畢業(yè)設(shè)計(jì)----plc西門子s7-200溫度控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p>　　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(xué)反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)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(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足輕重的作用。對于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，燃料，控制方案 也有所不同。例如冶金、機(jī)械、食品

2、、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。溫度控制系統(tǒng) 的工藝過程復(fù)雜多變，具有不確定性，因此對系統(tǒng)要求更為先進(jìn)的控制技術(shù)和控制理論。 可編程控制器（PLC）可編程控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是繼承計(jì)算機(jī)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動裝置。它具有抗干擾能力強(qiáng)，價(jià)格便宜， 可靠性強(qiáng)，編程簡單，易學(xué)易用等特點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域中深受工程操作人員的喜歡，因此PLC已在工業(yè)控制的各

3、個領(lǐng)域中被廣泛地使用。</p><p>　　關(guān)鍵字：溫度控制 PLC 組態(tài)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言3</b></p><p>　　1.1 溫度控制系統(tǒng)的意義3</p><p>　　1.2 溫度控制系統(tǒng)

4、背景3</p><p>　　1.3 研究技術(shù)介紹3</p><p><b>　　2 硬件設(shè)計(jì)6</b></p><p>　　2.1 硬件配置6</p><p>　　2.2 I/O分配表8</p><p>　　2.3 硬件接線圖10</p><p>　　

5、3 軟件設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1 PID控制程序設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.2 S7-200程序設(shè)計(jì)流程圖16</p><p>　　3.3 內(nèi)存地址分配與PID指令回路表17</p><p>　　3.4 S7-200程序設(shè)計(jì)梯形圖17</p><p>　　4 組態(tài)編程25<

6、;/p><p>　　4.1 PLC通信配置與通信方式25</p><p>　　4.2 網(wǎng)絡(luò)的通訊PPI協(xié)議25</p><p>　　4.3 組態(tài)軟件Kingview27</p><p>　　4.4 組態(tài)王定義外部設(shè)備和數(shù)據(jù)變量27</p><p>　　4.5 組態(tài)王界面30</p><

7、;p>　　4.6 啟動組態(tài)王29</p><p><b>　　結(jié)論32</b></p><p><b>　　致謝35</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36</b></p><p><b>　　1 引言</b></p>

8、;<p>　　1.1 溫度控制系統(tǒng)的意義</p><p>　　溫度及濕度的測量和控制對人類日常生活、工業(yè)生產(chǎn)、氣象預(yù)報(bào)、物資倉儲等都起著極其重要的作用。在許多場合，及時準(zhǔn)確獲得目標(biāo)的溫度、濕度信息是十分重要的，近年來，溫濕度測控領(lǐng)域發(fā)展迅速，并且隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，溫濕度的測控芯片也相應(yīng)的登上歷史的舞臺，能夠在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各領(lǐng)域中廣泛使用。</p><p>　　1.2 溫

9、度控制系統(tǒng)背景</p><p>　　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(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動控制理論和設(shè)計(jì)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，一日本、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。</p><p>　　溫度控制系統(tǒng)在國

10、內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然十分廣泛，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，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實(shí)際80年代中后期水平，成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后、復(fù)雜、時變溫度系統(tǒng)控制。而適應(yīng)于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟。形成商品化并在儀表控制系統(tǒng)參數(shù)的自整定方面，還沒開發(fā)性能可靠的

11、自整定軟件。參數(shù)大多靠人工經(jīng)驗(yàn)及我國現(xiàn)場調(diào)試來確定。</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、人性化的溫度控制系統(tǒng)是國內(nèi)外必然發(fā)展趨勢。</p><p>　　1.3 研究技術(shù)介紹</p><p>　　1.3.1 傳感技術(shù)</p><p>　　傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代信

12、息技術(shù)的三大基礎(chǔ)技術(shù)。</p><p>　　中華人名共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-1987對傳感器（transducer/sensor）的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中，敏感元件是指直接感受或響應(yīng)被測量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能將敏感元件或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳感器或被測量的電信號部分。”</p><p>　

