【正文】 度模塊后輸出的模擬電壓值 AIW0；Setpoint_R 為設(shè)定值。 STEP7Micro/WIN 參數(shù)設(shè)置（通訊設(shè)置） 本項(xiàng)目中 PLC 要與電腦正確通信，安裝完 STEP7Micro/WIN 編程軟件且設(shè)置好硬件后，可以按下列步驟進(jìn)行通訊設(shè)置。采用梯形圖程序設(shè)計(jì)語言，程序采用梯形圖的形式描述。STEP 7Micro/WIN提供了用于創(chuàng)建程序的三個(gè)編輯器：梯形圖（LAD）、語句表（STL）和功能塊圖（FBD）。如圖41所示，STEP 7Micro/WIN項(xiàng)目窗口將提供用于創(chuàng)建控制程序的便利工作空間。結(jié)合自己工程的情況，對這些“試驗(yàn)程序”逐一修改，使之適合自己的工程要求。（2）邏輯流程圖法邏輯流程圖法是用邏輯框圖表示 PLC 程序的執(zhí)行過程，反映輸入與輸出的關(guān)系。本章在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將詳細(xì)介紹本項(xiàng)目軟件設(shè)計(jì)，主要包括軟件設(shè)計(jì)的基本步驟、方法，編程軟件 STEP7Micro/WIN 的介紹以及本項(xiàng)目程序設(shè)計(jì)。調(diào)整積分時(shí)間的大小，直到出現(xiàn) 4：1 的衰減振蕩。在這里，我們采用經(jīng)驗(yàn)整定法來整定控制器的參數(shù)值。pKITDT根據(jù)以上的分析，本溫度控制系統(tǒng)適于采用 PID 控制。 圖 35 系統(tǒng)硬件連接圖PLC 控制器 固態(tài)繼電器 烤爐溫度模塊 熱電偶 圖 36 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 R(s) + E(s) U(s) Y(s) _ 圖 37 控制系統(tǒng)方框圖圖 37 中，R(s)為設(shè)定溫度的拉氏變換式；E(s)為偏差的拉氏變換式； Gc(s)為控制器的傳遞函數(shù)；Go(s)為廣義對象，即控制閥、對象控制通道、測量變送裝置三個(gè)環(huán)節(jié)的合并；該溫度控制系統(tǒng)是具有時(shí)滯的一階閉環(huán)系統(tǒng)，傳遞函數(shù)為Gc(s) Go(s) （31）式 31 中， 為對象放大系數(shù)； 為對象時(shí)間常數(shù)； 為對象時(shí)滯。系統(tǒng)選用 PLC CPU226 為控制器， K型熱電偶將檢測到的實(shí)際爐溫轉(zhuǎn)化為電壓信號，經(jīng)過 EM231 模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號并送到 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)對爐子溫度的控制。其中最常用于測量溫度的是熱電偶和熱電阻，熱電偶是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢變化,而熱電阻是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化。,0~20mA分辨率：12 Bit轉(zhuǎn)換速度：250μS隔離：有耗電 從 CPU 的 DC 5V （I/O 總線）耗電 10mADIP 開關(guān) SW1 0, SW2 0, SW3 1（以 K 型熱電偶為例）表 32 所示為如何使用 DIP 開關(guān)設(shè)置 EM231 模塊，開關(guān) 2 和 3 可選擇模擬量輸入范圍。 EM231 模擬量輸入模塊本溫度控制系統(tǒng)中，傳感器將檢測到的溫度轉(zhuǎn)換成 0～41mv 的電壓信號，系統(tǒng)需要配置模擬量輸入模塊把電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再送入 PLC 中進(jìn)行處理。它的硬件配置靈活，既可用一個(gè)單獨(dú)的 S7200 CPU 構(gòu)成一個(gè)簡單的數(shù)字量控制系統(tǒng)，也可通過擴(kuò)展電纜進(jìn)行數(shù)字量 I/O 模塊、模擬量模塊或智能接口模塊的擴(kuò)展，構(gòu)成較復(fù)雜的中等規(guī)?？刂葡到y(tǒng) [10]。 (1)硬件模擬法是使用一些硬件設(shè)備（如用另一臺 PLC 或一些輸入器件等）模擬產(chǎn)生現(xiàn)場的信號，并將這些信號以硬接線的方式連到 PLC 系統(tǒng)的輸入端，其時(shí)效性較強(qiáng)。 (2)檢測、故障診斷和顯示等程序。由 PLC 的 I/O 連接圖和 PLC 外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。輸入設(shè)備包括按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等。 1. 熟悉被控對象 深入了解被控系統(tǒng)是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 2. 評估控制任務(wù) 根據(jù)系統(tǒng)所需完成的控制任務(wù)，對被控對象的生產(chǎn)工藝及特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，特別是從以下幾個(gè)方面給以考慮。1. 設(shè)計(jì)原則 (1)完整性原則。(5) 報(bào)表系統(tǒng)HMI 系統(tǒng)可以輸出報(bào)警和過程值報(bào)表。用戶必須先使用組態(tài)軟件制作“工程文件” ，再通過 PC 機(jī)和 HMI 產(chǎn)品的串行通訊口，把編制好的“ 工程文件 ”下載到 HMI 的處理器中運(yùn)行。還有一些 PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式 PLC。6）編程設(shè)備常見的編程設(shè)備有簡易手持編程器、智能圖形編程器和基于 PC 的專用編程軟件。一般包括系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器兩部分。（7）根據(jù)輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的有關(guān)內(nèi)容，將結(jié)果送到輸出接口。它的功能是接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等，是 PLC 不可缺少的組成單元。