【導(dǎo)讀】本人在畢業(yè)設(shè)計（論文）過程中遵守學(xué)校有關(guān)規(guī)定，恪守學(xué)術(shù)規(guī)范，擔(dān)一切法律責(zé)任。系統(tǒng)變得經(jīng)濟(jì)、高效、穩(wěn)定且維護(hù)方便?？刂葡到y(tǒng)采用PC+PLC的主從控制結(jié)構(gòu)，組成一種經(jīng)濟(jì)可靠。加熱爐溫度控制系統(tǒng)是一個大慣性系統(tǒng)，一般采用PID算法進(jìn)。行控制，運(yùn)用PLC梯形圖編程語言進(jìn)行編程，對鍋爐工作過程進(jìn)行自動控制。好的用戶界面，是一種具有一定應(yīng)用價值的實時溫度控制系統(tǒng)。設(shè)計之后系統(tǒng)穩(wěn)定性好、精度高、魯棒性強(qiáng)。

　　

【正文】 29568），所以標(biāo)度變換子程序的主要任務(wù)是將3840－ 29568 間的數(shù)字量參數(shù)轉(zhuǎn)換為 24－ 100 度間的實際溫度參數(shù)，以便于后面的顯示。 如果用 P 表示傳送的數(shù)字量信號， N 表示實際的溫度值。那么其關(guān)系如圖 所示。 啊啊啊啊 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 圖 溫度與數(shù)字量關(guān)系 用公式表示，可以表示為 (N24)/(P3840)=(10024)/(295683840) ，即N=(76P+325632)/25728，得知這個公式則可進(jìn)行程序編輯。 標(biāo)度變換子程序梯形圖附在附錄里。 第四節(jié) PID 初始化子程序及中斷程序 S7－ 200 的編程軟件 STEP 7－ Micro/WIN 提供 PID Wizard（ PID 指令向?qū)В梢詭椭脩舴奖愕厣梢粋€閉環(huán)控制過程的 PID 算法。此向?qū)Э梢酝瓿山^大多數(shù) PID 運(yùn)算的自動編程，用戶只需在主程序中調(diào)用 PID 向?qū)傻淖映绦颍涂梢酝瓿?PID 控制任務(wù)。 在 Micro/WIN 中的命令菜單中選擇工具 → 指令向?qū)В缓笤谥噶钕驅(qū)Т翱谥羞x擇 PID 指令。在 使用向?qū)r必須先對項目進(jìn)行編譯，如果已有的程序中存在錯誤，或者有沒有編完的指令，編譯不能通過。如果你的項目中已經(jīng)配置了一個 PID 回路則向?qū)赋鲆呀?jīng)存在的 PID 回路，并讓你選擇是配置修改已有的回路，還是配置一個新的回路。在此我選擇配置一個新的回路。 以主控制器 PID1 為例說明 PID 向?qū)Ь幊滩襟E： 定義需要配置的 PID 回路號 啊啊啊啊 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 圖 選擇 PID 回路號 S7－ 200 CPU 最多可以支持 8 個 PID 控制回路，且不能將兩個不同 PID 指令設(shè)定為同一回路號。如果兩條或多條 PID 指令使用相同的回路號碼（即使它們的 表格地址不同）， PID 計算會互相干擾，結(jié)果難以預(yù)料。圖 顯示配置 PID回路 設(shè)定 PID 回路參數(shù) 圖 設(shè)置 PID 參數(shù) 上圖 中字母圈的說明： A、定義回路設(shè)定值（ SP，即給定）的范圍：在低限和高限輸入域中輸入實啊啊啊啊 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 數(shù)，缺省值為 和 ，表示給定值的取值范圍占過程反饋量程的百分比，這個范圍是給定值的取值范圍。它也可以用實際的工程單位數(shù)值表示，如上圖所示 － 代表的是實際的 24－ 100 度。 B、比例增益：即比例系數(shù)，本設(shè)計中設(shè)為 4。 C、積分時間：即積分系數(shù)，本設(shè)計中設(shè) 為 10 分鐘。如果不想要積分作用，可以把積分時間設(shè)為無窮大 。 D、微分時間：即微分系數(shù)，本設(shè)計中設(shè)為 0 分鐘。如果不想要微分作用，可以把微分時間設(shè)為 0。 E、采樣時間：是 PID 控制回路對反饋采樣和重新計算輸出值的時間間隔。在向?qū)瓿珊?，若想要修改此?shù)，則必須返回向?qū)е行薷?，不可在程序中或狀態(tài)表中修改，本設(shè)計中設(shè)為 秒。 以上定義 PID 回路的參數(shù)，這些參數(shù)都應(yīng)當(dāng)是實數(shù)。 