【正文】 STEP7Micro/WIN 參數(shù)設置（通訊設置） 本項目中 PLC 要與電腦正確通信，安裝完 STEP7Micro/WIN 編程軟件且設置好硬件后，可以按下列步驟進行通訊設置。 STEP 7Micro/WIN提供了用于創(chuàng)建程序的三個編輯器：梯形圖（ LAD）、語句表（ STL）和功能塊圖（ FBD）。結合自己工程的情況，對這些“試驗程序”逐一修改，使之適合自己的工程要求。本章在硬件設計的基礎上，將詳細介紹本項目軟件設計，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。在這里，我們采用經(jīng)驗整定法來整定控制器的參數(shù)值。 分鐘。 表 33 K 型熱電偶分度表 I/O 點分配及電氣連接圖 1) 該溫度控制系統(tǒng)中 I/O 點分配表如表 34 所示。 表 31 EM231 技術指標 型號 EM231 模擬量輸入模塊 總體特性 外形尺寸： 80mm 62mm 功耗： 3W 輸入特性 本機輸入： 4 路模擬量輸入 電源電壓：標準 DC 24V/4mA 輸入類型： 0~10V， 0~5V，177。 PLC 的選型與硬件配置 PLC 型號的選擇 本溫度控制系統(tǒng)選擇德國西門子公司的 S7200 系列的 PLC。在 PLC 上電后，一般都要做一些初始化的操作，為啟動作必要的準備，避免系統(tǒng)發(fā)生誤動作。 2. 硬件選擇 具體包括如下。 (4)發(fā)展性原則。 (4) 數(shù)據(jù)歸檔 HMI 系統(tǒng)可以記錄過程變量值和報警信息并歸檔。工作時逐條順序掃描用戶程序，如果一個線圈接通或斷開，該線圈的所有觸點不會立即動作，需等掃描到該觸點時才會動作 [6]。 I/O 模塊分為開關量輸入、開關量輸出、模擬量輸入和模擬量輸出等模塊。 無論是整體式還是模塊式，從硬件結構看， PLC 都是由 CPU、 存儲器 、 I/O接口單元及擴展接口和擴展部件 、 外設接口及外設和電源等部分組成，各 部分之間通過系統(tǒng)總線連接。 第一章，對溫度控制系統(tǒng)應用的背景及國內外的發(fā)展狀況進行了闡述，指出了本文的研究意義所在。目前 ,我國在這方面總體水平處于 20 世紀 80 年代中后期水平 ,成熟產(chǎn)品主要以“點位 ” 控制及常規(guī)的 PID 控制器為主 ,它只能適應一般溫度系統(tǒng)控制 ,難于控制滯后、復雜、時變溫度系統(tǒng)控制。 歷史資料趨勢顯示 —— 把數(shù)據(jù)庫中的資料作可視化的呈現(xiàn)。 近年來，國內外對溫度控制器的研究進行了廣泛、深入的 研究，特別是隨著計算機技術的發(fā)展，溫度控制器的研究取得了巨大的發(fā)展，形成了一批商品化的溫度調節(jié)器，如 :職能化 PID、模糊控制、自適應控制等，其性能、控制效果好 ,可廣泛應用于溫度控制系統(tǒng)及企業(yè)相關設備的技術改造服務。編程時調用了編程軟件 STEP 7 Micro WIN中自帶 的 PID控制模塊，使得程序更為簡潔，運行速度更為理想。 人機界面 可以 對 控 制系統(tǒng)進行 全面監(jiān)控 ，包括參數(shù)監(jiān)測、信息處理、在線優(yōu)化、報警提示、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。 4)這些溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應控制、自校正控制、模糊控制、人工職能等理論及計算機技術，運用先進的算法，適應的范圍廣泛。 PLC 的應用已成為一個世界潮流，在不久的將來 PLC 技術在我國將得到更全面的推廣和應用。 1968 年，美國通用汽車公司（ GM）為了適應生產(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具備的十大條件，立即引發(fā)了開發(fā)熱潮。 （ 6）按程序進行處理，根據(jù)運算結果，更新有關標 志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的內容。 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)的適應性就越強。 HMI 軟件分為兩部分，即運行于 HMI 硬件中的系統(tǒng)軟件和運行于 PC 機 Windows 操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件（如組態(tài) 王等 ）。而在實際設計過程中，設計原則往往會涉及很多方面，其中最基本的設計原則可以歸納為 4 點。整個系統(tǒng)的設計分 以下 5 步進行。畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進入 PLC 的控制電路等。 根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場信號的方式不同，模擬調試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種 形式。 本溫度控制系統(tǒng)由于輸入 /輸出點數(shù)不多，本可以使用 CPU224 以下的類型，不過為了能調用編程軟件 STEP 7 里的 PID模塊，只能采用 CPU226 及以上機種。在各種熱電式傳感器中，以將溫度量轉換為電勢和電阻的方法最為普遍?？刂葡到y(tǒng)結構圖如 圖 36 所示，方框圖如圖 37 所示。 完成了上述內容后，該溫度控制系統(tǒng)就已經(jīng)確定了。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。邏輯流程圖會使整個程序脈絡清晰，便于分析控制程序、查找故障點及調試和維修程序。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。這種程序設計語言采用因果關系來描述事件發(fā)生的條件和結果。 。 梯形圖程序設計語言是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種程序設計語言。 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，或選擇開始（ Start） SIMATIC STEP 7 Micro/WIN 菜單命令。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。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%。 （ 33） 式 33 中： pK 為比例系數(shù)， IT 為積分時間常數(shù)， DT 為微分時間常 數(shù)。然后根據(jù)所要求的性能指標確定控制器的參數(shù)值。 