【導(dǎo)讀】或工業(yè)生產(chǎn)都會產(chǎn)生重要的影響。低．難以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)加工的需要。隨著現(xiàn)代傳感技術(shù)與控制方法的不斷革新和發(fā)。展，對實(shí)時溫度控制的精度以及反應(yīng)快速性的要求越來越高。本文就是基于PLC的溫。度控制系統(tǒng)設(shè)計。感技術(shù)、PID算法以及調(diào)壓技術(shù)進(jìn)行了涉及。在硬件上主要采用西門子S7-200系列。輸入輸出擴(kuò)展模塊。熱電偶作為溫度采集元件，采集的信號經(jīng)溫度變送器轉(zhuǎn)換盒放。行調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動化控制。

　　

【正文】 備使用。通常外部設(shè)備包括下位機(jī)（ PLC、儀表、模塊、板卡、變頻器），他們一般通過串行口和上位機(jī)交換數(shù)據(jù)；其他 Windows 應(yīng)用程序，他們之間一般通過 DDE 交換數(shù)據(jù) ；外部設(shè)備還包括網(wǎng)絡(luò)上的其他計算機(jī)。 本設(shè)計主要的控制功能由 PLC 實(shí)現(xiàn)，并在前文對 PLC的控制進(jìn)行了相應(yīng)設(shè)計，組態(tài)王主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)測功能，不與 Windows 程序或其他計算機(jī)實(shí)現(xiàn)交互，故而本設(shè)計的外部設(shè)備為“西門子 S7200PLC”，并使用“設(shè)置配置向?qū)А卑凑詹襟E完成設(shè)備的連接（如下圖）。 28 圖 設(shè)置配置向?qū)褂檬疽鈭D 數(shù)據(jù)變量 若要實(shí)現(xiàn)組態(tài)王對下位機(jī)的在線檢測和控制，就必須建立起組態(tài)王與下位機(jī)之間的聯(lián)系，即建立兩者的數(shù)據(jù)變量。 在組態(tài)王中，變量的集合形象的稱為“數(shù)據(jù)詞典”，數(shù)據(jù)詞典位于 工程瀏覽器中的“數(shù)據(jù)庫”項(xiàng)的下拉列表中，記錄了所有用戶可使用的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息。數(shù)據(jù)詞典中存放的是應(yīng)用工程中定義的變量以及系統(tǒng)變量，分為基本類型和特殊類型，而基本類型有分為“內(nèi)存變量”和“ I/O 變量”兩種，其中“ I/O 變量”指的是組態(tài)王與外部設(shè)備或其他應(yīng)用程序交換的變量。這種數(shù)據(jù)交換是雙向的、動態(tài)的，即組態(tài)王系統(tǒng)運(yùn)行過程中，每當(dāng)“ I/O 變量”的值變化時，該值就會自動寫入外部設(shè)備或遠(yuǎn)程應(yīng)用程序；每當(dāng)外部設(shè)備或遠(yuǎn)程應(yīng)用程序的值變化時，組態(tài)王系統(tǒng)的變量值也會自動改變。 定義數(shù)據(jù)變量可以在系統(tǒng)設(shè)計開始之前進(jìn)行設(shè)計 ，即通過“數(shù)據(jù)庫 — 數(shù)據(jù)詞典— 新建”來定義變量，也可以在系統(tǒng)設(shè)計過程中進(jìn)行定義，為了更好的展現(xiàn)變量應(yīng)用的場合，本文采用的后一種設(shè)計方式，將在下文各步驟設(shè)計中體現(xiàn)。 29 組態(tài)王畫面設(shè)計 本設(shè)計為“基于西門子 S7200PLC 的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計”，主要控制由 PLC 進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，故而擬通過組態(tài)王實(shí)現(xiàn)簡單的遠(yuǎn)程監(jiān)測作用。