【正文】 熟悉被控對象 深入了解被控系統(tǒng)是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。所謂硬件設(shè)計(jì)，是指 PLC 外部評估控制任務(wù) PLC機(jī)型的選擇 控制柜設(shè)計(jì)及布線 程序設(shè)計(jì) 聯(lián)機(jī)調(diào)試 PLC安裝 程序檢查、調(diào)試 控制流程的設(shè)計(jì) 程序備份 修改軟 、硬件 模擬運(yùn)行 投入使用 是否滿足要求 12 設(shè)備的設(shè)計(jì)， 而軟件設(shè)計(jì)即 PLC 應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。 (4) 數(shù)據(jù)處理速度 若數(shù)據(jù)處理程度較低，而主要以工業(yè)過程控制為主時，采用 PLC 控制將非常適宜 [9]。當(dāng)控制規(guī)模較大時 ,特別是開關(guān)量控制的 I/O 設(shè)備較多時，最適合采用 PLC 控制。 2. 評估控制任務(wù) 根據(jù)系統(tǒng)所需完成的控制任務(wù)，對被控對象的生產(chǎn)工藝及特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，特別是從以下幾個方面給以考慮。 (4)發(fā)展性原則。 (3)經(jīng)濟(jì)型原則。 (2)可靠性原則。 1. 設(shè)計(jì)原則 (1)完整性原則。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對象 (生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程 )的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì)的基本原則和步驟 弄懂 PLC的基本工作原理和指令系統(tǒng)后 ,就可以把 PLC應(yīng)用到實(shí)際的工程項(xiàng)目中。 10 第三章 PLC 控制系統(tǒng) 硬件 設(shè)計(jì) 在掌握了 PLC 的硬件構(gòu)成、工作原理、指令系統(tǒng)以及編程環(huán)境后 ，就可以PLC 作為主要控制器來構(gòu)造 PLC 控制系統(tǒng)。 (5) 報(bào)表系統(tǒng) HMI系統(tǒng)可以輸出報(bào)警 和過程值報(bào)表。 (4) 數(shù)據(jù)歸檔 HMI系統(tǒng)可以記錄過程 變量值和報(bào)警信息并歸檔。 可 從 監(jiān)控界面上啟動和停止系統(tǒng)、設(shè)定溫度上下限、設(shè)置 PID參數(shù)等。例如：爐子加熱通斷可以通過指示燈亮滅來顯示，爐子的溫度大小可以用棒圖來指示等等，使整個控制系統(tǒng)變得形象易懂 ，也更加清晰。 用戶 必須先使用組態(tài)軟件制作 “工程文件 ”，再通過 PC 機(jī)和 HMI 產(chǎn)品的串行通訊口，把編制好的 “工程文件 ”下載到 HMI 的處理器中運(yùn)行 。根據(jù) HMI 的產(chǎn)品等級不同，處理器可分別選用8 位、 16 位、 32 位的處理器。 人機(jī) 界面的定義 人機(jī)界面是指 連接可編程 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(biāo)等）寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器信息交互的數(shù)字設(shè)備 ,由硬件和軟件兩 部分組成 。 人機(jī)界面 基礎(chǔ) 隨著社會的進(jìn)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(qiáng)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 。還有一些 PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式 PLC。工作時逐條順序掃描用 戶程序，如果一個線圈接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)不會立即動作，需 等掃描到該觸點(diǎn)時才會動作 [6]。但其工作方式卻與計(jì)算機(jī)有著較大的不同，具有一定的特殊性。編程設(shè)備在 PLC 的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試、監(jiān)控運(yùn)行和檢查維護(hù)中是不可缺少的部件，但不直接參與現(xiàn)場的控制。 6）編程設(shè)備 常見的編程設(shè)備有簡易手持編程器、智能圖形編程器和基于 PC 的專用編程軟件。 5）智能模塊 除了上述通用的 I/O模塊外， PLC還提供了各種各樣的特殊 I/O 模塊，如熱電阻、熱電偶、溫度控制、中斷控制、 位置控制、以太網(wǎng)、遠(yuǎn)程 I/O 控制、打印機(jī)等專用型或智能型的 I/O模塊，用以滿足各種特殊功能的控制要求。 4） 電源模塊 PLC中的電源，是為 PLC各模塊的集成電路提供工作電源 。用戶程序存儲器用于存儲用戶根據(jù)工藝要求或者控制功能設(shè)計(jì)的控制程序，早期一般采用隨機(jī)讀寫存儲器（ RAM） ，需要后備電池在掉電后保存程序。一般包括系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器兩部分。 I/O模塊分為開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、模擬量輸入和模擬量輸出等模塊。 PLC的對外功能主要是通過各種 I/O接口模塊于外界聯(lián)系來實(shí)現(xiàn)的。 2） I/O接口 PLC是通過各種 I/O接口模塊與外界聯(lián)系的，按 I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量， I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU所能管理的基本配置 能力 的限制 ，即受最 大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。 （ 7）根據(jù)輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的有關(guān)內(nèi)容，將結(jié)果送到輸出接口。 （ 5）采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的數(shù)據(jù)，并存入指定的寄存器中。 （ 3）診斷編程過程中的語法錯誤，對用戶程序進(jìn)行編譯。 （ 1）接收從編程器或者計(jì)算機(jī)輸入的程序和數(shù)據(jù)，并送入用戶程序存儲器 存 儲。 它 的功能 是 接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用 掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和 PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等 ， 是 PLC不可缺少的組成單元。 無論是整體式還是模塊式，從硬件結(jié)構(gòu)看， PLC 都是由 CPU、 存儲器 、 I/O接口單元及擴(kuò)展接口 和擴(kuò)展部件 、 外設(shè)接口及外設(shè)和電源等部分組成，各部分之間通過系統(tǒng)總線連接。 PLC的應(yīng)用范圍通?？煞譃殚_關(guān)邏輯控制、運(yùn)動 控制、過程控制、機(jī)械加工中的數(shù)字控制、機(jī)器人控制、通信和聯(lián)網(wǎng)等 [5]。 隨著 PLC 功能的不斷完善，性價比的不斷提高， PLC 的應(yīng)用面也越來越廣。 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）根據(jù)美國通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺可編程控制器，并在通用汽車公司的自動裝配線上試用，取得很好的效果。 可編程控制器 基礎(chǔ) 可編程控制器的產(chǎn)生和應(yīng)用 20 世紀(jì) 60 年代 ，計(jì)算機(jī)技術(shù)開始應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，由于價格高、輸入電路不匹配、編程難度大以及難于適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境等原因，未能在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得推廣。 第七章， 總結(jié)全文。 第 五 章， 詳細(xì) 介紹了如何在 亞 控公司的 組態(tài)軟件 “組態(tài)王 ” 的基礎(chǔ)上進(jìn)行人機(jī)界面的設(shè)計(jì) 。 第 三 章 ， 主要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)角度 ,介紹該項(xiàng)目的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟、 PLC 的硬件配置、外部電路設(shè)計(jì)以及 PLC 控制器的設(shè)計(jì)和參數(shù)的整定。 第 一 章，對 溫度控制 系統(tǒng)應(yīng)用的背景 及國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r 進(jìn)行了闡述，指出了本文的研究意義所在。總體上包括的技術(shù)路線：硬件設(shè)計(jì)，軟件編程，參數(shù) 整定等。 本論文 通過 德國 西門子 公司的 S7200系列 PLC控制器，溫度傳感器將檢測到的實(shí)際爐溫轉(zhuǎn)化為電壓信號，經(jīng)過模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號并送到 PLC中進(jìn)行 PID調(diào)節(jié)， PID控制器輸出量轉(zhuǎn)化成占空比，通過固態(tài)繼電器控制爐子加熱4 的通斷來實(shí)現(xiàn)對爐子溫度的控制。 本論文研究的是 PLC技術(shù) 在溫度監(jiān)控系統(tǒng)上的應(yīng)用。其性能優(yōu)越，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，并已成為工業(yè)自動化的三大支柱 (PLC、工業(yè)機(jī)器人、 CAD/CAM)之一。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對 溫度控 制系統(tǒng) 的要求愈來愈高， 因此， 高精度、智能化、人性化的溫度控制系統(tǒng)是國內(nèi)外必然發(fā)展趨勢。 這些差距，是我們必須努力克 服的。 形成商品化并在儀表控制參數(shù)的自整定方面，國外已有較多的成熟產(chǎn)品，但由于國外技術(shù)保密及我國開發(fā)工作的滯后，還沒開發(fā)出性能可靠的自整定軟件。目前 ,我國在這方面總體水平處于 20世紀(jì) 80年代中后期水平 ,成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位 ” 控制及常規(guī)的 PID 控制器為主 ,它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制 ,難于控制滯后、復(fù)雜、 時變溫度系統(tǒng)控制。目前 ,國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能話、小型化等方面快速發(fā)展 [3]。有的還具有自學(xué)習(xí)功能，它能夠根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)及控制對象的變化情況，自動調(diào)整相關(guān)控制參數(shù)，以保證控制 效果的最優(yōu)化。 5)溫度控制器普遍具有參數(shù)自整定功能。 3)能適應(yīng)于受控系統(tǒng)過程復(fù)雜、參數(shù)時變的溫度控制系統(tǒng)的控制。它們主要具有如下特點(diǎn) :1)適應(yīng)于大慣性、大滯后等復(fù)雜溫度控制系統(tǒng)的控制。 