【正文】 塊和SFB 塊可以讓用戶設(shè)置和訪問一些重要的系統(tǒng)功能, 其中OB 塊是操作系統(tǒng)和用戶程序之間的界面 [5]。 用戶程序是必須由用戶自己生成并下載到CPU 中的程序, 其中包含處理特定的自動化任務(wù)所需要的所有功能, 它包括: 指定在CPU 上暖啟動和熱啟動的條件, 處理過程數(shù)據(jù), 指定對中斷的響應(yīng), 處理程序在正常運行中的干擾等 [6]。Step 7 的用戶程序允許線性編程和結(jié)構(gòu)化編程。線性化編程是指整個用戶程序都寫在OBl 中, 此種方法只有在編寫簡單程序并且僅需較少存儲區(qū)域時使用。現(xiàn)在普遍使用的是結(jié)構(gòu)化編程, 即將復(fù)雜的自動化任務(wù)分解為能夠反映過程的工藝、功能或可以反復(fù)使用的小任務(wù), 并將相應(yīng)的程序分別編在不同的程序塊(OB , FC 或FB) 中。OB 1 通過調(diào)用這些塊來完成整個自動化任務(wù) 。圖4 11即是結(jié)構(gòu)化編程的簡單示意圖, 圖中FB1, FC1 在OBl 中直接調(diào)用, FB1 中又調(diào)用FC2。程序在PLC 內(nèi)按箭頭所示方向循環(huán)執(zhí)行。在其他OB 塊中可有中斷組織塊。若在用戶程序中設(shè)置了中斷, 在中斷到達時PLC 會中斷此循環(huán),自動轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷組織塊執(zhí)行中斷程序。 操作系統(tǒng) OB1FB1FC1SFBSFCFC2FB1 其他 OB 圖4－11 結(jié)構(gòu)化編程 結(jié)構(gòu)化編程可以對單個的程序部分進行標準化, 簡化程序組織, 使程序修改更容易, 大規(guī)模的程序更易于被理解。由于可以分別測試程序的各個部分, 查錯更為簡單, 系統(tǒng)的調(diào)試也更容易。 Step7 編程界面簡介圖 412 為 PLC 編程軟件界面 （a） （b） （c） 圖 412 STEP7 編程界面 MATLAB 系統(tǒng)仿真根據(jù)前文所得出的數(shù)學模型進行系統(tǒng)仿真，得出單容水箱階躍響應(yīng)曲線如圖 413 所示。命令： sys = tf(1,[1 1],39。Inputdelay39。,)。 step(sys) sys = tf(1,[1 1])。 step(sys) （a） （b） （c） 圖 413 單容水箱階躍響應(yīng)第 5 章 人機界面設(shè)計 組態(tài)軟件簡介隨著社會的進步，工業(yè)自動化技術(shù)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(fù)雜，系統(tǒng)操作最大透明化已經(jīng)成為一種需要。人機界面（HMI Human Machine Interface）以其美觀易懂、操作人性化等顯著特點，正好滿足這種需求而得到廣泛的應(yīng)用。人機界面是指連接可編程序控制器（PLC）、變頻器、直流調(diào)速器、儀表等工業(yè)控制設(shè)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)人與機器信息交互的數(shù)字設(shè)備,由硬件和軟件兩部分組成。目前的很多自動控制系統(tǒng)中,常常選用 PLC 作為的控制設(shè)備,用于數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)判別和輸出控制。而在可編程序控制器與計算機通訊的基礎(chǔ)上,通過組態(tài)軟件可以對可編程序控制器的當前工作狀態(tài)進行全方位的監(jiān)控,進一步通過組態(tài)軟件可以對實驗控制對象的工作過程進行全程模擬,實現(xiàn)遠程控制。這種控制系統(tǒng)充分利用了計算機和 PLC 的特點,實現(xiàn)了優(yōu)勢互補,得到了廣泛應(yīng)用。人機界面產(chǎn)品的基本功能：(1) 過程可視化(2) 操作員對過程的控制(3) 顯示報警(4) 數(shù)據(jù)歸檔(5) 報表系統(tǒng)(6) 配方管理系統(tǒng) 目前比較常用的組態(tài)軟件有西門子公司的 Winccflexible，以及國內(nèi)的MCGS、組態(tài)王等產(chǎn)品。本控制系統(tǒng)選用北京亞控公司的組態(tài)王系列組態(tài)軟件進行人機界面的設(shè)計。 組態(tài)王人機界面開發(fā) 組態(tài)王簡介組態(tài)王（Kingview）是由北京亞控公司開發(fā)，在 PC 機上建立工業(yè)控制對象人機接口的一種智能軟件包，它以 Window2022/WindowXP/WindowNT 中文操作系統(tǒng)作為其操作平臺，充分利用了 Windows 圖形功能設(shè)備，界面一致性好，易學易用等特點，具有功能完備的人機接口界面和面向?qū)ο蟮膱D形開發(fā)環(huán)境，便于高效，快捷地把整個工藝過程構(gòu)成監(jiān)控畫面，以動畫的形式顯示各個控制設(shè)備的狀態(tài)，在報警和歷史趨勢方面的功能，方便了對系統(tǒng)的監(jiān)控，具有較強的網(wǎng)絡(luò)功能。