基于plc的鍋爐溫度控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　基于PLC的鍋爐溫度控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　從上世紀(jì)80年代至90年代中期，PLC得到了快速的發(fā)展，在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強(qiáng)、

2、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。</p><p>　　本文介紹了以鍋爐為被控對象，以鍋爐出口水溫為主被控參數(shù)，以爐膛內(nèi)水溫為副被控參數(shù)，以加熱爐電阻絲電壓為控制參數(shù)，以PLC為控制器，構(gòu)成鍋爐溫度串級控制系統(tǒng)；采用PID算法，運(yùn)用PLC梯形圖編程語言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)鍋爐溫度的自動控制。</p>&l

3、t;p>　　電熱鍋爐的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，在相當(dāng)多的領(lǐng)域里，電熱鍋爐的性能優(yōu)劣決定了產(chǎn)品的質(zhì)量好壞。目前電熱鍋爐的控制系統(tǒng)大都采用以微處理器為核心的計算機(jī)控制技術(shù)，既提高設(shè)備的自動化程度又提高設(shè)備的控制精度。 本文分別就電熱鍋爐的控制系統(tǒng)工作原理，溫度變送器的選型、PLC配置、組態(tài)軟件程序設(shè)計等幾方面進(jìn)行闡述。通過改造電熱鍋爐的控制系統(tǒng)具有響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、可靠性高,控制精度好等特點(diǎn)，對工業(yè)控制有現(xiàn)實(shí)意義。</p>

4、;<p>　　關(guān)鍵詞：電熱鍋爐的控制系統(tǒng) 溫度控制 串級控制 PLC PID　 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p><b>　　1 緒論3</b></p><p>　　1

5、.1課題背景及研究目的和意義3</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3項目研究內(nèi)容4</p><p>　　2 PLC和組態(tài)軟件基礎(chǔ)5</p><p>　　2.1可編程控制器基礎(chǔ)5</p><p>　　2.1.1可編程控制器的產(chǎn)生和應(yīng)用5</p><p&g

6、t;　　2.1.2可編程控制器的組成和工作原理5</p><p>　　2.1.3可編程控制器的分類及特點(diǎn)7</p><p>　　2.2組態(tài)軟件的基礎(chǔ)8</p><p>　　2.2.1組態(tài)的定義8</p><p>　　2.2.2組態(tài)王軟件的特點(diǎn)8</p><p>　　2.2.3組態(tài)王軟件仿真的基本方法8<

7、;/p><p>　　3 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計93.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則和步驟9</p><p>　　3.1.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則9</p><p>　　3.1.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟9</p><p>　　3.1.3 PLC程序設(shè)計的一般步驟10</p><p>　　

8、3.2 PLC的選型和硬件配置11</p><p>　　3.2.1 PLC型號的選擇11</p><p>　　3.2.2 S7-200CPU的選擇12</p><p>　　3.2.3 EM235模擬量輸入/輸出模塊12</p><p>　　3.2.4 熱電式傳感器12</p><p>　　3.2.5 可控

9、硅加熱裝置簡介12</p><p>　　3.3 系統(tǒng)整體設(shè)計方案和電氣連接圖13</p><p>　　3.4 PLC控制器的設(shè)計14</p><p>　　3.4.1 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立14</p><p>　　3.4.2 PID控制及參數(shù)整定14</p><p>　　4 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

10、16</p><p>　　4.1 PLC程序設(shè)計的方法16</p><p>　　4.2 編程軟件STEP7--Micro/WIN 概述 17</p><p>　　4.2.1 STEP7--Micro/WIN 簡單介紹17</p><p>　　4.2.2 計算機(jī)與PLC的通信18</p><p>　　

11、4.3 程序設(shè)計18</p><p>　　4.3.1程序設(shè)計思路18</p><p>　　4.3.2 PID指令向?qū)?9</p><p>　　4.3.3 控制程序及分析25</p><p>　　5 組態(tài)畫面的設(shè)計29</p><p>　　5.1組態(tài)變量的建立及設(shè)備連接29</p><

12、;p>　　5.1.1新建項目29</p><p>　　5.2創(chuàng)建組態(tài)畫面33</p><p>　　5.2.1新建主畫面33</p><p>　　5.2.2新建PID參數(shù)設(shè)定窗口34</p><p>　　5.2.3新建數(shù)據(jù)報表 34</p><p>　　5.2.4新建實(shí)時曲線35</p>

13、<p>　　5.2.5新建歷史曲線35</p><p>　　5.2.6新建報警窗口36</p><p>　　6 系統(tǒng)測試37</p><p>　　6.1啟動組態(tài)王 37</p><p>　　6.2實(shí)時曲線觀察 38</p><p>　　6.3分析歷史趨勢曲線38</p><

14、p>　　6.4查看數(shù)據(jù)報表40</p><p>　　6.5系統(tǒng)穩(wěn)定性測試42</p><p><b>　　結(jié)束語 43</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)44</b></p><p><b>　　致謝45</b></p><p>

15、;<b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1課題背景及研究目的和意義</p><p>　　電熱鍋爐的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，電熱鍋爐的性能優(yōu)劣決定了產(chǎn)品的質(zhì)量好壞。目前電熱鍋爐的控制系統(tǒng)大都采用以微處理器為核心的計算機(jī)控制技術(shù)，既提高設(shè)備的自動化程度又提高設(shè)備的控制精度。</p><p>　　PLC的快速發(fā)展發(fā)生在上世紀(jì)80年代至90

16、年代中期。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到了很大的提高和發(fā)展。PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。[4] </p><p>　　電熱鍋爐是機(jī)電一體化的產(chǎn)品，可將電能直接轉(zhuǎn)化成熱能，具有效率高，體積小，無污染，運(yùn)行安全可靠，供熱穩(wěn)定，自動化程度高

17、的優(yōu)點(diǎn)，是理想的節(jié)能環(huán)保的供暖設(shè)備。加上目前人們的環(huán)保意識的提高，電熱鍋爐越來越受人們的重視，在工業(yè)生產(chǎn)和民用生活用水中應(yīng)用越來越普及。電熱鍋爐目前主要用于供暖和提供生活用水。主要是控制水的溫度，保證恒溫供水?！　ID控制是迄今為止最通用的控制方法之一。因為其可靠性高、算法簡單、魯棒性好，所以被廣泛應(yīng)用于過程控制中,尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性系統(tǒng)。PID控制的效果完全取決于其四個參數(shù),即采樣周期ts、比例系數(shù) Kp、積分系