在擬實(shí)現(xiàn)功能上，初步選定能夠指示運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)現(xiàn)實(shí)時溫度反饋、實(shí)現(xiàn)溫度變化趨勢、實(shí)現(xiàn)報警記錄查詢等功能，組態(tài)王主畫面設(shè)計如下： 其中： 狀態(tài)指示燈能夠根據(jù)加熱運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行反映，保證用戶最直接的判斷運(yùn)行狀 態(tài)； 實(shí)時溫度反饋通過數(shù)字實(shí)現(xiàn)，精準(zhǔn)的反映出鍋爐實(shí)時溫度； 溫度變化趨勢主要用來實(shí)現(xiàn)加熱狀態(tài)和趨勢的初步判斷； 報警記錄能夠?qū)v史報警記錄進(jìn)行查詢； 圖 監(jiān)控界面示意圖 建立新畫面 組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)可以為每個工程建立數(shù)目不限的畫面，在每個畫面上生成相互關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動態(tài)圖形對象。組態(tài)王采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，使用戶可以方便的監(jiān)理畫面的圖形界面，用戶構(gòu)圖時，可以像搭積木那樣利用系統(tǒng)提供的圖形對象完 30 成畫面的生成，同時支持畫面之間的圖形對象復(fù)制，可重復(fù)使用以前的開發(fā)結(jié)果。 在工程瀏覽器左側(cè)的 “工程目錄顯示區(qū)”中選擇“畫面”選項(xiàng)，在右側(cè)視圖中雙擊“新建”圖標(biāo)，彈出新建畫面對話框，如圖： 圖 新建畫面操作示意圖 實(shí)時趨勢曲線制作 趨勢曲線用來反應(yīng)變量隨時間的變化情況，組態(tài)王對趨勢分析提供了強(qiáng)有力的支持和簡單的控制方法。趨勢曲線有實(shí)時曲線和歷史趨勢曲線兩種，對于實(shí)時趨勢曲線最多可以顯示 4 條曲線，而歷史趨勢曲線最多可顯示 16 條曲線，而一個畫面中可以定義數(shù)量不限的趨勢趨勢。 趨勢曲線中，工程人員可以規(guī)定時間間距、數(shù)據(jù)的數(shù)值范圍、網(wǎng)絡(luò)分辨率、時間坐標(biāo)數(shù)目、數(shù)值坐標(biāo)數(shù)目 以及繪制曲線的“筆”的顏色屬性。畫面程序運(yùn)行時，實(shí)時曲線可以自動卷動，以快速反應(yīng)變量隨時間的變化；歷史趨勢曲線不能自動卷動，它一般與功能按鈕一起工作以共同完成歷史數(shù)據(jù)的查看工作。 本文選擇“實(shí)時趨勢曲線”：在制作畫面中，選擇菜單“工具 — 實(shí)時趨勢曲線”后鼠標(biāo)變?yōu)椤?+”，隨后在畫面中拖動畫出大小合適的曲線圖標(biāo)，并雙擊該圖形進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和坐標(biāo)軸設(shè)置，將組態(tài)變量與 PLC 設(shè)備進(jìn)行一一對應(yīng)和進(jìn)行報警上限設(shè)定，同時對坐標(biāo)軸網(wǎng)格狀態(tài)和顯示進(jìn)行設(shè)定，如下圖： 31 圖 定義基本屬性 圖 定義報警 32 圖 定義坐標(biāo)軸屬性 報警窗口制作 報警窗口是用來顯示組態(tài)王系統(tǒng)中發(fā)生的報警和事件信息，報警窗口分為實(shí)時報警窗口和歷史報警窗口。實(shí)時報警窗口主要顯示當(dāng)前系統(tǒng)中發(fā)生的實(shí)時報警信息和報警確認(rèn)信息，一旦報警回復(fù)后將從窗口中小時；歷史報警窗口中顯示系統(tǒng)發(fā)生的所有報警和事件信息，主要用于對報警和事件信息進(jìn)行查詢。本文采用后者，主要實(shí)現(xiàn)查詢和記錄功能，在設(shè)計上不進(jìn)行單獨(dú)窗口的設(shè)計，在原有窗口中通過“工具 — 報警窗口”繪制并進(jìn)行屬性設(shè)置。 