【導(dǎo)讀】置中應(yīng)用最廣泛、產(chǎn)業(yè)發(fā)展最迅速的太陽(yáng)能產(chǎn)品?？删幊炭刂破?，具有自動(dòng)化程度。案、組態(tài)聯(lián)合設(shè)計(jì)方案等。采用GXDeveloper進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，如溫度液位PID算法的分析，運(yùn)用組態(tài)王與PLC等硬件進(jìn)行聯(lián)合，通過(guò)組態(tài)的界面進(jìn)行仿真和監(jiān)控。本畢業(yè)設(shè)計(jì)是基于PLC的太陽(yáng)能水溫控制裝置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，設(shè)。通信軟件以及上位機(jī)的組態(tài)王顯示軟件。本人負(fù)責(zé)PLC梯形圖測(cè)控和上。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：基于PLC的液位控制系統(tǒng)，能夠控制水位容器。的液位高度在某個(gè)允許的溫度誤差里波動(dòng)并維持一開(kāi)始設(shè)定的液位高度。熟悉組態(tài)王的基本要求，進(jìn)行界面模型的建立；組態(tài)王與PLC之間的通信連接；進(jìn)行實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟件部分的調(diào)試；

　　

【正文】 圖 用戶界面 創(chuàng)建動(dòng)畫(huà)鏈接 在 “用戶界面 ”中的 “”顯示用戶的希望溫度值，如圖 。 圖 給定溫度動(dòng)畫(huà)連接 為了更好的生動(dòng)表示水溫控制的組態(tài)畫(huà)面，水泵一啟動(dòng)，水流也流動(dòng)，同時(shí)水位也跟著變化，如圖 。 28 圖 水箱水位動(dòng)畫(huà)連接 運(yùn)行組態(tài) 全部保存工程，運(yùn)行并調(diào)試組態(tài)王上位機(jī)監(jiān)控界面。如圖 。 圖 運(yùn)行監(jiān)控畫(huà)面 29 6 系統(tǒng) 調(diào)試 硬件調(diào)試 在硬件調(diào)試中，首先，我們先檢查硬件的基礎(chǔ)元件上的問(wèn)題，與仿真圖相比較，檢查是否出現(xiàn)漏線或元件，是否出現(xiàn)有方向接法的元件接錯(cuò)，硬件上的標(biāo)簽是否貼錯(cuò)等問(wèn)題；其次，檢查是否出現(xiàn)短接現(xiàn)象，用萬(wàn)能表進(jìn)行各個(gè)模塊的檢測(cè)；接著，針對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)試，其中，我們?cè)谡{(diào)試液位七個(gè)位置顯示時(shí)，出現(xiàn)的問(wèn)題是二極管全部亮后一個(gè)個(gè)暗，現(xiàn)象與我們預(yù)期的相反，針對(duì)電路圖進(jìn)行改裝后，效果達(dá)到咯，但是二極管的燈比較暗，通過(guò)計(jì)算，水也是有電阻的，我們把串接在二極管的保護(hù)電阻改小， 最終完成效果。最后把各個(gè)模塊連接一起調(diào)試，在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)排版中出現(xiàn)問(wèn)題，與 PLC相連比較麻煩，進(jìn)行簡(jiǎn)單的改裝，最終效果。 其中在液位控制中，由于 PLC的輸入端的電流必須在 5mA以上，由于通過(guò)水位來(lái)做開(kāi)關(guān)，電流流失的相對(duì)比較多，導(dǎo)致無(wú)輸入信號(hào)輸入，我們把純凈水改為鹽水，增加其導(dǎo)電性，最后調(diào)試成功，圖 。 圖 水位控制模塊 30 軟件調(diào)試 在軟件調(diào)試中，首先，采取根據(jù)程序框圖來(lái)檢查程序各個(gè)內(nèi)容，檢查是否出現(xiàn)漏寫(xiě)等問(wèn)題；并在 GX Developer中進(jìn)行內(nèi)在的模擬，是否與預(yù)期的達(dá)成效果 ；接著，把程序讀入 PLC中，要點(diǎn)觸的方法進(jìn)行模擬，看看各個(gè)輸出端口是否與之相對(duì)應(yīng)；其次，在組態(tài)王中根據(jù)硬件的實(shí)際畫(huà)面畫(huà)好相對(duì)應(yīng)的人機(jī)界面，根據(jù)界面中定義各個(gè)按鈕、數(shù)字、動(dòng)態(tài)效果等；最后，用 PLC與組態(tài)進(jìn)行聯(lián)調(diào)，通過(guò)組態(tài)畫(huà)面來(lái)反應(yīng)，是否達(dá)到預(yù)期效果，其中發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示中出現(xiàn)問(wèn)題，定義中出現(xiàn)錯(cuò)誤，在程序中補(bǔ)了一條指令給組態(tài)王用，最終達(dá)到效果 。 其中，在溫度采集模塊中，我們采用溫度探頭在不同溫度下不同阻值的特征，我們用電橋的接線，把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大器，把電壓信號(hào)放大與 PLC的 AD模塊相連接，圖 。在軟件調(diào)試中，把當(dāng)前的實(shí)時(shí)溫度定為 0值，通過(guò)可調(diào)電阻的調(diào)節(jié)是使得當(dāng)前溫度溫度對(duì)應(yīng)的數(shù)字量為 0。 