18、數(shù)Ki、微分系數(shù)Kd。因而,PID參數(shù)的整定與優(yōu)化一直是自動控制領(lǐng)域研究的重要課題。PID在工業(yè)過程控制中的應(yīng)用已有近百年的歷史，在此期間雖然有許多控制算法問世,但由于PID算法以它自身的特點(diǎn)，再加上人們在長期使用中積累了豐富經(jīng)驗，使之在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。在PID算法中，針對P、I、D三個參數(shù)的整定和優(yōu)化的問題成為關(guān)鍵問題。[5]</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p

19、>　　自70年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是微電子技術(shù)和計算機(jī)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)的發(fā)展迅速，并在智能化，自適應(yīng)、參數(shù)整定等方面取得成果，在這方面，以日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、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。它們主要有以下特點(diǎn)：</p><p>　　1）適應(yīng)于大慣性、大滯后等復(fù)雜的溫度控制體統(tǒng)

20、的控制。</p><p>　　2）能適應(yīng)于受控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制。</p><p>　　3）能適用于受控系統(tǒng)過程復(fù)雜、參數(shù)時變的溫度控制系統(tǒng)的控制。</p><p>　　4）這些溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論及計算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用先進(jìn)的算法，適應(yīng)范圍廣泛。</p><p>　　5）溫度控

21、制器普遍具有參數(shù)整定功能。借助于計算機(jī)軟件技術(shù)，溫度控制器具有對控制參數(shù)及特性進(jìn)行自整定的功能。有的還具有自學(xué)習(xí)功能。</p><p>　　6）溫度控制系統(tǒng)既有控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)、魯棒性好的特點(diǎn)。目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方向發(fā)展。</p><p>　　隨溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然應(yīng)用很廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高

22、，同日本、美國、德國等先進(jìn)國家相比仍然有著較大的差距。目前，我國在這方面總體水平處于20世紀(jì)80年代中后期的水平，成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適用于一般的溫度系統(tǒng)的控制，難以控制滯后、復(fù)雜、時變溫度系統(tǒng)控制。能適應(yīng)于較高的控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國內(nèi)還不十分成熟。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對溫度控制系統(tǒng)的要求越來越高，因此，高精度、智能化、人性化的溫

23、度控制系統(tǒng)是國內(nèi)外必然發(fā)展的趨勢。</p><p>　　1.3 項目研究內(nèi)容</p><p>　　以鍋爐為被控對象，以鍋爐出口水溫為主被控參數(shù)，以爐膛內(nèi)水溫為副被控參數(shù)，以加熱爐電阻絲電壓為控制參數(shù)，以PLC為控制器，構(gòu)成鍋爐溫度串級控制系統(tǒng)；采用PID算法，運(yùn)用PLC梯形圖編程語言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)鍋爐溫度的自</p><p><b>　　動控制。</

24、b></p><p>　　可編程邏輯控制器（PLC)是集計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動控制裝置。其性能優(yōu)越，已被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，并已經(jīng)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。</p><p>　　PLC技術(shù)在溫度監(jiān)控系統(tǒng)上的應(yīng)用從整體上分析和研究了控制系統(tǒng)的硬件配置、電路圖的設(shè)計、程序設(shè)計，控制對象數(shù)學(xué)模型的建立、控制算

25、法的選擇和參數(shù)的整定、人機(jī)界面的設(shè)計等。論文通過對德國西門子公司的S7-200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)字信號送到PLC中進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，PID控制器輸出轉(zhuǎn)化為0-10mA的電流信號輸入控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變可控硅管導(dǎo)通角的大小來調(diào)節(jié)輸出功率。對于監(jiān)控畫面，利用亞控公司的組態(tài)軟件“組態(tài)王“</p><p>　　串級系統(tǒng)是由調(diào)節(jié)器串聯(lián)起來工作，

26、其中一個調(diào)節(jié)器的輸出作為另一個調(diào)節(jié)器的給定值的系統(tǒng)。整個系統(tǒng)包括兩個控制回路，主回路和副回路。副回路由副變量檢測變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過程構(gòu)成；主回路由主變量檢測變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過程和主過程構(gòu)成。一次擾動：作用在主被控過程上的，而不包括在副回路范圍內(nèi)的擾動。二次擾動：作用在副被控過程上的，即包括在副回路范圍內(nèi)的擾動。在串級控制系統(tǒng)中，由于引入了一個副回路，不僅能及早克服進(jìn)入副回路的擾動，而且又能改善過程特性。副調(diào)

27、節(jié)器具有“粗調(diào)”的作用，主調(diào)節(jié)器具有“細(xì)調(diào)”的作用，從而使其控制品質(zhì)得到進(jìn)一步提高。[7]</p><p>　　2 PLC和組態(tài)軟件基礎(chǔ)</p><p>　　可編程控制器是是一種工業(yè)控制計算機(jī)，簡稱PLC（Programmable logic Controller),它使用可編程序的記憶以存儲指令，用來執(zhí)行邏輯、順序、計時、計數(shù)、和演算等功能，并通過數(shù)字或模擬的輸入輸出，以控制各種機(jī)械或

28、生產(chǎn)過程。</p><p>　　2.1可編程控制器基礎(chǔ)</p><p>　　2.1.1可編程控制器的產(chǎn)生和應(yīng)用</p><p>　　1969年美國數(shù)字設(shè)備公司成功研制世界第一臺可編程序控制器PDP-14，并在GM公司的汽車自動裝配線上首次使用并獲得成功。1971年日本從美國引進(jìn)這項技術(shù)，很快研制出第一臺可編程序控制器DSC-18。1973年西歐國家也研制出他們的第一

29、臺可編程控制器。我國從1974年開始研制，1977年開始工業(yè)推廣應(yīng)用。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是PLC采用通訊微處理器之后，這種控制器功能得到更進(jìn)一步增強(qiáng)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以16位和少數(shù)32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化PLC，使PLC的功能增強(qiáng)，工作速度快，體積減小，可靠性提高，成本下降，編程和故障檢測更為靈活，方便。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化

30、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)。</p><p>　　2.1.2可編程控制器的組成和工作原理</p><p>　　可編程控制器的組成:</p><p>　　PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架?！　?lt;/p><p><b>　　1．CPU</b></

31、p><p>　　CPU是PLC的核心，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。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。CPU速

32、度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模?！?2.I/O模塊　　PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。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(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。

