【正文】 下面我們以當(dāng)前溫度設(shè)置為例來說明變量設(shè)置的步驟和方法。系統(tǒng)運行時，實時趨勢曲線會顯示當(dāng)前溫度值的變化趨勢和設(shè)定溫度值。HMI 畫面是用組態(tài)軟件來做的，常見的組態(tài)軟件有西門子公司的 Wincc、羅克韋爾公司的 RsView 及國產(chǎn)的組態(tài)王、力控等。首先打開“指令向?qū)А?，選擇“PID” ，如圖 46 所示。每個 PID 回路都有兩個輸入變量，給定值 SP 和過程變量 PV。這種程序設(shè)計語言采用因果關(guān)系來描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果。工具欄將提供快捷鍵按鈕，用于經(jīng)常使用的菜單命令，可顯示或隱藏工具欄的任何按鈕。邏輯流程圖會使整個程序脈絡(luò)清晰，便于分析控制程序、查找故障點及調(diào)試和維修程序。需要時，最后加入微分（D）作用，即從零開始，逐漸加大微分時間 Td，由于微分作用能抑制振蕩，在加入微分作用之前，可以把積分時間也縮短一些。完成了上述內(nèi)容后，該溫度控制系統(tǒng)就已經(jīng)確定了。PLC 和 HMI 相連接，實現(xiàn)了系統(tǒng)的實時監(jiān)控。所有的輸入設(shè)置成相同的模擬量輸入范圍。完整的 S7200 系列 PLC 實物如圖 32所示。這些程序相對獨立，一般在程序設(shè)計基本完成時再添加。輸出設(shè)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。 (1) 控制規(guī)模 一個控制系統(tǒng)的控制規(guī)?？捎迷撓到y(tǒng)的 I/O 設(shè)備總數(shù)來衡量。例如，您可以在生產(chǎn)某一輪班結(jié)束時打印輸出生產(chǎn)數(shù)據(jù) [8]。 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(xué)、功能強(qiáng)、安裝簡單、維修方便、采用模塊化結(jié)構(gòu)、接口模塊豐富、系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試周期短等特點 [7]。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。主要功能包括以下幾個方面。第四章，在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了本項目軟件設(shè)計，主要包括軟件設(shè)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(shè)計。控制參數(shù)大多靠人工經(jīng)驗及我國現(xiàn)場調(diào)試來確定。 　 警報的產(chǎn)生與記錄——使用者可以定義一些警報產(chǎn)生的條件。這種監(jiān)控系統(tǒng)充分利用了 PLC 和計算機(jī)各自的特點,得到了廣泛的應(yīng)用。人機(jī)界面可以對控制系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控，包括過程監(jiān)測、報警提示、數(shù)據(jù)記錄等功能，從而使控制系統(tǒng)變得操作人性化、過程可視化，在自動控制領(lǐng)域的作用日益顯著。此外，隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高，用戶對控制系統(tǒng)的過程監(jiān)控要求越來越高，人機(jī)界面（HMI）的出現(xiàn)正好滿足了用戶這一需求。3)能適應(yīng)于受控系統(tǒng)過程復(fù)雜、參數(shù)時變的溫度控制系統(tǒng)的控制。其性能優(yōu)越，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，并已成為工業(yè)自動化的三大支柱(PLC、工業(yè)機(jī)器人、CAD/CAM)之一。 可編程控制器基礎(chǔ) 可編程控制器的產(chǎn)生和應(yīng)用20 世紀(jì) 60 年代，計算機(jī)技術(shù)開始應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，由于價格高、輸入電路不匹配、編程難度大以及難于適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境等原因，未能在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得推廣。（5）采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的數(shù)據(jù)，并存入指定的寄存器中。5）智能模塊 除了上述通用的 I/O 模塊外，PLC 還提供了各種各樣的特殊 I/O 模塊，如熱電阻、熱電偶、溫度控制、中斷控制、位置控制、以太網(wǎng)、遠(yuǎn)程 I/O 控制、打印機(jī)等專用型或智能型的 I/O 模塊，用以滿足各種特殊功能的控制要求。根據(jù) HMI 的產(chǎn)品等級不同，處理器可分別選用 8 位、16 位、32 位的處理器。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象(生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程)的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。