設(shè)定回路輸入輸出值 圖 設(shè)定 PID 輸入輸出參數(shù) 上圖 中字母圈的說明： A、指定輸入類型：由于本設(shè)計的輸入 是從模擬量擴(kuò)展模塊傳送過來的，而模塊的輸入是 1－ 5V 電壓信號，不存在負(fù)極性，所以不用選擇雙極性，只需選擇單極性就可以，并且不需要使用 20%偏移量。如果使用偏移量，那么過程變量的范圍將會是 6400－ 32021，并不對應(yīng)本設(shè)計中的 24－ 100 度相應(yīng)的數(shù)字量，且不能修改范圍，所以不能勾選。 B、反饋輸入取值范圍：本設(shè)計中 24－ 100度對應(yīng)數(shù)字量范圍是 3840－ 29568，所以此處過程變量范圍就應(yīng)該是 3840－ 29568。 啊啊啊啊 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 C、輸出類型：可以選擇模擬量輸出或數(shù)字量輸出。模擬量輸出用來控制一些需要模擬量給定的設(shè)備， 如比例閥、變頻器等；數(shù)字量輸出實際上是控制輸出點的通、斷狀態(tài)按照一定的占空比變化，可以控制固態(tài)繼電器（加熱棒等）。本設(shè)計需要的是輸出一個溫度范圍，以此范圍內(nèi)一個值充當(dāng)副控制器的設(shè)定值。所以選擇模擬量。 D、選擇模擬量則需設(shè)定回路輸出變量值的范圍，并且不需要使用 20%偏移量。如果使用偏移量，那么輸出變量的范圍將會是 6400－ 32021，且不能做修改。 E、取值范圍：主控制器 PID1 的輸出應(yīng)該是一個溫度范圍，應(yīng)和副控制器PID0 的設(shè)定值對應(yīng)，所以應(yīng)該填寫 24－ 100。 設(shè)定回路報警選項 圖 設(shè)定回 路報警限幅值 圖 顯示如何設(shè)定回路報警。本設(shè)計暫時沒有設(shè)計報警功能，所以此步驟不需要勾選任何選項。 指定 PID 運(yùn)算數(shù)據(jù)存儲區(qū) 啊啊啊啊 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 圖 分配運(yùn)算數(shù)據(jù)存儲區(qū) PID 指令（功能塊）使用了一個 120 個字節(jié)的 V 區(qū)參數(shù)表來進(jìn)行控制回路的運(yùn)算工作；除此之外， PID 向?qū)傻妮斎?/輸出量的標(biāo)準(zhǔn)化程序也需要運(yùn)算數(shù)據(jù)存儲區(qū)。需要為它們定義一個起始地址，要保證該地址起始的若干字節(jié)在程序的其它地方?jīng)]有被重復(fù)使用。如果點擊“建議地址”，則向?qū)⒆詣訛槟阍O(shè)定當(dāng)前程序中沒有用過的 V 區(qū)地址。自動分配的地址只是在執(zhí)行 PID 向?qū)?時編譯檢測到空閑地址。向?qū)⒆詣訛樵搮?shù)表分配符號名，用戶不要再自己為這些參數(shù)分配符號名，否則將導(dǎo)致 PID 控制不執(zhí)行。上圖 顯示分配 PID 回路地址。 定義向?qū)傻?PID 初使化子程序和中斷程序名及手 /自動模式 啊啊啊啊 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 圖 指定子程序、中斷服務(wù)程序名和選擇手動控制 向?qū)б呀?jīng)為初使化子程序和中斷子程序定義了缺省名，你也可以修改成自己起的名字。上圖 中字母圈的說明： A、指定 PID 初使化子程序的名字。 B、指定 PID 中斷子程序的名字 C、此處可以選擇添加 PID 手動控制模式。在 PID 手動控制模式 下，回路輸出由手動輸出設(shè)定控制，此時需要寫入手動控制輸出參數(shù)一個 － 的實數(shù)，代表輸出的 0％ － 100％而不是直接去改變輸出值。此功能提供了 PID 控制的手動和自動之間的無擾切換能力。本設(shè)計因為是自動控制，所以并不需要手動控制，不勾選此選項。 生成 PID 子程序、中斷程序及符號表等 一旦點擊完成按鈕，將在你的項目中生成上述 PID 子程序、中斷程序及符號表等。如下圖 所示： 圖 生成 PID 子程序、中斷程序和符號表等 調(diào)用向?qū)傻?PID 子程序 圖 PID 子程序在指令樹中的位置 啊啊啊啊 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 圖 調(diào)用 PID 子程序 圖 顯示 PID 子程序在指令數(shù)中的位置，將 PID 子程序從指令樹中直接拖放到主程序中相應(yīng)梯級中去，并且應(yīng)使子程序 EN 位由 無條件使能，否則不能調(diào)用 PID 子程序，如圖 所示。 