【文章內(nèi)容簡介】 支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容，隨著技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會不斷被賦予新的內(nèi)容 [8]。 組態(tài)的特點與功能 組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)（ Supervisory Control and Data Acquisition）的軟件平臺工具，是工業(yè)應用軟件的一個組成部分。它的主要特點有：延續(xù)性 、可擴充性 、 封裝性 、 通用性。它的主要功能有： （ 1） 對工控系統(tǒng)中的各種資 源（設備、標簽量、畫面等）進行配置和編輯； （ 2） 處理數(shù)據(jù)報警和系統(tǒng)報警； （ 3） 提供各種數(shù)據(jù)驅(qū)動程序； （ 4） 各類報表的生成和打印輸出； （ 5） 使用腳本語言提供二次開發(fā)的功能； （ 6） 存儲歷史數(shù)據(jù)并支持歷史數(shù)據(jù)的查詢等。 組態(tài)的系統(tǒng)成員構(gòu)成 組態(tài)軟件因為功能強大，每個功能具有一定的獨立性，典型組件可以分為七大類： （ 1） 應用程序管理器； （ 2） 圖形界面開發(fā)程序； （ 3） 圖形界面運行程序； （ 4） 實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組態(tài)程序； （ 5） 實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行程序； （ 6） I/O驅(qū)動程序； （ 7） 擴展可選組件 [9]。 I/O 口的分配圖及其接線圖 輸入輸出端各有十 六個 I/O 口，水箱水位高低的七個水位的七個線接入 PLC的輸入端，同時通過外面的燈顯示器水位的情況；在用戶界面中，通過人為的控 8 制水泵和控制溫度的參數(shù)輸入 PLC 的輸入端；在 PLC 的輸出端中，根據(jù)用戶的選定和設計的要求，通過 PLC 的輸出端進行接線，表 為 PLC 的輸入輸出的I/O 端口的分配圖 。 表 PLC 的 I/O 分配圖 輸入端 輸出端 X0 給定溫度實時溫度轉(zhuǎn)換鍵 Y0 水泵啟動 X1 次高水位 Y1 加熱控制 X2 第三高水位 Y2 報警燈 X3 中間水 位 Y3 溫度顯示 X4 第三低水位 Y4 溫度顯示 X5 次低水位 Y5 溫度顯示 X6 最低水位 Y6 溫度顯示 X7 手動啟動水泵 Y7 溫度顯示 X10 手動關(guān)閉水泵 Y10 溫度顯示 X11 增 1 Y11 溫度顯示 X12 減 1 Y12 溫度顯示 X13 復位 Y13 出錯信號燈 X14 增 10 Y14 給定溫度指示燈 X15 減 10 Y15 實時溫度指示燈 X16 自適應控制 Y16 水位報警指示燈 X17 PID 控制 9 圖 為 PLC 的外部接線圖。 圖 PLC 的 I/O 接線圖 10 4 溫度控制和液位控制的軟件設計 GX Developer 編程軟件 GX Developer是三菱 PLC的編程軟件。適用于 Q、 QnU、 QS、 QnA、 AnS、AnA、 FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、 SFC、 ST及 FB、 Label語言程序設計，網(wǎng)絡參數(shù)設定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫 PLC程序功能。 GX Developer 的特點 (1)軟件的共通化 GX Developer能夠制作 Q系列， QnA系列， A系列 (包括運動控制 (SCPU)),FX系列的數(shù)據(jù) ,能夠轉(zhuǎn)換成 GPPQ,GPPA格式的文檔。 