模糊溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　課題名稱：《模糊溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本論文根據(jù)PC-200過程控制儀器裝置中的PLC控制器，以單容水箱為被控對象, 設(shè)計(jì)了單容水箱的溫度模糊控制方案。整個(gè)系統(tǒng)通過加熱器將水箱中的冷

2、水加熱，在水箱內(nèi)部和水箱出水口分別安裝溫度傳送器以測量水箱內(nèi)水的溫度，讀取溫度傳感器的測量信號(hào)，經(jīng)PLC控制算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后輸出控制信號(hào)，并運(yùn)用MCGS軟件設(shè)計(jì)了單容水箱溫度控制人機(jī)界面。實(shí)現(xiàn)了單容水箱溫度控制的實(shí)時(shí)監(jiān)控。</p><p>　　我們采用PLC作為控制器?？删幊炭刂破鳎≒LC)作為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱之一，以其可靠性，靈活性在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了迅猛的發(fā)展。PLC是微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)

3、合的產(chǎn)物，并受到計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)的影響。我國今年來工業(yè)自動(dòng)化水平逐漸提高，PLC在很多行業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用。西門子公司的S7-200系列PLC已結(jié)構(gòu)緊湊，擴(kuò)展能力強(qiáng)，高性價(jià)比的特點(diǎn)在很多行業(yè)受到青睞。</p><p>　　在本次設(shè)計(jì)中，以S7-200作為控制器，設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠又經(jīng)濟(jì)的液位控制系統(tǒng)。控制核心以PLC為主，以電磁閥，壓力變送器，水泵，上位機(jī)，水槽等為輔構(gòu)成了單容水箱控制系統(tǒng)，對整個(gè)

4、液位控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。</p><p>　　在設(shè)計(jì)的過程中，首先，進(jìn)行硬件的選擇，設(shè)計(jì)。其次，針對S7-200PLC進(jìn)行模塊化的編程，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的歸一化等功能。最后，利用組態(tài)王軟件設(shè)計(jì)人機(jī)對話界面，通過上位機(jī)空是實(shí)現(xiàn)液位的自動(dòng)控制，上下限參數(shù)的在線設(shè)置，及液位測量值的在線監(jiān)控：達(dá)到液位控制系統(tǒng)的技術(shù)要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞 S7-200 ; 組態(tài)；溫度控制； 模

5、糊算法；</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In this paper, based on PC - 200 - PLC controller in process control instrument device, in a single let water tank as the controlled object, de

6、sign the single let water tank temperature fuzzy control scheme. Through the heater heat the water tank in the cold water, the whole system inside the water tank and water tank outlet temperature transmitter installation

7、 respectively to measure the temperature of the water tank in the inland waters, read the temperature sensor of measuring signals, the PL</p><p>　　We adopt PLC as the controller. Programmable controller (PLC

8、) as one of the three pillars of modern industrial automation, with its reliability, flexibility, obtained the swift and violent development in the field of industrial control. PLC is the combination of the microelectron

9、ics technology and automatic control technology, and computer technology, communication technology. In China this year to industrial automation level gradually improve, PLC get more and more widely used in many industry.

10、</p><p>　　In this design, with S7-200 as controller, design a stable running, safe, reliable and economic level control system. Control core by PLC is mainly based on the electromagnetic valve, pressure tran

11、smitter, water pumps, PC, sink is complementary form the single let water tank control system, such as the liquid level control system for the hardware design and software design. </p><p>　　In the process of

12、 design, first of all, the choice of hardware, design. Secondly, in view of the S7-200 PLC in modular programming, achieve the function of data normalization, etc. Finally, using the kingview software design man-machine

13、dialogue interface, through the upper machine is to realize the automatic control of liquid level, the upper and lower parameters online Settings, and liquid level measurement value of online monitoring: to liquid level

14、control system of the technical requirement</p><p>　　Key words S7-200; The configuration; Temperature control; Fuzzy algorithm; </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1緒論

15、</b></p><p>　　1.1課題研究背景及意義1</p><p>　　1.1.1單容水箱溫度控制系統(tǒng)研究及意義</p><p><b>　　2硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 單容水箱</p><p><b>　　2.2 溫度控制</b>