比方說溫度過度或壓力超過臨界值，在這樣的條件下系統(tǒng)會產(chǎn)生警報(bào)，通知作業(yè)員處理 [1]。 圖形接口控制 —— 操作者能夠透過圖形接口直接控制機(jī)臺 等裝置。 歷史資料趨勢顯示 —— 把數(shù)據(jù)庫中的資料作可視化的呈現(xiàn)。這便是一個很典型的 SCADA/HMI 的運(yùn)用，一般而言， HMI系統(tǒng)必須有幾項(xiàng)基本的能力： 實(shí)時的資料趨勢顯示 —— 把擷取的資料立即顯示在屏幕上。 HMI其實(shí)廣義的解釋就是 “ 使用者與機(jī)器間溝通、傳達(dá)及接收信息的一個接口 ” 。人機(jī)界面（ HMI）在自動控制領(lǐng)域的作用日益顯著。 此外，隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高，用戶對控制系統(tǒng)的過程監(jiān)控要求越來越高， 人機(jī)界面 （ HMI） 的 出現(xiàn)正好滿足了用戶這一需求。 PLC 不僅具有傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的控制功能，而且能擴(kuò)展輸入輸出模塊，特別是可以擴(kuò)展一些智能控制模塊，構(gòu)成不同的控制系統(tǒng)，將模擬量輸入輸出控制和現(xiàn)代控制方法融為一體，實(shí)現(xiàn)智能控制、閉環(huán)控制、多控制功 能一體的綜合控制。在這種方式的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套溫度控制系統(tǒng)。目前的工業(yè)控制中 ,常常選用 PLC 作為現(xiàn)場的控制設(shè)備 ,用于數(shù)據(jù)采集與處理、邏輯判斷、輸出控 制；而上位機(jī)則是利用 HMI 軟件來完成工業(yè)控制狀態(tài)、流程和參數(shù)的顯示 ,實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、管理、分析和存儲等功能 。 近年 來，國內(nèi)外對溫度控制器的研究進(jìn)行了廣泛、深入的研究，特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，溫度控制器的研究取得了巨大的發(fā)展，形成了 一批商品化的溫度調(diào)節(jié)器 ，如 :職能化 PID、模糊控制、自適應(yīng)控制等，其性能、控制效果好 ,可廣泛應(yīng)用于溫度控制系統(tǒng)及企業(yè)相關(guān)設(shè)備的技術(shù)改造服務(wù)。由于其具有工況復(fù)雜、參數(shù)多變、運(yùn)行慣性大、控制滯后等特點(diǎn)，它對控制調(diào)節(jié)器要求極高。 實(shí)驗(yàn)證明，此系統(tǒng)具有 快、準(zhǔn) 、穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)溫度控制領(lǐng)域 能夠廣泛應(yīng)用。 編程時 調(diào)用了編程軟件 STEP 7 Micro WIN中自帶的 PID控制 模塊，使得程序更為簡潔， 運(yùn)行速度更為理想。 人機(jī)界面 可以 對 控制系統(tǒng)進(jìn)行 全面監(jiān)控 ，包括 過程 監(jiān)測、報(bào)警提示、數(shù)據(jù)記錄等功能，從而使控制系統(tǒng)變得 操作 人性化 、過程可視化 ， 在 自動控制領(lǐng)域的作用日益顯著 。 本 科 生 畢 業(yè) 論 文 （設(shè)計(jì)） 題 目： 基于 PLC 和組態(tài)王的溫度控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院 系： 專 業(yè)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： （職 稱） 二〇 〇 九 年 五 月 I 摘 要 可編程控制器 是 一種應(yīng)用 很 廣泛的自動控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，具有控制能力強(qiáng)、操作靈活方便、可靠性高、適宜長期連續(xù)工作的特點(diǎn)，非常適合溫度控制的要求。 在 工業(yè) 領(lǐng)域，隨著 自動化 程度 的迅速提高，用戶對控制系統(tǒng)的過程監(jiān)控要求越來越高， 人機(jī)界面的 出現(xiàn)正好滿足了用戶這一需求。 本 文 主要 介紹了 基于西門 子 公司 S7200系列的 可 編程控制器和亞控 公司 的組態(tài)軟件組態(tài)王的 爐溫 控制 系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)方案 。 利用組態(tài)軟件 組態(tài)王 設(shè)計(jì)人機(jī)界面， 實(shí)現(xiàn) 控制系統(tǒng) 的實(shí)時監(jiān)控、數(shù)據(jù) 的 實(shí)時 采 樣 與處理。 關(guān)鍵詞 ： 溫度控制 可編程控制器 人機(jī)界面 組 態(tài)王 II Abstract Programmable Logic Controller (PLC) is a kind of automatic control equipment which is widely used in the industrial manufacture. It merges the traditional control technology, puter and munication technologies with a strong ability to control, flexible operation, high reliability and suitable for longterm characteristics of continuous work. It is very suitable for temperature control requirements. In the industrial field, with the rapid increase in the degree of aut