【正文】 在子程序、中斷程序和主程序之間來回變換 [15]。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）。盡管有某些限制，在這些程序編輯器的任何一個中編寫的程序均可用其它程序編輯器進行瀏覽和編輯。用的比較多的是梯形圖（LAD）編程語言。下面詳細介紹梯形圖的特點。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。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設計稱為編程。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。采用梯形圖程序設計語言，程序采用梯形圖的形式描述。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。每個梯級是一個因果關系。在梯級中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結果表示在后面。梯形圖程序設計語言是最常用的一種程序設計語言。它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述?！　≡诠I(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。梯形圖程序設計語言的特點是：（1）與電氣操作原理圖相對應，具有直觀性和對應性；（2）與原有繼電器邏輯控制技術相一致，對電氣技術人員來說，易于撐握和學習；（3）與原有的繼電器邏輯控制技術的不同點是，梯形圖中的能流（Power FLow）不是實際意義的電流，內部的繼電器也不是實際存在的繼電器，因此，應用時，需與原有繼電器邏輯控制技術的有關概念區(qū)別對待；（4）與布爾助記符程序設計語言有一一對應關系，便于相互的轉換和程序的檢查 [16]。 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。 （1）在 STEP7Micro/WIN 運行時單擊通訊圖標，或從“視圖”菜單中選擇選項“通信”，則會出現(xiàn)一個通信對話框（如圖 42 所示）。 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。如圖 43 所示。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值為 （如圖 44 所示） 。圖 44 通信參數(shù)設置 程序設計 設計思路PLC 運行時，通過特殊繼電器 產生初始化脈沖進行初始化，將溫度設定值，PID 參數(shù)值等，存入有關的數(shù)據(jù)寄存器，使定時器復位；按啟動按鈕，系統(tǒng)開始溫度采樣，采樣周期為 10 秒；K 型熱電偶傳感器把所測量的溫度進行標準量轉換（041 毫伏） ；模擬量輸入通道 AIW0 通過讀入 041 毫伏的模擬電壓量送入 PLC；經過程序計算后得出實際測量的溫度 T,將 T 和溫度設定值比較，根據(jù)偏差計算調整量，發(fā)出調節(jié)命令。 控制程序流程圖圖 45 程序流程圖啟動綠燈亮，系統(tǒng)運行調用 PID 模塊PID 輸出轉換成占空比定時器控制加熱時間溫度當前值和設定值等顯示開始 梯形圖程序 啟動，綠燈亮停止，紅燈亮上述程序中， 和 分別是啟動和停止按鈕， 和 分別是系統(tǒng)運行指示燈（綠燈）和系統(tǒng)停止指示燈（紅燈） ， 和 是中間繼電器。 調用 PID 模塊這里用 直接調用了編程軟件自帶的 PID 子程序，即就是用 PID 指令向導編程。上面的指令中，PV_I 為反饋值，也就是熱電偶將檢測到的當前溫度值送入溫度模塊后輸出的模擬電壓值 AIW0；Setpoint_R 為設定值。每個 PID 回路都有兩個輸入變量，給定值 SP 和過程變量 PV。執(zhí)行 PID 指令前必須把它們轉換成標準的浮點型實數(shù)。即先把整數(shù)值轉換成浮點型實數(shù)值，再把實數(shù)值進行歸一化處理，使其為 之間的實數(shù)。歸一化的公式為R1=(R/S+ M) （31）式中，R1 為標準化的實數(shù)值；R 為未標準化的實數(shù)值；M 為偏置，單極性為，雙極性為 ；S 為值域大小，為最大允許值減去最小允許值，單極性為32022，雙極性為 64000[17]。 在本項目中，R=100,即就是設定溫度 100 度；S=32022,M=,所以按照歸一化公式 R1=100/32022+=，即 Setpoint_R 為 .該網絡的程序功能是把 PID 回路輸出轉換成占空比。