【正文】 圖 59 當(dāng)前溫度記錄和安全區(qū)設(shè)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。 圖 57 當(dāng)前溫度基本屬性設(shè)置圖 58 為變量“當(dāng)前溫度”報警定義設(shè)置圖，我們設(shè)置了當(dāng)前溫度低于 60度時，報警當(dāng)前溫度太低。比如“設(shè)定穩(wěn)定”的寄存器為 v68,數(shù)據(jù)類型為 float。圖 55 歷史趨勢曲線圖 56 報警窗口 設(shè)定畫面設(shè)定畫面的設(shè)計和上面 4 個畫面類似，系統(tǒng)運(yùn)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(shè)定溫度等參數(shù)的值，未運(yùn)行時和圖62 基本一樣，只是沒有值顯示出來。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。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(jìn)開發(fā)頁面，再雙擊歷史趨勢曲線畫面，對曲線進(jìn)行設(shè)置，包括曲線定義，坐標(biāo)系，操作面板和安全屬性等設(shè)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。點擊“停止”按鈕，系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束，同時開關(guān)變紅色。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(guān)、溫度儀表、鬧鐘直接拖進(jìn)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(shè)定畫面、報警窗口等按鈕。雙擊工程管理器中的工程名，出現(xiàn)工程瀏覽器。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(guān)鍵字的腳本語言支持，對于新手來說很容易上手。此外，新一代工業(yè)人機(jī)界面還具有簡單的編程、對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、數(shù)據(jù)登錄及配方等智能化控制功能 [19]。人機(jī)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(yīng)用。 圖 49 環(huán)路輸入、輸出設(shè)置 設(shè)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 47 編輯 0 的 PID 配置圖 48 是配置 PID 環(huán)路參數(shù)的。本項目程序中就正好運(yùn) STEP7Micro/WIN 軟件自帶的 PID 指令向?qū)АＨ魺o該網(wǎng)絡(luò)，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。ROUND 是將實數(shù)轉(zhuǎn)換成雙整數(shù)，DI_I 是將雙整數(shù)轉(zhuǎn)換成整數(shù)。即先把整數(shù)值轉(zhuǎn)換成浮點型實數(shù)值，再把實數(shù)值進(jìn)行歸一化處理，使其為 之間的實數(shù)。 調(diào)用 PID 模塊這里用 直接調(diào)用了編程軟件自帶的 PID 子程序，即就是用 PID 指令向?qū)Ь幊?。如圖 43 所示。梯形圖程序設(shè)計語言的特點是：（1）與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性；（2）與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，對電氣技術(shù)人員來說，易于撐握和學(xué)習(xí)；（3）與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點是，梯形圖中的能流（Power FLow）不是實際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實際存在的繼電器，因此，應(yīng)用時，需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對待；（4）與布爾助記符程序設(shè)計語言有一一對應(yīng)關(guān)系，便于相互的轉(zhuǎn)換和程序的檢查 [16]。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(jié)果表示在后面。梯形圖程序設(shè)計語言是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種程序設(shè)計語言。下面詳細(xì)介紹梯形圖的特點。單擊標(biāo)簽可在子程序、中斷程序和主程序之間來回變換 [15]。指令樹將顯示用于創(chuàng)建控制程序的所有項目對象和指令。 STEP7Micro/WIN 簡單介紹以STEP7Micro/WIN創(chuàng)建程序，為接通STEP 7Micro/WIN，可雙擊STEP 7Micro/WIN圖標(biāo)，或選擇開始（Start） SIMATIC STEP 7 Micro/WIN 菜單命令。 編程軟件 STEP7Micro/WIN 概述STEP7Micro/WIN 編程軟件是基于 Windows 的應(yīng)用軟件，由西門子公司專為 s7200 系列可編程控制器設(shè)計開發(fā)，它功能強(qiáng)大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時也可以實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。多數(shù)是設(shè)計前先選擇與自己工藝要求相近的程序，把這些程序看成是自己的“試驗程序” 。這種方法很適合以時間為基準(zhǔn)的控制系統(tǒng)的編程方法。這對于熟悉繼電器控制的人來說，是最方便的一種編程方法。常見的主要有梯形圖法、邏輯流程圖法、時序流程圖法和步進(jìn)順控法。