【正文】 ..........40附錄 B：英文譯文 ....................................................................................................................46附錄 C：實驗系統(tǒng)原理圖 ........................................................................................................51附錄 D：測控儀表盤圖 ............................................................................................................52附錄 E：控制回路圖 ................................................................................................................53附錄 F：儀表連接圖 ................................................................................................................54附錄 G：VB 程序代碼 ...............................................................................................................55沈陽理工大學學士學位論文11 緒 論 課題背景及研究目的和意義溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)。通過 PLC 與 VB 的串口通訊，在 VB 界面上顯示出實時變化的溫度曲線，實現(xiàn)了良好的人機交流。本文設(shè)計了一種基于 VB 和 PLC 的恒溫控制系統(tǒng)，以 PLC 作為下位機，對水箱溫度進行控制，當溫度傳感器檢測到水溫降低時，控制信號自動調(diào)節(jié)輸出電壓控制加熱裝置，從而控制水箱溫度達到設(shè)定值。沈陽理工大學學士學位論文I摘 要溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)。在科學研究和生產(chǎn)實踐的諸多領(lǐng)域中, 溫度控制占有著極為重要的地位, 特別是在冶金、化工、建材、食品、機械、石油等工業(yè)中，具有舉足輕重的作用。以 VB 為平臺，開發(fā)了上位機軟件，制作了參數(shù)設(shè)置、實時溫度曲線顯示等人機交互界面，實現(xiàn)了對水箱溫度的實時采集、測量和顯示。該系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好、可靠性高、人機交互效果好等特點，對工業(yè)控制有現(xiàn)實意義。在科學研究和生產(chǎn)實踐的諸多領(lǐng)域中, 溫度控制占有著極為重要的地位, 特別是在冶金、化工、建材、食品、機械、石油等工業(yè)中，具有舉足輕重的作用。例如冶金、機械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等。本課題是結(jié)合供暖系統(tǒng)的一個微型縮影，設(shè)計了一套基于 VB 和 PLC 的恒溫控制系統(tǒng)。在許多場合，及時準確獲得目標的溫度信息是十分重要的，近年來，溫度測控領(lǐng)域發(fā)展迅速，并且隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，因此如何能恒溫控制、及時報警就顯得尤為重要了。 國內(nèi)外研究現(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，日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先，都產(chǎn)生了一批商品化的、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。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 [2]。 系統(tǒng)軟件設(shè)計：以系統(tǒng)的硬件為基礎(chǔ)，介紹了編程軟件 STEP7Micro/WIN 以及 PID控制的參數(shù)設(shè)定，PID 參數(shù)的預置與調(diào)整，PID 參數(shù)的調(diào)整原則，和 PID 指令。系統(tǒng)界面設(shè)計：設(shè)計了基于 Visual 的系統(tǒng)控制界面，實現(xiàn)對水箱溫度實時監(jiān)控和恒溫控制。首先在 STEP7—Micro/WIN 編程軟件中將設(shè)計好的程序下載到 PLC 中，然后打開 Visual Basic，點擊啟動模式。 沈陽理工大學學士學位論文32 系統(tǒng)硬件設(shè)計本章介紹了 PLC 的基本結(jié)構(gòu)以及西門子 S7200 的輸入輸出接口和輸入輸出特性，同時闡述了 EM235 模擬量輸入/輸出參數(shù)，PLC 程序設(shè)計方法和 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟。系統(tǒng)采用西門子 S7200 為下位機的中央處理器，來采集壓力傳感器的數(shù)據(jù)，并且進行處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)通過串口上傳到采用 VB 編程制作的 PC 機監(jiān)控界面，并且通過增量 PID 算法進行必要的數(shù)據(jù)處理，繼而給 PLC 發(fā)送控制指令。這個過程就可以完成對溫度參量的測、控操作。 PLC 概述 PLC組成和工作原理PLC 英文全稱 Programmable Logic Controller，中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是：一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。PLC 是可編程邏輯電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語言，在半導體方面有很重要的應(yīng)用，可以說有半導體的地方就有 PLC[3]。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 接口單元及擴展接口和擴展部件、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。沈陽理工大學學士學位論文4輸入接口中央處理單元CPU 輸出接口電源存儲單元圖 PLC 基本結(jié)構(gòu)圖CPU（中央處理器） CPU 是 PLC 的核心，由運算器、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。主要功能包括以下幾個方面。（2）監(jiān)視電源、PLC 內(nèi)部各個單元電路的工作狀態(tài)。（4）在 PLC 進入運行狀態(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。（6）按程序進行處理，根據(jù)運算結(jié)果，更新有關(guān)標志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容。（8）響應(yīng)中斷和各種外圍設(shè)備（如編程器、打印機等）的任務(wù)處理請求。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)。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。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。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。