此外，選擇 FX系列的情況下，還能變換成 FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文檔。 (2)利用 Windows的優(yōu)越性，使操作性飛躍上升能夠?qū)?Excel,Word等作成的說明數(shù)據(jù)進行復制、粘貼，并有效利用。 (3)程序的標準化 ： 用標號編程制作可編程控制器程序的話，就不需要認識軟元件的號碼而能夠根據(jù)標示制作成標準程序。 用標號編程做成的程序能夠依據(jù)匯編從而作為 實際的程序來使用。 （以下，略稱作 FB） FB是以提高順序程序的開發(fā)效率為目的而開發(fā)的一種功能。把開發(fā)順序程序時反復使用的順序程序回路塊零件化，使得順序程序的開發(fā)變得容易。此外，零件化后，能夠防止將其運用到別的順序程序時的順序輸入錯誤。 式上加上名字（宏定義名）登錄（宏登錄）到文檔，然后輸入簡單的命令就能夠讀出登錄過的回路模式，變更軟元件就能夠靈活利用了。 (4)能夠簡單設定和其他站點的鏈接由于連接對象的指定被圖形化而構(gòu)筑成復雜的系統(tǒng)的情況下也能夠簡單的設定。 (5)能夠用各 種方法和可編程控制器 CPU連接 ： ； USB； MELSECNET/10(H)計算機插板； MELSECNET(Ⅱ )計算機插板； CCLink計算機插板； Ether計算機插板； CPU計算機插板 ； AF計算機插板 。 11 (6)豐富的調(diào)試功能 ： ，能夠更加簡單的進行調(diào)試作業(yè)。沒有必要再和可編程控制器連接；沒有必要制作條使用的順序程序 ； CPU錯誤，特殊繼電器 /特殊寄存器的說明，所以對于在線中發(fā)生錯誤，或者 是程序制作中想知道特殊繼電器 /特殊寄存器的內(nèi)容的情況下提供非常大的便利 ； ，會顯示是什么原因或是顯示消息，所以數(shù)據(jù)制作的時間能夠大幅度縮短 [10]。 Gx Developer 的安裝 要安裝這個軟件，先要打開 GX編程軟件 MELSOFT\EnvMEL\里的 SETUP這個程序。這個安裝程序是共通部件。并且要注意一下幾點 ：（ 1） 去掉文件夾名稱中的中文字符。 （ 2） 先安裝 GX Developer\EnvMEL里的環(huán)境包。 （ 3） 打開 GX Developer里的 安裝文件，開始安裝，中間會要你輸入 ID序列號，最好安裝時候關(guān)閉殺毒軟件，完成后再打開。 注意安裝時不要選擇監(jiān)控模式，如果有不清楚的，就用默認的，直接點擊下一步就可以了。 三菱的 有的存在這個問題，和 WIN系統(tǒng)有關(guān)，可以把缺少的文件從 里面，這個我試過，能行。注意只復制 ?；蛘呦劝惭b好 ，不用卸載，直接安裝 。我親自安裝過的。注意最好不要用 GHOST的系統(tǒng)，因為這樣的系統(tǒng)精簡掉了很多東西，特別是用在工控方面，在安裝軟件或應用的時候會出 現(xiàn)很多莫名其妙的問題。 溫度控制軟件設計 按偏差的比例、積分和微分進行控制的控制方案簡稱為 PID控制。上世紀 20 年代， Minorsky在對船舶自動導航的研究中，提出了基于輸出反饋的 Pm控制器的設計方法，到了上世紀 40年代 PID控制器已在過程控制中得到了廣泛的應用。PID控制是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)成熟、應用最廣泛的一種控制方法，在工程控制中 90%以上的控制回路為 PID及其改進形式。近年來，人們對 PID控制器的再認識和再研究的興趣日益高漲， 20xx年召開的一次 IFAC會議上，對 PID發(fā)展歷史和現(xiàn)狀進行了分析并 對未來的展望，進一步使國際工業(yè)控制界對 PID有了更深的認識和更高的研究熱情。 PID控制器結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便，在長期 12 應用中積累了豐富的實用操作經(jīng)驗。