自動化畢業(yè)論文觸摸屏與plc構(gòu)架下的水溫pid控制

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　觸摸屏與PLC構(gòu)架下的水溫PID控制</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級

2、自動化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p>

3、;<p>　　學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明</p><p>　　本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他學(xué)位申請的論文或成果。對本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。</p><p>　

4、　作者簽名： 日期： 年 月 日</p><p>　　學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書</p><p>　　本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或

5、掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。</p><p>　　作者簽名： 日期： 年 月 日</p><p>　　導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日</p><p>　　觸摸屏與PLC構(gòu)架下的水溫PID控制</p><p>　　摘要:可

6、編程控制器是一種自動控制裝置，在當(dāng)今應(yīng)用非常廣泛，它是通過傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，造就了它控制能力強(qiáng)、操作靈活方便、可靠性高、適宜長期連續(xù)工作等特點(diǎn)，非常適合溫度控制的要求，然而溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用也非常廣泛，比如鋼鐵廠、化工廠、火電廠等鍋爐的溫度控制系統(tǒng)，電焊機(jī)的溫度控制系統(tǒng)等都可以應(yīng)用其工作原理。加熱爐溫度一般采用PID調(diào)節(jié)進(jìn)行控制的，隨著PLC功能的應(yīng)用在許多PLC控制器中都涉及到了PID 控

7、制功能, 因此在邏輯控制與PID控制混合的應(yīng)用場所中采用PLC控制是較為合理的。本設(shè)計(jì)是利用西門子S7-300PLC與觸摸屏控制加熱爐溫度的控制系統(tǒng)。首先介紹了溫度控制系統(tǒng)的工作原理和系統(tǒng)的組成，然后介紹了西門子S7-300PLC和系統(tǒng)硬件及軟件的具體設(shè)計(jì)過程以及觸摸屏控制界面分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：西門子S7-300PLC PID 傳感器 觸摸屏</p><p><

8、b>　　指導(dǎo)老師簽名：</b></p><p>　　Touch screen and PLC temperature PID under control</p><p>　　Abstract: Temperature control system is widely used in industrial control field, such as steel mills

9、, chemical plants, coal-fired power plant boiler temperature control system, the temperature control system of electric welding machine, etc. The temperature control of reheating furnace is widely used in many fields. Th

10、is is mostly based on single chip microcomputer application of PID control, however, single-chip microcomputer control of DDC system software and hardware design is relatively comp</p><p>　　Key words：Siemens

11、 S7-300PLC PID Temperature Interface</p><p>　　The instructor signature: </p><p><b>　　目 錄 </b></p><p><b>　　1引言</b></p><p>　　1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義及背景1&l

12、t;/p><p>　　1.2系統(tǒng)工作原理2</p><p>　　1.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)及內(nèi)容2</p><p><b>　　1.4技術(shù)綜述3</b></p><p>　　2 PLC和HMI基礎(chǔ)</p><p>　　2.1 PLC概述4</p><p>　　2.1.1 PLC

13、的產(chǎn)生和應(yīng)用4</p><p>　　2.1.2 PLC的組成和工作原理4</p><p>　　2.1.3 PLC的分類及特點(diǎn)7</p><p>　　2.2人機(jī)界面的基礎(chǔ)7</p><p>　　2.2.1人機(jī)界面的定義7</p><p>　　2.2.2人機(jī)界面產(chǎn)品的組成及工作原理7</p>&l

14、t;p>　　2.2.3人機(jī)界面產(chǎn)品的特點(diǎn)8</p><p>　　3 PLC系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 PLC的選用9</p><p>　　3.2 S7-300簡介10</p><p>　　3.4 CPU314C-2PN/DP介紹11</p><p>　　3.5溫度傳感器14</p&g

15、t;<p>　　3.5.1 概述14</p><p>　　3.5.2 工作原理15</p><p>　　3.6固態(tài)繼電器16</p><p>　　3.6.1 概述16</p><p>　　3.6.2 工作原理16</p><p><b>　　3.7西門子觸摸屏</b><

16、;/p><p>　　3.7.1概述17</p><p>　　3.7.2工作原理17</p><p>　　3.8 PLC硬件圖設(shè)計(jì)18</p><p>　　4軟件設(shè)計(jì)及編程設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 STEP7簡單介紹19</p><p>　　4.2 程序?qū)懭氲臏?zhǔn)備20</p&g

17、t;<p>　　4.3程序設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.3.1設(shè)計(jì)思路23</p><p>　　4.3.2 PID控制算法及參數(shù)整定23</p><p>　　4.3.3控制程序流程圖26</p><p>　　4.4梯形圖程序27</p><p><b>　　5觸摸屏組態(tài)與運(yùn)行<

18、;/b></p><p>　　5.1組態(tài)設(shè)計(jì)步驟29</p><p>　　5.2 建立通訊33</p><p>　　5.3運(yùn)行調(diào)試39</p><p><b>　　6 結(jié)論40</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)41</b></p>&

19、lt;p><b>　　致謝42</b></p><p>　　附錄A：控制流程圖43</p><p>　　附錄B： 觸摸屏控制界面46</p><p>　　附錄C:程序圖48</p><p>　　觸摸屏與PIC構(gòu)架下的水溫PID控制</p><p><b>　　1引言<

20、/b></p><p>　　1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義及背景</p><p>　　溫度控制在電子、冶金、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。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)，它對控制調(diào)節(jié)器要求極高。目前,仍有相當(dāng)部分工業(yè)企業(yè)在用窯、爐等烘干生產(chǎn)線，存在著控制精度不高、爐內(nèi)溫度均勻性差等問題,達(dá)不到工藝要求，造成裝備運(yùn)行成本費(fèi)用高，產(chǎn)出品品質(zhì)低下，嚴(yán)重影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，急需技

21、術(shù)改造。 </p><p>　　在工業(yè)自動化工業(yè)領(lǐng)域內(nèi),PLC（可編程控制器）的特點(diǎn)是：可靠性能高、抗干擾能力強(qiáng)、編程便捷、功能強(qiáng)大、體積小、功能強(qiáng)大、能耗低等等，所以運(yùn)用在現(xiàn)代工業(yè)自動控制中非常方便，也很廣泛。目前，在工業(yè)控制中經(jīng)常選用PLC最為現(xiàn)場控制設(shè)備,作為控制核心其功能主要可以用于數(shù)據(jù)采集與處理、邏輯判斷、輸出控制。那么在上位機(jī)里面，首先是運(yùn)用HMI軟件作為參數(shù)和流程的顯示，實(shí)現(xiàn)了管理、監(jiān)控、分析與存儲