iTdT第四章 PLC 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計主要包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分，上一章已經(jīng)詳細(xì)介紹了本項目硬件連接。2）先根據(jù)表選取積分時間 Ti 和 Td，通常取 Td=(1/31/4)Ti，然后對比例度 進(jìn)行反復(fù)湊試，直至得到滿意的結(jié)果。由于積分作用將使振蕩加劇，在加入的積分作用之前，要先衰減比例作用，通常把比例度增大 10%20%。它不需要進(jìn)行事先的計算和實驗，而是根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗，先確定一組控制器參數(shù)，并將系統(tǒng)投入運(yùn)行，通過觀察人為加入干擾（改變設(shè)定值）后的過渡過程曲線，根據(jù)各種控制作用對過渡過程的不同影響來改變相應(yīng)的控制參數(shù)值，進(jìn)行反復(fù)湊試，直到獲得滿意的控制質(zhì)量為止。常用的工程整定法有經(jīng)驗整定法、臨界比例度法、衰減曲線法、反應(yīng)曲線法、自整定法等。控制器參數(shù)整定方法很多，歸納起來可分為兩大類，即理論計算整定法和工程整定法。將三種方式加以組合在一起，就是比例積分微分（PID）控制,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 （33）式 33 中： 為比例系數(shù)， 為積分時間常數(shù)， 為微分時間常數(shù)。比例控制是一種最基本的控制規(guī)律，具有反應(yīng)速度快，控制及時，但控制結(jié)果有余差等特點?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 36 所示，方框圖如圖 37 所示。輸入觸點 功能說明 輸出觸點 功能說明 啟動按鈕 運(yùn)行指示燈（綠） 停止按鈕 停止指示燈（紅） 固態(tài)繼電器計算機(jī)PLCEM231 模塊固態(tài)繼電器熱電偶烤爐 圖 34 系統(tǒng)框架圖 PLC 控制器的設(shè)計控制器的設(shè)計是基于模型控制設(shè)計過程中最重要的一步。表 34 I/O 點分配表2)系統(tǒng)整體設(shè)計方案及硬件連接圖。熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。在各種熱電式傳感器中，以將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢和電阻的方法最為普遍。表 32 EM231 選擇模擬量輸入范圍的開關(guān)表單極性SW1 SW2 SW3滿量程輸入 分辨率OFF ON 0 到 10V 0 到 5V ONON OFF0 到 20mA 5uA雙極性SW1 SW2 SW3滿量程輸入 分辨率OFF ON 177。5V, 177。80mV 范圍)，所有連到模塊上的熱電偶必須是相同類型，且最好使用帶屏蔽的熱電偶傳感器。 本溫度控制系統(tǒng)由于輸入/輸出點數(shù)不多，本可以使用 CPU224 以下的類型，不過為了能調(diào)用編程軟件 STEP 7 里的 PID 模塊，只能采用 CPU226 及以上機(jī)種。此系統(tǒng)選用 S7200 CPU226，CPU226 集成了 24 點輸入/16 點輸出，共有 40 個數(shù)字量 I/O。S7200 PLC屬于小型整體式的 PLC, 本機(jī)自帶 RS485 通信接口、內(nèi)置電源和 I/O 接口。 現(xiàn)場調(diào)試。根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場信號的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。保護(hù)和連鎖是程序中不可缺少的部分，必須認(rèn)真加以考慮。初始化程序的主要內(nèi)容有：對某些數(shù)據(jù)區(qū)、計數(shù)器等進(jìn)行清零，對某些數(shù)據(jù)區(qū)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)，對某些繼電器進(jìn)行置位或復(fù)位，對某些初始狀態(tài)進(jìn)行顯示等等。 3. 編寫應(yīng)用程序 根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，采用合適的設(shè)計方法來設(shè)計 PLC 程序。畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進(jìn)入 PLC 的控制電路等。PLC 選擇包括對 PLC 的機(jī)型、容量、 I/O 模塊、電源等的選擇。 (1) 系統(tǒng) I/O 設(shè)備的選擇。電氣系統(tǒng)與機(jī)械、液壓、氣動及各儀表等系統(tǒng)間的關(guān)系。整個系統(tǒng)的設(shè)計分以下 5步進(jìn)行。 (2) 工藝復(fù)雜程度 當(dāng)工藝要求較復(fù)雜時,采用 PLC 控制具有更大的優(yōu)越性.(3) 可靠性要求 目前,當(dāng) I/O 點數(shù)在 20 甚至更少時，就趨向于選擇 PLC 控制了。適當(dāng)考慮生產(chǎn)發(fā)展和工藝改進(jìn)的需要，在 I/O 接口、通信能力等方面留有余地。確保計算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性。而在實際設(shè)計過程中，設(shè)計原則往往會涉及很多方面，其中最基本的設(shè)計原則可以歸納為 4 點。本章主要從系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計角度，介紹該項目的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計步驟、PLC 的硬件配置、外部電路設(shè)計以及 PLC 控制器的設(shè)計和參數(shù)的整定。例如：通過歸檔數(shù)據(jù)，您可以查看過去一段時間的系統(tǒng)運(yùn)行情況，過程變量等。(2) 系統(tǒng)操作簡單化操作員可以通過監(jiān)控界面來控制過程。