【正文】 子、冶金、機械等工業(yè)領域應用非常廣泛。以基于 PLC 的下位機和完成 HMI 功能的上位機相結合 ,構建成分布式控制系統(tǒng) ,實現(xiàn)了溫度自動控制。舉個例子來說，在一座工廠里頭，我們要搜集工廠各個區(qū)域的溫度、濕度以及工廠中機器的狀態(tài)等等的 信息透過一臺主控器監(jiān)視并記錄這些參數(shù)，并在一些意外狀況發(fā)生的時候能夠加以處理。 溫控系統(tǒng)的現(xiàn)狀 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和計算機技術的迅猛發(fā)展以及自動控制理論和設計方法發(fā)展的推動下，國內外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在職能化、自適應、參數(shù)自整定等方面取得成果，在這方面，以日本、美國、德國、瑞典等國技術領先，都生產出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表 ,并在各行各業(yè)廣泛應用 [2]。 6)溫度控制系統(tǒng)既有控制精度高、 抗干擾能力強、魯棒性好的特點。隨著我國加入 WTO，我國政府及企業(yè)對此非常重視，對相關企業(yè)資源進行了重組，相繼建立了一些國家、企業(yè)的研發(fā)中心，并通過合資、技術合作等方式，組建了一批合資、合作及獨資企業(yè)，使我國溫度儀表等工業(yè)得到迅速的發(fā)展 [4]。 同時利用亞控公司的 組態(tài)軟件“組態(tài)王”設 計一個 人機界面 （ HMI） ， 通過串行口與可編程控制器通信， 對 控制系統(tǒng)進行 全面監(jiān)控 ，從而使用戶操作更方便。 第六章，展示了系統(tǒng)運行結果，然后對其分析得出結論。目前， PLC 在國內外已經廣泛應用于 鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè) 。 （ 2）監(jiān)視電源、 PLC 內部各個單元電路的工作狀態(tài)。 I/O 模塊集成了 PLC 的 I/O 電路，其輸入暫存器 輸 入 接 口 中 央 處 理 單 元CPU 輸 出 接 口 電源 存儲單元 反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。目前則傾向于采用電可擦除的只讀存儲器（ EEPROM） 或閃存 (Flash Memory)，免去了后備電池的麻煩。 PLC 本質上就是一臺微型計算機，其工作原理與普通計算機類似，具有計算 機的許多特點。 人機界面（ HMI Human Machine Interface）以其 美觀易懂、操作 人性化等顯著特點，正好滿足這種需求而得到廣泛的應用。 (2) 系統(tǒng)操作簡單化 操作員可以通過監(jiān)控界面來控制過程。本章主要從系統(tǒng)設計結構和硬件設計角度，介紹該項目的 PLC 控制系統(tǒng)設計步驟、 PLC 的硬件配置、外部電路設計以及 PLC 控制器的設計和參數(shù)的整定。確保計算機控制系統(tǒng)的可靠性。 (2) 工藝復雜程度 當工藝要求較復雜時 ,采用 PLC 控制具有更大的優(yōu)越性 . (3) 可靠性要求 目前 ,當 I/O 點數(shù)在 20 甚至更少時，就趨向于選擇 PLC 控制了。電氣系統(tǒng)與機械、液壓、氣動及各儀表等系統(tǒng)間的關系 。 PLC 選擇包括對 PLC 的機型、容量、 I/O 模塊、電源等的選擇。 3. 編寫應用程序 根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，采用合適的設計方法來設計 PLC 程序。保護和連鎖是程序中不可缺少的部分，必須認真加以考慮。 現(xiàn)場調試。此系統(tǒng) 選用 S7200 CPU226， CPU226 集成了 24 點輸入 /16 點輸出，共有 40 個數(shù)字量 I/O。80mV范圍 )，所有連到模塊上的熱電偶必須是相同類型，且最好使用帶屏蔽的熱電偶傳感器。 表 32 EM231選擇模擬量輸入范圍的開關表 單極性 滿量程輸入 分辨率 SW1 SW2 SW3 ON OFF ON 0到 10V ON OFF 0到 5V 0到 20mA 5uA 雙極性 滿量程輸入 分辨率 SW1 SW2 SW3 OFF OFF ON 177。 熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。 圖 34 系統(tǒng)框架圖 PLC 控制器的設計 控制器的設計是基于模型控制設計過程中最重要的一步。 錯誤 !未找到引用源。但是理想微分控制器的控制結果也不能消除余差，而且控制效果要比純比例控制器更差。這類方法計算繁雜，工作量又大，而且由于用解析法或實驗測定法求得的對象數(shù)學模型都只能近似的反映過程的動態(tài)特性，整定結果的精度是不高的，因而未在工程上受到 廣泛推廣。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整為 4： 1 的衰減振蕩過程。這時應適當調整 Ti 和 Td，再重復湊試，使曲 線最終符合控制要求 [13]。