1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺可編程控制器，并在通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上試用，取得很好的效果。第三章，主要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)角度,介紹該項(xiàng)目的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟、PLC 的硬件配置、外部電路設(shè)計(jì)以及 PLC 控制器的設(shè)計(jì)和參數(shù)的整定。本論文研究的是 PLC 技術(shù)在溫度監(jiān)控系統(tǒng)上的應(yīng)用。形成商品化并在儀表控制參數(shù)的自整定方面，國外已有較多的成熟產(chǎn)品，但由于國外技術(shù)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。5)溫度控制器普遍具有參數(shù)自整定功能。　　圖形接口控制——操作者能夠透過圖形接口直接控制機(jī)臺等裝置。人機(jī)界面（HMI）在自動(dòng)控制領(lǐng)域的作用日益顯著。目前的工業(yè)控制中,常常選用 PLC 作為現(xiàn)場的控制設(shè)備,用于數(shù)據(jù)采集與處理、邏輯判斷、輸出控制；而上位機(jī)則是利用 HMI 軟件來完成工業(yè)控制狀態(tài)、流程和參數(shù)的顯示,實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、管理、分析和存儲等功能 。編程時(shí)調(diào)用了編程軟件STEP 7 Micro WIN中自帶的 PID控制模塊，使得程序更為簡潔，運(yùn)行速度更為理想。本文主要介紹了基于西門子公司S7200系列的可編程控制器和亞控公司的組態(tài)軟件組態(tài)王的爐溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。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。人機(jī)界面可以對控制系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控，包括參數(shù)監(jiān)測、信息處理、在線優(yōu)化、報(bào)警提示、數(shù)據(jù)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?！　?bào)表的產(chǎn)生與打印——能把資料轉(zhuǎn)換成報(bào)表的格式，并能夠打印出來。4)這些溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工職能等理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用先進(jìn)的算法，適應(yīng)的范圍廣泛。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。PLC 的應(yīng)用已成為一個(gè)世界潮流，在不久的將來 PLC 技術(shù)在我國將得到更全面的推廣和應(yīng)用。第二章，簡單概述了 PLC 和人機(jī)界面的基本概念以及結(jié)構(gòu)功能等基礎(chǔ)內(nèi)容。1968 年，美國通用汽車公司（GM）為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，要求尋找一種比繼電器更可靠、功能更齊全、響應(yīng)速度更快的新型工業(yè)控制器，并從用戶角度提出了新一代控制器應(yīng)具備的十大條件，立即引發(fā)了開發(fā)熱潮。PLC 的基本結(jié)構(gòu)如圖 21 所示：輸入接口中央處理單元CPU 輸出接口電源存儲單元 圖 21 PLC 基本結(jié)構(gòu)圖1） CPU（中央處理器） CPU 是 PLC 的核心，由運(yùn)算器、控制器、寄存器、系統(tǒng)總線，外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路構(gòu)成。（6）按程序進(jìn)行處理，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容。3）存儲器 存儲器（內(nèi)存）主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元。I/O模塊的類型、品種與規(guī)格越多，系統(tǒng)的靈活性越好，模塊的 I/O 容量越大，系統(tǒng)的適應(yīng)性就越強(qiáng)。 可編程控制器的分類及特點(diǎn)根據(jù) PLC 的結(jié)構(gòu)形式，可將 PLC 分為整體式和模塊式兩類。HMI 軟件分為兩部分，即運(yùn)行于 HMI 硬件中的系統(tǒng)軟件和運(yùn)行于 PC 機(jī) Windows 操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件（如組態(tài)王等） 。例如：通過歸檔數(shù)據(jù)，您可以查看過去一段時(shí)間的系統(tǒng)運(yùn)行情況，過程變量等。而在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)原則往往會(huì)涉及很多方面，其中最基本的設(shè)計(jì)原則可以歸納為 4 點(diǎn)。適當(dāng)考慮生產(chǎn)發(fā)展和工藝改進(jìn)的需要，在 I/O 接口、通信能力等方面留有余地。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分以下 5步進(jìn)行。 (1) 系統(tǒng) I/O 設(shè)備的選擇。畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進(jìn)入 PLC 的控制電路等。初始化程序的主要內(nèi)容有：對某些數(shù)據(jù)區(qū)、計(jì)數(shù)器等進(jìn)行清零，對某些數(shù)據(jù)區(qū)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)，對某些繼電器進(jìn)行置位或復(fù)位，對某些初始狀態(tài)進(jìn)行顯示等等。