13、　對生產(chǎn)過程的監(jiān)控首先離不開采集設(shè)備工作信息，因此選用合適的傳感器至關(guān)重要，如果把計(jì)算機(jī)看作是自動化系統(tǒng)的“大腦”，信道看作是“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”的話，那么傳感器就是自動化系統(tǒng)的“五官”。無法對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確、可靠、實(shí)時測量，監(jiān)控也就無從談起了。</p><p>　　1.3.2 PLC</p><p>　　可編程控制器的英文名稱是Programmable Logic Controller，即可

14、編程邏輯控制器，簡稱PLC。</p><p>　　現(xiàn)代制造業(yè)必須對市場需求做出快速反應(yīng)，生產(chǎn)小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品，這便要求生產(chǎn)設(shè)備和自動化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高可靠性和靈活性?？删幊炭刂破髡琼槕?yīng)這一潮流而出現(xiàn)的，以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。</p><p>　　在20世紀(jì)60年代的汽車制造業(yè)，傳統(tǒng)繼電接觸器控制裝置廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)流水線的自動控制系統(tǒng)中

15、。這套裝置設(shè)備體積龐大，可靠性差，同時維護(hù)不便，而且，完全由邏輯硬件構(gòu)成，接線十分復(fù)雜。一旦生產(chǎn)過程某一環(huán)節(jié)發(fā)生改變，控制裝置就要重新設(shè)計(jì)改造。隨著汽車生產(chǎn)工業(yè)的迅猛發(fā)展，對于汽車型號頻繁改進(jìn)，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)捉襟見肘，弊端日益放大，最終PLC 應(yīng)運(yùn)而生。它開創(chuàng)性地引入程序控制功能，使計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)控制領(lǐng)域應(yīng)用。</p><p>　　早期PLC僅僅是替代繼電器控制裝置完成順序控制、定時等任務(wù)，但是其簡單易

16、懂、安裝方便、體積小、能耗低、有故障顯示、能重復(fù)使用的特點(diǎn)，使得PLC很快就得到了推廣應(yīng)用。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)和微處理器性能的飛速發(fā)展，PLC的軟、硬件功能不能豐富、完善。</p><p>　　國際電工委員會（IEC）對PLC的正式定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指

17、令，并通過數(shù)字或模擬或輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！?lt;/p><p>　　PLC技術(shù)發(fā)展至今已十分成熟，生產(chǎn)PLC產(chǎn)品的廠家多達(dá)200多個，其中較著名有德國的西門子（Siemens）公司、美國的Rockwell自動化公司所屬的A-B（Allen & Bradly）公司、GE-Fanuc公司、法國的施耐德

18、（Schneider）公司、日本的三菱公司和歐姆龍（OMRON）公司。</p><p>　　1.3.3 上位機(jī)</p><p>　　即便遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場，操作人員仍可以通過遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)—即上位機(jī)—直接向生產(chǎn)設(shè)備發(fā)出控制指令的。上位機(jī)屏幕上可以動態(tài)實(shí)時顯示各種信號變化（液壓，水位，溫度等），便是人機(jī)界面（Human Machine Interface）。而下位機(jī)是獲取設(shè)備狀況及直接控制設(shè)備的計(jì)算

19、機(jī)，一般是PLC或單片機(jī)。</p><p>　　1.3.4 組態(tài)軟件</p><p>　　組態(tài)軟件，處在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。</p><p>　　在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫HMI（人機(jī)接口軟件）應(yīng)用，開發(fā)時間長、效率低、可靠

20、性差；或者購買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)使用戶可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。</p><p>　　隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高，計(jì)算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，種類繁多的控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。在開發(fā)傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件時，一旦工

21、業(yè)被控對象有變動，就必須修改其控制系統(tǒng)的源程序，導(dǎo)致其開發(fā)周期長；已開發(fā)成功的工控軟件又由于每個控制項(xiàng)目的不同而使其重復(fù)使用率很低，導(dǎo)致它的價(jià)格昂貴。通用工業(yè)自動化組態(tài)軟件能夠很好地解決傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問題，使用戶能根據(jù)自己的對象和控制目的的任意組態(tài)，完成最終的自動化控制工程。</p><p><b>　　2 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b&