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。一般比較復雜的程序都可以分成若干個功能比較簡單的程序段，一個程序可以看成整個控制過 程的一步。現(xiàn)在加上中文程序后，可在全中文的界面下進行操作，用戶使用起來更加方便。程序編輯器包括程序邏輯和局部變量表，可在其中分配臨時局部變量的符號名。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，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關量邏輯控制。它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。 圖 44 通信參數(shù)設置 程序設計 設計思路 PLC 運行時，通過特殊繼電器 產生初始化脈沖進行初始化 ，將溫度設定值 ， PID 參數(shù)值 等，存入有關的數(shù)據(jù)寄存器，使定時器復位 ； 按啟動按鈕 ，系統(tǒng) 開始溫度采樣，采樣周期為 10 秒； K 型熱電偶 傳感器把所測量的溫度進行標準量轉換（ 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； 經過程序計算后得出實際測量的溫度 T,將 T 和溫度設定值比較，根據(jù)偏差計算調整量，發(fā)出調節(jié)命令。如圖 43所示。在梯級中，描述事件發(fā)生的條 件表示在左面，事件發(fā)生的結果表示在后面。下面詳細介紹梯形圖的特點。指令樹將顯示用于創(chuàng)建控制程序的所有項目對象和指令。 編程軟 件 STEP7Micro/WIN 概述 STEP7Micro/WIN 編程軟件是基于 Windows 的應用軟件，由西門子公司專為 s7200 系列可編程控制器設計開發(fā)，它功能強大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時也可以實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。這種方法很適合以時間為基準的控制系統(tǒng)的編程方法。常見的主要有梯形圖法、邏輯流程圖法、時序流程圖法和步進順控法。 2） 先根據(jù)表選取積分時間 Ti 和 Td，通常取 Td=(1/31/4)Ti，然后對比例度 ? 進行反復湊試，直至得到滿意的結果。它不需要進行事先的計算和實驗，而是根據(jù)運行經驗，先確定一組控制器參數(shù)，并將系統(tǒng)投入運行，通過觀察人為加入干擾（改變設定 值）后的過渡過程曲線，根據(jù)各種控制作用對過渡過程的不同影響來改變相應的控制參數(shù)值，進行反復湊試，直到獲得滿意的控制質量為止?？刂破鲄?shù)整定方法很多，歸納起來可分為兩大類， 即理論計算整定法和工程整定法。積分控制可以消除余差，但是工業(yè)上很少單獨使用積分控制的，因為與比例控制相比，除非積分速度無窮大，否則積分控制就不可能想比例控制那樣及時的對偏差加以響應，所以控制器的輸出變化總是滯后與偏差的變化，從而難以對干擾進行及時且有效的控制。 （ 31） 式 31 中， 錯誤 !未找到引用源。 PLC 和 HMI 相連接，實現(xiàn)了系統(tǒng)的實時監(jiān)控。這兩種熱電式傳感器目前在工業(yè)生產中已得到廣泛應用。所有的輸入設置成相同的模擬量輸 入范圍。在這里，我們選用了西門子 EM231 4TC 模 擬量輸入模塊。完整的 S7200 系 列 PLC 實物如圖 32 所示。 (2)軟件模擬法是在 PLC 中另外編寫一套模擬程序，模擬提供現(xiàn)場信號，其簡單易行，但時效性不易保證。這些程序相對獨立，一般在程序設計基本完成時再添加。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經確定。輸出設備包括繼電器、接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等。設計人員必須深入現(xiàn)場，認真調查研究，收集資料，并于相關技術人員和操作人員一起分析討論，相互配合，共同解決設計中出現(xiàn)的問題。 (1) 控制規(guī)模 一個控制系統(tǒng)的控制規(guī)模可用該系統(tǒng)的 I/O 設備總數(shù)來衡量。最大限度的滿足工業(yè)生產過程或機械設備的控制要求。例如，您可以在生產某一輪班結束時打印輸出生產數(shù)據(jù) [8]。 人機界面產品的 特點 (1) 系統(tǒng)運行過程清晰化 控制過程可以動態(tài)地顯示在 HMI 設備上。 還可以 按 I/O 點數(shù)分類 ， 根據(jù) PLC 的 I/O 點數(shù)的多少，可將 PLC 分為小型、中型、大型和 超大 型 四類 : ? I／ O點數(shù)在 256 以下為小型 PLC； ? I／ O點數(shù)在 256～ 1024 為中型 PLC； ? I／ O點數(shù)大于 1024 為大型 PLC； ? I／ O點數(shù)在 4000 以上為超大型 PLC 可編程控制器有可靠性高、編程簡單易學、功能強、安裝簡單、維修方便、采用模塊化結構、接口模塊豐富、系統(tǒng)設計與調試周期短等特點 [7]。