在工業(yè)過程控制中，由于建立控制對象的精確數(shù)學模型比較困難，系統(tǒng)參數(shù)又經(jīng)常發(fā)生變化，運用現(xiàn)代控制理論的方法往往耗費很大的人力物力資源，并且往往得不到預期的效果，所以常采用 PID控制器。計算機的出現(xiàn)使控制得到了進一步的發(fā)展，用計算機實現(xiàn)的 PID控制，成為計算機控制中應用最為廣泛的算法，它是將 PID控制與計算機的邏輯判斷功能結(jié)合起來，使 PID控制更加 靈活，從而能滿足工業(yè)生產(chǎn)復雜的生產(chǎn)過程所提出的各種需求 [11]。 溫度控制的基本功能 根據(jù)用戶設定的溫度，檢測實時溫度，比較兩個溫度，是否接近，倘若用戶設定的溫度高于實時溫度，則 PLC 將啟動電熱絲進行加熱，在此加熱期間，進行多次檢測，直到水溫與用戶給定的溫度相接近，就停止加熱，控制水溫在用戶給定的范圍里。 溫度控制的算法 模擬 PID控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡單、參數(shù)物理意義明確、理論分析體系完整、魯棒性好和可靠性高等優(yōu)點，因此在工業(yè)過程控制，尤其在可建立精確數(shù)學模型的 確定性控制系統(tǒng)中，常規(guī) PID控制系統(tǒng)主要由被控對象和控制器所組成，其系統(tǒng)構(gòu)成圖如下圖。 圖 PID 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 程序?qū)υO定值、 PID控制參數(shù)、定值中斷時間等進行初始化設定，并啟動周期定時中斷，中斷（采樣）時間到，則進入中斷程序，進行采樣濾波（求采樣平 13 均值）、量程轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)控制要的的控制算法 [12]。 PID控制算法利用 GXDeveloper軟件的 PID指令實現(xiàn)。 PID控制器是一種線性控制器，它是將給定值 :(t)與輸出值 y(t)構(gòu)成的偏差按比例、積分和微分通過線性組合構(gòu)成控制量，對 被控對象進行控制。模擬量 PID控制器的數(shù)學表達式為 : 式中， e(t)為控制器輸入偏差信號。 (t)為控制器輸出信號， Kp為比例常數(shù)， Ti 為積分時間， Td為微分時間。從 PID控制器的數(shù)學模型，可以看出 PID控制器由三個環(huán)節(jié)構(gòu)成，分別為比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)。 軟件設計語言 通過硬件中的溫度采集模塊，讀入程序讓 PLC 有 AD 模塊聯(lián)調(diào)，通過不同環(huán) 境下記錄了不同數(shù)據(jù)，如圖 所示，可知 AD 模塊中收集的信號與數(shù)字量成線性關(guān)系，即溫度與數(shù)字量成線性關(guān)系，通過計算可得出公式： 592 . 8 實時溫度數(shù)字量 ?? 圖 AD 模塊溫度調(diào)試 (1）用戶給定溫度輸入 :用戶通過五個鍵（復位、增 減 增 減 10）進行 “大調(diào)小調(diào) ”的方式控制，由兩個數(shù)碼管顯示其給定的溫度。由于采用的是繼電器型 PLC，不能直接采用方向開關(guān)指令（ ARWS），該指令適應于晶體管型 PLC。 程序如下： ? ??? ?0 ])()(1)([)( dt tdeTddtteTiteKptu 14 (2）實時采集溫度 :通過特殊模塊 FX2N2AD 對熱電偶不同溫度狀態(tài)下不同阻值的模擬量，轉(zhuǎn)化為數(shù)字量 [13]，并存儲在寄存器 D501 上，采集實時溫度的程序如下： (3） PID 調(diào)節(jié)及自動調(diào)節(jié) ： PID 的三個參數(shù)比例增益 Kp,積分時間 TI 和微分 TD 的最佳值，工程上常用階躍響應法使控制系統(tǒng)產(chǎn)生 0100%（或 70%或 50%） 15 的階躍