22、gt;　　2.1 硬件配置</b></p><p>　　2.1.1 西門子S7-200 CUP226</p><p>　　S7-200系列PLC可提供4種不同的基本單元和6種型號的擴(kuò)展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲卡、寫入器等。S7-200系列的基本單元如表2.1所示。</p><p>　　表2.1 S7-200系列PLC中C

23、PU22X的基本單元</p><p>　　本論文采用的是CUP226。它具有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路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35 路模擬量I/O點(diǎn)。26K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨(dú)立的30kHz高速計(jì)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

24、體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。</p><p>　　2.1.2 傳感器</p><p>　　熱電偶是一種感溫元件，它直接測量溫度，并把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號。常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢與溫度的關(guān)

25、系、答應(yīng)誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶我國從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。本論文采用的是K型熱電阻。</p><p>　　2.1.3 EM 235模擬量輸

26、入模塊</p><p>　　EM 235模塊是組合強(qiáng)功率精密線性電流互感器、意法半導(dǎo)體（ST）單片集成變送器ASIC芯片于一體的新一代交流電流隔離變送器模塊，它可以直接將被測主回路交流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的DC4～20mA（通過250Ω電阻轉(zhuǎn)換DC 1～5V或通過500Ω電阻 轉(zhuǎn)換DC2～10V）恒流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)信號，連續(xù)輸送到接收裝置（計(jì)算機(jī)或顯示儀表）。</p><p>　　表2-1所示

27、為如何用DIP開關(guān)設(shè)置EM 235模塊。開關(guān)1到6可選擇模擬量輸入范圍和分辨率。所有的輸入設(shè)置成相同的模擬量輸入范圍和格式。表2.2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)1、2和3）。下表2.2中，ON為接通，OFF為斷開。</p><p>　　表2.2 EM 235選擇模擬量輸入范圍和分辨率的開關(guān)表</p><p>　　根據(jù)溫度檢測和控制模塊，我設(shè)置PID開關(guān)

28、為010001</p><p>　　圖2.1 DIP開關(guān)</p><p>　　2.1.4 溫度檢測和控制模塊</p><p>　　由學(xué)校提供，模擬真實(shí)鍋爐的溫度檢測和控制模塊，可自行將0～10V模擬信號轉(zhuǎn)化為占空比對鍋爐進(jìn)行加熱。輸出的模擬信號也是0～10V，鍋爐外接24V直流電源。</p><p>　　2.2 I/O分配表</p

29、><p>　　表2.3 I/O分配表</p><p>　　2.3 硬件接線圖</p><p>　　圖2.2 硬件連接圖</p><p>　　圖2.3 EM 235 CN連接圖</p><p><b>　　3 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 PID控制程序

30、設(shè)計(jì)</p><p>　　模擬量閉環(huán)控制較好的方法之一是PID控制，PID在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)有60多年，現(xiàn)在依然廣泛地被應(yīng)用。人們在應(yīng)用的過程中積累了許多的經(jīng)驗(yàn)，PID的研究已經(jīng)到達(dá)一個比較高的程度。</p><p>　　比例控制(P)是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。其特點(diǎn)是具有快速反應(yīng)，控制及時，但不能消除余差。</p><p>

31、　　在積分控制(I)中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。積分控制可以消除余差，但具有滯后特點(diǎn)，不能快速對誤差進(jìn)行有效的控制。</p><p>　　在微分控制(D)中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。微分控制具有超前作用，它能猜測誤差變化的趨勢。避免較大的誤差出現(xiàn)，微分控制不能消除余差。</p><p>　　PID控制，P、I、D各有自己的長處和缺點(diǎn)

32、，它們一起使用的時候又和互相制約，但只有合理地選取PID值，就可以獲得較高的控制質(zhì)量。</p><p>　　3.1.1 PID控制算法</p><p>　　圖3.1 閉環(huán)控制系統(tǒng)</p><p>　　如圖3.1所示，PID控制器可調(diào)節(jié)回路輸出，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。偏差e和輸入量r、輸出量c的關(guān)系:</p><p><b>　?。?/p>

33、3-1）</b></p><p><b>　　控制器的輸出為：</b></p><p><b>　　（3-2）</b></p><p>　　---------PID回路輸出</p><p>　　----------比例系數(shù)P</p><p>　　---------