圖 溫度采集模塊 軟硬聯(lián)合調(diào)試 在軟硬聯(lián)合調(diào)試中，我們采取的是局部到整體的思維，首先，我們?cè)谟布羞x擇一個(gè)小整體的模塊接到 PLC,接著我們把相對(duì)應(yīng)的這個(gè)小模塊的程序調(diào)出來(lái)，燒下到 PLC 中去，在與組態(tài)相連接，用組態(tài)界面和硬件按鈕來(lái)控制，看看聯(lián)調(diào)是否一致，是否能達(dá)到預(yù)期的按鈕；其次，再并入一個(gè)模塊，與上一步一直的做法，最終達(dá)到效果；最后，把整個(gè)程序燒入 PLC，全部硬件接入 PLC 中， 31 調(diào)試成功。 AD 模塊模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換 在硬件基礎(chǔ)的上，通過(guò)熱敏電阻在水溫的不同阻值的特性，不同通過(guò)電橋轉(zhuǎn)換為電壓的變化量，相當(dāng)于 AD 模塊就是把電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。首先，先寫(xiě)一段程序，把 AD 模塊與 PLC 鏈接起來(lái)，并在電腦是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)探頭不同溫度環(huán)境下，給出的多少電壓與實(shí)時(shí)監(jiān)控中的數(shù)字量進(jìn)行對(duì)比。在調(diào)試中大概在70℃ 左右的情況下，數(shù)字量處于最大值，即出現(xiàn)溫度最高限，通過(guò)電橋的可調(diào)電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，增加溫度的可讀寬度。信號(hào)電壓與 PLC 的數(shù)字量多次的測(cè)量，即表 AD 模塊溫度調(diào)試表 ，可與得出信號(hào)電壓與 PLC 的數(shù)字量是成線性關(guān)系，如圖 AD 模塊溫度調(diào)試圖。 表 AD 模塊溫度調(diào)試表 AD 模塊溫度調(diào)試表 次數(shù) 信號(hào)電壓 PLC 的數(shù)字量 次數(shù) 信號(hào)電壓 PLC 的數(shù)字量 1 0 0 10 977 2 386 11 1061 3 420 12 1175 4 530 13 1183 5 3 600 14 1334 6 731 15 1343 7 838 16 1476 8 850 17 1500 9 900 18 1540 32 圖 AD 模塊溫度調(diào)試圖 PID 調(diào)試 硬件中，在 PLC 中的加上了加熱模塊， PLC 中并讀入程序，給定一個(gè)數(shù)字量，即給定一個(gè)電壓，也相當(dāng)于給定一個(gè)水溫進(jìn)行調(diào)試。在調(diào)試中，我們首先把探頭放到一個(gè)水杯中，我們先給冷水，大概是水杯的五分之一，其次，把一壺?zé)崴⒖痰谷胨?，記錄此時(shí)的類階躍響應(yīng)曲線，立刻記錄監(jiān)控界面的數(shù)字量，大概記錄幾十個(gè)個(gè)數(shù)字，如圖圖 階躍響應(yīng)飛升曲線。 可見(jiàn)硬件上能再進(jìn)行進(jìn)一步的聯(lián)調(diào)。 圖 階躍響應(yīng)飛升曲線 由于不同環(huán)境下，不同位置等因素下，所求出來(lái)的情況不一樣，即 PID 的三個(gè)參數(shù)比例增益 Kp,積分時(shí)間 TI 和微分 TD 不同值，我們把溫度探頭固定在水中，考慮鍋的平均溫度，把探頭與鍋爐放在鍋中間，程序上給定一個(gè)數(shù)字量，即先采用 P 調(diào)節(jié)，并記錄其數(shù)據(jù)，在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，我們的加熱裝置過(guò)于大，達(dá)到 33 效果的時(shí)間相對(duì)比較長(zhǎng)，響應(yīng)時(shí)間比較久，滯后性過(guò)大。其次我們采用小水量的，把探頭盡量放低，通過(guò)多次的調(diào)試，記錄了幾百個(gè)數(shù)據(jù)，得到了下面的 P 調(diào)節(jié)下的飛升曲線，圖 P 調(diào)節(jié)飛升曲線，又飛升曲線可以求出 PID 的三個(gè)參數(shù)比例增益 Kp,積分時(shí)間 TI 和微分 TD，即程序可以帶入數(shù)據(jù)，采用 PID 來(lái)控制，通過(guò)再次的讀入 PLC 中，通過(guò)記錄數(shù)據(jù)，控制的曲線如圖圖 PID 調(diào)節(jié)飛升曲線所示，雖然相比圖 P 調(diào)節(jié)的飛升曲線，效果不是特別明顯，由于控制鍋爐的水溫相對(duì)比較小系統(tǒng)，但是總體 上 的優(yōu)越性還是要好。 圖 P 調(diào)節(jié)的飛升曲線 圖 PID 調(diào)節(jié)飛升曲線 34 7 結(jié) 論 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，使太陽(yáng)能熱水器達(dá)到了系統(tǒng)的各種控制要求，成功完成太陽(yáng)能熱水器的 PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)程序的運(yùn)行調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能熱水器的自動(dòng)控制，也可實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水器手動(dòng)控制。系統(tǒng)采用 PID控制，提高了系統(tǒng)的可靠性，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。組態(tài)王操作方便，畫(huà)面詳細(xì)的內(nèi)容能夠讓我們直觀的觀看曲線和溫度的變化。