HMI 軟件分為兩部分，即運(yùn)行于 HMI 硬件中的系統(tǒng)軟件和運(yùn)行于 PC 機(jī) Windows 操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件（如組態(tài)王等） 。人機(jī)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。 可編程控制器的分類及特點根據(jù) PLC 的結(jié)構(gòu)形式，可將 PLC 分為整體式和模塊式兩類。 PLC 本質(zhì)上就是一臺微型計算機(jī)，其工作原理與普通計算機(jī)類似，具有計算機(jī)的許多特點。I/O模塊的類型、品種與規(guī)格越多，系統(tǒng)的靈活性越好，模塊的 I/O 容量越大，系統(tǒng)的適應(yīng)性就越強(qiáng)。目前則傾向于采用電可擦除的只讀存儲器（EEPROM）或閃存(Flash Memory)，免去了后備電池的麻煩。3）存儲器 存儲器（內(nèi)存）主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元。I/O 模塊集成了 PLC 的 I/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。（6）按程序進(jìn)行處理，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容。（2）監(jiān)視電源、PLC 內(nèi)部各個單元電路的工作狀態(tài)。PLC 的基本結(jié)構(gòu)如圖 21 所示：輸入接口中央處理單元CPU 輸出接口電源存儲單元 圖 21 PLC 基本結(jié)構(gòu)圖1） CPU（中央處理器） CPU 是 PLC 的核心，由運(yùn)算器、控制器、寄存器、系統(tǒng)總線，外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路構(gòu)成。目前，PLC 在國內(nèi)外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。1968 年，美國通用汽車公司（GM）為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，要求尋找一種比繼電器更可靠、功能更齊全、響應(yīng)速度更快的新型工業(yè)控制器，并從用戶角度提出了新一代控制器應(yīng)具備的十大條件，立即引發(fā)了開發(fā)熱潮。第六章，展示了系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果，然后對其分析得出結(jié)論。第二章，簡單概述了 PLC 和人機(jī)界面的基本概念以及結(jié)構(gòu)功能等基礎(chǔ)內(nèi)容。同時利用亞控公司的組態(tài)軟件“組態(tài)王”設(shè)計一個人機(jī)界面（HMI） ，通過串行口與可編程控制器通信，對控制系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控，從而使用戶操作更方便。PLC 的應(yīng)用已成為一個世界潮流，在不久的將來 PLC 技術(shù)在我國將得到更全面的推廣和應(yīng)用。隨著我國加入WTO，我國政府及企業(yè)對此非常重視，對相關(guān)企業(yè)資源進(jìn)行了重組，相繼建立了一些國家、企業(yè)的研發(fā)中心，并通過合資、技術(shù)合作等方式，組建了一批合資、合作及獨(dú)資企業(yè)，使我國溫度儀表等工業(yè)得到迅速的發(fā)展 [4]。而適應(yīng)于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟。6)溫度控制系統(tǒng)既有控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)、魯棒性好的特點。4)這些溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工職能等理論及計算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用先進(jìn)的算法，適應(yīng)的范圍廣泛。 溫控系統(tǒng)的現(xiàn)狀 自 70 年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動控制理論和設(shè)計方法發(fā)展的推動下，國內(nèi)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在職能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成果，在這方面，以日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表,并在各行各業(yè)廣泛應(yīng)用 [2]?！　蟊淼漠a(chǎn)生與打印——能把資料轉(zhuǎn)換成報表的格式，并能夠打印出來。舉個例子來說，在一座工廠里頭，我們要搜集工廠各個區(qū)域的溫度、濕度以及工廠中機(jī)器的狀態(tài)等等的信息透過一臺主控器監(jiān)視并記錄這些參數(shù)，并在一些意外狀況發(fā)生的時候能夠加以處理。人機(jī)界面可以對控制系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控，包括參數(shù)監(jiān)測、信息處理、在線優(yōu)化、報警提示、數(shù)據(jù)記錄等功能，從而使控制系統(tǒng)變得簡單易懂、操作人性化，深受廣大用戶的喜歡。以基于 PLC 的下位機(jī)和完成 HMI 功能的上位機(jī)相結(jié)合,構(gòu)建成分布式控制系統(tǒng),實現(xiàn)了溫度自動控制。在工業(yè)自動化領(lǐng)域內(nèi),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、體積小、能耗低等顯著特點廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的自動控制之中。關(guān)鍵詞：溫度控制 可編程控制器 人機(jī)界面 組態(tài)王II目 錄第一章 前