22、等功能，從而使控制系統(tǒng)變得簡單易懂、操作人性化，深受廣大用戶的喜歡，也正好滿足當(dāng)代用戶的需求。監(jiān)控系統(tǒng)充分利用了PLC和計(jì)算機(jī)各自的特點(diǎn),也得到了廣泛的應(yīng)用。在這種方式的基礎(chǔ)上就可以設(shè)計(jì)出一套完整的溫度控制系統(tǒng)。利用PLC的下位機(jī)和完成HMI功能的上位機(jī)相結(jié)合,構(gòu)建成分布式控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了溫度自動控制。</p><p>　　1.2系統(tǒng)工作原理 </p><p>　　如圖1-1所示，圖為溫度

23、控制系統(tǒng)基本構(gòu)成，它由固態(tài)繼電器、加熱爐、溫度傳感器、PLC主控制系統(tǒng)等4個(gè)部分組成。</p><p>　　圖1-1 加熱爐溫度控制系統(tǒng)基本組成</p><p>　　上圖闡述了溫度控制實(shí)現(xiàn)的過程是以PLC為核心控制溫度傳感器將加熱爐的溫度轉(zhuǎn)化為電壓信號通過A/D轉(zhuǎn)換將電壓信號轉(zhuǎn)化為西門子S7-300PLC可識別的數(shù)字量，然后 PLC將設(shè)定的溫度值SP與A/D轉(zhuǎn)換反饋回來的溫度值PV進(jìn)行比較

24、得出偏差并經(jīng)過PID控制運(yùn)算處理后，最后給固態(tài)繼電器的輸入端一個(gè)控制信號控制固態(tài)繼電器的輸出端導(dǎo)通與否從而使加熱爐得知是否開始或停止工作。這樣就可以實(shí)現(xiàn)加熱爐的溫度控制。</p><p>　　1.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容及目標(biāo)</p><p>　　本次設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容是通過PLC技術(shù)在溫度監(jiān)控系統(tǒng)上的應(yīng)用，首先是分析和研究硬件部分、軟件部分、程序設(shè)計(jì)。最后研究其控制控制算法的選擇和參數(shù)的整定，人機(jī)

25、界面的設(shè)計(jì)等。</p><p>　　設(shè)計(jì)的目標(biāo)是通過德國西門子公司的S7-300系列PLC為核心控制，將PLC與觸摸屏組態(tài)軟件兩者相結(jié)合在一起，通過他們之間的通訊和監(jiān)控，最終實(shí)現(xiàn)對研究對象的水溫進(jìn)行PID控制。在此同時(shí)利用西門子公司的組態(tài)軟件設(shè)計(jì)一個(gè)人機(jī)界（HMI），通過與PLC建立通訊對控制系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控，從而也能使用戶操作簡便。</p><p>　　2 PLC和HMI基礎(chǔ)</p

26、><p><b>　　2.1 PLC概述</b></p><p>　　可編程邏輯控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡稱PLC（Programmable Logic Controller），它使用了可編程序的記憶以存儲指令，用來執(zhí)行諸如邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和演算等功能，并通過數(shù)字或模擬的輸入和輸出，以控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。</p><p>　　2.1.

27、1 PLC的產(chǎn)生和應(yīng)用</p><p>　　20世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)開始應(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。1968年，美國通用汽車公司（GM）為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，要求尋找一種比繼電器更可靠、功能更齊全、響應(yīng)速度更快的新型工業(yè)控制器，并從用戶角度提出了新一代控制器應(yīng)具備的十大條件，立即引發(fā)了開發(fā)熱潮。</p>

28、<p>　　1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺可編程控制器，并在通用汽車公司的自動裝配線上試用，取得很好的效果。從此這項(xiàng)技術(shù)迅速發(fā)展起來。</p><p>　　隨著PLC功能的不斷完善，性價(jià)比的不斷提高，PLC的應(yīng)用面也越來越廣。目前，PLC在國內(nèi)外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、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(gè)

29、行業(yè)。PLC的應(yīng)用范圍通?？煞譃殚_關(guān)邏輯控制、運(yùn)動控制、過程控制、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。</p><p>　　2.1.2 PLC的組成和工作原理</p><p>　　PLC從組成形式上一般分為整體式和模塊式兩種，但在邏輯結(jié)構(gòu)上基本相同。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(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

30、成，各部分之間通過系統(tǒng)總線連接。PLC的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 PLC基本結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1） CPU（中央處理器） </p><p>　　CPU是PLC的核心，由運(yùn)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

31、構(gòu)成。它的功能是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(shí)，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(cuò)誤等，是PLC不可缺少的組成單元。</p><p><b>　　2）I/O接口 </b></p><p>　　PLC是通過各種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

32、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。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)。</p><p>　　PLC的對外功能主要是通過各種I/O接口模塊于外界聯(lián)系來實(shí)現(xiàn)的。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。I/O模塊分為開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、模擬量輸

33、入和模擬量輸出等模塊。</p><p><b>　　3）存儲器</b></p><p>　　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。一般包括系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器兩部分。系統(tǒng)程序存儲器用于存儲整個(gè)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。用戶程序存儲器用于存儲用戶根據(jù)工藝要求或者控制功能設(shè)計(jì)的控制程序，早

34、期一般采用隨機(jī)讀寫存儲器（RAM），需要后備電池在掉電后保存程序。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。</p><p>　　4）電源模塊 </p><p>　　PLC中的電源，是為PLC各模塊的集成電路提供工

35、作電源。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。</p><p><b>　　5）智能模塊</b></p><p>　　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)等專用型或智能型的I/O模塊，用以滿足各種特殊功能的控制要

36、求。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(qiáng)。</p><p><b>　　6）編程設(shè)備</b></p><p>　　常見的編程設(shè)備有簡易手持編程器、智能圖形編程器和基于PC的專用編程軟件。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。編程設(shè)備在PLC的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試、

37、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)場的控制。</p><p>　　PLC本質(zhì)上就是一臺微型計(jì)算機(jī)，其工作原理與普通計(jì)算機(jī)類似，具有計(jì)算機(jī)的許多特點(diǎn)。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。PLC采用循環(huán)掃描的工作方式。工作時(shí)逐條順序掃描用戶程序，如果一個(gè)線圈接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)不會立即動作，需等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會動作。</p><p>　　2.1.

