【文章內(nèi)容簡介】 指示燈 ，熄滅并 停止指示燈 初始化 PID。開始運行子程序 0。 停止過程：按下停止按鈕后，開始標志位 ，點亮 停止指示燈 ，熄滅運行指示燈。并把輸出模擬量 AQW0清零，停止鍋爐繼續(xù)加熱。停止調(diào)用子程序 0，仍然 顯示鍋爐溫度。 天津輕工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 第 20 頁 共 61 頁 停止時模擬量輸出清零，防止鍋爐繼續(xù)升溫。 調(diào)用子程序。 子程序 1）輸入設(shè)定溫度 2）把設(shè)定溫度、 P值、 I值、 D值都導入 PID 3）每 100ms 中斷一次子程序進行 PID 運算 天津輕工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 第 21 頁 共 61 頁 導入 DIP。 天津輕工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 第 22 頁 共 61 頁 中斷程序。 中斷程序， PID 的計算 1）模擬信號的采樣處理，歸一化導入 PID 2） DIP程序運算 3）輸出 DIP 運算結(jié)果，逆轉(zhuǎn)換為模擬信號 天津輕工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 第 23 頁 共 61 頁 天津輕工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 第 24 頁 共 61 頁 天津輕工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 第 25 頁 共 61 頁 4 組態(tài)編程 PLC通信配置與 通信方式 串行數(shù)據(jù)傳送和并行數(shù)據(jù)傳送 1)并行數(shù)據(jù)傳送：并行數(shù)據(jù)傳送時所有數(shù)據(jù)位是同時進行的，以字或字節(jié)為單位傳送。并行傳輸速度快，但通信線路多、成本高，適合近距離數(shù)據(jù)高速傳送。 2)串行數(shù)據(jù)傳送：串行數(shù)據(jù)傳送時所有數(shù)據(jù)是按位 (bit)進行的。串行通信僅需要一對數(shù)據(jù)線就可以。在長距離數(shù)據(jù)傳送中較為合適。 PLC網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)的方式絕大多數(shù)為串行方式，而計算機或 PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)處理、存儲都是并行的。若要串行發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，則要進行相應(yīng)的串行、并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，即在數(shù)據(jù)發(fā)送前，要把并行數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)；而在數(shù)據(jù)接收后，要把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)后再處理。 異步方式與同步方式 根據(jù)串行通信數(shù)據(jù)傳輸方式的不同可以分為異步方式和同步方式。 1)異步方式：又稱起止方式。它在發(fā)送字符時，要先發(fā)送起始位，然后才是字符本身，最后是停止位。字符之后還可以加入奇偶校驗位。異步傳送較為簡單，但要增加傳送位，將影響傳輸速率。異步傳送是靠起始位和波特率來保持同步的。 2)同步方式：同步方式要在傳送數(shù)據(jù)的同時，也傳遞時鐘同步信號，并始終按照給定的時刻采集數(shù)據(jù)。同步方式傳遞數(shù)據(jù)雖提高了數(shù)據(jù)的傳輸速率，但對通信系統(tǒng)要求較高。 PLC網(wǎng)絡(luò)多采用異步方式傳送數(shù)據(jù)。 網(wǎng) 絡(luò)的通訊 PPI 協(xié)議 PPI是一種主從設(shè)備協(xié)議：主設(shè)備給從屬裝置發(fā)送請求，從屬裝置進行響應(yīng)。從屬裝置不發(fā)出訊息，而是一直等到主設(shè)備發(fā)送請求或輪詢時才作出響應(yīng)。 天津輕工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 第 26 頁 共 61 頁 主設(shè)備與從屬裝置的通訊將通過按 PPI 協(xié)議進行管理的共享連接來進行。PPI 不限制與任何一個從屬裝置進行通訊的主設(shè)備的數(shù)目，網(wǎng)絡(luò)上最多可安裝32個主設(shè)備。 圖 PPI 網(wǎng)絡(luò) 如果在用戶程序中激活 PPI主設(shè)備模式，則 S7200 CPU在處于 RUN（運行）模式時可用作主設(shè)備。