所謂硬件設(shè)計，是指 PLC 外部設(shè)備的設(shè)計，而軟件設(shè)計即 PLC 應(yīng)用程序的設(shè)計。(4) 繪制 PLC 外圍硬件線路圖。程序模擬調(diào)試是，以方便的形式模擬產(chǎn)生現(xiàn)場實際狀態(tài)，為程序的運行創(chuàng)造必要的環(huán)境條件。配有 2 個 RS485 通訊口，具有 PPI，MPI 和自由方式通訊能力，波特率最高為 kbit/s，可用于較高要求的中小型控制系統(tǒng) [11]。圖 33 DIP 配置 EM231 熱電式傳感器 熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)化為電量變化的裝置。 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立本溫度控制系統(tǒng)中，傳感器（電熱偶）將檢測到的溫度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號經(jīng)過溫度模塊后，與設(shè)定溫度值進(jìn)行比較，得到偏差，此偏差送入 PLC 控制器按 PID 算法進(jìn)行修正，返回對應(yīng)工況下的固態(tài)繼電器導(dǎo)通時間，調(diào)節(jié)電熱絲的有效加熱功率，從而實現(xiàn)對爐子的溫度控制。對于工程整定法，工程技術(shù)人員無需知道對象的數(shù)學(xué)模型，無需具備理論計算所需的理論知識，就可以在控制系統(tǒng)中直接進(jìn)行整定，因而簡單、實用，在實際工程中被廣泛使用。 表 35 控制器參數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)控制變量規(guī)律的選擇 比例度（%）?積分時間Ti（分鐘）微分時間Td（分鐘）溫度對象容量滯后較大，即參數(shù)受干擾后變化遲緩，應(yīng)小，Ti 要長，一?般需要微分2060 310 通過經(jīng)驗整定法的整定，PID 控制器整定參數(shù)值為： 比例系數(shù) =120，cK積分時間 =3 分鐘，微分時間 =1 分鐘。2. 經(jīng)驗法編程經(jīng)驗法是運用自己的或者別人的經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計。子程序和中斷程序在程序編輯器窗口的底部均按標(biāo)簽顯示?！　≡诠I(yè)過程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉，因此，由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來的梯形圖受到了歡迎，并得到了廣泛的應(yīng)用。因 PID 回路的輸出PID0_Output 為 之間的實數(shù)值，又因我們設(shè)置了采樣時間為 10 秒，所以第一個指令 MUL_R 中 INT2 為 。 圖 48 PID 參數(shù)設(shè)置 一般單極性的值域都是 032022，如圖 49 所示。如圖 51 所示，最下面的一行是我們新建的工程，工程名稱為“組態(tài)王” 。 報警窗口打開開發(fā)系統(tǒng)頁面后，點擊工具箱中的“報警窗口”把報警窗口放進(jìn)開發(fā)頁面，然后雙擊畫面，對報警窗口進(jìn)行設(shè)置，包括通用屬性、列屬性、操作屬性、條件屬性、顏色和字體屬性的設(shè)置。圖 58 當(dāng)前溫度報警定義設(shè)置圖 59 為變量“當(dāng)前溫度”記錄和安全區(qū)設(shè)置圖，我們設(shè)置“記錄”為數(shù)據(jù)變化記錄，變化靈敏度設(shè)為 ，若不設(shè)置這個，往往歷史趨勢曲線就出不來或者效果很差。 變量設(shè)置 打開工程瀏覽器，點擊“數(shù)據(jù)詞典” ，再點擊“新建”建立“設(shè)定溫度” 、“當(dāng)前溫度” 、 “啟動” 、 “停止” 、 “Kc”、 “Ti”、 “Td”、 “采樣時間”等變量。完整的主界面如圖 53 所示。工業(yè)HMI又稱觸摸屏監(jiān)控器，是一種智能化操作控制顯示裝置。 PID 指令向?qū)У倪\用STEP7Micro/WIN 提供了 PID Wizard（PID 指令向?qū)В?，可以幫助用戶方便地生成一個閉環(huán)控制過程的 PID 算法。圖 43 PG/PC 接口對話框（3）單擊 Properties 按鈕，將出現(xiàn)接口屬性對話框，檢查各參數(shù)的屬性是否正確，其中通信波特率默認(rèn)值為 （如圖 44 所示） 。圖 41 編程軟件 STEP7Micro/WIN 主界面 梯形圖語言特點 梯形圖是使用得最多的圖形編程語言，被稱為 PLC 的第一編程語言。它是西門子 s7200 用戶不可缺少的開發(fā)工具。（1）梯形圖法梯形圖法是用梯形圖語言去編制 PLC 程序。由于比例作用是最基本的控制作用，經(jīng)驗整定法主要通過調(diào)整比例度 的?大小來滿足質(zhì)量指標(biāo)。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(yīng)，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(jìn)行及時且有效的控制。國際標(biāo)準(zhǔn)熱電偶有 S、B、 E、K、R、J 、T 七種類型，在本系統(tǒng)中，我們選用了 K 型熱電偶（分度表如表 33 所示） ，其測溫范圍大約是 0～1000℃。EM231 模塊需要用戶通過 DIP 開關(guān)進(jìn)行組態(tài)： SW1～SW3 用于選擇熱電偶類型，SW4 沒有使用，SW5 用于選擇斷線檢測方向，SW6 用于選擇是否進(jìn)行斷線檢測，SW7 用于選擇測量單位，SW8 用于選擇是否進(jìn)行冷端補(bǔ)償。