33、　　常用的I/O分類如下：　　開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離?！　∧M量：按信號</p><p>　　除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。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的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制?！?3.編程器　　編程器的作用是用來供

34、用戶進(jìn)行程序的輸入、編輯、調(diào)試和監(jiān)視的。編程器一般分為簡易型和智能型兩類。簡易型只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語言助記符后才能送入。而智能型編程器（又稱圖形編程器），不但可以連機(jī)編程，而且還可以脫機(jī)編程。操作方便且功能強(qiáng)大。</p><p><b>　　4.電源</b></p><p>　　PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為

35、輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。[6] 可編程控制器的工作原理:</p><p>　　PLC的工作方式是一個不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期。 CPU 從第一條指令開始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。 PLC 就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述

36、循環(huán)掃描的。</p><p>　　PLC工作的全過程可用圖 2-1 所示的運(yùn)行框圖來表示。</p><p>　　圖 2-1 可編程控制器運(yùn)行框圖</p><p>　　2.1.3可編程控制器的分類及特點(diǎn)</p><p><b>　　(一)小型PLC</b></p><p>　　小型PLC 的I/O

37、點(diǎn)數(shù)一般在128 點(diǎn)以下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個硬件融為一體，除了開關(guān)量I/O以外，還可以連接模擬量I/O 以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計時、計數(shù)、算術(shù)、運(yùn)算數(shù)據(jù)處理和傳送通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。</p><p><b>　　(二)中型PLC</b></p><p>　　中型PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu)，其I/O 點(diǎn)數(shù)一般在256～1024 點(diǎn)

38、之間，I/O 的處理方式除了采用一般PLC 通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式即在掃描用戶程序的過程中直接讀輸入刷新輸出，它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。</p><p><b>　　(三)大型PLC</b></p><p>　　一般I/O 點(diǎn)數(shù)在1024 點(diǎn)以上的稱為大型PLC，大型PLC 的軟硬件功能

39、極強(qiáng)，具有極強(qiáng)的自診斷功能、通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng)實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化，大型PLC 還可以采用冗余或三CPU 構(gòu)成表決式系統(tǒng)使機(jī)器的可靠性更高</p><p>　　2.2組態(tài)軟件的基礎(chǔ)</p><p>　　2.2.1組態(tài)的定義</p><p>　　組態(tài)就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一具體任務(wù)的過程。組態(tài)軟件是有專業(yè)性

40、的，一種組態(tài)軟件只能適合某種領(lǐng)域的應(yīng)用。組態(tài)的概念最早出現(xiàn)在工業(yè)計算機(jī)控制中，如DCS(集散控制系統(tǒng))組態(tài)，PLC梯形圖組態(tài)。人機(jī)界面生成軟件就叫工控組態(tài)軟件。工業(yè)控制中形成的組態(tài)結(jié)果是用在實(shí)時監(jiān)控的。從表面上看，組態(tài)工具的運(yùn)行程序就是執(zhí)行自己特定的任務(wù)。 工控組態(tài)軟件也提供了編程手段，一般都是內(nèi)置編譯系統(tǒng)，提供類BASIC語言，有的支持VB，現(xiàn)在有的組態(tài)軟件甚至支持C#高級語言。</p><p>　　在當(dāng)今工控

41、領(lǐng)域，一些常用的大型組態(tài)軟件主要有：ABB-OptiMax，WinCC，iFix，Intouch，組態(tài)王，力控，易控，MCGS等。本設(shè)計采用亞控的組態(tài)王軟件進(jìn)行組態(tài)的設(shè)計。</p><p>　　2.2.2組態(tài)王軟件的特點(diǎn) </p><p>　　組態(tài)王軟件具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接

42、控制層，對上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。組態(tài)軟件也為試驗者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗者實(shí)時現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報警窗口、實(shí)時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有

43、豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能[8]。</p><p>　　2.2.3組態(tài)王軟件仿真的基本方法</p><p>　　(1)圖形界面的設(shè)計</p><p>　　圖形,是用抽象的圖形畫面來模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場和相應(yīng)的工控設(shè)備。 (2) 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫</p><p>　　數(shù)據(jù),就是創(chuàng)建一個具體的數(shù)據(jù)庫,并用此數(shù)據(jù)庫中的變量描述工

44、控對象的各種屬性,比如水位、流量等。</p><p><b>　　建立動畫連接</b></p><p>　　連接,就是畫面上的圖素以怎樣的動畫來模擬現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行,以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。</p><p><b>　　運(yùn)行和調(diào)試</b></p><p>　　3 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

45、</p><p>　　本章主要從系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計的角度，介紹該項目的PLC控制系統(tǒng)的設(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)計參數(shù)的整定。</p><p>　　3.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則和步驟 </p><p>　　3.1.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則</p><p>　　1．充分發(fā)揮PLC功能

46、，最大限度地滿足被控對象的控制要求。</p><p>　　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(jì)、使用及維修方便。</p><p>　　3．保證控制系統(tǒng)安全可靠。</p><p>　　4．應(yīng)考慮生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC的型號、I／O點(diǎn)數(shù)和存儲器容量等內(nèi)容時，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，以利于系統(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)充。</p><p>

47、　　3.1.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟</p><p>　　設(shè)計PLC應(yīng)用系統(tǒng)時，首先是進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能設(shè)計，即根據(jù)被控對象的功能和工藝要求，明確系統(tǒng)必須要做的工作和因此必備的條件。然后是進(jìn)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。最后根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果，具體的確定PLC的機(jī)型和系統(tǒng)的具體配置。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計可以按以下

48、步驟進(jìn)行：</p><p>　　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(diǎn)，了解被控對象機(jī)、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。</p><p>　　2．確定I／O設(shè)備 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定用戶所需的輸入(如按鈕、行程開關(guān)、選擇開關(guān)等)和輸出設(shè)備(如接觸器、電磁閥、信號指示燈等)由此確定PLC的I／O點(diǎn)數(shù)。</p><p

49、>　　3．選擇PLC 選擇時主要包括PLC機(jī)型、容量、I／O模塊、電源的選擇。</p><p>　　4．分配PLC的I／O地址 根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場需要，確定控制按鈕，選擇開關(guān)、接觸器、電磁閥、信號指示燈等各種輸入輸出設(shè)備的型號、規(guī)格、數(shù)量；根據(jù)所選的PLC的型號列出輸入／輸出設(shè)備與PLC輸入輸出端子的對照表，以便繪制PLC外部I／O接線圖和編制程序。</p><p>　　5．設(shè)計軟件

