【正文】 至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此時的比例增益 P，設(shè)定 PID 的比例增益 P 為當(dāng)前值的60%~70%。 （ 2）確定積分時間常數(shù) Ti 比例增益 P 確定后，設(shè)定一個較大的積分時間常數(shù) Ti 的初值，然后逐漸減小 Ti，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，之后在反過來，逐漸加大 Ti，直至系統(tǒng)振蕩消失。積分時間常數(shù) Ti 調(diào)試完成。若要設(shè)定，與確定 P 和 Ti 的方法相同，取不振蕩時的 30%。大致分為三段控制：第一段，在開始階段電源為滿開度，以最大功率輸出克服熱慣性；第二段，等溫度達到一定值以后轉(zhuǎn)換為 PID 控制；第三段，接近設(shè)定溫度是置電源開度為 0，提供 一個保溫階 段，以適應(yīng)溫度的滯后升溫。 19 故而可作出程序流程圖如下： 圖 程序流程圖 20 內(nèi)存分配地址及 PID 指令回路表 表 內(nèi)存分配地址 地址 說明 VD0 設(shè)定溫度存放 VD4 測量溫度存放 VD8 溫度偏差存放 表 PID 指令回路表 地址 名稱 說明 VD100 過程變量 PVn 之間 VD104 給定值 SPn 之間 VD108 輸出值 Mn 之間 VD112 增益 Kc 比例常數(shù)，可負(fù)可正 VD116 采樣時間 Ts 單位 s，正數(shù) VD120 積分時間 Ti 單位 min，正數(shù) VD124 微分時間 Td 單位 min，正數(shù) VD128 積分項前值 MX 之間 VD132 過程變量前值 PVn1 之間 21 S7200 程序設(shè)計梯形圖 啟動 /停止 按下啟動按鈕后，開始標(biāo)志位 置位， 復(fù)位；按下停止按鈕后，開始標(biāo)志位 復(fù)位， 置位 初始化 啟動時，運行指示燈 點亮；停止時，停止指示燈 點亮，并清空輸出模擬量 AQW0 防止繼續(xù)加熱； 22 調(diào)用子程序 調(diào)用子程序，并將設(shè)定溫度輸送到設(shè)定溫度存儲器； 23 數(shù)據(jù)導(dǎo)入 將設(shè)定溫 度及 PID 各個參數(shù)導(dǎo)入 PID 運算當(dāng)中，并確定中斷間隔時間； 24 測量值歸一處理 測量值為模擬量，必須轉(zhuǎn)換為數(shù)字量以后才能進行運算，將轉(zhuǎn)換后的測量值送到變量存儲器中，最后導(dǎo)入 PID 運算； 25 計算設(shè)定量與過程變量差值 將設(shè)定量與過程變量進行對比計算，根據(jù)兩者之間的差值選擇合適的加熱方式； 根據(jù)具體情況選擇合適的加熱方式 若實際溫度與設(shè)定溫度差值過大，可選擇大功率加熱，此時調(diào)壓器處于全開狀態(tài)； 若實際溫度與設(shè)定溫度差值不大，可選擇 PID 控制加熱，此時調(diào) 壓器由 PID 進行控制； 若實際溫度與設(shè)定溫度差值很小，則停止加熱運用加熱延遲性即可；若實際溫度已經(jīng)超過設(shè)定溫度，則停止加熱，兩種情況下調(diào)壓器處于全閉狀態(tài)，輸出為零； 根據(jù)具體情況選擇合適加熱方式 26 根據(jù)具體情況選擇合適的加熱方式 27 第四章 組態(tài)軟件 Kingview 組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是亞控科技開發(fā)的新型工業(yè)自動控制系統(tǒng)，組態(tài)王以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計算機軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)，具有適應(yīng)性強、開放性好、易于擴展、經(jīng)濟和開發(fā)周期短等優(yōu)點。