PV 位是回路過程變量值地址，就是采集系統(tǒng)內(nèi)膽與夾套溫度值的數(shù)字量地址。 SP 位是回路給定值地址，就是期望系統(tǒng)達(dá)到溫度值的地址。 Output 位是回路輸出值地址。 實際運(yùn)行并調(diào)試 PID 參數(shù) 沒有一個 PID 項目的參數(shù)不需要修改而能直接運(yùn)行，因此需要在實際運(yùn)行時調(diào)試 PID 參數(shù)。在 STEP 7－ Micro/WIN 中提供了一個 PID 調(diào)節(jié)控制面板，可以用圖形方式監(jiān)視 PID 回路的運(yùn)行，另外從面板中還可以設(shè)定比例增益、積分時間、微分時間，啟動與停止自整定功能。 以上的 PID 向?qū)Ь幊滩襟E是以主控制器 PID1 為例，副控制器 PID0 的向?qū)Ь幊滩襟E和主控制器 PID0 完全一樣，僅僅是使用了另一套參數(shù)。副控制器 PID0的參數(shù)如下：給定值 SP 范圍為 24－ 100；比例增益為 ；積分時間為 分鐘（意味著不需要積分環(huán)節(jié)作用）；采樣時間為 秒；微分時間為 0 分鐘；輸入過程變量 PV 選擇單極性，輸入范圍為 3840－ 29568；輸出選擇模擬量，輸出范圍勾選使用 20%偏移量（即 6400－ 32021），以此對應(yīng)調(diào)壓裝置控制信號的4－ 20mA。 由于使用 PID 向?qū)В?PID 向?qū)傻淖映绦?、中斷程序用戶是無法看到的，也不能對其進(jìn)行修改，所以附錄中無法展示 PID 子程序和中斷程序的梯形圖。但可以在符號表 中查看 PID 向?qū)傻姆柋?；在?shù)據(jù)塊 中查看 PID 指令回路表的相關(guān)參數(shù)。 第五節(jié) 本章小結(jié) 本章詳細(xì)地說明了軟件部分的設(shè)計。分別對各個程序段做了詳述并指導(dǎo)如何設(shè)計。 啊啊啊啊 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 第五章 上位機(jī)的設(shè)計與調(diào)試 第一 節(jié) 上位機(jī)與下位機(jī)的通信連接 在設(shè)備中雙擊新建，出現(xiàn)設(shè)備配置向?qū)?。首先點擊 PLC，選擇西門子 S7－200 系列，通信協(xié)議選擇 PPI，點擊下一步。創(chuàng)建邏輯名稱為 PLC224，點擊下一步。選擇本設(shè)計中使用的串口 COM4，點擊下一步。配置地址為 2： 0， 2 代表PLC 地址； 0 代表通信波特率為 ，具體項目可以在 STEP 7－ Micro/WIN的系統(tǒng)塊里通信端口中找到當(dāng)前的 PLC 地址和波特率。點擊下一步一直到向?qū)瓿?，那么通信連接就成功設(shè)置了。配置向?qū)н^程如圖 所示： 圖 設(shè)備配置向?qū)н^程 第二節(jié) 組態(tài)王工程的建立和調(diào)試 這部分的設(shè)計主要是在計算機(jī)的組態(tài)王 [15]軟件上設(shè)計人機(jī)交互界面，需要啊啊啊啊 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 學(xué)會運(yùn)用組態(tài)王軟件，主要設(shè)計過程如下： 創(chuàng)建項目 在組態(tài)王軟件中新建一個工程項目，命名為“ PIDXiangDao” 建立新畫面 打開新建的項目，在“畫面”中新建一個畫面“ JianKong”，將各個需要的組件添加到畫面中，如加熱爐、管道、水泵、水池、啟停開關(guān)、指示燈、實時曲線、溫度值等。完成后的畫面如圖 ： 圖 組態(tài)王中的顯示控制畫面 定義數(shù)據(jù)變量 在組態(tài)王運(yùn)行時，工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況 要以動畫的形式反映在屏幕上，同時工程人員在計算機(jī)前發(fā)布的指令也要迅速送達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場，所有這一切都是以實時數(shù)據(jù)庫為中介環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)詞典（數(shù)據(jù)庫）是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。