50、及硬件進(jìn)行PLC程序設(shè)計，進(jìn)行控制柜（臺）等硬件的設(shè)計及現(xiàn)場施工。由于程序與硬件設(shè)計可同時進(jìn)行，因此，PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計周期可大大縮短，而對于繼電器系統(tǒng)必須先設(shè)計出全部的電氣控制線路后才能進(jìn)行施工設(shè)計。</p><p>　　6．聯(lián)機(jī)調(diào)試 聯(lián)機(jī)調(diào)試是指將模擬調(diào)試通過的程序進(jìn)行在線統(tǒng)調(diào)。</p><p>　　3.1.3 PLC程序設(shè)計的一般步驟</p><p>　　

51、1．繪制系統(tǒng)的功能圖。</p><p>　　2．設(shè)計梯形圖程序。</p><p>　　3．根據(jù)梯形圖編寫指令表程序。</p><p>　　4．對程序進(jìn)行模擬調(diào)試及修改，直到滿足控制要求為止。調(diào)試過程中，可采用分段調(diào)試的方法，并利用編程器的監(jiān)控功能。</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟可參考圖 3-1 ：</p><

52、;p>　　圖 3-1 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟</p><p>　　3.2PLC的選型和硬件配置</p><p>　　3.2.1 PLC型號的選擇</p><p>　　本溫度控制系統(tǒng)采用德國西門子S7-200 PLC。S7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，

53、或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。</p><p>　　3.2.2 S7-200 CPU的選擇</p><p>　　S7-200 系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等類型。此系統(tǒng)選用的S7-200 CPU226,CPU 226集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O 點(diǎn)。可連接7個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路

54、數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨(dú)立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。</p><p>　　3.2.3 EM235 模擬量輸入/輸出模塊</p><p>　　在溫度控制系統(tǒng)中，傳感器將檢測

55、到的溫度轉(zhuǎn)換成4-20mA的電流信號，系統(tǒng)需要配置模擬量的輸入模塊把電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再送入PLC中進(jìn)行處理。在這里我們選擇西門子的EM235 模擬量輸入/輸出模塊。EM235 模塊具有4路模擬量輸入/一路模擬量的輸出。它允許S7-200連接微小的模擬量信號，±80mV范圍。用戶必須用DIP開關(guān)來選擇熱電偶的類型，斷線檢查，測量單位，冷端補(bǔ)償和開路故障方向：SW1～SW3用于選擇熱電偶的類型，SW4沒有使用，SW5用于選擇

56、斷線檢測方向，SW6用于選擇是否進(jìn)行斷線檢測，SW7用于選擇測量方向，SW8用于選擇是否進(jìn)行冷端補(bǔ)償。所有連到模塊上的熱電偶必須是相同類型。</p><p>　　3.2.4 熱電式傳感器</p><p>　　熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)化為電量變化的裝置。在各種熱電式傳感器中，以將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢和電阻的方法最為普遍。其中最為常用于測量溫度的是熱電偶和熱電阻，熱電偶是將溫度轉(zhuǎn)化為電勢

57、變化，而熱電阻是將溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化。這兩種熱電式傳感器目前在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。</p><p>　　該系統(tǒng)需要的傳感器是將溫度轉(zhuǎn)化為電流，且水溫最高是100℃，所以選擇Pt100鉑熱電阻傳感器。P100鉑熱電阻，簡稱為：PT100鉑電阻，其阻值會隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在0℃時阻值為100歐姆，在100℃時它的阻值約為138.5歐姆。它的工作原理：當(dāng)PT100在0攝氏度的時候他的阻

58、值為100歐姆，它的的阻值會隨著溫度上升它的阻值成勻速增長[3]。 </p><p>　　3.2.5 可控硅加熱裝置簡介</p><p>　　對于要求保持恒溫控制而不要溫度記錄的電阻爐采用帶PID調(diào)節(jié)的數(shù)字式溫度顯示調(diào)節(jié)儀顯示和調(diào)節(jié)溫度，輸出0～10mA作為直流信號輸入控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變可控硅管導(dǎo)通角的大小來調(diào)節(jié)輸出功率，完全可以滿足要求，投入成本低，操作方便直觀并且容易維

59、護(hù)。溫度測量與控制是熱電偶采集信號通過PID溫度調(diào)節(jié)器測量和輸出0～10mA或4～20mA控制觸發(fā)板控制可控硅導(dǎo)通角的大小，從而控制主回路加熱元件電流大小，使電阻爐保持在設(shè)定的溫度工作狀態(tài)。可控硅溫度控制器由主回路和控制回路組成。主回路是由可控硅，過電流保護(hù)快速熔斷器、過電壓保護(hù)RC和電阻爐的加熱元件等部分組成。</p><p>　　3.3 系統(tǒng)整體設(shè)計方案和電氣連接圖</p><p>　

60、　系統(tǒng)選用了PLC CPU 226為控制器，PT100型熱電阻將檢測到的實(shí)際鍋爐水溫轉(zhuǎn)化為電流信號，經(jīng)過EM231模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)化成數(shù)字量信號并送到PLC中進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，PID控制器輸出轉(zhuǎn)化為0～10mA的電流信號輸入控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變可控硅管導(dǎo)通角的大小來調(diào)節(jié)輸出功率，從而調(diào)節(jié)電熱絲的加熱。PLC和組態(tài)王連接，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)控。</p><p>　　整體設(shè)計方案如圖3-3:</p&g

61、t;<p>　　圖3-3 整體設(shè)計方案</p><p>　　24V </p><p>　　系統(tǒng)硬件連線圖如圖 3-4</p><p><b>　　: </b></p><p>　　圖 3-4 系統(tǒng)硬件連線圖</p><p

62、>　　3.4 PLC控制器的設(shè)計</p><p>　　控制器的設(shè)計是整個控制系統(tǒng)設(shè)計中最重要的一步。首先要根據(jù)受控對象的數(shù)學(xué)模型和它的各特性以及設(shè)計要求，確定控制器的結(jié)構(gòu)以及和受控對象的連接方式。最后根據(jù)所要求的性能指標(biāo)確定控制器的參數(shù)值。</p><p>　　3.4.1 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立</p><p>　　在本控制系統(tǒng)中，TT1(出口溫度傳感器)