編程設備用于輸入和編輯用戶程序，對系統(tǒng)作些設定，監(jiān)控 PLC 及 PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況。系統(tǒng)程序存儲器用于存儲整個系統(tǒng)的監(jiān)控程序，一般采用只讀存儲器（ ROM） ，具有掉電不丟失信息的特性。 （ 8）響應中斷和各種外圍設備（如編程器、打印機等）的任務處理請求。 主要功能包括以下幾個方面。從此這項技術迅速發(fā)展起來 。 第四章， 在硬件設計的基礎上，詳細介紹了本項目軟件設計，主要包括軟件設計的基本步驟、方法，編程軟件 STEP7Micro/WIN 的介紹以及本項目程序設計。從整體上分析和研究了控制 系統(tǒng) 的硬件配置、電路圖的設計、程序設計，控制對象數(shù)學模型的建立、控制算法的選擇和參數(shù) 的整定，人機界面的設計等。控制參數(shù)大多靠人工經驗及我國現(xiàn)場調試來確定。借助計算機軟件技術，溫控器具有對控制 參數(shù)及特性進行自動整定的功能。 警報的產生與記錄 —— 使用者可以 定義一些警報產生的條件 。 HMI正在成為引導工業(yè)生產制造走向成功的重要因素，因為這些系統(tǒng)越來越多的用于監(jiān)控生產過程，讓過程變得更加準確、簡潔和快速。這種監(jiān)控系統(tǒng)充分利用了 PLC 和計算機各自的特點 ,得到了廣泛的應用。 實驗證明，此系統(tǒng)具有快、準、穩(wěn)等優(yōu)點，在工業(yè)溫度控制領域能夠廣泛應用。 在工業(yè)領域，隨著自動化程度的迅速提高，用戶對控制系統(tǒng)的過程監(jiān)控要求越來越高， 人機界面的 出現(xiàn)正好滿足了用戶這一需求。由于其具有工況復雜、參數(shù)多變、運行慣性大、控制滯后等特點，它對控制調節(jié)器要求極高。 PLC 不僅具有傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的控制功能，而且能擴展輸入輸出模塊，特別是可以擴展一些智能控制模塊，構成不同的控制系統(tǒng)，將模擬量輸入輸出控制和現(xiàn)代控制方法融為一體，實現(xiàn)智能控制、閉環(huán)控制、多控制功能一體的綜合控制。這便是一個很典型的 SCADA/HMI 的運用，一般而言， HMI 系統(tǒng)必須有幾項基本的能力： 實時的資料趨勢顯示 —— 把擷取的資料立即顯示在屏幕上。它們主要具有如下特點 :1)適應于大慣性、大滯 后等復雜溫度控制系統(tǒng)的控制。目前 ,國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能話、小型化等方面快速發(fā)展 [3]。 隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們對 溫度控制系統(tǒng) 的要求愈來愈高， 因此，高精度、智能化、人 性化的溫度控制系統(tǒng)是國內外必然發(fā)展趨勢?？傮w上包括的技術路線：硬件設計，軟件編程，參數(shù)整定等。 第七章，總結全文。 PLC 的應用范圍通?？煞譃殚_關邏輯控制、運動控制、過程控制、機械加工中的數(shù)字控制、機器人控制、通信和聯(lián)網等 [5]。 （ 3）診斷編程過程中的語法錯誤，對用戶程序進行編譯。 PLC 的對外功能主要是通過各種 I/O 接口模塊于外界聯(lián)系來實現(xiàn)的。 4） 電源模塊 PLC 中的電源，是為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。但其工作方式卻與計算機有著較大的不同，具有一定的特殊性。 人機 界面的定義 人機界面是指 連接可編程控制器（ PLC）、變頻器、直流調速器、儀表等工業(yè)控制設備，利用顯示屏顯示，通過輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標等）寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實現(xiàn)人與機器信息交互的數(shù)字設備 ,由硬件和軟件兩部分組成 。可從監(jiān)控界面上啟動和停止系統(tǒng)、設定溫度上下限、設置 PID 參數(shù)等。 PLC 控制系統(tǒng)設計的基本原則和步驟 弄懂 PLC的基本工作原理和指 令系統(tǒng)后 ,就可以把 PLC應用到實際的工程項目中。 (3)經濟型原則。 (4) 數(shù)據(jù)處理速度 若數(shù)據(jù)處理程度較低，而主要以工業(yè)過程控制為主時，采用 PLC 控制將非常適宜 [9]。PLC 與其他設備的關系， PLC 之間是否通信聯(lián)網 。 (3) PLC 的 I/O 端口分配。程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編寫實現(xiàn)各控制功能或各子任務的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能。它可以避免由于非法操作而引起的控制邏輯混亂。當控制臺及現(xiàn)場施工完畢，程序模擬調試完成后，就可以進行現(xiàn)場調試，如不能滿足要求，須重新檢查程序和接線