【正文】 器的觸點的使用壽命有限，故障率偏高，穩(wěn)定性差，無法滿足現(xiàn)代控制的要求。將嵌入式系統(tǒng)應用在溫度控制系統(tǒng)中，使得溫度控制系統(tǒng)變得更小型，更智能。目前智能溫度控制系統(tǒng)廣泛應用于社會生活、工業(yè)生產的各個領域，適用于家電、汽車、材料、電力電子等行業(yè)，成為發(fā)展國民經濟的重要熱工設備之一。 溫度控制系統(tǒng)在國內各行各業(yè)的應用雖然已經十分廣泛，但從溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進國家相比有著較大差距。它只能適應一般溫度系統(tǒng)控制，難以控制滯后、復雜、時變溫度系統(tǒng)。但由于國外技術保密及我國開發(fā)工作的滯后還沒有開發(fā)出性能可靠的自整定軟件。 國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應、參數(shù)自整定等方面取得成果。目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方面快速發(fā)展。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。 PLC 和一般的微型計算機基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。各部分通過總線 (電源總線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線 )連接而成 [9]。 輸出部件 外設I/O接口 存儲器 EPROM 微處理器 運算器 控制器 電源 輸入部件 I/O 擴展接口 I/O 擴展單元 受控元件 輸入信號 外部設備 3 組態(tài)軟件 組態(tài)的定義 組態(tài)就是用應用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一具體任務的過程。組態(tài)的概念最早出現(xiàn)在工業(yè)計算機控制中，如 DCS(集散控制系統(tǒng) )組態(tài)， PLC 梯形圖組態(tài)。工業(yè)控制中形成的組態(tài)結果是用在實時監(jiān)控的。 組態(tài)軟件的特點 組態(tài)軟件最突出的 特點是實時多任務。組態(tài)軟件的使用者是自動化工程設計人員。組態(tài)軟件具有以下特點： (1)方便、靈活的開發(fā)環(huán)境，提供各種工程、畫面模板、可嵌入各種格式 (BMP、 GIF、JPG、 JPEG、 CAD等 )的圖片，方便畫面制作，大大降低了組態(tài)開發(fā)的工作量： (2)強大的分布式報警、事件處理，支持報警、事件網(wǎng)絡數(shù)據(jù)斷線存儲，恢復功能： (3)支持操作圖元對象的多個圖層，通過腳本可靈活控制各圖層的顯示與隱藏； (4)強大的 ActiveX控件對象容器，定義了全新的容器接口集，增加了通過腳本對容器對象的直接操作功能，通過腳本可調用對象的方法、屬性； (5)全新的、靈活的報表設計工具：提供豐富的報表操作函數(shù)集、支持復雜腳本控制，包括：腳本調用和事件腳本，可以提供報表設計器，可以設計多套報表模板，報表文件格式兼容 Excel工作表文件，支持圖表顯示自動刷新，可輸出多種文件格式： Excel、TAT、 PDF、 HTML、 CSV等。 4 典型組態(tài)軟件簡介 隨著工業(yè)控制系統(tǒng)應用的深入， MIS(管理信息系統(tǒng)， ManagementInformation System)和 CIMS(計算機集成制造系統(tǒng)， Computer IntegratedManufacturing System)l拘大量應用，要求工業(yè)現(xiàn)場為企業(yè)的生產、經營、決策提供更詳細 和深入的數(shù)據(jù)，以便優(yōu)化企業(yè)生產經營中的各個環(huán)節(jié)。在 80年代末、90年代初，基于 Windows3． 1的 InTouch軟件曾讓我們耳目一新，并且 InTouch提供了豐富的圖庫。 (2)Fix： Intellution公司以 Fix組態(tài)軟件起家， 1995年被愛默生收購，現(xiàn)在是愛默生集團的全資子公司， Fix6． x軟件提供工控人員熟悉的概念和操作界面，并提供完備的驅動程序。原有的 Script語言改為 VBA(Visual Basic For Application)，并且在內部集成了微軟的 VBA開發(fā)環(huán)境。 (3)WinCC： Simens的 WinCC也是一套完備的組態(tài)開發(fā)環(huán)境， Simens提供類 C語言的腳本，包括一個調試環(huán)境。但 WinCC的結構較復雜，較難以掌握 WinCC的應用。組態(tài)王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鍵字的腳本語言支持。 (5)ForceControl(力控 )：北京三維力控公司的 ForceControl(力控 )也是國內較早就已經出現(xiàn)的組態(tài)軟件之一。 (6)MCGS:MCGS是北京昆侖通態(tài)的產品，出現(xiàn)比較晚，但是功能強大。 其它常見的組態(tài)軟件還有 GE的 Cimplicity， Rockwell的 RSView， N1的 LockOut以及研華科技的 ADAMView,它們也都各具特色。