16、;</p><p>　　2.3 硬件電路連接</p><p>　　2.4可編程序控制器</p><p>　　2.4.1 PLC的特點(diǎn)和優(yōu)勢</p><p>　　2.4.2 PLC的工作原理與功能</p><p>　　2.4.3 西門子S7-200系列</p><p>　　2.4.4 S7-2

17、00的工作原理</p><p>　　3系統(tǒng)基本軟件構(gòu)成..............................................................................................................</p><p>　　1.3 組態(tài)軟件（MCGS）</p><p>　　1.3.1 組

18、態(tài)的定義</p><p>　　1.3.2 MCGS軟件的特點(diǎn)7</p><p>　　1.3.3 MCGS組成部分8</p><p>　　1.3.4 MCGS組態(tài)軟件仿真的基本方法8</p><p>　　4模糊算法設(shè)計(jì)......................................................

19、........................................................</p><p><b>　　5 組態(tài)軟件10</b></p><p>　　3.1 建立工程10</p><p>　　3.2 定義變量11</p><p>　　3.3 變量定義步驟11</p

20、><p>　　3.4 畫面的設(shè)計(jì)和編輯13</p><p>　　3.5 動(dòng)畫連接16</p><p>　　3.6 設(shè)備與變量連接16</p><p>　　3.7 編寫控制流程20</p><p><b>　　4 調(diào)試21</b></p><p>　　結(jié)論..

21、.................................................................................................................................24</p><p>　　致謝................................................................

22、...................................................................25</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1課題研究背景及意義</p><p>　　1.1．溫度控制的發(fā)展現(xiàn)狀及意義</p><p>　　溫度是工業(yè)生產(chǎn)與

23、日常生活中一個(gè)重要的物理量，在農(nóng)業(yè).現(xiàn)代科學(xué)研究和高新技術(shù)開發(fā)中也是一個(gè)非常普遍和常用的物理測量參數(shù)。例如鋼鐵生產(chǎn)過程中，按照工藝條件的規(guī)定保持一定的溫度才能保證產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備的安全。</p><p>　　近年來，溫度控制的發(fā)展尤為迅速。國內(nèi)外市場上已出現(xiàn)了多種多樣的溫度控制儀表，應(yīng)用于各個(gè)方面。例如，呢掛鉤進(jìn)行程序空文的智能多段溫度控制儀表，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字PID和各種復(fù)雜控制規(guī)律的智能式溫度調(diào)節(jié)器等。</p

24、><p>　　1.2．溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用</p><p>　　溫度控制應(yīng)用廣泛，無論是重工業(yè)中各種機(jī)器的制造，還是輕工業(yè)中的生產(chǎn)，或者日常生活中的衣食住行，都與溫度關(guān)系重大，溫度控制也就或直接或間接的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)或者日常生活中。</p><p>　　還有以溫度作為被控制量的反饋控制系統(tǒng)。在化工、石油、冶金等生產(chǎn)過程的物理過程和化學(xué)反應(yīng)中，溫度往往是一個(gè)很重要的量，需要

25、準(zhǔn)確地加以控制。除了這些部門之外，溫度控制系統(tǒng)還廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域，是用途很廣的一類工業(yè)控制系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)常用來保持溫度恒定或者使溫度按照某種規(guī)定的程序變化。 　　溫度控制系統(tǒng)由被控對象、測量裝置、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分構(gòu)成（圖1）。被控對象是一個(gè)裝置或一個(gè)過程，它的溫度是被控制量。測量裝置對被控溫度進(jìn)行測量，并將測量值與給定值比較，若存在偏差便由調(diào)節(jié)器對偏差信號(hào)進(jìn)行處理，再輸送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)來增加或減少供給被控對象的熱量，使被控溫度