34、--積分系數(shù)I</p><p>　　-----------微分系數(shù)D</p><p>　　PID調(diào)節(jié)的傳輸函數(shù)為</p><p><b>　　（3-3）</b></p><p>　　數(shù)字計(jì)算機(jī)處理這個函數(shù)關(guān)系式，必須將連續(xù)函數(shù)離散化，對偏差周期采樣后，計(jì)算機(jī)輸出值。其離散化的規(guī)律如表3.1所示：</p>&

35、lt;p>　　表3.1 模擬與離散形式</p><p>　　所以PID輸出經(jīng)過離散化后，它的輸出方程為:</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　式中，</b></p><p><b>　　稱為比例項(xiàng)</b></p>&

36、lt;p><b>　　稱為積分項(xiàng)</b></p><p><b>　　稱為微分項(xiàng)</b></p><p>　　上式中，積分項(xiàng)是包括第一個采樣周期到當(dāng)前采樣周期的所有誤差的累積值。計(jì)算中，沒有必要保留所有的采樣周期的誤差項(xiàng)，只需要保留積分項(xiàng)前值，計(jì)算機(jī)的處理就是按照這種思想。故可利用PLC中的PID指令實(shí)現(xiàn)位置式PID控制算法量。</p

37、><p>　　3.1.2 PID在PLC中的回路指令</p><p>　　西門子S7-200系列PLC中使用的PID回路指令，見表3.2</p><p>　　表3.2 PID回路指令</p><p>　　使用方法：當(dāng)EN端口執(zhí)行條件存在時候，就可進(jìn)行PID運(yùn)算。指令的兩個操作數(shù)TBL和LOOP，TBL是回路表的起始地址，本文采用的是VB100

38、，因?yàn)橐粋€PID回路占用了32個字節(jié)，所以VD100到VD132都被占用了。LOOP是回路號，可以是0～7，不可以重復(fù)使用。PID回路在PLC中的地址分配情況如表3.3所示。</p><p>　　表3.3 PID指令回路表</p><p>　　3.1.3 回路輸入輸出變量的數(shù)值轉(zhuǎn)換方法</p><p>　　本文中，設(shè)定的溫度是給定值SP，需要控制的變量是爐子的溫

39、度。但它不完全是過程變量PV，過程變量PV和PID回路輸出有關(guān)。在本文中，經(jīng)過測量的溫度信號被轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)信號溫度值才是過程變量，所以，這兩個數(shù)不在同一個數(shù)量值，需要他們作比較，那就必須先作一下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。傳感器輸入的電壓信號經(jīng)過EM235轉(zhuǎn)換后，是一個整數(shù)值，但PID指令執(zhí)行的數(shù)據(jù)必須是實(shí)數(shù)型，所以需要把整數(shù)轉(zhuǎn)化成實(shí)數(shù)。使用指令DTR就可以了。如本設(shè)計(jì)中，是從AIW0讀入溫度被傳感器轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。其轉(zhuǎn)換程序如下:</p>

40、<p>　　MOVW AIW0 AC0</p><p>　　DTR AC0 AC0</p><p>　　MOVR AC0 VD100</p><p>　　3.1.4 實(shí)數(shù)歸一化處理</p><p>　　因?yàn)镻ID中除了采樣時間和PID的三個參數(shù)外，其他幾個參數(shù)都要求輸入或輸出值0.0~1.0之間，所以，在執(zhí)行PID指令之前，必須把

41、PV和SP的值作歸一化處理。使它們的值都在0.0~1.0之間。單極性的歸一化的公式：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　3.1.5 PID參數(shù)整定</p><p>　　PID參數(shù)整定方法就是確定調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)P、積分時間Ti和和微分時間Td，改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性，使系統(tǒng)的過渡過程達(dá)到最為滿意的質(zhì)量指標(biāo)要