38、3 PLC的分類及特點(diǎn)</p><p>　　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。還有一些PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式PLC。 還可以按I/O點(diǎn)數(shù)分類，根據(jù)PLC的I/O點(diǎn)數(shù)的多少，可將PLC分為小型、中型、大型和超大型四類:</p><p>　　I/O點(diǎn)數(shù)在256以下為小型PLC；</p><p>　　I/O點(diǎn)數(shù)在256～

39、1024為中型PLC；</p><p>　　I/O點(diǎn)數(shù)大于1024為大型PLC；</p><p>　　I/O點(diǎn)數(shù)在4000以上為超大型PLC；</p><p>　　可編程控制器有可靠性高、編程簡單易學(xué)、功能強(qiáng)、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(jì)與調(diào)試周期短等特點(diǎn)。</p><p>　　2.2人機(jī)界面的基礎(chǔ)</p&

40、gt;<p>　　隨著社會的進(jìn)步，工業(yè)自動化技術(shù)迅猛發(fā)展，控制系統(tǒng)功能越來越強(qiáng)大，控制過程也變得越來越復(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（HMI Human Machine Interface）以其美觀易懂、操作人性化等顯著特點(diǎn)，正好滿足這種需求而得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　2.2.1人機(jī)界面的定義 </p><p>　　人機(jī)界面是指其與可編程控制器

41、（PLC）、變頻器、直流調(diào)速器、儀表等工業(yè)控制設(shè)備通過建立通訊利用屏屏幕顯示通過輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)等）寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實(shí)現(xiàn)了人與機(jī)器信息互通的數(shù)字設(shè)備。</p><p>　　2.2.2人機(jī)界面產(chǎn)品的組成及工作原理 </p><p>　　人機(jī)界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存貯單元等，其中處理器的性能決定了HMI產(chǎn)

42、品的性能高低，是HMI的核心單元。根據(jù)HMI的產(chǎn)品等級不同，處理器可分別選用8位、16位、32位的處理器。HMI軟件分為兩部分，即運(yùn)行于HMI硬件中的系統(tǒng)軟件和運(yùn)行于PC機(jī)Windows操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件。首先必須要在工控機(jī)上通過組態(tài)軟件建立組態(tài)畫面，再通過PC機(jī)和HMI 產(chǎn)品的串行通訊口，把編制好的組態(tài)畫面下載到HMI的處理器中運(yùn)行。</p><p>　　2.2.3人機(jī)界面產(chǎn)品的特點(diǎn)</p>

43、<p>　　(1) 系統(tǒng)運(yùn)行過程清晰化</p><p>　　控制過程可以動態(tài)地顯示在HMI設(shè)備上。</p><p>　　(2) 系統(tǒng)操作簡單化</p><p>　　操作員可以通過監(jiān)控界面來控制過程?？蓮谋O(jiān)控界面上啟動和停止系統(tǒng)、設(shè)定溫度上下限、設(shè)置PID參數(shù)等。</p><p><b>　　(3) 顯示報(bào)警</b&

44、gt;</p><p>　　控制過程達(dá)到臨界狀態(tài)或系統(tǒng)運(yùn)行錯(cuò)誤時(shí)會自動觸發(fā)報(bào)警，</p><p><b>　　(4) 數(shù)據(jù)歸檔</b></p><p>　　HMI系統(tǒng)可以記錄過程變量值和報(bào)警信息并歸檔。</p><p>　　3 PLC系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 PLC的選用</

45、p><p>　　本次設(shè)計(jì)我用到的是德國西門子公司S7-300系列PLC，S7-300屬于模塊式PLC,它主要由機(jī)架、CPU模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成，各種模塊安裝的機(jī)架上。通過CPU模塊或通信模塊上的通信接口，PLC被連接到通信網(wǎng)絡(luò)上，可以與計(jì)算機(jī)、其它PLC或其它設(shè)備通信。圖3-1是PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟的示意圖。</p><p>　　圖3-1

46、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 </p><p>　　3.2 S7-300簡介</p><p>　　S7-300是模塊化的中小型PLC，適用于中等性能的控制要求。品種繁多的CPU模塊、信號模塊和功能模塊能滿足各種領(lǐng)域的自動控制任務(wù)，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選擇合適的模塊，維修時(shí)更換模塊也很方便。它有很高的電磁兼容性和抗振動抗沖擊能力，有350多條指令，其編程軟件STEP7功能強(qiáng)大，可以使用多種

47、編程語言。在模塊中采用的是緊湊的、無槽位限制的模塊結(jié)構(gòu)，每個(gè)模塊都安裝在導(dǎo)軌上，用螺栓鎖緊即可。</p><p>　　3.4 CPU314C-2PN/DP介紹</p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)用到的兩臺PLC均是西門子300系列PLC，型號：CPU314C-2PN/DP,</p><p>　　訂貨號：6ES7314-6EH04-0AB0，固件版本V3.3。該CPU是西

48、門子公司的剛推出的新型緊湊型處理模塊。它集成了模擬量和數(shù)字量輸出模塊，晶體管輸出,如圖3-2：</p><p>　　圖3-2 CPU314C-2PN/DP集成I/O的方框圖</p><p><b>　　狀態(tài)和出錯(cuò)LED燈</b></p><p>　　帶有彈性裝置的SIMATIC MMC卡的插槽</p><p>　　集成輸

49、入和輸出的端子</p><p><b>　　電源連接</b></p><p>　　1.接口X1（MPI/DP）</p><p>　　2.接口X2(PN),配有交端口交換機(jī)</p><p>　　MAC地址和二維條形碼</p><p><b>　　模式選擇器開關(guān)</b></