激活 PPI 主設(shè)備模式之后，可使用“網(wǎng)絡(luò)讀取”或“網(wǎng)絡(luò)寫入”指令從其它 S7200讀取數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)寫入其它 S7200。當 S7200用作 PPI主設(shè)備時，它將仍然作為從屬裝置對來自其他主設(shè)備的請求進行響應(yīng)。 對于簡單的單臺主設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，編程站和 S7200 CPU 既可以通過 PPI 多臺主設(shè)備電纜連接，也可以通過安裝在編程站中的通訊處理器（ CP）卡連接。 在圖上部的范例網(wǎng)絡(luò)中，編程站（ STEP7Micro/WIN）是網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備。在圖下部的范例網(wǎng)絡(luò)中，人機界面（ HMI）設(shè)備（例如 TD 200、 TP 或 OP）是網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備。 在兩個范例網(wǎng)絡(luò)中， S7200 CPU是對主設(shè)備的請求 進行響應(yīng)的從屬裝置。 圖 單臺主設(shè)備 PPI網(wǎng)絡(luò) 天津輕工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 第 27 頁 共 61 頁 組態(tài)軟件 Kingview 組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)正以標準的工業(yè)計算機軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。具有適應(yīng)性強、開放性好、易于擴展、經(jīng)濟、開發(fā)周期短等優(yōu)點。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng) 要求及實現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)計。組態(tài)軟件也為試驗者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗者實時現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用 Windows 的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢 曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。 組態(tài)王定義外部設(shè)備和數(shù)據(jù)變量 外部設(shè)備的定義 組態(tài)王把那些需要與之交換數(shù)據(jù)的硬件設(shè)備或軟件程序都做為外部設(shè)備使用。外部硬件設(shè)備在本文中就是 PLC S7200。可使用“設(shè)備配置向?qū)А币徊讲酵瓿稍O(shè)備的連接。 定義數(shù)據(jù)變量 要實現(xiàn)組態(tài)王對 S7200的在線控制，就必須建立兩者之間的聯(lián)系，那就需要建立兩者的數(shù)據(jù)變量。基本類型的變量可以分為“內(nèi)存變量”和“ I/O變量”兩類。內(nèi)存變量是組態(tài)王內(nèi)部的變量，不跟監(jiān)控設(shè)備進行交換。而 I/O 變量時兩者之間互相交換數(shù)據(jù)的橋梁， S7200 和組態(tài)王的數(shù)據(jù)交換是雙向的，一者的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，另外一者的數(shù)據(jù)也跟著變化。所以需要在創(chuàng)建連接前新建一些變量。 本文中， PLC 用內(nèi)存 VD0來存放當前的實際溫度。并規(guī)定溫度超過 105℃為溫度過高，立即要作出相應(yīng)警示信號。如圖 。 點擊工程管理器中的“數(shù)據(jù)詞典”再雙擊右邊窗口的新建，在出現(xiàn)的定義天津輕工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 第 28 頁 共 61 頁 變量口中填寫相應(yīng)的要求項，并可在“報警定義”中設(shè)定報警。如圖 。 天津輕工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 第 29 頁 共 61 頁 圖 定義畫面變量設(shè)置 圖 定義變量報警 天津輕工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 第 30 頁 共 61 頁 數(shù)據(jù)類型 只對 I/O類型的變量起作用，共有 9種類型： Bit： 1位， 0或 1 Byte： 8位， 一個字節(jié) Short： 16 位， 2個字節(jié) Ushort： 16 位， 2個字節(jié) BCD： 16位， 2個字 節(jié) Long： 32位， 4個字節(jié) LongBCD： 32 位， 4個字節(jié) Float： 32 位， 4個字節(jié) String： 128 個字符長度 組態(tài)王界面 溫度控制主界面 圖 監(jiān)控畫面 天津輕工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 第 31 頁 共 61 頁 啟動組態(tài)王 初次上電 初次上電，沒有模擬量輸入，只顯示 PID 值和當前溫度，曲線圖為鍋爐溫度的實時曲線圖。 