設(shè)計(jì)中還是存在著一些不足，本系統(tǒng)還沒(méi)有很好的算 PID的各個(gè)參數(shù)，其中只有加溫的裝置，沒(méi)有降溫的裝置，自適應(yīng)還不夠；其次在用戶中沒(méi)有采用恒壓供水，人性化還不夠。 35 參考文獻(xiàn) [1] 姚偉 .太陽(yáng)能利用與可持續(xù)發(fā)展 [J].中國(guó)能源 .20xx:27(02):4647. [2] Daly, , . Astatisticaltopographic model formapping climatological precipitation over mountainous terrain[J].Appled :140158. [3] 史國(guó)生 .電氣控制與可編程控制器技術(shù) [M].北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 ,20xx. [4] Richard Cox, Terry 39。s Guide to Programmable Controllers[M].United States:Delmar Cengage Learning,20xx:7586. [5] 郁漢珍 .電氣控制與可編程控制器的原理及應(yīng)用 [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,20xx. [6] 宮淑貞 .可編程控制器原理及應(yīng)用 [M].北京 :人民郵電出版社 ,20xx. [7] 王阿根 .電氣可編程控制原理與應(yīng)用 [M].北京 :清華大學(xué)出版社 ,20xx:5178. [8] 于海生 .智能電平衡分析測(cè)試儀 [J].儀器儀表化表報(bào) .1995:16(04):381386. [9] 汪志鋒 .工控組態(tài)軟件 [M].北京 :電子工業(yè)出版社 ,20xx:91112. [10] Rshid M H. Power electronics[M].Prentice Hall,1998. [11] 茍建峰 .基于恒溫控制系統(tǒng)的 PLC 改造 [J].鑄造技術(shù) .20xx:33(08):9981000. [12] 張英壽 ,朱紅梅 .基于 PLC 控制的加熱爐溫度控制系統(tǒng) [J].電子技術(shù) .20xx:3(07):7375. [13] 黃俊 ,秦宜蔭 .電力電子自關(guān)斷器件及電路 [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,1991. [14] 邵裕森 ,戴先中 .過(guò)程控制 [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,20xx. [15] 呂景泉 .可編程控制器技術(shù)教程 [M].北京 :高等教育出版社 ,20xx. [16] . Programmable Logic Controllers[M].United States:Newnes,20xx:3354. 36 致 謝 經(jīng)過(guò)大四下學(xué)期的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。畢業(yè)設(shè)計(jì)是我大學(xué)四年里的最后一次考核，是對(duì)四年來(lái)學(xué)習(xí)到的知識(shí)的一次總的運(yùn)用，培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來(lái)分析和解決問(wèn)題的能力， 為我以后從事相關(guān)專業(yè)的工作打下基礎(chǔ)。 本論文設(shè)計(jì)在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下業(yè)已完成，從課題選擇到具體的寫(xiě)作過(guò)程，無(wú)不凝聚著老師的心血和汗水，在本人的畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，老師為本人提供了種種專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，沒(méi)有這樣的幫助和關(guān)懷， 本人不會(huì)這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此向老師表示深深的感謝和崇高的敬意。在臨近畢業(yè)之際，本人還要借此機(jī)會(huì)向在這四年中給予了本人幫助和指導(dǎo)的所有老師表示由衷的謝意，感謝大家四年來(lái)的辛勤栽培。不積跬步何以至千里，各位任課老師認(rèn)真負(fù)責(zé)，在他們的悉心幫助和支持下，本人能 夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)，順利完成畢業(yè)論文。同時(shí)，在論文寫(xiě)作過(guò)程中，本人還參考了有關(guān)的書(shū)籍和論文，在這里一并向有關(guān)的作者表示謝意。 本人還要感謝同組的同學(xué)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，給了本人很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見(jiàn)，對(duì)于大家?guī)椭椭С?，在此本人表示深深地感謝。 37 附 錄 附錄 A 程序總體設(shè)計(jì)圖 本設(shè)計(jì)總體程序如下 : 38 39 40 附錄 B 組態(tài)水溫控制圖 設(shè)計(jì)組態(tài) 原理圖如圖 B1所示 。 圖 B1 水溫控制組態(tài)圖 41 附錄 C 水溫控制實(shí)物圖 設(shè)計(jì)實(shí)物接線圖 如圖 C1所示 。 圖 C1 實(shí)物接線圖 水位控制 水泵 繼電器 溫度采集模塊 用戶界面