【正文】 (5)計數(shù)器、定時器及內(nèi)部輔助繼電器的地址分配。由 PLC 的 I/O 連接圖和 PLC 外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。 (4) 繪制 PLC 外圍硬件線路 圖。 (3) PLC 的 I/O 端口分配。 (2) 選擇 PLC。輸入設(shè)備包括 按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等 。 硬件選擇 具體包括如下。PLC 與其他設(shè)備的關(guān)系， PLC 之間是否通信聯(lián)網(wǎng) 。這一階段必須對被控對象所有功能全面的了解，對對象的各種動作及動作時評估 控制任務(wù) PLC機(jī)型的選擇 硬件連線 程序設(shè)計 聯(lián)機(jī)調(diào)試 PLC安裝 連接 程序檢查、調(diào)試 控制流程的設(shè)計 程序備份 修改軟、硬件 投入使用 是否滿足要求 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 序、動作條件、必要的互鎖與保護(hù) 。 熟悉被控對象 深入了解被控系統(tǒng)是設(shè)計控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。所謂硬件設(shè)計，是指 PLC 外部設(shè)備的設(shè)計，而軟件設(shè)計即 PLC 應(yīng)用程序的設(shè)計。 (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]。 (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 。 (1) 控制規(guī)模 一個控制系統(tǒng)的控制規(guī)?？捎迷撓到y(tǒng)的 I/O 設(shè)備總數(shù)來衡量。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。力求控制系統(tǒng)簡單、實(shí)用、合理。確保計算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性。最大限度的滿足工業(yè)生產(chǎn)過程或機(jī)械設(shè)備的控制要求。而在實(shí)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(diǎn)。無論是用 PLC 組成集散控制系統(tǒng)，還是獨(dú)立控制系統(tǒng)， PLC 控制部分的設(shè)計都可以參考圖 所示的步驟。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。 (3) 顯示報警 控制過程達(dá)到臨界狀態(tài)或系統(tǒng)運(yùn)行錯誤時會自動觸發(fā)報警，例如，當(dāng) 加熱功率超出上下限時自動觸發(fā)報警。 (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。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 人機(jī)界面產(chǎn)品的特點(diǎn) (1) 系統(tǒng)運(yùn)行過程清晰化 控制過程可以動態(tài)地顯示在 HMI 設(shè)備上。 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)界面產(chǎn)品的組成及工作原理 人機(jī)界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存 貯單元等，其中處理器的性能決定了 HMI 產(chǎn)品的性能高低，是HMI 的核心單元。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(diǎn)，正好滿足這種需求而得到廣泛的應(yīng)用。 還可以按 I/O 點(diǎn)數(shù)分類，根據(jù) PLC的 I/O 點(diǎn)數(shù)的多少 ，可將 PLC 分為小型、中型、大型和超大型四類 : ? I／ O 點(diǎn)數(shù)在 256 以下為小型 PLC； ? I／ O 點(diǎn)數(shù)在 256～ 1024 為中型 PLC； ? I／ O 點(diǎn)數(shù)大于 1024 為大型 PLC； ? I／ O 點(diǎn)數(shù)在 4000 以上為超大型 PLC 可編程控制器有可靠性高、編程簡單易學(xué)、功能強(qiáng)、安裝簡單、維修 方便、采用模塊化結(jié)構(gòu)、接口模塊豐富、系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試周期短等特點(diǎn) [7]。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 可編程控制器的分類及特點(diǎn) 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 采用循環(huán)掃描的工作方式。 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(diǎn)。編程設(shè)備用于輸入和編輯用戶程序，對系統(tǒng)作些設(shè)定，監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況。 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)。電源可分直流和交流兩種類型，交流輸入 220VAC 或 110VAC， 直流輸入通常是 24V。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。系統(tǒng)程序存儲器 用于存儲整個系統(tǒng)的監(jiān)控程序，一般采用只讀存儲器（ ROM） ，具有掉 電不丟失信息的特性。 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。 輸入模塊和輸出模塊是 PLC 與現(xiàn)場 I/O 裝置或設(shè)備之間的連接部件，起著 PLC 與外部設(shè)備之間的傳遞信息的作用。 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 入 接 口 中 央 處 理 單 元CPU 輸 出 接 口 電源 存儲單元 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。 （ 8）響應(yīng)中斷和各種外圍設(shè) 備（如編程器、打印機(jī)等）的任務(wù)處理請求。 （ 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。 （ 4）在 PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，并分析、執(zhí)行該指令。 （ 2）監(jiān)視電源、 PLC 內(nèi)部各個單元電路的工作狀態(tài)。 主要功能包括以下幾 個方面。PLC 的基本結(jié)構(gòu)如圖 21 所示： 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 圖 21 PLC 基本結(jié)構(gòu)圖 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。 可編程控制器的 組成和工作原理 PLC 從組成形式上一般分為整體式和模塊式兩種，但在邏輯結(jié)構(gòu)上基本相同。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) 。從此這項(xiàng)技術(shù)迅速發(fā)展起來 。 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。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 2 PLC 和 HMI 基礎(chǔ) 可編程控制器基礎(chǔ) 可編程邏輯控制器是一種 工業(yè)控制計算機(jī)，簡稱 PLC（ Programmable Logic Controller），它使用了可編程序的記憶以存儲指令，用來執(zhí)行諸如邏輯、順序、計時、計數(shù)和演算等功能，并通過數(shù)字或模擬的輸入和輸出，以控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。 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 。 第 三 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(xiàng)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。 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，指出了本文沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 的研究意義所在。總體上包括的技術(shù)路線：硬件設(shè)計，軟件編程，參數(shù)整定等。 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的通斷來實(shí)現(xiàn)對爐子溫度的控制。 研究 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，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）在自動控制沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 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 。沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 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。 本論文 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)計方案 。 利用組態(tài)軟件 組態(tài)王 設(shè)計人機(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 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 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 i