EM231 校準和配置位置圖如圖 33所示。還有 13KB 程序和數(shù)據(jù)存儲空間空間， 6 個獨立的 30KHz 高速計數(shù)器，2 路獨立的 20KHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。 4. 程序調試 程序調試分為 2 個階段，第一階段是模擬調試、第二階段是現(xiàn)場調試。在進行 I/O 通道分配時應給出 I/O 通道分配表，表中應包含 I/O 編號、設備代號、名稱及功能等。 圖 31 PLC 控制系統(tǒng)設計步驟 PLC 控制系統(tǒng)設計的一般步驟 PLC 控制系統(tǒng)設計包括硬件設計和軟件設計。無論是用 PLC 組成集散控制系統(tǒng)，還是獨立控制系統(tǒng)， PLC 控制部分的設計都可以參考圖 31 所示的步驟。 人機界面產(chǎn)品的組成及工作原理 人機 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。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。 （ 4）在 PLC 進入運行狀態(tài)后，從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，并分析、執(zhí)行該指令。 第二章 PLC 和 HMI 基礎 可編程邏輯控制器是一種工業(yè)控制計算機，簡稱 PLC（ Programmable Logic Controller），它使用了可編程序的記憶以存儲指令，用來執(zhí)行諸如邏輯、順序、計時、計數(shù)和演算等功能，并通過數(shù)字或模擬的輸入和輸出，以控制各種機械或生產(chǎn)過程。 項目研究內容 可編程控制器 (PLC)是集計算機技術、自動控制技術和通信技術為一體的新型自動控制裝置。 2)能適應于受控系統(tǒng)數(shù)學模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制?，F(xiàn)代 PLC 以集成度高、功能 強、抗干擾能力強、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。 人機界面 可以 對 控制系統(tǒng)進行 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)場的控制設備 ,用于數(shù)據(jù)采集與處理、邏輯判斷、輸出控制；而上位機則是利用 HMI 軟件來完成工業(yè)控制 狀態(tài)、流程和參數(shù)的顯示 ,實現(xiàn)監(jiān)控、管理、分析和存儲等功能 。 圖形接口控制 —— 操作者能夠透過圖形接口直接控制機臺等裝置。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。 第三章， 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。 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，診斷電源和 PLC 內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等 ， 是 PLC 不可缺少的組成單元。一般包括系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器兩部分。還有一些 PLC將整體式和模塊式的特點結合起來，構成所謂疊裝式 PLC。 (5) 報表系統(tǒng) HMI 系統(tǒng)可以輸出報警和過程值報表。 2. 評估控制任務 根據(jù)系統(tǒng)所需完成的控制任務，對被控對象的生產(chǎn)工藝及特點進行詳細分析，特別是從以下幾個方面給以考慮。輸入設備包括按紐、位置開關、轉換開關及各種傳感器等。 (2)檢測、故障診斷和顯示等程序。它的硬件配置靈活，既可用一個單獨的 S7200 CPU構成一個簡單的數(shù)字量控制系統(tǒng)，也可通過擴展電纜進行數(shù)字量 I/O 模塊、模擬量模塊或智能接口模塊的擴展，構成較復雜的中等規(guī)?？刂葡到y(tǒng) [10]。 ,0~20mA 分辨率： 12 Bit 轉換速度： 250μ S 隔離：有 耗電 從 CPU 的 DC 5V （ I/O 總線）耗電 10mA DIP 開關 SW1 0, SW2 0, SW3 1（以 K 型熱電偶為例） 表 32 所示為如何使用 DIP 開關設置 EM231 模塊， 開關 2 和 3可選擇模擬量輸入范圍。系統(tǒng)選用 PLC CPU226 為控制器， K型熱電偶將檢測到的實際爐溫轉化為電壓信號，經(jīng)過 EM231 模擬量輸入模塊轉換成數(shù)字量信號并送到 PLC 中進行 PID 調節(jié)， PID 控制器輸出量轉化成占空比，通過固態(tài)繼電器控制爐子加熱的通斷來實現(xiàn)對爐子溫度的控制。比例控制是一種最基本的控制規(guī)律，具有反應速度快，控制及時，但控制結果有余差等特點。 經(jīng)驗整定法實質上是一種經(jīng)驗湊試法，是工程技術人員在長期生產(chǎn)實踐中總結出來的。 1. 圖解法編程 圖解法是靠畫圖進行 PLC 程序設計。使用編程軟件可以很方便的在計算機上離線或在線編程、在線調試，在計算機上進行程序的存取、加密以及形成 EXE 文件 [14]。用的比較多的是梯形圖（ LAD）編程語言。 圖 42 通信參數(shù)設置 （ 2）在對話框中雙擊 PC/PPI 電纜的圖標，將出現(xiàn) PG/PC 接口對話框或者直接單擊“檢視”欄中單擊“設置 PG/PC 接口”也行。 在工業(yè)過程控制領域，電氣技術人員對繼電器邏輯控制技術較為熟悉，因此，由這種邏輯控制技術發(fā)展而來的梯形圖受到了歡迎，并得到了廣泛的應用。子程序和中斷程序在程序編輯器窗口的底部均按標簽顯示。 2. 經(jīng)驗法編程 經(jīng)驗法是運用自己的或者別人的經(jīng)驗進行設計。 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) cK =120，積分時間 iT =3 分鐘，微分時間 dT =1 分鐘。 對于工程整定法，工程技術人員無需知道對象的數(shù)學模型，無需具備理論計算所需的理論知識，就可以在控制系統(tǒng)中直接進行整定，因而簡單、實用，在實際工程中被廣泛使用。 （ 32） 由階躍響應法求得， 0K =； 0T =錯誤 !未找到引用源。國際標準熱電偶 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 開關進行 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 用于選擇是否進行斷線檢測， SW7 用于選擇測量單位，