因 PID 回路的輸出PID0_Output 為 之間的實數(shù)值，又因我們設置了采樣時間為 10 秒，所以第一個指令 MUL_R 中 INT2 為 。ROUND 是將實數(shù)轉換成雙整數(shù)，DI_I 是將雙整數(shù)轉換成整數(shù)。VW2 和 VW4 分別是采樣周期內的加熱時間和非加熱時間。 上述程序用了兩個 100ms 的定時器 T241 和 T242 來控制加熱時間，其中 為連接固態(tài)繼電器的輸出端子。該網絡的程序是為了在電腦上通過 STEP7Micro/WIN 編程軟件顯示當前溫度和設定溫度值而寫的，其實也就是歸一化的逆過程。若無該網絡，則顯示的溫度值都是歸一化的實數(shù)值，不便于記錄和觀察。 PID 指令向導的運用STEP7Micro/WIN 提供了 PID Wizard（PID 指令向導） ，可以幫助用戶方便地生成一個閉環(huán)控制過程的 PID 算法。此向導可以完成絕大多數(shù) PID 運算的自動編程，用戶只需在主程序中調用 PID 向導生成的子程序，就可以完成 PID 控制任務。PID 向導既可以生成模擬量輸出 PID 控制算法，也支持開關量輸出；既支持連續(xù)自動調節(jié)，也支持手動參與控制 [18]。本項目程序中就正好運 STEP7Micro/WIN 軟件自帶的 PID 指令向導。從而使得程序簡單易懂，同時也達到了控制要求。首先打開“指令向導” ，選擇“PID” ，如圖 46 所示。 圖 46 配置 PID 指令 點擊“下一步”后出現(xiàn)如圖 47 所示畫面。圖 47 編輯 0 的 PID 配置圖 48 是配置 PID 環(huán)路參數(shù)的。其中，增益 Kc=120,積分時間為 3 分鐘，微分時間為 1 分鐘，抽樣時間為 10 秒。還有，PID 環(huán)路的設定點設置為 ，便于歸一化處理。 圖 48 PID 參數(shù)設置 一般單極性的值域都是 032022，如圖 49 所示。 圖 49 環(huán)路輸入、輸出設置 設置好以上所有步驟后，接下來需要根據(jù)回路表為 PID 參數(shù)分配存儲地址，圖 4圖 411 和圖 412 就是此作用。圖 410 為 PID 配置分配內存 圖 411 創(chuàng)建初始化子例行程序圖 412 為配置生成項目元件 到此為止，PID 配置結束。 語句表（STL）程序 下面是 STL 程序，它可以和梯形圖程序相互轉換。第五章 基于組態(tài)王的 HMI 設計隨著自動化技術迅猛發(fā)展，控制系統(tǒng)功能越來越強大，控制過程也變得越來越復雜，系統(tǒng)操作最大透明化已經成為一種需要。人機界面（HMI Human Machine Interface）以其過程可視化、操作員對操作過程可方便的控制等顯著特點，很好的滿足了這種需求而得到廣泛的應用。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。它一般與PLC等工業(yè)控制設備，利用顯示屏顯示，通過輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標等）寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實現(xiàn)人與機器信息交互。HMI的主要功能有：數(shù)據(jù)的輸入與顯示；系統(tǒng)或設備的操作狀態(tài)方面的實時信息顯示；報警處理及打??；數(shù)據(jù)歸檔和報表系統(tǒng)。此外，新一代工業(yè)人機界面還具有簡單的編程、對輸入的數(shù)據(jù)進行處理、數(shù)據(jù)登錄及配方等智能化控制功能 [19]。 人機界面（HMI）設計HMI 監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控主畫面及相應的功能子畫面組成，HMI 畫面設計對于HMI 來說是非常關鍵的。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 及國產的組態(tài)王、力控等。在本溫度控制系統(tǒng)設計中，我們選擇了組態(tài)王來完成監(jiān)控畫面的設計。組態(tài)王和其他組態(tài)軟件相比最大的優(yōu)勢是它操作方便，提供了資源管理器式的操作主界面，并且提供了以漢字作為關鍵字的腳本語言支持，對于新手來說很容易上手。我們從北京亞控公司的主頁上下載了組態(tài)王 演示版，安裝好以后。雙擊桌面圖標，打開工程管理器，建立工程。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” 。雙擊工程管理器中的工程名，出現(xiàn)工程瀏覽器。在工程瀏覽器中，雙擊新建圖標，新建畫面（如圖 52 所示） 。