按鈕，即可形成如圖 54 所示的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線畫面。在工程瀏覽器中，雙擊新建圖標(biāo)，新建畫面（如圖 52 所示） 。 人機(jī)界面（HMI）設(shè)計(jì)HMI 監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控主畫面及相應(yīng)的功能子畫面組成，HMI 畫面設(shè)計(jì)對(duì)于HMI 來說是非常關(guān)鍵的。圖 410 為 PID 配置分配內(nèi)存 圖 411 創(chuàng)建初始化子例行程序圖 412 為配置生成項(xiàng)目元件 到此為止，PID 配置結(jié)束。從而使得程序簡單易懂，同時(shí)也達(dá)到了控制要求。VW2 和 VW4 分別是采樣周期內(nèi)的加熱時(shí)間和非加熱時(shí)間。上面的指令中，PV_I 為反饋值，也就是熱電偶將檢測(cè)到的當(dāng)前溫度值送入溫