組態(tài)王圖形界面開發(fā)功能使用方便，對 I/O 設(shè)備廣泛支持。它所使用的 PC 機開發(fā)的系統(tǒng)工程，比以往使用專用機開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更有通用性，大大減少了工控軟件開發(fā)者的重復(fù)性工作，還可以運用 PC 機豐富的軟件資源進行二次開發(fā)。組態(tài)王軟件結(jié)構(gòu)由工程管理器、工程瀏覽器及運行系統(tǒng)三部分構(gòu)成。 工程管理器：工程管理器用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理，對已有工程進行搜索、添加、備份、恢復(fù)以及實現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入和導(dǎo)出等功能。 工程瀏覽器：工程瀏覽器是一個工程開發(fā)設(shè)計工具，用于創(chuàng)建監(jiān)控畫面、監(jiān)控的設(shè)備及相關(guān)變量、動畫鏈接、命令語言以及設(shè)定運行系統(tǒng)配置等的系統(tǒng)組態(tài)工具。 運行系統(tǒng)：工程運行界面，從采集設(shè)備中獲得通訊數(shù)據(jù)，并依據(jù)工程瀏覽器的動畫設(shè)計顯示動態(tài)畫面，實現(xiàn)人與控制設(shè)備的交互操作。 組態(tài)王特點組態(tài)王軟件特點：包括了大量常用硬件的驅(qū)動程序，使繁雜的硬件接口方面的工作由組態(tài)王軟件去完成，用戶只需簡單安裝驅(qū)動程序，并按指定格式讀取或輸出數(shù)據(jù)即可，無須在控制過程中去考慮硬件的使用和設(shè)置，因此，用戶在使用前，一定要仔細閱讀與本硬件相關(guān)驅(qū)動及使用說明，并按指定方式配置，設(shè)置變量，才能順利地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取和輸出。組態(tài)王支持多種通信方式：串口通信，數(shù)據(jù)采集板，DDE 通信，人機界面卡和網(wǎng)絡(luò)模塊。數(shù)據(jù)庫是“組態(tài)王”最核心的部分，是聯(lián)系上位機和下位機的橋梁。在數(shù)據(jù)庫中存放的是變量的當前值，構(gòu)造實時數(shù)據(jù)庫需要定義相應(yīng)的外部設(shè)備及數(shù)據(jù)變量。在定義數(shù)據(jù)庫變量時，只要把 I/O 變量連接到外部設(shè)備上，按照設(shè)備安裝向?qū)У奶崾揪涂梢酝瓿稍O(shè)備的配置工作，就可以和組態(tài)王交換數(shù)據(jù)了。組態(tài)王提供一套全新的、集成的報表系統(tǒng)，內(nèi)部提供豐富的報表函數(shù)，例如：日期和時間函數(shù)、邏輯函數(shù)、統(tǒng)計函數(shù)等，用戶可創(chuàng)建多樣的報表。用戶可以根據(jù)工程的需要任意改變報表的外觀。 報表能夠進行組態(tài)，例如有日報表、月報表、年報表、實時報表的組態(tài)，操作簡單，功能齊全。例如：日報表的組態(tài)只需用戶選擇需要的變量和每個變量的收集間隔時間。另外，提供報表模板，方便用戶調(diào)入其它的表格。Excel 是 Windows 下最為流行的電子表格程序，功能非常強大。利用組態(tài)王提供的歷史數(shù)據(jù)庫編程接口和 DDE 數(shù)據(jù)交換，應(yīng)用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)可以方便地在 Excel 中形成報表及產(chǎn)品報告。操作者可以充分利用 Excel 的功能以不同方式對歷史數(shù)據(jù)進行分析，繪制圖表并打印輸出。分析后的結(jié)果還可以通過 DDE傳回來。 組態(tài)王開發(fā)如表 51 所示為控制系統(tǒng)接線表 表 51 控制系統(tǒng)接線表測量或控制量 測量或控制量標號 使用 PLC 端口 使用智能儀表端口下水箱液位 LT3 AI0 AI0電動調(diào)節(jié)閥 QSVP16K AO0 AO0熟悉單容水箱的工作原理以后就可以確定在組態(tài)王中的變量，由于我們控制的主要的是單容水箱中的液位，所以水箱液位就可以確定一個變量，設(shè)為I/O 實型。根據(jù)水箱的進水閥設(shè)置內(nèi)存離散的變量，定義為電動調(diào)節(jié)閥?？筛鶕?jù)實際情況添加控制變量。