26、調(diào)節(jié)到整定值。測量裝置是溫度控制系統(tǒng)的重要部件，包括溫度傳感器和相應(yīng)的輔助部分，如放大、變換電路等。測量裝置的精度直接影響溫度控制系統(tǒng)的精度，因此在高精度溫度控制系統(tǒng)中必須采用高精度的溫度測量裝置。溫度控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)大多采用可控?zé)峤粨Q器。根據(jù)調(diào)節(jié)器送來的校正后的偏差信號(hào)，調(diào)節(jié)流入熱交換器的熱載體（液體或氣體）的流量，來改變供給（或吸收）被控對象的熱量，以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。在一些簡單的溫度控制系統(tǒng)中，也常采用電加熱器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對

27、</p><p>　　不同的應(yīng)用部門對溫度控制系統(tǒng)品質(zhì)有不同的要求，并選用不同類型的調(diào)節(jié)器。如果精度要求不高，可采用兩位調(diào)節(jié)器,一般情況下多采用PID調(diào)節(jié)器。高精度溫度控制系統(tǒng)則常采用串級(jí)控制。串級(jí)控制系統(tǒng)由主回路和副回路兩個(gè)回路構(gòu)成（圖2），具有控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)快、動(dòng)態(tài)偏差小等優(yōu)點(diǎn)，常用于干擾強(qiáng),且溫度要求精確的生產(chǎn)過程,如化工生產(chǎn)中反應(yīng)器的溫度控制。 　　嚴(yán)格說，多數(shù)溫度控制系統(tǒng)中被控對象在進(jìn)

28、行熱交換時(shí)的溫度變化過程，既是一個(gè)時(shí)間過程，也是沿空間的一個(gè)傳播過程，需要用偏微分方程來描述各點(diǎn)溫度變化的規(guī)律。因此溫度控制系統(tǒng)本質(zhì)上是一個(gè)分布參數(shù)系統(tǒng)。分布參數(shù)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)理論還很不成熟，而且往往過于復(fù)雜而難于在工程實(shí)際問題中應(yīng)用。解決的途徑有二：一是把溫度控制系統(tǒng)作為時(shí)滯系統(tǒng)來考慮。時(shí)滯較大時(shí)采用時(shí)滯補(bǔ)償調(diào)節(jié)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。具有時(shí)滯是多數(shù)溫度控制系統(tǒng)的特點(diǎn)之一。另一途徑是采用分散控制方式，把分布參數(shù)的被控過程在空間上分段化

29、，每一段過程可作為集中參數(shù)系統(tǒng)來控制，構(gòu)成空間上分布的多站控制系統(tǒng)。采用分散控制?？色@得較好的控制精度。 </p><p>　　第二章 硬件系統(tǒng)介紹</p><p><b>　　2.1 單容水箱</b></p><p>　　單容水箱系統(tǒng)如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1 單容水箱系統(tǒng)示意圖</p&g

30、t;<p>　　單容水箱只有一個(gè)水箱，水的流出均在這個(gè)水箱里運(yùn)作。它是通過調(diào)節(jié)閥1進(jìn)水，流入水箱中，在通過調(diào)節(jié)閥2流出。</p><p><b>　　2.2 溫度控制</b></p><p>　　加熱水箱溫度控制系統(tǒng)如圖1-2所示，水箱中裝有電加熱管，通過調(diào)壓模塊調(diào)壓的方式來調(diào)節(jié)加熱功率。循環(huán)水流量可調(diào)，流入的冷水通過電加熱管加熱流出。在循環(huán)水流量恒定的

31、情況下，出口水溫可以認(rèn)為主要受電加熱管影響。加熱水箱對象可以被看作一階對象，與液位系統(tǒng)相比變化較慢，且存在著較大的滯后。</p><p>　　圖1-2 加熱水箱系統(tǒng)示意圖</p><p>　?。?）加熱水箱溫度控制的過程</p><p>　　系統(tǒng)提供了一個(gè)加熱水箱, 加熱水箱不同時(shí)間常數(shù)位置裝有Pt100熱電阻檢測溫度，由可控硅控制電加熱管提供可調(diào)熱源。加熱開關(guān)為

