【正文】 ................................................................................................................ 42 動(dòng)畫(huà)連接 ..................................................................................................................................... 44 第六章 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果及分析 ................................................................................................................ 46 系統(tǒng)運(yùn)行 ..................................................................................................................................... 46 運(yùn)行結(jié)果分析 ............................................................................................................................. 47 溫度趨勢(shì)曲線(xiàn)分析 ............................................................................................................ 47 報(bào)警信息分析 .................................................................................................................... 49 第七章 總結(jié) .............................................................................................................................................. 50 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................................................... 51 致 謝 ...............................................................................................................................錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。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(duì)控制調(diào)節(jié)器要求極高。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)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)。目前的工業(yè)控制中 ,常常選用 PLC 作為現(xiàn)場(chǎng)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(lái)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(chǔ)等功能 。在這種方式的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套溫度控制系統(tǒng)。 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。 此外，隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的迅速提高，用戶(hù)對(duì)控制系統(tǒng)的過(guò)程監(jiān)控要求越來(lái)越高， 人機(jī)界面 （ HMI） 的 出現(xiàn)正好滿(mǎn)足了用戶(hù)這一需求。人機(jī)界面（ HMI）在自動(dòng)控制領(lǐng)域的作用日益顯著。 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(gè)接口 ” 。這便是一個(gè)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(shí)的資料趨勢(shì)顯示 —— 把擷取的資料立即顯示在屏幕上。 歷 史資料趨勢(shì)顯示 —— 把數(shù)據(jù)庫(kù)中的資料作可視化的呈現(xiàn)。 圖形接口控制 —— 操作者能夠透過(guò)圖形接口直接控制機(jī)臺(tái)等裝置。 比方說(shuō)溫度過(guò)度或壓力超過(guò)臨界值，在這樣的條件下系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生警報(bào)，通知作業(yè)員處理 [1]。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。 3)能適應(yīng)于受控系統(tǒng)過(guò)程復(fù)雜、參數(shù)時(shí)變的溫度控制系統(tǒng)的控制。 5)溫度控制器普遍具有參 數(shù)自整定功能。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(duì)象的變化情況，自動(dòng)調(diào)整相關(guān)控制參數(shù)，以保證控制效果的最優(yōu)化。目前 ,國(guó)外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能話(huà)、小型化等方面快速發(fā)展 [3]。目前 ,我國(guó)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(shí)變溫度系統(tǒng)控制。 形成商品化并在儀表控制參數(shù)的自整定方面，國(guó)外已有較多的成熟產(chǎn)品，但由于國(guó)外技術(shù)保密及我國(guó)開(kāi)發(fā)工作的滯后，還沒(méi)開(kāi)發(fā)出性能可靠的自整定軟件。 這些差距，是我們必須努力克 服的。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì) 溫度控制系統(tǒng) 的要求愈來(lái)愈高， 因此， 高精度、智能化、人性化的溫度控制系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)外必然發(fā)展趨勢(shì)。其性能優(yōu)越，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，并已成為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱 (PLC、工業(yè)機(jī)器人、 CAD/CAM)之一。 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。 本論文 通過(guò) 德國(guó) 西門(mén)子 公司的 S7200系列 PLC控制器，溫度傳感器將檢測(cè)到的實(shí)際爐溫轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)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(guò)固態(tài)繼電器控制爐子加熱 的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)爐子溫度的控制?？傮w上包括的技術(shù)路線(xiàn)：硬件設(shè)計(jì)，軟件編程，參數(shù)整定等。 第 一 章，對(duì) 溫度控制 系統(tǒng)應(yīng)用的背景 及國(guó)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。 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 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) 。 