63、將檢測到的出口水溫度信號轉(zhuǎn)化為電流信號送入EM235模塊的A路，TT2(爐膛溫度傳感器)將檢測到的出口水溫度信號轉(zhuǎn)化為電流信號送入EM235模塊的B路。兩路模擬信號經(jīng)過EM235轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號送入PLC，PLC再通過PID模塊進(jìn)行PID調(diào)節(jié)控制。具體流程在第四章程序編寫的時候具體論述。由PLC的串級控制系統(tǒng)框圖如圖3-5 </p><p>　　如圖3-5 串級控制系統(tǒng)框圖 </p

64、><p>　　3.4.2 PID控制及參數(shù)整定</p><p>　　1.PID控制器的組成</p><p>　　PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：</p><p><b>　　公式（3-1）</b></p><p>　　(1) 比例系數(shù)KC對系統(tǒng)性能的

65、影響：　　比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小。Ｋc偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時間加長。Ｋc太大時，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定。Ｋc太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢。Ｋc可以選負(fù)數(shù)，這主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器以控制對象的特性決定的。如果Ｋc的符號選擇不當(dāng)對象狀態(tài)(pv值)就會離控制目標(biāo)的狀態(tài)(sv值)越來越遠(yuǎn)，如果出現(xiàn)這樣的情況Ｋc的符號就一定要取反。 (2) 積分控制Ｔi對系統(tǒng)性能的影響：　　積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，Ｔ

66、i?。ǚe分作用強(qiáng)）會使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。 (3) 微分控制Ｔd對系統(tǒng)性能的影響：　　微分作用可以改善動態(tài)特性，Ｔd偏大時，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時間較短。Ｔd偏小時，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時間也較長。只有Ｔd合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時間。</p><p>　　2.主、副回路控制規(guī)律的選擇</p><p>　　采用串級控制，所以有主副調(diào)節(jié)器之分。主調(diào)節(jié)器

67、起定值控制作用，副調(diào)節(jié)器起隨動控制作用，這是選擇規(guī)律的基本出發(fā)點(diǎn)。主參數(shù)是工藝操作的重要指標(biāo)，允許波動的范圍較小，一般要求無余差，因此，主調(diào)節(jié)器一般選PI或PID控制，副參數(shù)的設(shè)置是為了保證主參數(shù)的控制質(zhì)量，可允許在一定范圍內(nèi)變化，允許有余差，因此副調(diào)節(jié)器只要選P控制規(guī)律就可以。在本控制系統(tǒng)中，我們將鍋爐出口水溫度作為主參數(shù)，爐膛溫度為副參數(shù)。主控制采用PI控制，副控制器采用P控制。</p><p>　　3.主、

68、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的確定</p><p>　　副調(diào)節(jié)器作用方式的確定：　 首先確定調(diào)節(jié)閥，出于生產(chǎn)工藝安全考慮，可控硅輸出電壓應(yīng)選用氣開式，這樣保證當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障使調(diào)節(jié)閥損壞而處于全關(guān)狀態(tài)，防止燃料進(jìn)入加熱爐，確保設(shè)備安全，調(diào)節(jié)閥的 Kv >0 。然后確定副被控過程的K02，當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度增大，電壓增大，爐膛水溫度上升，所以 K02 >0 。最后確定副調(diào)節(jié)器，為保證副回路是負(fù)反饋，各環(huán)節(jié)放大系數(shù)

69、(即增益)乘積必須為負(fù)，所以副調(diào)節(jié)器 K 2<0 ，副調(diào)節(jié)器作用方式為反作用方式?！　≈髡{(diào)節(jié)器作用方式的確定：　　爐膛水溫度升高，出口水溫度也升高，主被控過程 K01 > 0。為保證主回路為負(fù)反饋，各環(huán)節(jié)放大系數(shù)乘積必須為負(fù)，所以主調(diào)節(jié)器的放大系數(shù) K1< 0，主調(diào)節(jié)器作用方式為反作用方式[7]。</p><p><b>　　4.采樣周期的分析</b></p>

70、;<p>　　采樣周期Ts越小，采樣值就越能反應(yīng)溫度的變化情況。但是，Ts太小就會增加CPU的運(yùn)算工作量，相鄰的兩次采樣值幾乎沒什么變化，將是PID控制器輸出的微分部分接近于0，所以不應(yīng)使采樣時間太小。，確定采樣周期時，應(yīng)保證被控量迅速變化時，能用足夠多的采樣點(diǎn)，以保證不會因采樣點(diǎn)過稀而丟失被采集的模擬量中的重要信息。</p><p>　　因為本系統(tǒng)是溫度控制系統(tǒng)，溫度具有延遲特性的慣性環(huán)節(jié)，所以采

71、樣時間不能太短，一般是15s～20s，本系統(tǒng)采樣17s 經(jīng)過上述的分析，該溫度控制系統(tǒng)就已經(jīng)基本確定了，在系統(tǒng)投運(yùn)之前還要進(jìn)行控制器的參數(shù)整定。常用的整定方法可歸納為兩大類，即理論計算整定法和工程整定法。</p><p>　　理論計算整定法是在已知被控對象的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)選取的質(zhì)量指標(biāo)，經(jīng)過理論的計算（微分方程、根軌跡、頻率法等），求得最佳的整定參數(shù)。這類方法比較復(fù)雜，工作量大，而且用于分析法或?qū)?/p>

72、驗測定法求得的對象數(shù)學(xué)模型只能近似的反映過程的動態(tài)特征，整定的結(jié)果精度不是很高，因此未在工程上受到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　對于工程整定法，工程人員無需知道對象的數(shù)學(xué)模型，無需具備理論計算所學(xué)的理論知識，就可以在控制系統(tǒng)中直接進(jìn)行整定，因而簡單、實(shí)用，在實(shí)際工程中被廣泛的應(yīng)用常用的工程整定法有經(jīng)驗整定法、臨界比例度法、衰減曲線法、自整定法等。在這里，我們采用經(jīng)驗整定法整定控制器的參數(shù)值。整定步驟為“先比例

73、，再積分，最后微分”。</p><p><b>　?。?）整定比例控制</b></p><p>　　將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。</p><p><b>　?。?）整定積分環(huán)節(jié)</b></p><p>　　若在比例控制下穩(wěn)態(tài)誤差不能滿足要求，需加入積分控

74、制。先將步驟（1）中選擇的比例系數(shù)減小為原來的50～80％，再將積分時間置一個較大值，觀測響應(yīng)曲線。然后減小積分時間，加大積分作用，并相應(yīng)調(diào)整比例系數(shù)，反復(fù)試湊至得到較滿意的響應(yīng)，確定比例和積分的參數(shù)。</p><p><b>　?。?）整定微分環(huán)節(jié)</b></p><p>　　若經(jīng)過步驟（2），PI控制只能消除穩(wěn)態(tài)誤差，而動態(tài)過程不能令人滿意，則應(yīng)加入微分控制，構(gòu)成