50、p><p><b>　　1.CPU的屬性：</b></p><p>　　表3.1 CPU314C-2PN/DP的屬性</p><p>　　2.CPU314C-2PN/DP的集成I/O尋址:</p><p>　　表3.2 CPU314C-2PN/DP的集成I/O</p><p>　　3.集成數(shù)字量

51、I/O的方框圖和引腳分配圖如圖3-3：</p><p>　　圖3-3集成數(shù)字量I/O的方框圖和引腳分配</p><p>　　4.集成數(shù)量/模擬量I/O的方框圖如圖3-4: </p><p>　　圖3-4集成數(shù)字量/模擬量I/O的方框圖</p><p><b>　　3.5溫度傳感器</b></p><p

52、><b>　　3.5.1 概述</b></p><p>　　溫度傳感器（temperature transducer）是指能檢測溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心，其品種繁多。按測量的方式可分為接觸式和非接觸式兩類，按照傳感器材料與電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類，溫度是一個(gè)基本的物理量，自然界中的一切過程無不與溫度密切相關(guān)。從17世紀(jì)初伽利略發(fā)明溫度計(jì)

53、開始，人們開始利用溫度進(jìn)行測量。真正把溫度變成電信號的傳感器是1821年由德國物理學(xué)家賽貝發(fā)明的，這就是后來的熱電偶傳感器。</p><p>　　3.5.2 工作原理</p><p>　　此次我們用到的是pt100接觸式溫度傳感器如圖3-5所示，它是一種將溫度變量轉(zhuǎn)換為可傳送的標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號的儀表，可工作在-200℃-650℃的范圍。內(nèi)部結(jié)果是以一種白金（Pt）作為電阻式溫度檢測器，主要用

54、于工業(yè)中溫度參數(shù)的測量與控制。</p><p>　　圖3-5 Pt100溫度傳感器</p><p><b>　　3.6固態(tài)繼電器</b></p><p><b>　　3.6.1 概述 </b></p><p>　　固態(tài)繼電器（Solid State Relay，簡稱SSR）與機(jī)電繼電器相比，是一種沒

55、有機(jī)械運(yùn)動，不含運(yùn)動零件的繼電器，但它具有與機(jī)電繼電器本質(zhì)上相同的功能。SSR是一種全部由固態(tài)電子元件組成的無觸點(diǎn)開關(guān)元件，他利用電子元器件的點(diǎn)，磁和光特性來完成輸入與輸出的可靠隔離，利用大功率三極管，功率場效應(yīng)管，單項(xiàng)可控硅和雙向可控硅等器件的開關(guān)特性，來達(dá)到無觸點(diǎn)，無火花地接通和斷開被控電路。它是一種四端有源器件，其中兩端為輸入控制端，另外兩端為輸出受控端，如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 固態(tài)

56、繼電器模塊示圖</p><p>　　3.6.2 工作原理</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中用到的是單相固態(tài)交流繼電器如圖3-7所示，用220V電壓接入輸入端24-380VAC，輸出端3-32VDC接到加溫水壺。</p><p>　　圖3-7單相固態(tài)繼電器</p><p>　　固態(tài)繼電器的輸入端、輸出端之間采用光電隔離技術(shù)，使得弱電和強(qiáng)電隔離，因

57、此從計(jì)算機(jī)等弱電設(shè)備輸出的信號可以直接加在固態(tài)繼電器的控制端上，無需另外的保護(hù)電路。</p><p><b>　　3.7西門子觸摸屏</b></p><p><b>　　3.7.1概述</b></p><p>　　隨著自動化技術(shù)迅猛發(fā)展，控制系統(tǒng)功能也越來越強(qiáng)大，控制過程也演變的越來越復(fù)雜，系統(tǒng)操作最大透明化已經(jīng)成為一種需

58、要。人機(jī)界面（HMI Human Machine Interface）通過過程可視化、操作員對操作過程可方便的控制等顯著特點(diǎn)，滿足了這種需求而得到廣泛的應(yīng)用。工業(yè)HMI又稱人機(jī)界面，是一種智能化操作控制顯示裝置。它一般與PLC等工業(yè)控制設(shè)備，利用顯示屏顯示，通過輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)等）讀入工作參數(shù)或輸入操作命令，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器信息的互通。HMI的主要功能有：數(shù)據(jù)的輸入與顯示；系統(tǒng)或設(shè)備的操作狀態(tài)方面的實(shí)時(shí)信息顯示；報(bào)警處理和打印

59、；數(shù)據(jù)歸檔和報(bào)表系統(tǒng)。此外，新一代工業(yè)人機(jī)界面還具有簡單的編程、對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、數(shù)據(jù)登錄及配方等智能化控制功能。</p><p><b>　　3.7.2工作原理</b></p><p>　　本次我們選擇的是西門子觸摸屏TP177B型號如圖3-8，通過電源接口接入S7-300的24V電源模塊得電，電纜接口接入接入S7-300的COM1或2口，最后通過西門子組態(tài)軟件進(jìn)

60、行組態(tài)，得到的仿真畫面就可以植入屏內(nèi)。</p><p>　　圖3-8 TP177B 觸摸屏</p><p><b>　　3.8 硬件圖設(shè)計(jì)</b></p><p>　　控制器的設(shè)計(jì)是根據(jù)模型控制設(shè)計(jì)過程中最核心的一步，在本溫度控制系統(tǒng)中,傳感器將測到的溫度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號經(jīng)過溫度模塊后，與設(shè)定溫度值（SP）進(jìn)行比較,最后得到偏差, 將此偏差送

61、入S7-300PLC控制器中按PID算法進(jìn)行控制修改，得到的數(shù)據(jù)反饋到上位機(jī)人機(jī)界面（觸摸屏）中加以控制，同時(shí)反饋對應(yīng)工況下的固態(tài)繼電器導(dǎo)通時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)對爐子的溫度控制?？刂葡到y(tǒng)方框圖如圖3-9所示。</p><p>　　圖3-9 控制系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　本章小結(jié)：本章主要介紹了西門子S7-300PLC以及系統(tǒng)其它硬件的工作原理與選型。</p><p&g

62、t;　　4軟件設(shè)計(jì)及編程設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 STEP7簡單介紹</p><p>　　本次設(shè)計(jì)用到的是STEP7v5.5來編寫程序，STEP7編程軟件用于西門子系列工控產(chǎn)品包括SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinAC的編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置，是SIMATIC工業(yè)軟件的重要組成部分。</p><p><b>　　版本區(qū)別：</b

