【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 第 19 頁 共 61 頁 啟動(dòng) /停止階段 啟動(dòng)過程：按下啟動(dòng)按鈕后，開始標(biāo)志位 置位， 復(fù)位。打開運(yùn)行指示燈 ，熄滅并 停止指示燈 初始化 PID。開始運(yùn)行子程序 0。 停止過程：按下停止按鈕后，開始標(biāo)志位 復(fù)位，點(diǎn)亮 停止指示燈 ，熄滅運(yùn)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(xué)院畢業(yè)論文 第 20 頁 共 61 頁 停止時(shí) 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(dǎo)入 PID 3）每 100ms 中斷一次子程序進(jìn)行 PID 運(yùn)算 天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第 21 頁 共 61 頁 導(dǎo)入 DIP。 天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第 22 頁 共 61 頁 中斷程序。 中斷程序， PID 的計(jì)算 1）模擬信號(hào)的采樣處理，歸一化導(dǎo)入 PID 2） DIP 程序運(yùn)算 3）輸出 DIP 運(yùn)算結(jié)果，逆轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào) 天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第 23 頁 共 61 頁 天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第 24 頁 共 61 頁 天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)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(shí)所有數(shù) 據(jù)位是同時(shí)進(jìn)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(shí)所有數(shù)據(jù)是按位 (bit)進(jìn)行的。串行通信僅需要一對(duì)數(shù)據(jù)線就可以。在長(zhǎng)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(jì)算機(jī)或 PLC 內(nèi)部數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)都是并行的。若要串行發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，則要進(jìn)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(shí)，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(yàn)位。異步傳送較為簡(jiǎn)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(shí)，也傳遞時(shí)鐘同步信號(hào)，并始終按照給定的時(shí)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(duì)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(qǐng)求，從屬裝置進(jìn)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(qǐng)求或輪詢時(shí)才作出響應(yīng)。 天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)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(jìn)行管理的共享連接來進(jìn)行。PPI 不限制與任何一個(gè)從屬裝置進(jìn)行通訊的主設(shè)備的數(shù)目，網(wǎng)絡(luò)上最多可安裝32個(gè)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(yùn)行）模式時(shí)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(dāng) S7200用作 PPI 主設(shè)備時(shí)，它將仍然作為從屬裝置對(duì)來自其他主設(shè)備的請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)。 對(duì)于簡(jiǎn)單的單臺(tái)主設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，編程站和 S7200 CPU 既可以通過 PPI 多臺(tái)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(jī)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(gè)范例網(wǎng)絡(luò)中， S7200 CPU 是對(duì)主設(shè)備的請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)的從屬裝置。 圖 單臺(tái)主設(shè)備 PPI網(wǎng)絡(luò) 天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)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(dòng)控制系統(tǒng)正以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)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(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通常可以把這樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、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(dòng)畫。通過對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對(duì) 監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì) 曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)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?？墒褂谩霸O(shè)備配置向?qū)А币徊讲酵?成設(shè)備的連接。 定義數(shù)據(jù)變量 要實(shí)現(xiàn)組態(tài)王對(duì) 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?；绢愋偷淖兞靠梢苑譃椤皟?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(jìn)行交換。而 I/O 變量時(shí)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(dāng)前的實(shí)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(hào)。 如圖 所示。 點(diǎn)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(xué)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(xiàng)，并可在“報(bào)警定義”中設(shè)定報(bào)警。如圖 。 天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)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(bào)警 天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第 30 頁 共 61 頁 數(shù)據(jù)類型 只對(duì) 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(gè)字節(jié) Short： 16 位， 2個(gè)字節(jié) Ushort： 16位， 2個(gè)字節(jié) BCD： 16位， 2個(gè)字節(jié) Long： 32 位， 4個(gè)字節(jié) LongBCD： 32位， 4個(gè)字節(jié) Float： 32 位， 4個(gè)字節(jié) String： 128個(gè)字符長(zhǎng)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(xué)院畢業(yè)論文 第 31 頁 共 61 頁 啟動(dòng)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(dāng)前溫度，曲線圖為鍋爐溫度的實(shí)時(shí)曲線圖。 圖 初次上電 啟動(dòng) 啟動(dòng)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(xué)院畢業(yè)論文 第 32 頁 共 61 頁 圖 啟動(dòng)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(xué)院畢業(yè)論文 第 33 頁 共 61 頁 圖 停止 報(bào)警 當(dāng)溫度越上限時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。 圖 報(bào)警 天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 第 34 頁 共 61 頁 結(jié) 論 本課題設(shè)計(jì)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(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、體積小、能耗低等顯著特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的自動(dòng)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(duì)大部分控制對(duì)象都有良好的控制效果。組態(tài)軟件組態(tài)王因其簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)，在 HMI 設(shè)計(jì)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(jì)出了溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)達(dá)到了快、準(zhǔn)、穩(wěn)的效果，也達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。再加上由組態(tài)王設(shè)計(jì)的人機(jī)界面，整個(gè)系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，控制方便，大大提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和實(shí)用性。 該溫度控制系統(tǒng)也有一些有不足的地方需要改進(jìn)，編程時(shí)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(shí)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(huì)更好。還有人機(jī)界面內(nèi)容不夠豐富，若再加上報(bào)表系統(tǒng)、打印功能的話，那就更完美了。 日后，隨著對(duì) PLC 硬件系 統(tǒng)和通信方式的深入了解，還可以豐富遠(yuǎn)程控制指令，以應(yīng)對(duì)運(yùn)行過程中的各種突發(fā)事件，增加其他 PLC，通過構(gòu)建復(fù)雜的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)大型的工業(yè)控制，使該系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)更加穩(wěn)定可靠，性能更加完善。 天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)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(dǎo)師李老師的悉心指導(dǎo)下完成的，李老師學(xué)識(shí) 淵博、治學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)、工作一絲不茍 ，更有誨人不倦的師者風(fēng)范， 在此謹(jǐn)向 李 老師致以誠(chéng)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(huì)有這篇論文的產(chǎn)生。 畢業(yè)在即，衷心感謝指導(dǎo)過我的各位老師， 三 年的成長(zhǎng)離不開他們的諄諄教誨；感謝 天津輕工 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ，大學(xué)生涯是人生中的一筆寶貴財(cái)富；感謝08 級(jí) 電子信息及自動(dòng)化 系 李娜主任，三 年的大學(xué)生活對(duì)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(xué)、感謝幫助關(guān)心過我的學(xué)長(zhǎng)，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(xué)院畢業(yè)論文 第 36 頁 共 61 頁 參考文獻(xiàn) [1] SIMATIC S7200 可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè) [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021. 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