32、可控硅調(diào)壓模塊供電，通過調(diào)壓模塊來調(diào)節(jié)加熱管的加熱功率。在加熱水箱裝有防干燒裝置，當(dāng)檢測到加熱水箱中液位高度過低時(shí)會(huì)自動(dòng)切斷調(diào)壓模塊的控制信號(hào)，這樣加熱管便會(huì)停止工作，同時(shí)電氣控制柜面板上的報(bào)警指示燈點(diǎn)亮，只有當(dāng)液位重新升高后加熱管才會(huì)重新工作。加熱水箱為有機(jī)玻璃制成，當(dāng)溫度高于78℃時(shí)有機(jī)玻璃會(huì)軟化，當(dāng)溫度高于104℃時(shí)由及玻璃會(huì)熔化。在電氣控制柜中安裝了一塊帶數(shù)顯功能的溫度位式控制儀表，指示加熱區(qū)的溫度，當(dāng)溫度過高時(shí)，同樣會(huì)自動(dòng)停止

33、加熱管的工作。</p><p><b>　　（2）溫度測量</b></p><p>　　加熱水箱不同時(shí)間常數(shù)位置裝有Pt100熱電阻溫度傳感器如圖1-3檢測溫度，而熱電阻測溫儀表是根據(jù)金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性進(jìn)行測溫的，對確定的電阻，只要精確地測定其阻值的變化，便可知道溫度的高低。</p><p>　　圖1-3 Pt100熱電阻溫度傳感器

34、</p><p>　　2.3 硬件電路連接</p><p>　?。?）水箱進(jìn)水閥，主管路泵閥，關(guān)閉其他手閥，將儲(chǔ)水箱灌滿水。打開加熱水箱進(jìn)水閥。</p><p>　?。?）將加熱水箱的出口水溫信號(hào)送至C3000過程控制器模擬量輸入通道1，將模擬量輸出通道12信號(hào)送調(diào)壓模塊調(diào)節(jié)加熱功率，具體接線如下圖所示。</p><p><b>

35、　　圖2-2　接線圖</b></p><p>　　2.1 可編程序控制器</p><p>　　面對工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和生產(chǎn)工藝的日益復(fù)雜，可編程控制器一直在飛速發(fā)展?？删幊绦蚩刂破骶哂泻軓?qiáng)的抗干擾能力，還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的能力并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于擴(kuò)充。PLC是用軟件方式來實(shí)現(xiàn)“可編程”的目的的。</p><p>

36、;　　2.1.1 PLC的特點(diǎn)和優(yōu)勢</p><p>　　可編程邏輯控制器(PLC)具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力?？删幊炭刂破髟趯?shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件也需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。</p><p>　　PLC的主要特點(diǎn)可概括如下:</p><p><b>　　1.高可靠性</b></p&g

37、t;<p>　　(1)所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離；</p><p>　　(2)各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10-20ms；</p><p>　　(3)各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾；</p><p>　　(4)采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源；</p><p&

38、gt;　　(5)對采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選；</p><p>　　(6)良好的自診斷功能；</p><p>　　(7)大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng)，使可靠性更進(jìn)一步提高。</p><p>　　2.豐富的I/O接口模塊</p><p>　　PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號(hào)，有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)

39、備。</p><p><b>　　3.采用模塊化結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，絕大多數(shù)PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件，包括CPU，電源，等均采用I/O模塊化設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　4.編程簡單易學(xué)</b></p><p>　　PLC的編程大多采用類似

40、于繼電器控制線路的梯形圖形式，很容易被理解和掌握。</p><p>　　5.安裝簡單，維修方便</p><p>　　PLC可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。</p><p>　　2.2 PLC的工作原理與功能</p>&l

41、t;p>　　當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段：</p><p>　　1.輸入采樣：即檢查各輸入的開關(guān)狀態(tài)，將這些狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來為下一階段使用；</p><p>　　2.執(zhí)行程序：PLC按用戶程序中的指令逐條執(zhí)行，但是把執(zhí)行結(jié)果暫時(shí)存儲(chǔ)起來；</p><p>　　3.刷新輸出：按第1階段的輸入狀態(tài)在第2

42、階段執(zhí)行程序中確定的結(jié)果，在本階段中對輸出予以刷新。</p><p>　　完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。</p><p>　　PLC的功能可分為：</p><p><b>　　1、邏輯控制；</b></p><p><b>　　2、定時(shí)控制