63、></p><p>　　Step7 Basic ——針對于西門子最新的S7-1200系列的編程軟件，其中可以包含S7-1200專用的觸摸屏進(jìn)行組態(tài),同時(shí)也可以對1200專用的伺服進(jìn)行設(shè)定。</p><p>　　Step7——S7-300/400的編程軟件，編程方式僅局限于LAD，STL，F(xiàn)BD。</p><p>　　Step7 ProFessional——內(nèi)部

64、包含有Step7，并含有Graph,HiGraph,SCL以及模擬器PLCSIM。</p><p>　　Step7 Lite——受限制的Step7版本,僅可以使用該版本組態(tài)本地機(jī)架，不可組態(tài)網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　Step7 Micro——西門子S7-200的編程軟件。</p><p>　　S7-20,S7-300,S7-1200只能使用其對應(yīng)的編程軟件進(jìn)行編程

65、。</p><p>　　同時(shí)Step 7 還具有以下特點(diǎn)</p><p>　　具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通訊組態(tài)、編程、測試、啟動和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和診斷功能等。STEP 7的所有功能均有大量的在線幫助，用鼠標(biāo)打開或選中某一對象，按F1可以得到該對象的相關(guān)幫助。</p><p>　　在STEP7中，用項(xiàng)目來管理一個(gè)自動化系統(tǒng)的硬件和軟件。STEP7用SI

66、MATIC管理器對項(xiàng)目進(jìn)行集中管理，它可以方便地瀏覽SIMATIC S7、M7、C7和WinAC的 數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)STEP7各種功能所需的SIMATIC軟件工具都集成在STEP 7中。</p><p>　　4.2 程序?qū)懭氲臏?zhǔn)備</p><p>　　在整個(gè)電力傳動控制系統(tǒng)中，我們用到了兩個(gè)西門子PLC，在程序下載到硬件之前，必須要保證在STEP7組態(tài)中所使用的硬件跟設(shè)計(jì)所使用的硬件型號，訂貨號

67、，固件版本是完全一樣的，同時(shí)使用PROFIBUS通信，必須要在組態(tài)是表現(xiàn)出來的與實(shí)際設(shè)計(jì)一樣，才能保證成功。</p><p>　　1.首先進(jìn)入STEP7，新建項(xiàng)目->5231，如下所示。</p><p><b>　　圖4-1建立項(xiàng)目圖</b></p><p>　　2.進(jìn)入新建的項(xiàng)目，插入新對象，選擇SIMATIC300站點(diǎn)，如下圖所知：&

68、lt;/p><p>　　圖4-2 插入站點(diǎn)圖</p><p>　　3.點(diǎn)擊從站，會在右邊的窗口出現(xiàn)出現(xiàn)硬件，點(diǎn)擊硬件，進(jìn)入從站的硬件配置窗口。</p><p><b>　　圖4-3點(diǎn)選硬件圖</b></p><p>　　4.在硬件組態(tài)窗口中，首先插入RACK-300導(dǎo)軌（Rail）,導(dǎo)軌機(jī)架用來固定PLC各種模塊，在導(dǎo)軌的第

69、一個(gè)插槽中插入PS 307 5A電源模塊，第二個(gè)插槽中插入CPU314C-2PN/DP模塊，固件版本選擇V3.3，在右下角的小窗口中會顯示所選的模塊的訂貨號和一些基本的數(shù)據(jù)信息，保證所選的所有模塊的訂貨號和固件版本號與實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用的硬件面板上的標(biāo)識一一對應(yīng)，在彈出的建立以太網(wǎng)串口中點(diǎn)擊取消，在之后的組態(tài)中選擇PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，如下所示：</p><p>　　圖4-4選取通信方式圖</p>

70、<p>　　5.修改I/O模塊輸入輸出地址，點(diǎn)擊DI24/DO16,彈出該模塊的屬性對話框，在地址對話框中取消默認(rèn)地址，更改輸出模塊地址從136-138為0-2，這樣在軟件程序編輯中的尋址就比較符合習(xí)慣，如以前的Q136.0會變成Q0.0，同樣的方式把輸入模塊地址改成為0-1。如下所示：</p><p>　　圖4-5輸入模塊地址更改圖</p><p>　　保存并編譯，至此完成了主

71、從站的硬件組態(tài)，完成這些以后就可以在Step7窗口中把程序下載到PLC中。</p><p><b>　　4.3程序設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.3.1設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　PLC運(yùn)行時(shí)，通過單相繼電器工作產(chǎn)生初始化脈沖進(jìn)行初始化，將溫度設(shè)定值SP，PID參數(shù)值等，存入有關(guān)的數(shù)據(jù)寄存器，使定時(shí)

72、器復(fù)位；按啟動按鈕，系統(tǒng)開始工作得到溫度采樣，采樣周期為1秒；Pt100熱電偶傳感器把所測量的溫度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)量轉(zhuǎn)換通過PLC控制器轉(zhuǎn)換為電壓信號送入S7-300中，直接在庫中調(diào)用FB41與FB43程序作為PID控制，經(jīng)過程序調(diào)試計(jì)算后得出實(shí)際溫度T,將T和溫度初始設(shè)定溫度比較，根據(jù)偏差計(jì)算調(diào)整量，發(fā)出調(diào)節(jié)命令。</p><p>　　4.3.2 PID控制算法及參數(shù)整定</p><p>　　智

73、能PID控制算法是基于常規(guī)PID控制的控制算法，這種算法對對象具有延遲,時(shí)變和非線性系統(tǒng)的特點(diǎn)和在不同環(huán)節(jié)有不同的算法。它有具有快速控制，延遲控制，穩(wěn)定性控制和抗干擾的能力。</p><p>　　由于智能PID控制算法不依賴數(shù)學(xué)模型和對參數(shù)變化不敏感，所以這種算法更適合現(xiàn)場使用。</p><p>　　1 PID算法實(shí)現(xiàn)的數(shù)字</p><p>　　在模擬系統(tǒng),表示PI