組態(tài)王中變量主要分為基本類型變量與特殊類型變量兩大類。 必需注意的是，在對 I/O變量進(jìn)行定義的時候必須指定所連接的 I/O 設(shè)備，以及數(shù)據(jù)放的寄存器 [16]，否則就會出現(xiàn)通信錯誤。表 為本設(shè)計的數(shù)據(jù)變量定義窗口： 表 組態(tài)王數(shù)據(jù)變量定義窗口 變量名 變量類型 ID 連接設(shè)備 寄存器 啟動 I/O 離散 21 PLC224 停止 I/O 離散 22 PLC224 設(shè)定溫度 I/O 整數(shù) 23 PLC224 V600 內(nèi)膽溫度 I/O 整數(shù) 24 PLC224 V412 夾套溫度 I/O 整數(shù) 25 PLC224 V512 指示燈 I/O 離散 26 PLC224 啊啊啊啊 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 第三節(jié) 本章小結(jié) 本章說明了使用組態(tài)王軟件設(shè)計上位機(jī)的方法，給出了如何建立通信，如何設(shè)計畫面，還有需要注意的地方。 啊啊啊啊 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 第六章 系統(tǒng)運(yùn)行及結(jié)果分析 第一節(jié) 系統(tǒng)運(yùn)行 完成了 PLC 程序設(shè)計和人機(jī)交互界面設(shè)計之后，進(jìn)入系統(tǒng)運(yùn)行測試階段。首先在 STEP 7－ Micro/Win編程軟件中將設(shè)計好的程序下載到 PLC 中，并將 PLC切換到運(yùn)行模式，退出 STEP 7－ Micro/Win 編程軟件，然后打開組態(tài)王。如果不退出 STEP 7－ Micro/Win 編程軟件，那么組態(tài)王與 PLC 將不能通信，因為通信接口被占用。 打開組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)，點擊“開始”按鈕，運(yùn)行指示燈變?yōu)榫G色，系統(tǒng)開始運(yùn)行，內(nèi)膽溫度、夾套溫度開始有數(shù)據(jù)顯示，實時溫度曲線上也顯示了當(dāng)前內(nèi)膽溫度值（紅色）與夾套溫度值（藍(lán)色），設(shè)定溫度值（綠色）暫時沒有，需要手動設(shè)定后才有顯示。圖 是夾套當(dāng)前溫度為 57 度時 的主界面，其中設(shè)定溫度為 60 度。 圖 系統(tǒng)運(yùn)行界面 第二節(jié) 結(jié)果分析 系統(tǒng)運(yùn)行后，設(shè)定溫度值為 65 度，夾套溫度快速上升到 64 度，然后稍微緩慢上升到 68 度左右，最后下降到 65 度左右穩(wěn)定下來。其中，當(dāng)前溫度值最大為啊啊啊啊 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 68 度，穩(wěn)定后在 66 度到 64 度之間，與設(shè)定溫度極為接近?？梢姡摐乜叵到y(tǒng)超調(diào)量很小。 第三節(jié) 本章小結(jié) 觀察實驗使用的組態(tài)王軟件，得到的結(jié)果說明組態(tài)王能與 PLC 通信，并且能夠?qū)?PLC 進(jìn)行控制。本設(shè)計的控制結(jié)果是比較理想的，能夠達(dá)到設(shè)計目的。 啊啊啊啊 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 結(jié) 論 本設(shè)計成功地運(yùn)用了西門子 S7－ 200 系列 PLC 和組態(tài)王設(shè)計了一個人機(jī)監(jiān)控的溫度控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用串級 PID 控制，利用粗調(diào)和細(xì)調(diào)，得到了一個反應(yīng)比較迅速，控制精度比較高的溫度控制系統(tǒng)。組態(tài)王操作方便，有利于我們直觀地觀看溫度變化曲線和控制溫度。 當(dāng)然，本控制系統(tǒng)還有不足的地方：人機(jī)界面內(nèi)容不夠豐富，例如不能在人機(jī)界面中設(shè)定 PID 參數(shù)；沒