42、求。一般可以通過理論計(jì)算來確定，但誤差太大。目前，應(yīng)用最多的還是工程整定法：如經(jīng)驗(yàn)法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應(yīng)曲線法。</p><p>　　經(jīng)驗(yàn)法又叫現(xiàn)場湊試法，它不需要進(jìn)行事先的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，而是根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，利用一組經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，根據(jù)反應(yīng)曲線的效果不斷地改變參數(shù)，對于溫度控制系統(tǒng)，工程上已經(jīng)有大量的經(jīng)驗(yàn)，其規(guī)律如表3.4所示</p><p>　　表3.4 溫度控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)<

43、;/p><p>　　根據(jù)反復(fù)的試湊，調(diào)處比較好的結(jié)果是P=15，I=2.0，D=0.5</p><p>　　3.2 S7-200程序設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　圖3.2 設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　3.3 內(nèi)存地址分配與PID指令回路表</p><p>　　3.3.1 內(nèi)存地址分配</p>&

44、lt;p>　　表3.5 內(nèi)存地址分配</p><p>　　3.3.2 PID指令回路表</p><p>　　表3.6 內(nèi)存地址分配</p><p>　　3.4 S7-200程序設(shè)計(jì)梯形圖</p><p>　　3.4.1 初次上電</p><p>　　1)讀入模擬信號，并把數(shù)值轉(zhuǎn)化顯示鍋爐的當(dāng)前電壓<

45、;/p><p>　　2)判斷爐溫是否在正常范圍，打亮正常運(yùn)行指示燈/溫度越上限報(bào)警指示燈</p><p>　　3.4.2 啟動/停止階段</p><p>　　啟動過程：按下啟動按鈕后，開始標(biāo)志位M0.1置位，M0.2復(fù)位。打開運(yùn)行指示燈Q0.0，熄滅并停止指示燈初始化PID。開始運(yùn)行子程序0。</p><p>　　停止過程：按下停止按鈕后，開始

46、標(biāo)志位M0.1復(fù)位，點(diǎn)亮停止指示燈，熄滅運(yùn)行指示燈。并把輸出模擬量AQW0清零，停止鍋爐繼續(xù)加熱。停止調(diào)用子程序0，仍然顯示鍋爐溫度。</p><p>　　停止時模擬量輸出清零，防止鍋爐繼續(xù)升溫。</p><p><b>　　調(diào)用子程序。</b></p><p>　　3.4.3 子程序</p><p><b>

47、;　　1）輸入設(shè)定溫度</b></p><p>　　2）把設(shè)定溫度、P值、I值、D值都導(dǎo)入PID</p><p>　　3）每100ms中斷一次子程序進(jìn)行PID運(yùn)算</p><p><b>　　導(dǎo)入DIP。</b></p><p><b>　　中斷程序。</b></p>&l

48、t;p>　　3.4.4 中斷程序，PID的計(jì)算</p><p>　　1）模擬信號的采樣處理，歸一化導(dǎo)入PID</p><p><b>　　2）DIP程序運(yùn)算</b></p><p>　　3）輸出DIP運(yùn)算結(jié)果，逆轉(zhuǎn)換為模擬信號</p><p><b>　　4 組態(tài)編程</b></p&

49、gt;<p>　　4.1 PLC通信配置與通信方式</p><p>　　4.1.1 串行數(shù)據(jù)傳送和并行數(shù)據(jù)傳送</p><p>　　1)并行數(shù)據(jù)傳送：并行數(shù)據(jù)傳送時所有數(shù)據(jù)位是同時進(jìn)行的，以字或字節(jié)為單位傳送。并行傳輸速度快，但通信線路多、成本高，適合近距離數(shù)據(jù)高速傳送。</p><p>　　2)串行數(shù)據(jù)傳送：串行數(shù)據(jù)傳送時所有數(shù)據(jù)是按位(bit)

50、進(jìn)行的。串行通信僅需要一對數(shù)據(jù)線就可以。在長距離數(shù)據(jù)傳送中較為合適。</p><p>　　PLC網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)的方式絕大多數(shù)為串行方式，而計(jì)算機(jī)或PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)處理、存儲都是并行的。若要串行發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，則要進(jìn)行相應(yīng)的串行、并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，即在數(shù)據(jù)發(fā)送前，要把并行數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)；而在數(shù)據(jù)接收后，要把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)后再處理。</p><p>　　4.1.2 異步方式與同步方式&