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。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；交流電壓波動在+10%（+15%）范圍內(nèi)，可以采取其他措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去。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。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。沈陽理工大學學士學位論文6PLC 本質(zhì)上就是一臺微型計算機，其工作原理與普通計算機類似，具有計算機的許多特點。PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式。 PLC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。 還可以按 I/O 點數(shù)分類，根據(jù)PLC 的 I/O 點數(shù)的多少，可將 PLC 分為小型、中型、大型和超大型四類：1. I/O 點數(shù)在 256 以下為小型 PLC；2. I/O 點數(shù)在 256～1024 為中型 PLC；3. I/O 點數(shù)大于 1024 為大型 PLC；4. I/O 點數(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、功能強、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。經(jīng)驗設(shè)計法：經(jīng)驗設(shè)計法即在一些典型的控制電路程序的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控制對象的具體要求，進行選擇組合，并多次反復調(diào)試和修改梯形圖，有時需增加一些輔助觸點和中間編程環(huán)節(jié)，才能達到控制要求。 繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法：用 PLC 的外部硬件接線和梯形圖軟件來實現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)的功能。此法的關(guān)鍵是畫出功能流程圖。實際上就找到輸出和輸入的沈陽理工大學學士學位論文7關(guān)系，完成設(shè)計任務(wù)。2．在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便。4．應(yīng)考慮生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，在選擇 PLC 的型號、I／O 點數(shù)和存儲器容量等內(nèi)容時，應(yīng)留有適當?shù)挠嗔浚岳谙到y(tǒng)的調(diào)整和擴充。然后是進行 PLC 應(yīng)用系統(tǒng)的功能分析，即通過分析系統(tǒng)功能，提出 PLC 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，控制信號的種類、數(shù)量，系統(tǒng)的規(guī)模、布局。PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計可以按以下步驟進行：1．熟悉被控對象，制定控制方案：分析被控對象的工藝過程及工作特點，了解被控對象機、電、液之間的配合，確定被控對象對 PLC 控制系統(tǒng)的控制要求。3．選擇 PLC：選擇時主要包括 PLC 機型、容量、I/O 模塊、電源的選擇。5．設(shè)計軟件及硬件進行 PLC 程序設(shè)計，進行控制柜（臺）等硬件的設(shè)計及現(xiàn)場施工。沈陽理工大學學士學位論文86．聯(lián)機調(diào)試：聯(lián)機調(diào)試是指將模擬調(diào)試通過的程序進行在線統(tǒng)調(diào)。1975 年推出SIMATICS3 系列，1979 年推出色系列，20 世紀末推出 S7 系列。S7200 的主機單元的 CPU 共有兩個系列：CPU226: 24 輸入、16 輸出共40 個數(shù)字量 I/O 點 2 個 RS485 通信/編程口 具有多點接口 MPI 通信協(xié)議 具有點對點接口 PPI 通信協(xié)議具有自由通信口 I/O 端子排很容易整體拆卸。沈陽理工大學學士學位論文9S7200 系列的 PLC 有 CPU22CPU22CPU22CPU224XP 、CPU226 等類型。最大站點數(shù)為 32。MPI 連接一個給 PG，一個給 OP。電流限定： 峰值，終端限定非破壞性。S7200 系列的基本單元如表 所示。在這里我們選擇西門子的 EM235 模擬量輸入/輸出模塊。它允許 S7200 連接微小的模擬量信號， 177。用戶必須用 DIP 開關(guān)來選擇溫度傳感器的類型，斷線檢查，測量單位，冷端補償和開路故障方向：SW1～SW3 用于選擇溫度傳感器的類型，SW4 沒有使用，SW5 用于選擇斷線檢測方向，SW6 用于選擇是否進行斷線檢測，SW7 用于選擇測量方向，SW8 用于選擇是否進行冷端補償。EM235 模擬量擴展模塊接線圖如圖 所示。對于某一模塊，只能將輸入端同時設(shè)置為一種量程和格式，即相同的輸入量程和分辨率。10V177。 177。 500mV 177。 100mV 177。25mV輸入范圍電流 0～20mA數(shù)據(jù)字格式 雙極性 全量程范圍32022～+32022 單極性 全量程范圍 0～32022分辨率 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器模擬量輸出點數(shù) 1信號范圍 電壓輸出 177。下表說明如何用 DIP 開關(guān)設(shè)置 EM235 擴展模塊，開關(guān) 1 到 6可選擇輸入模擬量的單/雙極性、增益和衰減。根據(jù)表 中 6 個 DIP 開關(guān)的功能進行排列組合，所有的輸入設(shè)置如表 所示：表 EM 235 選擇模擬量輸入范圍和分辨率的開關(guān)表單極性SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6滿量程輸入 分辨率ON OFF OFF ON OFF ON 0 到 50mV OFF ON OFF ON OFF ON 0 到 100mV 25μVON OFF OFF OFF ON ON 0 到 500mV 125uAOFF ON OFF OFF ON ON 0 到 1V 250μVON OFF OFF OFF OFF ON 0 到 5V ON OFF OFF OFF OFF ON 0 到 20mA 5μAOFF ON OFF OFF OFF ON 0 到 10V 雙極性SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6滿量程輸入 分辨率ON OFF OFF ON OFF OFF 177。50mV 25μVOFF OFF ON ON OFF OFF 177。250mV 125μVOFF ON OFF OFF ON OFF 177。1V 500μVON OFF OFF OFF OFF OFF 177。5V OFF OFF ON OFF OFF OFF 177。開關(guān) 1 到 6 可選擇模擬量輸入范圍和分辨率。6 個 DIP 開關(guān)決定了所有的輸入設(shè)置。輸入校準模擬量輸入模塊使用前應(yīng)進行輸入校準。 表 所示為如何選擇單/雙極性（開關(guān) 6） 、增益（開關(guān) 4 和 5）和衰減（開關(guān)2 和 3） 。表 EM 235 選擇單/雙極性、增益和衰減的開關(guān)表EM235 開關(guān)SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6單/雙極性選擇增益選擇衰減選擇X X X X X ON 單X X X X X OFF 雙X X OFF OFF X X X1X X OFF ON X X X10X X X ON OFF X X100