目前的工業(yè)控制中 ,常常選用 PLC 作為現(xiàn)場的控制設備 ,用于數(shù)據(jù)采集與處理、邏輯判斷、輸出控制；而上位機則是利用 HMI 軟件來完成工業(yè)控制狀態(tài)、流程和參數(shù)的顯示 ,實現(xiàn)監(jiān)控、管理、分析和存儲等功能 。在這種方式的基礎上設計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，而且能擴展輸入輸出模塊，特別是可以擴展一些智能控制模塊，構 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，人機界面 （ HMI） 的 出現(xiàn)正好滿足了用戶這一需求。 HMI 正在成為引導工業(yè)生產制造走向成功的重要因素，因為這些系統(tǒng)越來越多的用于監(jiān)控生產過程，讓過程變得更加準確、簡潔和快速。電加熱器加熱恒溫水箱水溫，攪拌器使恒溫水箱中的水上下水溫均勻，兩個液位檢測傳感器用于測量缺水和溢出狀態(tài)，三個溫度傳感器分別測量恒溫水箱中水的溫度、入口溫度及儲水箱中水的溫度，水泵用來使系統(tǒng)內的水循環(huán)流動，三個電磁閥門用來使水進入儲水箱或冷卻器中，水的流量采用流量計檢測，水的冷卻采用風扇進行冷卻。閥門、攪拌器及冷卻器工作狀態(tài)用指示燈指示。加熱采用電加熱，功率為 ，溫度設定范圍在 2080攝氏度之間。液位開關為開關量傳感器，測量水的水位高低，反應無水或水溢出狀態(tài)。貯水箱中，也裝有一個溫度傳感器。水由一個水泵提供動力，使水在系統(tǒng)中循環(huán)。恒溫水箱 中的水溫，入水口水溫，貯水箱中水溫，流速及加熱功率均有 LED 顯示。 控制系統(tǒng)控制過程如下：當設定溫度后，啟動水泵向恒溫水箱中進水，水上升到液位后（一定位置），啟動攪拌電機，測量水箱水溫并與設定值比較，若溫度差小于 5 度，要采用 PID 調節(jié)加熱。當水溫在設定值 05度范圍內，仍采用 PID 調節(jié)加熱。此外，對溫度、流量、加熱的電功率要進實測并顯示。 8 3 硬件電路的設計 系統(tǒng)的硬件配置 PLC 的型號選擇 選擇 PLC的主要原則，就是選用的可編程控制器，其具有的 1/0 點數(shù)應不少于需要的 1/0 點數(shù)，而三菱 FX 系列中的 FX2N 一 60MR 型可編程控制器有 36個輸入點， 24個輸出點，能夠滿足這里的控制要求，所有選擇 FX2N 一 60MR 型號 PLC 作為恒溫控制系統(tǒng)的主控制器。它的基本指令執(zhí)行時間高達 。機內有時鐘， PID指令用于模擬量閉環(huán)控制。每個 FX2N 基本單元可以擴展 8 個特殊單元。提供了多種特殊功能模塊，可實現(xiàn)過程控制位置控制?；締卧菢嫵?PLC 系統(tǒng)的核心部件，內有CPU、存儲器、 I/O 模塊、通 信接口和擴展接口等。 (1)A/D、 D/A 模擬量輸入輸出模塊 考慮能與主機單元相容外，還要考慮模擬量輸入模塊的性能，包括分辨率、轉換速度、通道數(shù)以及量程等。這里，我們以 FX2N－ 4AD為例介紹一下。輸入的模擬電壓值范圍從直流 10V 到 +10V,分辨率為 5Mv。 FX2N－ 4AD 內部共有 32 個緩沖器，用來與主機 FX2N主單元 PLC進行數(shù)據(jù)交換，每個緩沖寄存器的位數(shù)為 16位。 FX2N－ 4AD 消耗 FX2N 主單元或是有源擴展單元 5V 電源槽 30mA 的電流。 如果用 BCD 譯碼器來驅動共陰 LED 數(shù)碼管，則輸出應為高有效，即輸出為高 (1)時，相應顯示段發(fā)光。同理，根據(jù) 組成 0~9 這 10 個字形的要求可以列出 8421BCD 七段譯碼器的真值表，如下圖 3所示 圖 3 BCD 七段譯碼器真值表 11 (3)傳感器模塊 1)溫度傳感器 溫 度傳感器是工業(yè)生產中最常見的一種傳感器。不同的溫度傳感器制作方法不同，常見的有熱敏電阻、熱電偶和集成型產品。現(xiàn)在的溫度傳感器不僅溫度信號輸出，還可以集成濕度測量，信號輸出也由原來的單一信號變成多樣化的輸出形式， 可以進行遠距離通信，數(shù)據(jù)可以根據(jù)需要進行記錄、上限報警和自控控制等多種功能 。這些呈現(xiàn)規(guī)律性變化的物理性質主要有體。按測量方式可分為接觸式和 非接觸式兩大類，按照 傳感器材料 及電子元件特性分為熱電阻和 熱電偶 兩類。 本系統(tǒng)選用 電容式 液位傳感器， 電容式物位計由電容式物位傳感器和檢測電容的線路組成。 3)流量計 流量計英文名稱是 flowmeter，全國科學技術名詞審定委員會把它定義為：指示被測流量和（或）在選定的時間間隔內流體總量的儀表。 I/O 地址分配 本系統(tǒng)的輸入信號有啟動開關，停止開關，液位開關，流量檢測開關，溫度傳感器等。采用 FX 系列 PLC 控制，其輸入、輸出地址如下表。 圖 4 I/O 電氣接口圖 圖三為恒溫控制系統(tǒng) 硬件 接線圖，其中可以看到系統(tǒng) 采用輸入為 36點，輸出為 24點的 FX2N60MR 型 PLC，采用 FX2N4A 模擬量特殊功能輸入輸出模塊。 14 4 恒溫控制系統(tǒng)軟件設計 PLC 程序設計方法 編寫 PLC程序的方法很多，這里主要介紹梯形圖法的編程方法。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關量邏輯控制。