74、D算法表達(dá)式是:</p><p><b>　　（1）</b></p><p>　　離散方程(1)、數(shù)字形式的微分方程代替連續(xù)系統(tǒng)微分方程，則微積分能使用求和及增量形式表示：</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　?。?）</b></p>

75、;<p>　　在遞歸原則下用K表示PID輸出的表達(dá)式： （4）</p><p>　　所以在方程（4）中，=/T 是積分系數(shù)， =/T 是微分系數(shù)。PID的微分方程可以表示為： （5） </p><p>　　在方程（5）中，是控制量，是偏差，是比例系數(shù)，是積分系數(shù)，是微分控制系數(shù)。&l

76、t;/p><p>　　一旦系統(tǒng)產(chǎn)生錯(cuò)誤，PID控制器立即工作以使目標(biāo)減少錯(cuò)誤，控制功能的強(qiáng)大和微弱取決于比例系數(shù),它的限制是對于有自我平衡能力的控制對象存在靜態(tài)錯(cuò)誤。增長的值可以減少靜態(tài)錯(cuò)誤，但是過大的值會導(dǎo)致系統(tǒng)動態(tài)性能變差。</p><p>　　積分記憶誤差幫助系統(tǒng)減少靜態(tài)錯(cuò)誤，但是積分環(huán)節(jié)的限制是使控制系統(tǒng)有一個(gè)滯后的特性。如果積分環(huán)節(jié)太強(qiáng)大，它將使控制對象的動態(tài)性能變得很差，導(dǎo)致閉環(huán)系

77、統(tǒng)不穩(wěn)定。微分誤差能獲得誤差變化趨勢，增長微分控制因素可以加快系統(tǒng)響應(yīng)，但是它對干擾敏感和降低系統(tǒng)抗干擾的能力。</p><p>　　2 智能PID控制環(huán)節(jié)</p><p>　　由于僅當(dāng)系統(tǒng)模型參數(shù)不變性時(shí)，PID算法可以得到預(yù)想效果，當(dāng)一個(gè)好的PID控制器應(yīng)用在模型參數(shù)隨時(shí)間變化的系統(tǒng)時(shí)，它的能力會變得不同，這個(gè)不同在于參數(shù)要好好調(diào)整，甚至不穩(wěn)定。所以智能PID控制器參數(shù)能僅僅根據(jù)現(xiàn)實(shí)情

78、況通過許多次計(jì)算獲得。一個(gè)系統(tǒng)考慮到最大偏差,最小偏差,如此系統(tǒng)PID控制規(guī)則如下：</p><p>　　規(guī)則1：IF︱︳> </p><p><b>　　= (k)</b></p><p>　　規(guī)則1能確保：測量值小于溫度設(shè)定值時(shí)，迅速下降。</p><p>　　規(guī)則2：IF ︱︳< </p>

79、;<p><b>　　=</b></p><p>　　為減少頻繁的運(yùn)動和不影響溫度控制的精確性，規(guī)則2為溫度偏差設(shè)置了一個(gè)死區(qū)。</p><p>　　規(guī)則3：IF<︱︳< </p><p><b>　　=+ [-]+</b></p><p>　　規(guī)則3不使用微分控制，根據(jù)

80、現(xiàn)場控制情況去調(diào)整和。</p><p>　　3 設(shè)置在線PID參數(shù)</p><p>　　XMT624通信接口是以光電耦合輸出隔離為主，以異步RS485為次，一般PC機(jī)僅有RS232接口，RS232和RS485接口電氣特性是不兼容的，所以要使用RS232/RS485轉(zhuǎn)換器ZW485C以使RS232信號變?yōu)镽S485信號。該系統(tǒng)工作在半雙工模式下，基于當(dāng)前狀態(tài)的PC機(jī)發(fā)送命令去讀取XMT624

81、檢測到的信號和為設(shè)定參數(shù)發(fā)送一個(gè)命令給XMT624。在響應(yīng)后，XMT624立即接受命令并在儀表板顯示當(dāng)前工作狀態(tài)。</p><p>　　溫度控制器件與PC機(jī)的通訊是：通訊速度9600bps，停止位：1，數(shù)據(jù)位：8，校驗(yàn)位：無。XMT624定義輸入，輸出，狀態(tài)參數(shù)和指定地址。</p><p>　　PID控制器的三個(gè)基本參數(shù)能通過PC端口在通訊地址中被直接讀取和寫，所以它的控制很方便。當(dāng)讀和寫

82、參數(shù)時(shí)，首先，我們應(yīng)知道參數(shù)的代碼。讀參數(shù)的代碼是03H，寫參數(shù)的代碼是10H。</p><p>　　在數(shù)據(jù)格式中的第一個(gè)地址是XMT624的地址。第二個(gè)地址是PV的EMS的存儲地址。如果它讀取比例因子P,那么它改變第二個(gè)地址為內(nèi)存地址1004H就可以了。讀和寫參數(shù)的數(shù)據(jù)格式是相似的。它需要將功能代碼改變?yōu)閷憛?shù)的功能代碼10H.</p><p>　　PID三個(gè)基本參數(shù)是相互聯(lián)系和相互約束

83、的，由物理環(huán)境因素所限制。所以它應(yīng)該在物質(zhì)情況和控制要求中進(jìn)行折衷的選擇。在實(shí)際運(yùn)用中一些實(shí)例可按照如下調(diào)整：</p><p>　　（1）溫度非?？斓倪_(dá)到目標(biāo)溫度，但溫度的超調(diào)是巨大時(shí)：考慮減少比例系 數(shù)或增加微分系數(shù)時(shí)間。</p><p>　　（2）溫度常常達(dá)不到目標(biāo)和所需時(shí)間非常長時(shí)：考慮增加比例系數(shù)或積分時(shí)間。</p><p>　　（3）它可以在基本控制目標(biāo)內(nèi)

84、波動，但是偏差是很大的，通常是無規(guī)律時(shí)：考慮增加微分系數(shù)或減少積分時(shí)間，工作周期可能被設(shè)置的更短。</p><p>　　4.3.3控制程序流程圖 </p><p>　　圖4-5 控制流程圖</p><p><b>　　4.4梯形圖程序</b></p><p>　　程序段1說明：將1賦值給MB0賦值，此時(shí)M0.0為1，M