當(dāng)控制臺及現(xiàn)場施工完畢，程序模擬調(diào)試完成后，就可以進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，如不能滿足要求，須重新檢查程序和接線，及時更正軟硬件方面的問題。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(wù)的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能。PLC 與其他設(shè)備的關(guān)系， PLC 之間是否通信聯(lián)網(wǎng)。 (3)經(jīng)濟(jì)型原則?？蓮谋O(jiān)控界面上啟動和停止系統(tǒng)、設(shè)定溫度上下限、設(shè)置 PID 參數(shù)等。但其工作方式卻與計算機(jī)有著較大的不同，具有一定的特殊性。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。PLC 的應(yīng)用范圍通?？煞譃殚_關(guān)邏輯控制、運動控制、過程控制、機(jī)械加工中的數(shù)字控制、機(jī)器人控制、通信和聯(lián)網(wǎng)等 [5]。總體上包括的技術(shù)路線：硬件設(shè)計，軟件編程，參數(shù)整定等。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]。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。由于其具有工況復(fù)雜、參數(shù)多變、運行慣性大、控制滯后等特點，它對控制調(diào)節(jié)器要求極高。關(guān)鍵詞：溫度控制 可編程控制器 人機(jī)界面 組態(tài)王II目 錄第一章 前言 ...........................................................................................................................................1 項目背景、意義 .......................................................................................................................1 溫控系統(tǒng)的現(xiàn)狀 .......................................................................................................................2 項目研究內(nèi)容 ...........................................................................................................................3第二章 PLC 和 HMI 基礎(chǔ) ..............................................................................................................5 可編程控制器基礎(chǔ) ...................................................................................................................5 可編程控制器的產(chǎn)生和應(yīng)用 ..........................................................................................5 可編程控制器的組成和工作原理 ..................................................................................5 可編程控制器的分類及特點 ..........................................................................................8 人機(jī)界面基礎(chǔ) ...........................................................................................................................8 人機(jī)界面的定義 ..............................................................................................................8 人機(jī)界面產(chǎn)品的組成及工作原理 ..................................................................................9 人機(jī)界面產(chǎn)品的特點 ......................................................................................................9第三章 PLC 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 ..............................