33 （ 1） 通用屬性設(shè)置：設(shè)置窗口名稱、 窗口類型（實(shí)時報警窗口、歷史報警窗口）、窗口顯示屬性以及日期和時間顯示格式等 圖 通用屬性設(shè)置 （ 2） 列屬性設(shè)置：設(shè)置報警窗口中顯示的內(nèi)容，包括報警日期時間顯示與否、報警變量名稱顯示與否、報警限值顯示與否、報警類型顯示與否。 圖 列屬性設(shè)置 （ 3） 操作屬性、條件屬性、顏色和字體屬性等內(nèi)容按默認(rèn)計。 34 指示燈 為了方便用戶的使用，組態(tài)王軟件專門設(shè)計了圖庫管理器，在圖庫管理器中有一些已制作成形的圖素結(jié)合。使用圖庫管理器降低了工程人員設(shè)計頁面的難度，用于更加集中精力于維護(hù)數(shù)據(jù)庫和增強(qiáng) 軟件內(nèi)部的邏輯控制，縮短開發(fā)周期；同時用圖庫開發(fā)的軟件將具有統(tǒng)一的外觀，方便工程人員學(xué)習(xí)和掌握；另外利用圖庫的開放性，工程人員可以生成自己的圖庫元素。 （ 1） 選擇指示燈類型：選擇菜單欄“圖庫 — 打開圖庫”，即出現(xiàn)圖庫管理器，選擇指示燈選項(xiàng)并選擇合適的圖形后雙擊，界面自動消失返回至設(shè)計圖形，在合適位置單擊鼠標(biāo)即可出現(xiàn)選中圖形。 圖 選擇指示燈類型 （ 2） 定義運(yùn)行指示燈：按照慣例將運(yùn)行指示燈正常運(yùn)行顏色定義為綠色 圖 定義運(yùn)行指示燈顏色 35 （ 3） 定義停止指示燈：按照慣例將停止指示燈正常運(yùn)行顏色定義為紅色 圖 定義停止指示燈顏色 溫度數(shù)值顯示 盡管從實(shí)時曲線趨勢圖上能夠讀出實(shí)時溫度值，但是考慮到用戶使用方便，在設(shè)計中加入了實(shí)時溫度數(shù)字顯示部分。通過工具庫進(jìn)行圖形設(shè)計之后，需要進(jìn)行相關(guān)變量的設(shè)置以滿足實(shí)時數(shù)據(jù)的及時反饋和顯示，組態(tài)王使用說明書上有以下定義“ 模擬值輸出連接是使文本對象的內(nèi)容在程序運(yùn)行時被連接表達(dá)式的值所取代 ”，故而在定義變量時選擇“模擬量輸出”選項(xiàng)。 （ 1） 設(shè)定溫度數(shù)值顯示 圖 設(shè)定溫度數(shù)值顯示 36 （ 2） 實(shí)時溫度數(shù)值顯示：表達(dá)式根據(jù)前文定義，可以從數(shù)據(jù)庫中直接選擇 圖 設(shè)置實(shí)時溫度顯示 組態(tài)王與西門子 PLC 的通信 組態(tài)王提供了多種方式與西門子 PLC 進(jìn)行通信，根據(jù)前文設(shè)計的 PLC 與 PC（計算機(jī)）通信方式，對應(yīng)的組態(tài)王與西門子 PLC 通信方式為：使用西門子專用紫色電纜和網(wǎng)絡(luò)接頭 +常規(guī)有緣 RS485/232轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行 PLC RS485編程口和計算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)232口進(jìn)行連接。組態(tài)王對應(yīng)驅(qū)動為“ PPI西門子 S7200 系列 PPI”，需要注意的是，因?yàn)?PPI協(xié)議的特殊性，讀取一個數(shù)據(jù)包一般需要 400ms 的時間，當(dāng)用戶反饋PPI通信速度慢時，可以以此標(biāo)準(zhǔn)分析用戶 工程通信速度慢是否是在合理的范圍。 另外需要注意的是，因?yàn)榻M態(tài)王和 PLC 編程軟件使用的是同一個端口，故而兩者不能夠同時啟動。若想在線利用組態(tài)王監(jiān)控程序，就必須關(guān)閉組態(tài)王，將 PLC 程序下載到 PLC中并運(yùn)行，然后關(guān)閉編程軟件，再啟動組態(tài)王。 37 第五章 結(jié)論 本課題為溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計。 PLC（可編程控制器）以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，編程簡單、功能強(qiáng)大、性價比高、能耗小等眾多顯著特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)控制當(dāng)中，并具有較為成型的應(yīng)用積累；而在在系統(tǒng)控制中， PID 算法是具有良好效果的控制算法，其算法簡單、適應(yīng) 性強(qiáng)、并具有良好的魯棒性。