85、0.1——M0.7則為0。</p><p>　　程序段2說明：溫度設(shè)定值也就是最后恒溫控制時(shí)系統(tǒng)設(shè)定的溫度值設(shè)定。將50（SP）賦值給MD5，由于MD數(shù)據(jù)類型為雙字占4個(gè)字節(jié)。因?yàn)樵谥蟮腜ID模塊當(dāng)中需要調(diào)用的溫度設(shè)定值(SP)數(shù)據(jù)類型為浮點(diǎn)數(shù)，長度為32位，所以此時(shí)調(diào)用梯形圖中的轉(zhuǎn)換指令DI_R將長整數(shù)MD1轉(zhuǎn)化成32位浮點(diǎn)數(shù)賦值給MD28。</p><p>　　程序段3說明：溫度采樣

86、值(PV)即為溫度傳感器得到的數(shù)值，通過模擬量輸入通道傳給PLC，地址為PIW808，賦值給MD9。由于在PID模塊中溫度測量值（PV）端數(shù)據(jù)類型也為浮點(diǎn)數(shù)，再次調(diào)用梯形圖中的轉(zhuǎn)換指令DI_R將MD9數(shù)據(jù)類型由長整數(shù)轉(zhuǎn)換為32位浮點(diǎn)數(shù)，賦值給MD13。MD13顯示的數(shù)值為694，而溫度傳感器測量的溫度起始值大約在常溫，調(diào)用浮點(diǎn)數(shù)算數(shù)運(yùn)算除法指令DIV_R，在除以10.0之后得到與之相應(yīng)的浮點(diǎn)數(shù)，賦值給MD24，則為最終溫度采樣值。<

87、;/p><p>　　程序段4說明：PID模塊的調(diào)用，以及PID運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)化為脈沖輸出。其中FB41為PID模塊，而FB43為脈沖輸出轉(zhuǎn)化（Q136.0為固態(tài)繼電器DO點(diǎn)地址）。程序的采樣周期為設(shè)定為1秒，P、I、D以及SP、PV則分別調(diào)用之前程序部分的地址，以占空比的調(diào)節(jié)方法得到控制溫度的結(jié)果。</p><p><b>　　5觸摸屏組態(tài)與運(yùn)行</b></p>

88、<p><b>　　5.1組態(tài)設(shè)計(jì)步驟</b></p><p>　　HMI監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控主畫面及相應(yīng)的功能子畫面組成，HMI畫面設(shè)計(jì)對于HMI來說是非常關(guān)鍵的。HMI畫面是用組態(tài)軟件來做的，常見的組態(tài)軟件有西門子公司的Wincc、羅克韋爾公司的RsView及國產(chǎn)的組態(tài)王、力控等。在本溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們選擇了Wincc Flexible軟件來完成監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì)。下面介紹主要組

89、態(tài)的主要步驟。</p><p>　　第一步：打開Wincc組態(tài)軟件，可以直接再在STEP7中插入新對象如圖5-1，選擇相應(yīng)型號的觸摸屏如圖5-2。</p><p>　　5-1 插入新對象</p><p><b>　　5-2 型號選擇</b></p><p>　　第二步：點(diǎn)擊畫面設(shè)置，調(diào)用對象，設(shè)定與S7-300PLC

90、對應(yīng)的變量，圖5-3為登陸畫面。</p><p><b>　　5-3登陸界面</b></p><p>　　第三步：添加畫面，同上一樣，設(shè)定好變量后，在點(diǎn)擊“保存當(dāng)前項(xiàng)目”，就可以在程序運(yùn)行時(shí)載入使用了。</p><p><b>　　5-4 主控制面板</b></p><p><b>　　5

91、-5趨勢圖</b></p><p>　　5-6溫度控制面板 </p><p><b>　　5-7報(bào)警面板</b></p><p>　　溫度控制面板中設(shè)定值為程序中SP_INT顯示值，那么過程值為程序中PV_IN顯示值，可以點(diǎn)擊圖標(biāo)上面“下載運(yùn)行”就可以與程序運(yùn)行同時(shí)仿真使用了。</p><p><b&

92、gt;　　5.2 通訊連接</b></p><p>　　1.打開S7-300先進(jìn)行組態(tài)后在插入HMI如圖5-7：</p><p>　　5-8 插入對象HMI</p><p>　　2.雙擊CPU中PN-IO，然后單擊屬性，新建一個(gè)以太網(wǎng)保存并且編譯。如圖5-8。</p><p><b>　　5-9新建以太網(wǎng)</b&g

93、t;</p><p>　　3.把S7-300PLC和觸摸屏都連接到以太網(wǎng)上并寫好地址，觸摸屏的地址要和實(shí)物的觸摸 屏地址一樣，在站點(diǎn)里面保存在次編譯，先下載S7-300PLC的組態(tài)，再下載上一步做的連接，建立如下圖站點(diǎn)連接并下載保存，如圖5-9。</p><p><b>　　5-10 站點(diǎn)連接</b></p><p>　　4.做好觸摸屏和S7-

94、300PLC的連接后在下載所做的畫面：單擊項(xiàng)目－傳送－傳送設(shè)置如圖5-10。</p><p><b>　　5-11 傳送設(shè)置</b></p><p>　　設(shè)置以太網(wǎng)通訊地址為192.168.0.12，然后就可以傳送了。</p><p>　　5.以太網(wǎng)設(shè)置好后，在設(shè)置觸摸屏，啟動菜單，點(diǎn)擊“Control Panel”進(jìn)入控制界面，點(diǎn)擊“Tran

95、sfer”。如圖5-11</p><p><b>　　5-12建立協(xié)議</b></p><p>　　6.點(diǎn)擊“Channel 2”建立協(xié)議ETHERNET,點(diǎn)擊Advanced進(jìn)入下一個(gè)畫面，同時(shí)點(diǎn)擊“Properties”設(shè)置IP地址與S7-300PLC地址一致。</p><p>　　5-12 設(shè)置IP地址</p><p&

96、gt;　　7.點(diǎn)擊“OK”返回到控制面板找到“Communication”雙擊“Device Name”設(shè)置型號。在退出返回主界面找到“OP Properties”如圖5-13操作顯示。</p><p><b>　　5-13 型號設(shè)置</b></p><p>　　8.重啟畫面，進(jìn)入控制界面，點(diǎn)擊“Transfer”,如圖5-14，動畫連接就完全設(shè)置成功了。</p