51、lt;/p><p>　　根據(jù)串行通信數(shù)據(jù)傳輸方式的不同可以分為異步方式和同步方式。</p><p>　　1)異步方式：又稱起止方式。它在發(fā)送字符時，要先發(fā)送起始位，然后才是字符本身，最后是停止位。字符之后還可以加入奇偶校驗(yàn)位。異步傳送較為簡單，但要增加傳送位，將影響傳輸速率。異步傳送是靠起始位和波特率來保持同步的。</p><p>　　2)同步方式：同步方式要在傳送數(shù)據(jù)

52、的同時，也傳遞時鐘同步信號，并始終按照給定的時刻采集數(shù)據(jù)。同步方式傳遞數(shù)據(jù)雖提高了數(shù)據(jù)的傳輸速率，但對通信系統(tǒng)要求較高。</p><p>　　PLC網(wǎng)絡(luò)多采用異步方式傳送數(shù)據(jù)。</p><p>　　4.2 網(wǎng)絡(luò)的通訊PPI協(xié)議</p><p>　　PPI是一種主從設(shè)備協(xié)議：主設(shè)備給從屬裝置發(fā)送請求，從屬裝置進(jìn)行響應(yīng)。從屬裝置不發(fā)出訊息，而是一直等到主設(shè)備發(fā)送請求或

53、輪詢時才作出響應(yīng)。</p><p>　　主設(shè)備與從屬裝置的通訊將通過按PPI協(xié)議進(jìn)行管理的共享連接來進(jìn)行。PPI不限制與任何一個從屬裝置進(jìn)行通訊的主設(shè)備的數(shù)目，網(wǎng)絡(luò)上最多可安裝32個主設(shè)備。</p><p>　　圖4.1 PPI網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　如果在用戶程序中激活PPI主設(shè)備模式，則S7--200 CPU在處于RUN（運(yùn)行）模式時可用作主設(shè)備。激活PPI

54、主設(shè)備模式之后，可使用“網(wǎng)絡(luò)讀取”或“網(wǎng)絡(luò)寫入”指令從其它S7--200讀取數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)寫入其它S7--200。當(dāng)S7--200用作PPI主設(shè)備時，它將仍然作為從屬裝置對來自其他主設(shè)備的請求進(jìn)行響應(yīng)。</p><p>　　對于簡單的單臺主設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，編程站和S7--200 CPU既可以通過PPI多臺主設(shè)備電纜連接，也可以通過安裝在編程站中的通訊處理器（CP）卡連接。</p><p>　　在圖

55、上部的范例網(wǎng)絡(luò)中，編程站（STEP7--Micro/WIN）是網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備。在圖下部的范例網(wǎng)絡(luò)中，人機(jī)界面（HMI）設(shè)備（例如TD 200、TP或OP）是網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備。</p><p>　　在兩個范例網(wǎng)絡(luò)中，S7--200 CPU是對主設(shè)備的請求進(jìn)行響應(yīng)的從屬裝置。</p><p>　　圖4.2 單臺主設(shè)備PPI網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　4.3 組態(tài)軟件Kingvi

56、ew</p><p>　　組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)正以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。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、

57、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(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)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(bào)警窗口、實(shí)時趨勢 曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。</p><p>　　4.4 組態(tài)王定義外部設(shè)備和數(shù)據(jù)變量

58、</p><p>　　4.4.1 外部設(shè)備的定義</p><p>　　組態(tài)王把那些需要與之交換數(shù)據(jù)的硬件設(shè)備或軟件程序都做為外部設(shè)備使用。外部硬件設(shè)備在本文中就是PLC S7-200?？墒褂谩霸O(shè)備配置向?qū)А币徊讲酵瓿稍O(shè)備的連接。</p><p>　　4.4.2 定義數(shù)據(jù)變量</p><p>　　要實(shí)現(xiàn)組態(tài)王對S7-200的在線控制，就必須

59、建立兩者之間的聯(lián)系，那就需要建立兩者的數(shù)據(jù)變量。基本類型的變量可以分為“內(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，不跟監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行交換。而I/O變量時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，一者的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，另外一者的數(shù)據(jù)也跟著變化。所以需要在創(chuàng)建連接前新建一些變量。</p><p>　　本文中，PLC用內(nèi)存VD0來存放當(dāng)前的實(shí)際溫度。并規(guī)定溫度超過105℃為溫度過