43、；</b></p><p><b>　　3、計(jì)數(shù)控制；</b></p><p>　　4、步進(jìn)(順序)控制；</p><p><b>　　5、PID控制；</b></p><p>　　6、數(shù)據(jù)控制:PLC具有數(shù)據(jù)處理能力；</p><p><b>　　7、

44、通信和聯(lián)網(wǎng)；</b></p><p>　　8、PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求。</p><p>　　2.3 西門子S7-200系列</p><p>　　SIMATIC S7-200系列是西門子公司20世紀(jì)90年代投入市場的小型可編程序控制器，適用于各行各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在<

45、/p><p>　　獨(dú)立運(yùn)行中或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能，其應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測、自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域。</p><p>　　S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：</p><p>　?。?）極高的可靠性；</p><p>　?。?）極豐富的指令集；</p><p><b>　　（

46、3） 易于掌握；</b></p><p>　?。?） 便捷的操作；</p><p>　?。?）豐富的內(nèi)置集成功能；</p><p><b>　　（6） 實(shí)時(shí)特性；</b></p><p>　?。?）強(qiáng)勁的通訊能力；</p><p><b>　?。?）豐富的擴(kuò)展</b&g

47、t;</p><p>　　2.3.1 S7-200的結(jié)構(gòu)</p><p>　　S7-200 PLC硬件系統(tǒng)的配置方式：主機(jī)中包含一定量的輸入/輸出點(diǎn),同時(shí)還可以擴(kuò)展I/O模塊和各種功能模塊。</p><p>　　一個(gè)完整的系統(tǒng)組成：</p><p>　?。?） 基本單元包括CPU、存儲(chǔ)器、基本輸入/輸出點(diǎn)和電源等，是PLC的主要部分。<

48、/p><p>　　（2） 擴(kuò)展單元是主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時(shí)，用戶可根據(jù)需要擴(kuò)展各種I/O模塊。</p><p>　?。?） 特殊功能模塊是當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時(shí),需要擴(kuò)展功能模塊,它們是完成某種特殊任務(wù)的一些裝置。</p><p>　?。?） 相關(guān)設(shè)備是為充分和方便的利用系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開發(fā)和使用的一些設(shè)備。</p>&

49、lt;p>　?。?） 工業(yè)軟件是為更好的管理和使用這些設(shè)備而開發(fā)的與之配套的程序。</p><p>　　S7-200系列是專為工業(yè)場合設(shè)計(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是由CPU、電源、存儲(chǔ)器和專門設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成。CPU一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個(gè)芯片上。CPU通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入輸出接口電路相連接。</p><p>

50、;　　2.3.2 S7-200的工作原理</p><p>　　S7-200采用循環(huán)掃描方式，一個(gè)掃描周期一般包括五個(gè)階段:輸入處理、執(zhí)行程序、處理通訊請求、執(zhí)行CPU自診斷測試和寫輸出。</p><p>　　輸入處理階段對個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行輸入掃描，并將各掃描結(jié)果分別寫入對應(yīng)的映像寄存器中。</p><p>　　在執(zhí)行程序階段，CPU從第一條指令開始順序取

51、指令并執(zhí)行，直到最后一條指令結(jié)束。執(zhí)行指令時(shí)從映像寄存器中讀取各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，每條指令的執(zhí)行是對各數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算，然后將運(yùn)算結(jié)果送到輸出映像寄存器中。</p><p>　　在掃描周期的信息處理階段，CPU自動(dòng)檢測并處理各通訊端口接收到的任何信息。即檢查是否有編程器、計(jì)算機(jī)等的通信請求，若有則進(jìn)行相應(yīng)處理，在這一階段完成數(shù)據(jù)通訊任務(wù)。</p><p>　　CPU自診斷階段，CPU檢測

52、主機(jī)硬件，同時(shí)也檢查所有的輸入輸出模塊的狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)異常，則停機(jī)并顯示出錯(cuò)。若自診斷正常，繼續(xù)向下掃描。</p><p>　　寫輸出階段，CPU用輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)幾乎同時(shí)集中對輸出點(diǎn)進(jìn)行刷新，通過輸出部件轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備所能接受的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備。掃描周期執(zhí)行的任務(wù)依賴于CPU的工作模式，S7-200 CPU有兩種操作模式：STOP模式和RUN模式。對于掃描周期，STOP模式和RUN模式的主要