75、PID控制。先置微分時間TD=0，逐漸加大TD，同時相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時間，反復(fù)試湊至獲得滿意的控制效果和PID控制參數(shù)。 </p><p>　　4 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計主要包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分本在硬件基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹本項目的軟件設(shè)計，主要包括軟件設(shè)計的基本步驟、方法、編程軟件STEP7-Micro/WIN的介紹以及本項

76、目的程序設(shè)計。</p><p>　　4.1 PLC程序設(shè)計的方法</p><p>　　PLC程序設(shè)計常用的方法：主要有經(jīng)驗設(shè)計法、繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法、順序控制設(shè)計法、邏輯設(shè)計法等。</p><p>　　1.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(jìn)行選擇組合，并多次反復(fù)調(diào)試和修改梯形圖，有時需增加一些輔助觸點(diǎn)和

77、中間編程環(huán)節(jié)，才能達(dá)到控制要求。這種方法沒有規(guī)律可遵循，設(shè)計所用的時間和設(shè)計質(zhì)量與設(shè)計者的經(jīng)驗有很大的關(guān)系，故稱為經(jīng)驗設(shè)計法。 </p><p>　　2.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(shí)現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)的功能。</p><p>　　3.順序控制設(shè)計法：根據(jù)功能流程圖，以步為核心，從起始步開始一步一步地設(shè)計下去，直至完成。此法的關(guān)鍵是畫出功能流程圖。<

78、;/p><p>　　4. 邏輯設(shè)計法：通過中間量把輸入和輸出聯(lián)系起來。實(shí)際上就找到輸出和輸入的關(guān)系，完成設(shè)計任務(wù)。</p><p>　　4.2 編程軟件STEP7--Micro/WIN 概述 </p><p>　　STEP7-Micro/WIN 編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，由西門子公司專為S7-200系列可編程控制器設(shè)計開發(fā)，它功能強(qiáng)大，主要為用戶開發(fā)控

79、制程序使用，同時也可以實(shí)時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。</p><p>　　4.2.1 STEP7--Micro/WIN 簡單介紹</p><p>　　以 STEP7-Micro/WIN創(chuàng)建程序，為接通STEP7-Micro/WIN，可雙擊STEP7 -Micro/WIN的圖標(biāo)，如圖4-1所示，STEP7-Micro/WIN項目窗口將提供用于創(chuàng)建程序的工作空間。瀏覽條給出了多組按鈕，用于訪問

80、STEP7--Micro/WIN的不同編程特性。指令樹將顯示用于創(chuàng)建控制程序的所有項目對象指令。程序編輯器包括程序邏輯和局部變量表，可在其中分配臨時局部變量的符號名。子程序和中斷程序在程序編輯器窗口的的底部按標(biāo)簽顯示。</p><p>　　圖 4-1 STEP7--Micro/WIN項目窗口</p><p>　　本項目中我們利用 STEP7--Micro/WIN V4.0 SP5編程軟件，

81、其界面如圖4-1所示。項目包括的基本組件：程序塊、數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊、符號表、狀態(tài)表、交叉引用表。 </p><p>　　4.2.2 計算機(jī)與PLC的通信</p><p>　　在STEP7-Micro/WIN 中雙擊指令樹中的“通信”圖標(biāo)，或執(zhí)行菜單命令的“查看”/“組件”/“通信”，將出現(xiàn)“通信”對話框,見圖4-2。在將新的設(shè)置下載到S7-200之前，應(yīng)設(shè)置遠(yuǎn)程站的地址，是它與S7-200

82、的地址。雙擊“通信”對話框中“雙擊刷新”旁邊的藍(lán)色箭頭組成的圖標(biāo)，編程軟件將會自動搜索連接在網(wǎng)絡(luò)上的S7-200，并用圖標(biāo)顯示搜索到的S7-200。</p><p>　　圖4-2 PLC通信窗口</p><p>　　4.3 程序設(shè)計</p><p>　　4.3.1 程序設(shè)計思路</p><p>　　PLC運(yùn)行時，通過特殊繼電器SM0.0

83、產(chǎn)生初始化脈沖進(jìn)行初始化，將溫度設(shè)定值，PID參數(shù)值等存入數(shù)據(jù)寄存器，隨后系統(tǒng)開始溫度采樣，采樣周期是17秒，TT1(出口水溫溫度傳感器)將采集到的出口水溫度信號轉(zhuǎn)換為電流信號，電流信號在通過AIW0進(jìn)入PLC，作為主回路的反饋值，經(jīng)過主控制器（PID0）的PI運(yùn)算產(chǎn)生輸出信號，作為副回路的給定值。TT2(爐膛水溫傳感器)將采集到的爐膛水溫度信號轉(zhuǎn)換為電流信號，電流信號在通過AIW2進(jìn)入PLC，作為副回路的反饋值，經(jīng)過副控制器（PID1

84、）的P運(yùn)算產(chǎn)生輸出的信號,由AQW0輸出，輸出的4-20mA電流信號控制可控硅的導(dǎo)通角，從而控制電熱絲的電壓，完成對溫度的控制。</p><p>　　4.3.2 PID指令向?qū)?lt;/p><p>　　編寫PID控制程序時，首先要把過程變量（PV）轉(zhuǎn)化為0.00-1.00之間的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)數(shù)。PID運(yùn)算結(jié)束之后，需要把回路輸出（0.00--1.00之間的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)）轉(zhuǎn)換為可以送給模擬量輸出模塊的整數(shù)

85、。</p><p>　　圖4-3 PID初始化指令</p><p>　　如圖4-3,PV_I是模擬量輸入模塊提供的反饋值的地址，Setpoint_R是以百分比為單位的實(shí)數(shù)給定值（SP）,Output是PID控制器的INT型的輸出地址。HighAlarm和LowAlarm分別是超過上限和下限的報警信號輸出，ModuleErr 是模擬量模塊的故障輸出信號。</p><p&

86、gt;　　主回路PID指令向?qū)?，如圖4-4</p><p>　　圖4-4 主回路用0號PID回路 </p><p>　　設(shè)置PID參數(shù)，如圖4-5：</p><p>　　圖4-5 設(shè)置PID參數(shù)</p><p>　　給定值的范圍是0.0--100.0，比例增益Kc為-3.0，積分時間Ti=7 min ，因為主控制器采用PI控制，所以微分時間