60、高，立即要作出相應(yīng)警示信號。如圖4.3所示。</p><p>　　點(diǎn)擊工程管理器中的“數(shù)據(jù)詞典”再雙擊右邊窗口的新建，在出現(xiàn)的定義變量口中填寫相應(yīng)的要求項(xiàng)，并可在“報(bào)警定義”中設(shè)定報(bào)警。如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.3 定義畫面變量設(shè)置</p><p>　　圖4.4 定義變量報(bào)警</p><p>　　4.4.3 數(shù)據(jù)類型&

61、lt;/p><p>　　只對I/O類型的變量起作用，共有9種類型：</p><p>　　Bit：1位， 0或1</p><p>　　Byte：8位， 一個字節(jié)</p><p>　　Short：16位， 2個字節(jié)</p><p>　　Ushort：16位， 2個字節(jié)</p>&l

62、t;p>　　BCD：16位， 2個字節(jié)</p><p>　　Long：32位， 4個字節(jié)</p><p>　　LongBCD：32位， 4個字節(jié)</p><p>　　Float：32位， 4個字節(jié)</p><p>　　String：128個字符長度</p><p>　　4.5 組態(tài)王界

63、面</p><p>　　4.5.1 溫度控制主界面</p><p>　　圖4.5 監(jiān)控畫面</p><p>　　4.6 啟動組態(tài)王</p><p>　　4.6.2 初次上電</p><p>　　初次上電，沒有模擬量輸入，只顯示PID值和當(dāng)前溫度，曲線圖為鍋爐溫度的實(shí)時曲線圖。</p><p&

64、gt;　　圖4.6 初次上電</p><p><b>　　4.6.3 啟動</b></p><p>　　啟動后，鍋爐開始升溫，并維持在50攝氏度左右。</p><p>　　圖4.7 啟動加熱</p><p><b>　　4.6.4 停止</b></p><p>　　按

65、下停止按鈕后，鍋爐停止加熱，停止燈亮，溫度開始下降。</p><p><b>　　圖4.8 停止</b></p><p><b>　　4.6.5 報(bào)警</b></p><p>　　當(dāng)溫度越上限時，系統(tǒng)報(bào)警。</p><p><b>　　圖4.9 報(bào)警</b></p&

66、gt;<p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本課題設(shè)計(jì)了基于PLC的溫度控制系統(tǒng)。</p><p>　　PLC（可編程控制器） 以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、體積小、能耗低等顯著特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的自動控制之中。</p><p>　　PID閉環(huán)控制是控制系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛

67、的一種控制算法，對大部分控制對象都有良好的控制效果。組態(tài)軟件組態(tài)王因其簡單易用的特點(diǎn)，在HMI設(shè)計(jì)中深受用戶的喜歡而得到廣泛的使用。</p><p>　　在西門子S7-200系列PLC和組態(tài)軟件組態(tài)王的基礎(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)。再加上由組態(tài)王設(shè)計(jì)的人機(jī)界面，整個系統(tǒng)操作簡單，控制方便，大大提高了系統(tǒng)的自動化程度和實(shí)用性。</p><

68、p>　　該溫度控制系統(tǒng)也有一些有不足的地方需要改進(jìn)，編程時我們用了編程軟件自帶的PID指令向?qū)K，這樣雖然方便，但是使得控制系統(tǒng)超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間都稍微偏大，若不直接調(diào)用該模塊，而是自己編寫PID控制子程序的話，控制效果可能會更好。還有人機(jī)界面內(nèi)容不夠豐富，若再加上報(bào)表系統(tǒng)、打印功能的話，那就更完美了。</p><p>　　日后，隨著對PLC硬件系統(tǒng)和通信方式的深入了解，還可以豐富遠(yuǎn)程控制指令，以應(yīng)對運(yùn)行過