綜合對比之后，本課題選擇了德國西門子 S7200系列的 PLC，其自帶的 PID 運(yùn)算可以滿足大部分小型控制運(yùn)算需求。 出于對現(xiàn)代遠(yuǎn)程控制需要的考慮，組態(tài)軟件越來越廣泛的應(yīng)用在控制系統(tǒng)當(dāng)中，由亞控科技開發(fā)的組態(tài)王軟件功能強(qiáng)大且更加符合中國用戶操作習(xí)慣，深受用戶喜歡而得到廣泛應(yīng)用。 基于西門子 S7200 PLC和組態(tài)軟件組態(tài)王的基礎(chǔ)上，結(jié)合傳感技術(shù)和調(diào)壓技術(shù)，本課題成功構(gòu)建出了溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)綜合考慮了溫度的采集和放大變送、 PLC運(yùn)算、調(diào)壓器調(diào)節(jié)加熱以及組態(tài)軟件監(jiān)控等過程，全程性展示 了溫度控制系統(tǒng)應(yīng)涉及的各個方面，并對其中的關(guān)鍵問題進(jìn)行了說明和定義，對于構(gòu)建溫度控制系統(tǒng)具有較大的參考意義。 該溫度控制系統(tǒng)還有一些未能涉及的部分，例如在 PID 設(shè)定環(huán)節(jié)為了展示具體的內(nèi)容采取的是編程定義而非 PID 指令向?qū)K，而事實(shí)上 PID 指令向?qū)K是初級技術(shù)人員最首選的定義方式。另外對于 PID 參數(shù)的調(diào)整環(huán)節(jié)也未能進(jìn)行更深一步的調(diào)節(jié)，事實(shí)上，現(xiàn)場試驗(yàn)的方法雖然非常常用，但是對于更進(jìn)一步的控制精度要求和更加迅速的變化環(huán)境就有些力所不能及，這也是目前模糊控制發(fā)展迅猛的重要原因。在組態(tài)軟件設(shè)計方面，本課題主要實(shí) 現(xiàn)了監(jiān)控的作用，對于在組態(tài)軟件上實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制等部分并未進(jìn)行深入的討論和設(shè)計，而實(shí)際上組態(tài)王一個強(qiáng)大的功能就是能夠與下位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向溝通。 隨著控制技術(shù)的逐步完善，我們有理由相信， PLC 依然具有進(jìn)一步的發(fā)展空間，特別是對于支持網(wǎng)絡(luò)交換的特點(diǎn)來講更是具有蓬勃生命力。 38 致謝 39 參考文獻(xiàn) 西門子（中國）有限公司自動化與驅(qū)動集團(tuán) 深入淺出西門子 S7— 200PLC（第 3版） [M] 北京航空航天大學(xué)出版社； 廣東省職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心 華南理工大學(xué)工業(yè)培 訓(xùn)中心 PLC 培訓(xùn)部 組編 從入門到精通 ——— 西門子 S7— 200PLC 技術(shù)與應(yīng)用 [M] 人民郵電出版社； 西門子（中國）有限公司自動化與驅(qū)動集團(tuán)（標(biāo)準(zhǔn)模板） 西門子 S7— 200PLC編程軟件 STEP7— Micro/WIN 編程幫助手冊 [M]； 方康玲主編 過程控制系統(tǒng) [M] 武漢理工大學(xué)出版社 ； 李方同 主編 西門子 S7— 200PLC 從入門到實(shí)踐 [M] 電子工業(yè)出版社 趙景波 ,阿倫 ,李杰臣 主編 西門子 S7— 200PLC 實(shí)踐與應(yīng)用 [M] 機(jī)械工業(yè)出版社 ； 朱文杰 主編 S7— 200PLC 編程設(shè)計與案例分析 [M] 機(jī)械工業(yè)出版社 ； 盧艷軍 主編 傳感與測試技術(shù) [M] 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