根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場信號的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。S7200 PLC屬于小型整體式的 PLC, 本機(jī)自帶 RS485 通信接口、內(nèi)置電源和 I/O 接口。 本溫度控制系統(tǒng)由于輸入/輸出點(diǎn)數(shù)不多，本可以使用 CPU224 以下的類型，不過為了能調(diào)用編程軟件 STEP 7 里的 PID 模塊，只能采用 CPU226 及以上機(jī)種。5V, 177。在各種熱電式傳感器中，以將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢和電阻的方法最為普遍。表 34 I/O 點(diǎn)分配表2)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案及硬件連接圖?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 36 所示，方框圖如圖 37 所示。將三種方式加以組合在一起，就是比例積分微分（PID）控制,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 （33）式 33 中： 為比例系數(shù)， 為積分時(shí)間常數(shù)， 為微分時(shí)間常數(shù)。常用的工程整定法有經(jīng)驗(yàn)整定法、臨界比例度法、衰減曲線法、反應(yīng)曲線法、自整定法等。由于積分作用將使振蕩加劇，在加入的積分作用之前，要先衰減比例作用，通常把比例度增大 10%20%。iTdT第四章 PLC 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分，上一章已經(jīng)詳細(xì)介紹了本項(xiàng)目硬件連接。這對于熟悉繼電器控制的人來說，是最方便的一種編程方法。多數(shù)是設(shè)計(jì)前先選擇與自己工藝要求相近的程序，把這些程序看成是自己的“試驗(yàn)程序” 。 STEP7Micro/WIN 簡單介紹以STEP7Micro/WIN創(chuàng)建程序，為接通STEP 7Micro/WIN，可雙擊STEP 7Micro/WIN圖標(biāo)，或選擇開始（Start） SIMATIC STEP 7 Micro/WIN 菜單命令。單擊標(biāo)簽可在子程序、中斷程序和主程序之間來回變換 [15]。梯形圖程序設(shè)計(jì)語言是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語言。梯形圖程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)是：（1）與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性；（2）與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，對電氣技術(shù)人員來說，易于撐握和學(xué)習(xí)；（3）與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點(diǎn)是，梯形圖中的能流（Power FLow）不是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，因此，應(yīng)用時(shí)，需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對待；（4）與布爾助記符程序設(shè)計(jì)語言有一一對應(yīng)關(guān)系，便于相互的轉(zhuǎn)換和程序的檢查 [16]。 調(diào)用 PID 模塊這里用 直接調(diào)用了編程軟件自帶的 PID 子程序，即就是用 PID 指令向?qū)Ь幊獭OUND 是將實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換成雙整數(shù)，DI_I 是將雙整數(shù)轉(zhuǎn)換成整數(shù)。本項(xiàng)目程序中就正好運(yùn) STEP7Micro/WIN 軟件自帶的 PID 指令向?qū)А? 圖 49 環(huán)路輸入、輸出設(shè)置 設(shè)置好以上所有步驟后，接下來需要根據(jù)回路表為 PID 參數(shù)分配存儲地址，圖 4圖 411 和圖 412 就是此作用。此外，新一代工業(yè)人機(jī)界面還具有簡單的編程、對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、數(shù)據(jù)登錄及配方等智能化控制功能 [19]。雙擊工程管理器中的工程名，出現(xiàn)工程瀏覽器。點(diǎn)擊“停止”按鈕，系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束，同時(shí)開關(guān)變紅色。最后利用工具箱做好“返回主界面”按鈕，即可形成如圖 56 所示的報(bào)警窗口畫面。比如“設(shè)定穩(wěn)定”的寄存器為 v68,數(shù)據(jù)類型為 float。圖 59 當(dāng)前溫度記錄和安全區(qū)設(shè)置 動(dòng)畫連接打開主界面，雙擊“開始”按鈕，出現(xiàn)如圖 510 的動(dòng)畫連接畫面。 圖 57 當(dāng)前溫度基本屬性設(shè)置圖 58 為變量“當(dāng)前溫度”報(bào)警定義設(shè)置圖，我們設(shè)置了當(dāng)前溫度低于 60度時(shí)，報(bào)警當(dāng)前溫度太低。圖 55 歷史趨勢曲線圖 56 報(bào)警窗口 設(shè)定畫面設(shè)定畫面的設(shè)計(jì)和上面 4 個(gè)畫面類似，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)該畫面會(huì)顯示增益 Kc、積分時(shí)間 Ti、微分時(shí)間 Td、采樣時(shí)間、設(shè)定溫度等參數(shù)的值，未運(yùn)行時(shí)和圖62 基本一樣，只是沒有值顯示出來。圖 54 實(shí)時(shí)趨勢曲線 歷史趨勢曲線打開開發(fā)系統(tǒng)頁面后，點(diǎn)擊“圖庫” ，打開圖庫管理器，雙擊“歷史曲線”把它放進(jìn)開發(fā)頁面，再雙擊歷史趨勢曲線畫面，對曲線進(jìn)行設(shè)置，包括曲線定義，坐標(biāo)系，操作面板和安全屬性等設(shè)置，最后利用工具箱做好“返回主界面”按鈕，即可形成如圖 55 所示的歷史