工程具體開發(fā)過程如下：（1） 定義變量 對所用到的變量進行定義。這些變量均是在組態(tài)王的工程瀏覽器中的數(shù)據(jù)字典中定義的,如圖 51 所示的液位變量定義。 圖 51 液位變量定義按照液位控制變量的方法可以響應(yīng)創(chuàng)建水流控制、水流變量、電動調(diào)節(jié)閥這些變量。由于創(chuàng)建方法基本相同，故這里不再詳細介紹了。（2）建立工程在上位機上安裝好組態(tài)王軟件。雙擊桌面圖標，打開工程管理器，建立工程，并設(shè)置好工程保存路徑等。如圖 52 所示。其中單容水箱液位控制系統(tǒng)為我們所建立的工程。 圖 52 建立組態(tài)工程（3）界面開發(fā)點擊項目進入工程瀏覽器，點擊畫面并新建系統(tǒng)所需的界面。如圖 53 所示。 圖 53 創(chuàng)建界面我們主要建立了主界面、實時曲線界面、歷史曲線界面、報警界面等幾個主要的界面。具體創(chuàng)建方法如下：雙擊新建圖標，在彈出的窗口中輸入新畫面的名稱以及其他的信息，如圖54 所示。 圖 54 創(chuàng)建新畫面窗口雙擊進入新畫面，并點擊進入圖庫圖庫管理器，選擇合適的反應(yīng)器、閥門、管道等添加進界面，并在工具管理器中選擇合適的按鈕、表格等添加進主界面，完善主界面設(shè)計。如圖 55 所示。 （a） （b） 圖 55 主界面開發(fā)設(shè)計過程依此方法完成對實時曲線、歷史曲線、報警界面等的設(shè)計，如圖 56 所示。 （a）實時曲線界面 （b）歷史曲線界面 （c）報警界面設(shè)計 圖 56 其他界面的簡單設(shè)計（4）命令定義在開發(fā)的界面中雙擊所需設(shè)置命令的反應(yīng)器或按鈕，會出現(xiàn)動畫連接彈出窗口，在窗口中對該部分可進行設(shè)置命令。如圖 57 所示，為開始按鈕的動畫連接設(shè)置窗口。 圖 57 開始按鈕動畫連接如圖 58 所示，為水箱反應(yīng)器的動畫連接窗口。 圖 58 水箱反應(yīng)器動畫連接窗口報警設(shè)置：雙擊報警按鈕，點擊設(shè)置，命令語言：\\本站點\水箱液位=90\\本站點\水箱液位，相應(yīng)對話框如圖 59 所示。 圖 59 報警設(shè)置菜單設(shè)置：雙擊圖標出現(xiàn)菜單定義窗口，如圖 510 所示設(shè)置。 圖 510 菜單設(shè)置命令語言設(shè)置如下：if(menuindex==0)showpicture(實時曲線)。if(menuindex==1)showpicture(歷史曲線)。if(menuindex==2)showpicture(報警界面)對其他的按鈕、畫面等的定義設(shè)置，均可按照上述方法來做，這里就不再詳細介紹。第六章 系統(tǒng)運行結(jié)果連接好實驗裝置，接通實驗裝置的電源，然后在上位機中打開組態(tài)王組態(tài)環(huán)境，打開“單容水箱液位控制系統(tǒng)”工程，然后進入運行環(huán)境，進入本控制系統(tǒng)的監(jiān)控界面。 圖 61 運行界面對水箱液位執(zhí)行設(shè)置，待水箱液位穩(wěn)定后改變水箱液位設(shè)定值，記錄水箱的液位曲線圖，如圖 42 所示。 h 10 t/min0 1 3 5 7 9 圖 62 液位曲線圖第七章 結(jié)論在智能儀表、西門子工控產(chǎn)品 PLC 和組態(tài)軟件的基礎(chǔ)上，我們成功設(shè)計出穩(wěn)定可靠的液位控制系統(tǒng)。結(jié)合人機界面，系統(tǒng)變得美觀易懂，操作更加簡單快捷。整個液位控制系統(tǒng)運行效果達到了我們的預(yù)期目標，由此證明我們的設(shè)計方案是可行的。 但此液位控制系統(tǒng)也有一些不足之處，比如PID參數(shù)整定方法單一；系統(tǒng)的反應(yīng)速度比較慢；還有，我們設(shè)計的人機界面內(nèi)容簡單，界面不夠友好等，這些都是有待我們改進之處。基于智能儀表、PLC 與 HMI 組成的液位控制系統(tǒng)具有抗干擾能力強，控制精度高等優(yōu)點，實用性很強，可以應(yīng)用于大量類似的液位控制場合。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對液位控制系統(tǒng)的要求愈來愈高，因此，高精度、智能化、人性化的液位控制系統(tǒng)是國內(nèi)外必然發(fā)展趨勢。參考文獻[1] [2] 馬寧、 和 MM440 [3] 張元良、呂艷、[4] 控制器參數(shù)自整定方法研究[D].[5] 西門子(中國) S72/300 PLC . 北京航[6] [M ].[7] [8] PLC 的智能 PID （48）[9] 廖常初. 西門子人機界面組態(tài)與應(yīng)用技術(shù). 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