工程管理器主要用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理，對已有的工程進行搜索、添加、備份、回復(fù)以及實現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入和導(dǎo)出等功能；工程瀏覽器是一個工程開發(fā)設(shè)計工具，用于創(chuàng)建監(jiān)控畫面、監(jiān)控的設(shè)備及相關(guān)變量、動畫連接、命令語言以及設(shè)定運行系統(tǒng)配置等的系統(tǒng)組態(tài)工具；運行系統(tǒng)是工程運行界面，可以從采集設(shè)備中獲取通信數(shù)據(jù)，并依據(jù)工程瀏覽器的動畫設(shè)計顯示動態(tài)畫面，實現(xiàn)人與控制設(shè)備的交互操作。需要注意的是，以上 6個步驟并不是完全獨立，甚至大部分是交錯進行的，在用組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)編制工程時，要依照以上步驟考慮三個方面的問題：圖形、數(shù)據(jù)和連接。通常外部設(shè)備包括下位機（ PLC、儀表、模塊、板卡、變頻器），他們一般通過串行口和上位機交換數(shù)據(jù)；其他 Windows 應(yīng)用程序，他們之間一般通過 DDE 交換數(shù)據(jù) ；外部設(shè)備還包括網(wǎng)絡(luò)上的其他計算機。 28 圖 設(shè)置配置向?qū)褂檬疽鈭D 數(shù)據(jù)變量 若要實現(xiàn)組態(tài)王對下位機的在線檢測和控制，就必須建立起組態(tài)王與下位機之間的聯(lián)系，即建立兩者的數(shù)據(jù)變量。數(shù)據(jù)詞典中存放的是應(yīng)用工程中定義的變量以及系統(tǒng)變量，分為基本類型和特殊類型，而基本類型有分為“內(nèi)存變量”和“ I/O 變量”兩種，其中“ I/O 變量”指的是組態(tài)王與外部設(shè)備或其他應(yīng)用程序交換的變量。 定義數(shù)據(jù)變量可以在系統(tǒng)設(shè)計開始之前進行設(shè)計 ，即通過“數(shù)據(jù)庫 — 數(shù)據(jù)詞典— 新建”來定義變量，也可以在系統(tǒng)設(shè)計過程中進行定義，為了更好的展現(xiàn)變量應(yīng)用的場合，本文采用的后一種設(shè)計方式，將在下文各步驟設(shè)計中體現(xiàn)。在擬實現(xiàn)功能上，初步選定能夠指示運行狀態(tài)、實現(xiàn)實時溫度反饋、實現(xiàn)溫度變化趨勢、實現(xiàn)報警記錄查詢等功能，組態(tài)王主畫面設(shè)計如下： 其中： 狀態(tài)指示燈能夠根據(jù)加熱運行狀態(tài)進行反映，保證用戶最直接的判斷運行狀 態(tài)； 實時溫度反饋通過數(shù)字實現(xiàn)，精準(zhǔn)的反映出鍋爐實時溫度； 溫度變化趨勢主要用來實現(xiàn)加熱狀態(tài)和趨勢的初步判斷； 報警記錄能夠?qū)v史報警記錄進行查詢； 圖 監(jiān)控界面示意圖 建立新畫面 組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)可以為每個工程建立數(shù)目不限的畫面，在每個畫面上生成相互關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動態(tài)圖形對象。 在工程瀏覽器左側(cè)的 “工程目錄顯示區(qū)”中選擇“畫面”選項，在右側(cè)視圖中雙擊“新建”圖標(biāo)，彈出新建畫面對話框，如圖： 圖 新建畫面操作示意圖 實時趨勢曲線制作 趨勢曲線用來反應(yīng)變量隨時間的變化情況，組態(tài)王對趨勢分析提供了強有力的支持和簡單的控制方法。 趨勢曲線中，工程人員可以規(guī)定時間間距、數(shù)據(jù)的數(shù)值范圍、網(wǎng)絡(luò)分辨率、時間坐標(biāo)數(shù)目、數(shù)值坐標(biāo)數(shù)目 以及繪制曲線的“筆”的顏色屬性。 本文選擇“實時趨勢曲線”：在制作畫面中，選擇菜單“工具 — 實時趨勢曲線”后鼠標(biāo)變?yōu)椤?+”，隨后在畫面中拖動畫出大小合適的曲線圖標(biāo)，并雙擊該圖形進行參數(shù)設(shè)置和坐標(biāo)軸設(shè)置，將組態(tài)變量與 PLC 設(shè)備進行一一對應(yīng)和進行報警上限設(shè)定，同時對坐標(biāo)軸網(wǎng)格狀態(tài)和顯示進行設(shè)定，如下圖： 31 圖 定義基本屬性 圖 定義報警 32 圖 定義坐標(biāo)軸屬性 報警窗口制作 報警窗口是用來顯示組態(tài)王系統(tǒng)中發(fā)生的報警和事件信息，報警窗口分為實時報警窗口和歷史報警窗口。