69、程中的各種突發(fā)事件，增加其他PLC，通過構(gòu)建復(fù)雜的多級網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)大型的工業(yè)控制，使該系統(tǒng)運(yùn)行時更加穩(wěn)定可靠，性能更加完善。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本課題的研究是在我的導(dǎo)師*老師的悉心指導(dǎo)下完成的，*老師學(xué)識淵博、治學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)、工作一絲不茍，更有誨人不倦的師者風(fēng)范，在此謹(jǐn)向*老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意！</p>

70、<p>　　此外，衷心感謝本組的其他成員，若是沒有他們，也就不會有這篇論文的產(chǎn)生。</p><p>　　畢業(yè)在即，衷心感謝指導(dǎo)過我的各位老師，三年的成長離不開他們的諄諄教誨；感謝****職業(yè)技術(shù)學(xué)院，大學(xué)生涯是人生中的一筆寶貴財(cái)富；感謝***主任，三年的大學(xué)生活對我們關(guān)懷備至；感謝相伴度過三年的舍友、感謝同窗三年的同學(xué)、感謝幫助關(guān)心過我的學(xué)長，感謝默默關(guān)心我支持我的朋友們，祝大家在今后的生活中幸?？鞓?！

71、</p><p>　　最后感謝含辛茹苦撫養(yǎng)我的父母，感謝他們多年來的支持與付出！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] SIMATIC S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.</p><p>　　[2] Frank.D.Petruzella.PLC教

72、程（第三版）[M].北京:人民郵電出版社,2007.</p><p>　　[3] 西門子（中國）有限公司.深入淺出西門子S7-200PLC（第三版）[M].北京:</p><p>　　北京航空航天大學(xué)出版社,2007.</p><p>　　[4] 陳建明.電氣控制與PLC應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.</p><p>　　[5]

73、 鄭鳳翼,金沙.圖解西門子S7-200系列PLC應(yīng)用88例[J].北京:電子工業(yè)出</p><p><b>　　版社,2009.</b></p><p>　　[6] 袁任光.可編程序控制器選用手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.</p><p>　　[7] 戴仙金.西門子S7-200系列PLC應(yīng)用與開發(fā)[M].中國水利水電出版社,200

74、7.</p><p>　　[8] 柳梁.編程控制器（PLC）入門PLC及其硬件組成[J].計(jì)算機(jī)時代,1996（5）.</p><p>　　[9] 毛聯(lián)杰.S7-300系列PLC與組態(tài)軟件Wincc實(shí)現(xiàn)通信的方法[J].國內(nèi)外機(jī)電</p><p>　　一體化技術(shù),2006（4）.</p><p>　　[10] 曲還波.有效擴(kuò)展可編程控制器I/

75、O的實(shí)用方法[J].設(shè)備管理與維修,2007.</p><p>　　[11] 焦海生.可編程程序控制器梯形圖的順序控制設(shè)計(jì)[J].內(nèi)蒙古電大學(xué)</p><p>　　刊,2006（6）.</p><p>　　[12] 趙玉英.可編程控制器在電器控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].河南科技學(xué)院學(xué)報(bào),</p><p><b>　　2006（3）.&l

76、t;/b></p><p>　　[13] 張侖.可編程序控制器中PID控制的研究[J].電子電氣教學(xué)學(xué)報(bào),2005（3）.</p><p>　　[14] 謝克明,夏路易.可編程控制器原理與程序設(shè)計(jì)[M].北京:電子工業(yè)出版</p><p><b>　　社,2002.</b></p><p>　　[15] 趙陽.西門

77、子S7-300PLC及工控組態(tài)軟件Wincc的應(yīng)用[J].北京:電子工業(yè)</p><p><b>　　出版社,1997.</b></p><p>　　[16] 丁鎮(zhèn)生.傳感器及傳感技術(shù)應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,1998.</p><p>　　[17] 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M]北京:北京航天航空大學(xué)出版</p>

78、;<p><b>　　社,2007.</b></p><p>　　[18] 馬小軍.可編程控制器及應(yīng)用[M].南京：東南大學(xué)出版社，2007.</p><p>　　[19] 組態(tài)王6.53使用手冊[M].北京亞控,2007.</p><p>　　[20] 組態(tài)王6.53命令語言函數(shù)使用手冊[M].北京亞控,2007.</p&