圖 初次上電 啟動 啟動后，鍋爐開始升溫，并維持在 50攝氏度左右。 天津輕工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 第 32 頁 共 61 頁 圖 啟動加熱 停止 按下停止按鈕后 ，鍋爐停止加熱，停止燈亮，溫度開始下降。 天津輕工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 第 33 頁 共 61 頁 圖 停止 報警 當溫度越上限時，系統(tǒng)報警。 圖 報警 天津輕工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 第 34 頁 共 61 頁 結(jié) 論 本課題設(shè)計了基于 PLC的溫度控制系統(tǒng)。 PLC（可編程控制器） 以其可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、功能強大、性價比高、體積小、能耗低等顯著特點廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的自動控制之中。 PID閉環(huán)控制是控制系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛的一種控制算法，對大部分控制對象都有良好的控制效果。組態(tài)軟件組態(tài)王因其簡單易用的特點，在 HMI 設(shè)計中深受用戶的喜歡而得到廣泛的使用。 在西門子 S7200系列 PLC和組態(tài)軟件組態(tài)王的基礎(chǔ)上，我們成功設(shè)計出了溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)達到了快、準、穩(wěn)的效果，也達到了預期的目標。再加上由組態(tài)王設(shè)計的人機界面，整個系統(tǒng)操作簡單，控制方便，大大提高了系統(tǒng)的自動化程度和實用性。 該溫度控制系統(tǒng)也有一些有不足的地方需要改進，編程時我們用了編程軟件自帶的 PID 指令向?qū)K，這樣雖然方便，但是使得控制系統(tǒng)超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間都稍微偏大，若不直接調(diào)用該模塊，而是自己編寫 PID 控制子程序的話，控制效果可能會更好。還有人機界面內(nèi)容不夠豐富，若再加上報表系統(tǒng)、打印功能的話，那就更 完美了。 日后，隨著對 PLC 硬件系統(tǒng)和通信方式的深入了解，還可以豐富遠程控制指令，以應(yīng)對運行過程中的各種突發(fā)事件，增加其他 PLC，通過構(gòu)建復雜的多級網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)大型的工業(yè)控制，使該系統(tǒng)運行時更加穩(wěn)定可靠，性能更加完善。 天津輕工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 第 35 頁 共 61 頁 致 謝 本課題的研究是在我的導師李老師的悉心指導下完成的，李老師學識 淵博、治學態(tài)度嚴謹、工作一絲不茍 ，更有誨人不倦的師者風范， 在此謹向 李 老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意 ！ 此外，衷心感謝本組的其他成員，若是沒有他們，也就不會有這篇論文的產(chǎn)生。 畢業(yè)在即，衷心感謝指導過我的各位老師， 三 年的成長 離不開他們的諄諄教誨；感謝 天津輕工職業(yè)技術(shù)學院 ，大學生涯是人生中的一筆寶貴財富；感謝08 級 電子信息及自動化 系 李娜主任，三 年的大學生活對我們關(guān)懷備至；感謝相伴度過 三 年的舍友、感謝同窗 三 年的同學、感謝幫助關(guān)心過我的學長，感謝默默關(guān)心我支持我的朋友們，祝大家在今后的生活中幸?？鞓?！ 最后感謝含辛茹苦撫養(yǎng)我的父母，感謝他們多年來的支持與付出！ 天津輕工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 第 36 頁 共 61 頁 參考文獻 [1] SIMATIC S7200 可編程序控制器系統(tǒng)手冊 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 ,2022. 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