87、Td=0。</p><p>　　2.回路輸入量的極性與范圍，如圖 4-5： </p><p>　　圖4-5 輸入輸出量的設(shè)置</p><p>　　PID指令的參數(shù)表占用的V存儲區(qū)的起始地址如圖 4-6：</p><p>　　圖 4-6 地址設(shè)置</p><p>　　4.向?qū)瓿?，如圖4-7</p>&

88、lt;p>　　圖 4-7 向?qū)瓿?lt;/p><p>　　副回路PID指令向?qū)В?lt;/p><p>　　副回路采用1號PID回路，如圖 4-8：</p><p>　　圖4-8 副回路PID回路設(shè)置</p><p>　　1.新建PID配置，如圖 4-9：</p><p>　　圖4-9 PID配置新建</p>

89、<p>　　2.設(shè)置PID參數(shù)，如圖4-10</p><p>　　圖4-10 副回路PID設(shè)置</p><p>　　因為副回路主要起到“粗調(diào)”、“快調(diào)”的作用，所以我們采用P調(diào)節(jié)作用，比例增益Kc=-4.0，Ti無窮大，Td=0;</p><p>　　3.副回路輸入量的極性與范圍，如圖4-11</p><p>　　如圖4-11

90、副回路輸入輸出設(shè)置</p><p>　　4.PID指令的參數(shù)表占用的V存儲區(qū)的起始地址，如圖4-12：</p><p>　　圖4-12 副回路存儲區(qū)設(shè)置</p><p>　　5.向?qū)瓿?，如圖4-13</p><p>　　圖4-13 副回路向?qū)瓿?lt;/p><p>　　4.3.3 控制程序及分析</p>

91、<p>　　因為由AIW0和AIW2輸入的是6400--32000的數(shù)字量，所以要轉(zhuǎn)換為實(shí)際的溫度要進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算公式為：</p><p><b>　　公式（4-1）</b></p><p>　　其中，T為實(shí)際溫度，D為AIWO和AIW2輸入的數(shù)字量。</p><p>　　PLC的內(nèi)存地址分配見 表4-1</p>&

92、lt;p>　　表 4-1 內(nèi)存地址分配</p><p>　　PID指令表見表4-2： </p><p>　　表4-2 PID指令回路表</p><p>　　控制程序如圖4-14—圖4-所示 ：</p><p><b>　　主程序：</b></p><p>　　圖4-14 控制程序1</

93、p><p><b>　　主調(diào)節(jié)器程序：</b></p><p>　　圖4-15 控制程序2</p><p>　　圖4-16 控制程序3</p><p>　　圖4-17 控制程序4</p><p><b>　　副調(diào)節(jié)器程序：</b></p><p>　　圖4

94、-18 控制程序5</p><p>　　圖4-19 控制程序6</p><p>　　圖4-20控制程序7</p><p>　　5 組態(tài)畫面的設(shè)計</p><p>　　本章詳細(xì)的講解一個組態(tài)系統(tǒng)的建立和設(shè)計。</p><p>　　5.1 組態(tài)變量的建立及設(shè)備連接</p><p>　　5.1

95、.1 新建項目</p><p>　　雙擊組態(tài)王的快捷方式，出現(xiàn)組態(tài)王的工程管理器窗口，雙擊新建按扭，按照彈出的建立向?qū)В顚懝こ堂Q。然后打開剛建立的工程。進(jìn)入組態(tài)畫面的設(shè)計，如圖5-1：</p><p><b>　　圖5-1 新建工程</b></p><p><b>　　1.新建畫面</b></p><

96、;p>　　進(jìn)入工程管理器后，在畫面右方雙擊“先建”，新建畫面，并設(shè)置畫面屬性，圖5-2所示：</p><p><b>　　圖5-2 畫面新建</b></p><p><b>　　2.新建設(shè)備</b></p><p>　　因為組態(tài)畫面要與西門子S7-200 PLC連接之后才能使用，所以要新建S7-200的連接，具體步驟

97、如圖5-3：</p><p><b>　　圖5-3 步驟1</b></p><p><b>　　圖5-4 步驟2</b></p><p><b>　　圖5-5 步驟3</b></p><p><b>　　圖5-6 步驟4</b></p>&l

98、t;p><b>　　3.新建變量</b></p><p>　　要實(shí)現(xiàn)組態(tài)王對S7-200的在線監(jiān)控，就先必須建立兩者之間的聯(lián)系，那就需要建立兩者間的數(shù)據(jù)變量?；绢愋偷淖兞靠梢苑譃椤皟?nèi)存變量”和I/O變量兩類。內(nèi)存變量是組態(tài)王內(nèi)部的變量，不跟被監(jiān)控的設(shè)備進(jìn)行交換。而I/O變量是兩者之間互相交換數(shù)據(jù)的橋梁，S7-200和組態(tài)王的數(shù)據(jù)交換是雙向的。如圖</p><p&g

99、t;<b>　　5-7所示：</b></p><p>　　圖5-7 新建變量</p><p>　　項目中所用到的變量見圖5-8：</p><p><b>　　圖5-8 變量表</b></p><p>　　5.2 創(chuàng)建組態(tài)畫面</p><p>　　5.2.1 新建主畫面

100、</p><p>　　如圖 5-9所示，高溫報警用來顯示當(dāng)溫度高于95°C的時候，等會變紅閃爍，加熱爐上的指示燈用來指示加熱爐的加熱狀態(tài)。</p><p>　　圖5-9 控制系統(tǒng)主畫面</p><p>　　5.2.2 新建PID參數(shù)設(shè)定窗口</p><p>　　圖5-10 PID參數(shù)設(shè)定窗口</p><p&g

101、t;　　如圖5-10所示，PID參數(shù)設(shè)定窗口，用來設(shè)定主控制器和副控制器的PID參數(shù)值，可與PID參數(shù)的整定。</p><p>　　5.2.3 新建數(shù)據(jù)報表 </p><p>　　數(shù)據(jù)報表是反應(yīng)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)、狀態(tài)等，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄的一種重要形式。數(shù)據(jù)報表有實(shí)時數(shù)據(jù)報表和歷史數(shù)據(jù)報表，既能反應(yīng)系統(tǒng)實(shí)時的運(yùn)行情況，也能監(jiān)測長期的系統(tǒng)運(yùn)行狀況，如圖5-11所示：</p>&l