第七章， 總結(jié)全文。 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(kāi)始應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，由于價(jià)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。 1969 年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）根據(jù)美國(guó)通用汽車(chē)公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺(tái)可編程控制器，并在通用汽車(chē)公司的自動(dòng)裝配線(xiàn)上試用，取得很好的效果。 隨著 PLC 功能的不斷完善，性?xún)r(jià)比的不斷提高， PLC 的應(yīng)用面也越來(lái)越廣。 PLC的應(yīng)用范圍通?？煞譃殚_(kāi)關(guān)邏輯控制、運(yùn)動(dòng) 控制、過(guò)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]。 無(wú)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(chǔ)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(guò)系統(tǒng)總線(xiàn)連接。 它 的功能 是 接收并存貯用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等 ， 是 PLC 不可缺少的組成單元。 （ 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(hù)程序存儲(chǔ)器 存 儲(chǔ)。 （ 3）診斷編程過(guò)程中的 語(yǔ)法錯(cuò)誤，對(duì)用戶(hù)程序進(jìn)行編譯。 （ 5）采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的數(shù)據(jù)，并存入指定的寄存器中。 （ 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。 2） I/O 接口 PLC 是通過(guò)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。 PLC 的對(duì)外功能主要是通過(guò)各種 I/O 接口模塊于外界聯(lián)系來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 I/O 模塊分為開(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出、模擬量輸入和 模擬量輸出等模塊。一般包括系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶(hù)程序存儲(chǔ)器兩部分。用戶(hù)程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)用戶(hù)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(xiě)存儲(chǔ)器（ RAM） ，需要后備電池在掉電后保存程序。 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。 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(zhuān)用型或智能型的 I/O 模塊，用以滿(mǎn)足各種特殊功能的控制要求。 6）編程設(shè)備 常見(jiàn)的編程設(shè)備有簡(jiǎn)易手持編程器、智能圖形編程器和基于 PC 的專(zhuān)用編程軟件。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(chǎng)的控制。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。工作時(shí)逐條順序掃描用 戶(hù)程序，如果一個(gè)線(xiàn)圈接通或斷開(kāi)，該線(xiàn)圈的所有觸點(diǎn)不會(huì)立即動(dòng)作，需 等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作 [6]。還有一些 PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成所謂疊裝式 PLC。 人機(jī)界面 基礎(chǔ) 隨著社會(huì)的進(jìn)步，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)迅猛發(fā)展，控制系統(tǒng)功能越來(lái)越強(qiáng)大，控制過(guò)程也變得越來(lái)越復(fù)雜，系統(tǒng)操作最大 透明 化已經(jīng)成為一種需要 。 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(guò)輸入單元（如觸摸屏、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等）寫(xiě)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 。根據(jù) HMI 的產(chǎn)品等級(jí)不同，處理器可分別選用8 位、 16 位、 32 位的處理器。 用戶(hù) 必須先使用組態(tài)軟件制作 “工程文件 ”，再通過(guò) 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 。例如：爐子加熱通斷可以通過(guò)指示燈亮滅來(lái)顯示，爐子的溫度大小可以用棒圖來(lái)指示等等，使整個(gè)控制系統(tǒng)變得形象易懂 ，也更加清晰。 可 從 監(jiān)控界面上啟動(dòng)和停止系統(tǒng)、設(shè)定溫度上下限、設(shè)置 PID 參數(shù)等。 (4) 數(shù)據(jù)歸檔 HMI 系統(tǒng)可以記錄過(guò)程變量值和報(bào)警信息并歸檔。 (5) 報(bào)表系統(tǒng) HMI 系統(tǒng)可以輸出報(bào)警 和過(guò)程值報(bào)表。 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(lái)構(gòu)造 PLC 控制系統(tǒng)。 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。 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(duì)象 (生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程 )的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 1. 設(shè)計(jì)原則 (1)完整性原則。 (2)可靠性原則。 (3)經(jīng)濟(jì)型原則。 (4)發(fā)展性原則。 2. 評(píng)估控制任務(wù) 根據(jù)系統(tǒng)所需完成的控制任務(wù)，對(duì)被控對(duì)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(gè)方面給以考慮。當(dāng)控制規(guī)模較大時(shí) ,特別是開(kāi)關(guān)量控制的 I/O 設(shè)備較多時(shí)，最適合采用 PLC 控制。 (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(guò)程控制為主時(shí)，采用 PLC 控制將非常適宜 [9]。所謂硬件設(shè)計(jì)，是指 PLC 外部評(píng)估控制任務(wù) PLC機(jī)型的選擇 控制柜設(shè)計(jì)及布線(xiàn) 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(mǎn)足要求 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)。 1. 熟悉被控對(duì)象 深入了解被控系統(tǒng)是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。這一階段必須對(duì)被控對(duì)象所有功能全面的了解，對(duì)對(duì)象的各種動(dòng)作及動(dòng)作時(shí)序、動(dòng)作條件、 必要的互鎖與保護(hù) 。PLC 與其他設(shè)備的關(guān)系， PLC 之間是否通信