本文采用后者，主要實現(xiàn)查詢和記錄功能，在設(shè)計上不進行單獨窗口的設(shè)計，在原有窗口中通過“工具 — 報警窗口”繪制并進行屬性設(shè)置。 圖 列屬性設(shè)置 （ 3） 操作屬性、條件屬性、顏色和字體屬性等內(nèi)容按默認(rèn)計。使用圖庫管理器降低了工程人員設(shè)計頁面的難度，用于更加集中精力于維護數(shù)據(jù)庫和增強 軟件內(nèi)部的邏輯控制，縮短開發(fā)周期；同時用圖庫開發(fā)的軟件將具有統(tǒng)一的外觀，方便工程人員學(xué)習(xí)和掌握；另外利用圖庫的開放性，工程人員可以生成自己的圖庫元素。 圖 選擇指示燈類型 （ 2） 定義運行指示燈：按照慣例將運行指示燈正常運行顏色定義為綠色 圖 定義運行指示燈顏色 35 （ 3） 定義停止指示燈：按照慣例將停止指示燈正常運行顏色定義為紅色 圖 定義停止指示燈顏色 溫度數(shù)值顯示 盡管從實時曲線趨勢圖上能夠讀出實時溫度值，但是考慮到用戶使用方便，在設(shè)計中加入了實時溫度數(shù)字顯示部分。 （ 1） 設(shè)定溫度數(shù)值顯示 圖 設(shè)定溫度數(shù)值顯示 36 （ 2） 實時溫度數(shù)值顯示：表達式根據(jù)前文定義，可以從數(shù)據(jù)庫中直接選擇 圖 設(shè)置實時溫度顯示 組態(tài)王與西門子 PLC 的通信 組態(tài)王提供了多種方式與西門子 PLC 進行通信，根據(jù)前文設(shè)計的 PLC 與 PC（計算機）通信方式，對應(yīng)的組態(tài)王與西門子 PLC 通信方式為：使用西門子專用紫色電纜和網(wǎng)絡(luò)接頭 +常規(guī)有緣 RS485/232轉(zhuǎn)換模塊進行 PLC RS485編程口和計算機標(biāo)準(zhǔn)232口進行連接。 另外需要注意的是，因為組態(tài)王和 PLC 編程軟件使用的是同一個端口，故而兩者不能夠同時啟動。 37 第五章 結(jié)論 本課題為溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計。綜合對比之后，本課題選擇了德國西門子 S7200系列的 PLC，其自帶的 PID 運算可以滿足大部分小型控制運算需求。 基于西門子 S7200 PLC和組態(tài)軟件組態(tài)王的基礎(chǔ)上，結(jié)合傳感技術(shù)和調(diào)壓技術(shù)，本課題成功構(gòu)建出了溫度控制系統(tǒng)。 該溫度控制系統(tǒng)還有一些未能涉及的部分，例如在 PID 設(shè)定環(huán)節(jié)為了展示具體的內(nèi)容采取的是編程定義而非 PID 指令向?qū)K，而事實上 PID 指令向?qū)K是初級技術(shù)人員最首選的定義方式。在組態(tài)軟件設(shè)計方面，本課題主要實 現(xiàn)了監(jiān)控的作用，對于在組態(tài)軟件上實現(xiàn)實時控制等部分并未進行深入的討論和設(shè)計，而實際上組態(tài)王一個強大的功能就是能夠與下位機實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向溝通。 38 致謝 39 參考文獻 西門子（中國）有限公司自動化與驅(qū)動集團 深入淺出西門子 S7— 200PLC（第 3版） [M] 北京航空航天大學(xué)出版社； 廣東省職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心 華南理工大學(xué)工業(yè)培 訓(xùn)中心 PLC 培訓(xùn)部 組編 從入門到精通 ——— 西門子 S7— 200PLC 技術(shù)與應(yīng)用 [M] 人民郵電出版社； 西門子（中國）有限公司自動化與驅(qū)動集團（標(biāo)準(zhǔn)模板） 西門子 S7— 200PLC編程軟件 STEP7— Micro/WIN 編程幫助手冊 [M]； 方康玲主編 過程控制系統(tǒng) [M] 武漢理工大學(xué)出版社 ； 李方同 主編 西門子 S7— 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