在這里我們制作了監(jiān)控主界面、實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線、報警窗口等畫面。下面詳細介紹每個畫面的設計方法。圖 51 新建工程 圖 52 新建畫面 監(jiān)控主界面打開開發(fā)系統(tǒng)頁面后，點擊“圖庫” ，打開圖庫管理器，把開關、溫度儀表、鬧鐘直接拖進開發(fā)頁面，再利用工具箱做好“開始”和“停止”按鈕以及溫度顯示、設定畫面、報警窗口等按鈕。完整的主界面如圖 53 所示。運行組態(tài)王后，點擊“開始”按鈕，開關變綠色，系統(tǒng)開始運行，目前溫度值下面的方框和儀表上都顯示當前溫度值，鬧鐘上顯示當前日期。點擊“設定畫面”會進入?yún)?shù)設定畫面，點擊“報警窗口”會進入報警畫面，實時趨勢曲線和歷史趨勢曲線也是一樣。點擊“停止”按鈕，系統(tǒng)運行結束，同時開關變紅色。圖 53 主界面 實時趨勢曲線打開開發(fā)系統(tǒng)頁面后，點擊工具箱中的“實時趨勢曲線”把實時趨勢曲線放進開發(fā)頁面，然后雙擊曲線畫面，對曲線進行設置，如 X 軸和 Y 軸的設置及標示定義等，最后利用工具箱做好“返回主界面”按鈕，即可形成如圖 54 所示的實時趨勢曲線畫面。系統(tǒng)運行時，實時趨勢曲線會顯示當前溫度值的變化趨勢和設定溫度值。點擊“返回主界面”按鈕，就會回到主界面。圖 54 實時趨勢曲線 歷史趨勢曲線打開開發(fā)系統(tǒng)頁面后，點擊“圖庫” ，打開圖庫管理器，雙擊“歷史曲線”把它放進開發(fā)頁面，再雙擊歷史趨勢曲線畫面，對曲線進行設置，包括曲線定義，坐標系，操作面板和安全屬性等設置，最后利用工具箱做好“返回主界面”按鈕，即可形成如圖 55 所示的歷史趨勢曲線畫面。系統(tǒng)運行時，畫面上會記錄某段時間內設定溫度值和當前溫度值的變化曲線。點擊“返回主界面”按鈕，就會回到主界面。 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”把報警窗口放進開發(fā)頁面，然后雙擊畫面，對報警窗口進行設置，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置。最后利用工具箱做好“返回主界面”按鈕，即可形成如圖 56 所示的報警窗口畫面。系統(tǒng)運行時，報警窗口會根據(jù)當前溫度值做出適當?shù)膱缶４隧椖恐形覀冊O置當前溫度低于 90 度時， “報警類型”欄顯示當前溫度偏低。當前溫度超過 105 度時， “報警類型”欄顯示當前溫度偏高。圖 55 歷史趨勢曲線圖 56 報警窗口 設定畫面設定畫面的設計和上面 4 個畫面類似，系統(tǒng)運行時該畫面會顯示增益 Kc、積分時間 Ti、微分時間 Td、采樣時間、設定溫度等參數(shù)的值，未運行時和圖62 基本一樣，只是沒有值顯示出來。 變量設置 打開工程瀏覽器，點擊“數(shù)據(jù)詞典” ，再點擊“新建”建立“設定溫度” 、“當前溫度” 、 “啟動” 、 “停止” 、 “Kc”、 “Ti”、 “Td”、 “采樣時間”等變量。其中變量類型和寄存器是最關鍵的，在組態(tài)王和 PLC 之間傳輸?shù)淖兞慷际?I/O類型的，只在組態(tài)王內部需要的是內存型的。寄存器和數(shù)據(jù)類型要與程序中一致，否則組態(tài)王就不能起到監(jiān)控作用了。比如“設定穩(wěn)定”的寄存器為 v68,數(shù)據(jù)類型為 float。 “當前穩(wěn)定”的寄存器為 v60,數(shù)據(jù)類型為 float。下面我們以當前溫度設置為例來說明變量設置的步驟和方法。圖 57 為變量“當前溫度”基本屬性設置圖，變量類型設置為 I/O 實數(shù)，連接設備為PLC，寄存器為 v60，數(shù)據(jù)類型是 float。 圖 57 當前溫度基本屬性設置圖 58 為變量“當前溫度”報警定義設置圖，我們設置了當前溫度低于 60度時，報警當前溫度太低。當前溫度在 60 度到 90 之間時，報警當前溫度偏低。當前溫度大于 105 時，報警當前溫度偏高。圖 58 當前溫度報警定義設置圖 59 為變量“當前溫度”記錄和安全區(qū)設置圖，我們設置“記錄”為數(shù)據(jù)變化記錄，變化靈敏度設為 ，若不設置這個，往往歷史趨勢曲線就出不來或者效果很差。圖 59 當前溫度記錄和安全區(qū)設置 動畫連接打開主界面，雙擊“開始”按鈕，出現(xiàn)如圖 510 的動畫連接畫面。在按下時左邊打溝，點擊“確定” ，出現(xiàn)命令語言輸入窗口，在該窗口中輸入圖 511所示的命令，再點擊“確定” ，就完成了“開始”按鈕的動畫連接設置。這樣，點擊“開始”