102、t;p>　　圖5-11 數(shù)據(jù)報表窗口</p><p>　　5.2.4 新建實(shí)時曲線</p><p>　　實(shí)時趨勢曲線可在工具箱中雙擊后在畫面直接獲得。實(shí)時趨勢曲線隨時間變化自動卷動，可快速反應(yīng)變量的新變化。如圖5-12所示:</p><p>　　圖5-12 實(shí)時曲線窗口</p><p>　　5.2.5 新建歷史曲線</p>

103、;<p>　　歷史趨勢曲線可在圖庫管理器中得到。歷史趨勢曲線可以查詢查詢過去的情況。歷史趨勢曲線需要事先建立兩個內(nèi)存變量，分表是調(diào)整跨度和舉動百分比。</p><p>　　圖5-13 歷史曲線窗口</p><p>　　5.2.6 新建報警窗口</p><p>　　在工具箱中選用報警窗口工具，在面板中繪制報警窗口，添加文本等就可。</p>

104、<p>　　如圖5-14所示。由于前面已經(jīng)設(shè)置了報警變量，所以當(dāng)變量值超過所設(shè)置的溫度85度時，那就會在報警畫面中被記錄。如圖5-14所示:</p><p>　　圖5-14 歷史報警窗口</p><p>　　其制作過程和歷史報警窗口類似，不同的是，實(shí)時報警畫面是要彈出來的，所以必須在新建畫面的時候，把大小調(diào)好，并選擇是“覆蓋式”。畫面的自動彈出，在事件命令語言中，輸入show

105、picture("實(shí)時報警窗口");\\本站點(diǎn)\$新報警=0;，這樣每次新報警有產(chǎn)生，就會立刻出報警畫面。如圖5-15所示。</p><p>　　圖5-15 實(shí)時報警窗口</p><p><b>　　6 系統(tǒng)測試</b></p><p>　　組態(tài)王和PLC編程軟件不能同時啟動，因為他們使用的是同一個端口，要想在線利用組

106、態(tài)王監(jiān)控程序，那就先必須在關(guān)閉組態(tài)王的情況下，先把PLC程序下載到PLC中，并且運(yùn)行程序，再把編程軟件關(guān)閉，才可以啟動組態(tài)王，這樣就可以利用組態(tài)王在線監(jiān)控了。</p><p><b>　　6.1啟動組態(tài)王</b></p><p>　　打開組態(tài)王的項目工程管理器，點(diǎn)擊窗口欄中“WIEW”或者在畫面中點(diǎn)擊右鍵，選擇“切換到VIEW”，啟動組態(tài)王，進(jìn)入主畫面。這個時候，系統(tǒng)

107、會自動打開一個信息窗口，可以通過信息窗口來知道，組態(tài)王的運(yùn)行情況以及和PLC的連接是否成功。如果連接不成功，會出現(xiàn)通信失敗的提示語言，那就要查明原因，否則不能監(jiān)控。如果提示連接設(shè)備成功，窗口會顯示開始記錄數(shù)據(jù)，那就表示可以開始系統(tǒng)的運(yùn)行了。</p><p>　　組態(tài)監(jiān)控啟動之后，會自動顯示組態(tài)畫面，如圖 6-1 所示：</p><p>　　圖 6-1 監(jiān)控主畫面</p>&l

108、t;p>　　6.2 實(shí)時曲線觀察</p><p>　　點(diǎn)擊組態(tài)畫面的實(shí)時曲線按鈕，可以觀察，在自PID參數(shù)的作用下，控制效果的情況。如圖圖 6-3 所示：</p><p>　　圖 6-2 溫度實(shí)時曲線</p><p>　　6.3 分析歷史趨勢曲線</p><p>　　點(diǎn)擊主畫面上的歷史趨勢曲線按鈕，可以顯示，溫度控制的曲線記錄，由此

109、可以分析PID參數(shù)的作用效果，從而完成PID參數(shù)的整定。</p><p>　　圖6-3 溫度歷史曲線</p><p>　　如圖6-3所示，控制器起到了調(diào)節(jié)作用，最后溫度穩(wěn)定在了設(shè)定溫度上，但是調(diào)節(jié)時間太長，大約10min左右，所以，我們需要增大Kc。點(diǎn)擊主控控制畫面的參數(shù)設(shè)定窗口，可以顯示PID參數(shù)設(shè)定界面。參數(shù)設(shè)置如圖 6-4所示：</p><p>　　圖 6-4

110、 PID參數(shù)設(shè)置</p><p>　　PID參數(shù)修改后的的控制曲線如圖 6-5所示：</p><p>　　圖6-5 響應(yīng)曲線1</p><p>　　如圖6-5所示，曲線的響應(yīng)時間增快了，約5min。但是曲線穩(wěn)定后總是存在穩(wěn)定誤差，所以我們應(yīng)減小主控制器的積分時間，把Ti設(shè)為3min，控制曲線如圖 6-6 所示：</p><p><b&

111、gt;　　圖6-6響應(yīng)曲線2</b></p><p>　　如圖6-6所示，主控制器Kc=4,Ti=3min，副控制器Kc=6 得到了控比較理想的控制曲線。</p><p>　　6.4 查看數(shù)據(jù)報表</p><p>　　點(diǎn)擊主畫面的數(shù)據(jù)報表窗口，出現(xiàn)報表窗口，點(diǎn)擊報表查詢，可以查看報表記錄的數(shù)據(jù)。如圖 6-7所示：</p><p>

112、;　　圖 6-7 報表查詢 </p><p>　　記錄的數(shù)據(jù)如圖 6-8所示：</p><p>　　圖 6-8 數(shù)據(jù)記錄</p><p>　　6.5 系統(tǒng)穩(wěn)定性測試</p><p>　　為了測試系統(tǒng)的的穩(wěn)定性，我們把溫度設(shè)定為80°C，所得到的控制曲線如圖6-9所示：</p><p>　　圖6-9 60

113、-80時的控制曲線</p><p>　　如圖所示，當(dāng)設(shè)定溫度改變時，系統(tǒng)是比較穩(wěn)定的。</p><p>　　當(dāng)實(shí)際溫度超過85°C 時，會出現(xiàn)報警畫面，如圖6-10所示：</p><p>　　圖6-10 報警畫面</p><p>　　系統(tǒng)報警在工業(yè)生產(chǎn)中有著重要的作用。</p><p><b>