97、><p><b>　　5-14 建立傳送</b></p><p><b>　　5.3運(yùn)行調(diào)試</b></p><p>　　完成了PLC程序設(shè)計(jì)和人機(jī)界面設(shè)計(jì)之后，進(jìn)入系統(tǒng)運(yùn)行測試階段。首先在STEP7編程軟件中將設(shè)計(jì)好的程序下載到PLC中，然后打開Wincc Flexible，切換到運(yùn)行模式。</p><p

98、>　　下載運(yùn)行后，打開主界面，點(diǎn)擊“開始”按鈕，則開關(guān)變綠色，系統(tǒng)開始運(yùn)行，目前溫度值開始有數(shù)據(jù)顯示，溫度儀表上也顯示了當(dāng)前溫度值，點(diǎn)擊“趨勢圖”按鈕，則切換到實(shí)時(shí)趨勢曲線畫面，如圖5-15。</p><p><b>　　5-15趨勢圖</b></p><p>　　如圖可知，溫度從46度開始降溫至30度時(shí)，繼電器開始工作，由30度開始迅速上升至80度，然后稍微緩

99、慢上升至81.3度得到最大溫度，繼電器停止工作，其中我們設(shè)定溫度為80度，這時(shí)產(chǎn)生偏差為1.3度，與設(shè)定溫度極為接近。</p><p><b>　　6 結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)以PLC（可編程控制器）為核心，運(yùn)用可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、體積小、能耗低等特點(diǎn)運(yùn)用到現(xiàn)代工業(yè)的自動控制之中。然而PID算法在控制系統(tǒng)中也是很廣泛的

100、一種控制算法，對大部分控制對象都有良好的控制效果。</p><p>　　在西門子S7-300系列PLC和組態(tài)軟件Wincc Flexible的基礎(chǔ)上，我們成功設(shè)計(jì)出了溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)達(dá)到了快、準(zhǔn)、穩(wěn)的效果，也達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。再加上由Wincc Flexible設(shè)計(jì)的人機(jī)界面，整個(gè)系統(tǒng)操作簡單，控制簡便快捷，使得系統(tǒng)的自動化程度和實(shí)用性更廣泛。</p><p>　　但是也有一些有不足的

101、地方需要改進(jìn)，編程時(shí)我們用了編程軟件自帶的PID模塊，這樣雖然方便，但是使得控制系統(tǒng)超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間都稍微偏大，若是自己編寫PID程序的話，控制效果可能會更好。還有人機(jī)界面內(nèi)容也不夠豐富，如果能再加入打印功能與報(bào)表功能的話，控制效果可能就會完美了。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1廖常初．S7—300／400 PLC應(yīng)用技術(shù)[M]．

102、北京：機(jī)械工業(yè) 出版社，2005． </p><p>　　2郁漢琪.可編程控制器原理及應(yīng)用.中國電力出版社，2004</p><p>　　3 努爾哈孜·朱瑪力.可編程序控制器在電爐溫度控制系統(tǒng)中應(yīng)用的研究. 新疆大學(xué)學(xué)報(bào)， 2006,13(2):267-268</p><p>　　4黃柱深，黃超麟. 基于PLC的高精度溫度控制系統(tǒng). 機(jī)電工程技

103、術(shù), 2006，10(2)：123-125</p><p>　　5嚴(yán)盈富. 觸摸屏與PLC入門. 人民郵電出版社，2006</p><p>　　6付家才. PLC實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐. 高等教育出版社，2006</p><p>　　7劉繼修. PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì). 福建科技出版社，2007</p><p>　　8徐亞飛，劉官敏，高國章. 溫箱溫度PID

104、與預(yù)測控制. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)交通科學(xué)與工程 版，2004，28(4)：554-557</p><p>　　9曾貴娥,邱麗,朱學(xué)峰. PID控制器參數(shù)整定方法的仿真與實(shí)驗(yàn)研究.石油化工自動化, 2005,7(4):89-91</p><p>　　10 張浩風(fēng). 梯形圖設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用舉例. 機(jī)械工業(yè)出版社，2008</p><p>　　11肖寶興. 西門子S7-

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106、roller. IEE Proceedings of Control Theory and Applications, 2004,5(151):645-652</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　不覺中畢業(yè)設(shè)計(jì)就快要結(jié)束了，在這幾個(gè)月的時(shí)間里，自己一直忙碌著做畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)的工作。由于自己不是經(jīng)常涉及到畢業(yè)設(shè)計(jì)課題這方面的知識，所

107、以經(jīng)驗(yàn)不足是我運(yùn)到的一個(gè)問題，難免有許多考慮不周全的地方而導(dǎo)致出現(xiàn)許多差錯(cuò)，還有一直有導(dǎo)師劉君的督促和細(xì)心指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的鼓勵與支持，不然想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是很有難度的。 </p><p>　　在這里首先要感謝我的導(dǎo)師劉君老師。他平日里工作繁忙辛苦，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的期間，從開始資料查閱，再到設(shè)計(jì)草案的確定和一系列修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，等整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。除了敬佩劉君老師的專業(yè)水平

108、外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我以及其他同學(xué)永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 </p><p>　　其次要感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)的謝言同學(xué)。他的鼓勵減輕了我的壓力，他的幫助和分擔(dān)減少了我的困難，還有他的勤奮激發(fā)的我的熱情和動力。</p><p>　　最后還要感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我們打下專業(yè)知識的基礎(chǔ)；同時(shí)還要感謝學(xué)校，正因?yàn)橛袑W(xué)校的支持，學(xué)校提供的實(shí)驗(yàn)場所和設(shè)

109、備。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會順利完成。</p><p><b>　　附錄A：控制流程圖</b></p><p>　　PLC控制系統(tǒng)步驟圖</p><p><b>　　PID控制流程圖</b></p><p>　　加熱爐溫度控制系統(tǒng)基本框圖</p><p><b>　　系統(tǒng)總

110、結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p>　　附錄B： 觸摸屏控制界面 </p><p><b>　　目錄界面 </b></p><p><b>　　控制主界面</b></p><p><b>　　溫度控制界面</b></p><p><b&g