53、差別是在RUN模式下運(yùn)行用戶程序，而在STOP模式下不運(yùn)行用戶程序。</p><p><b>　　第三章 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1.3 組態(tài)軟件（MCGS）</p><p>　　1.3.1 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

54、專業(yè)性的，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(jì)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(shí)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(jí)語言。</p><p>　　在當(dāng)

55、今工控領(lǐng)域，一些常用的大型組態(tài)軟件主要有：ABB-OptiMax，WinCC，iFix，Intouch，MCGS，力控，易控，MCGS等。本設(shè)計(jì)采用MCGS工控組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)的設(shè)計(jì)</p><p>　　1.3.2 MCGS軟件的特點(diǎn) </p><p>　?。?）以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為中心，在MCGS組態(tài)的工程中，需建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，便用戶分布組態(tài)，保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。MCGS由五個(gè)部分所組成，

56、其中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)的核心，在生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，每一部分均可分別進(jìn)行組態(tài)配置，獨(dú)立建構(gòu)、互不相干。而在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，過部分都通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫交換數(shù)據(jù)形成相互關(guān)聯(lián)的整體。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是一個(gè)數(shù)據(jù)處理中心，是系統(tǒng)各部分及各功能物件的公用數(shù)據(jù)區(qū)，也是各部分獨(dú)立的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫輸入和輸入數(shù)據(jù)，并完成自己的差錯(cuò)控制。</p><p>　?。?）MCGS組態(tài)軟件是設(shè)備無關(guān)的，在MCGS組態(tài)軟件中設(shè)立了設(shè)備工程框，針對外部設(shè)備的特

57、征，用戶從中選擇某種構(gòu)件設(shè)置于設(shè)備窗口內(nèi)，并賦予相關(guān)屬性，建立系統(tǒng)與外部設(shè)備的連接關(guān)系，即可實(shí)現(xiàn)對該種設(shè)備的驅(qū)動(dòng)和控制。不同的設(shè)備對應(yīng)不同的設(shè)備驅(qū)動(dòng)構(gòu)建，所有的設(shè)備構(gòu)件均通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫建立聯(lián)系，而建立時(shí)又是相互獨(dú)立的。對于某一構(gòu)件的操作和改動(dòng)，不會(huì)影響其他構(gòu)件和整體系統(tǒng)的構(gòu)件。用戶不必因外部設(shè)備的局部改動(dòng)從而影響整個(gè)系統(tǒng)。</p><p>　　（3）MCGS采用了而向窗口的設(shè)計(jì)思想，增加了可視性和可操作性，以窗口

58、為單位構(gòu)造用戶系統(tǒng)的圖形界面，使得MCGS的組態(tài)工作既簡單，又靈活多變。</p><p>　　1.3.3 MCGS組成部分</p><p>　　MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性。如下圖：</p><p>　　圖2-1 MCGS的組成</p&g

59、t;<p>　　1.3.4 MCGS組態(tài)軟件仿真的基本方法</p><p>　?。?）圖形界面的設(shè)計(jì)</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。</p><p><b>　?。?）構(gòu)造數(shù)據(jù)庫</b></p><p>　　數(shù)據(jù),就是創(chuàng)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫,并用此數(shù)據(jù)庫

60、中的變量描述工控對象的各種屬性,比如水位、流量等。 </p><p><b>　?。?）建立動(dòng)畫連接</b></p><p>　　連接,就是畫面上的圖素以怎樣的動(dòng)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&

61、gt;　　運(yùn)行和調(diào)試。</b></p><p><b>　　模糊算法</b></p><p><b>　　組態(tài)軟件</b></p><p><b>　　5.1 建立工程</b></p><p>　?。?）首先雙擊桌面MCGS組態(tài)環(huán)境圖標(biāo)，進(jìn)入組態(tài)環(huán)境，出現(xiàn)圖3-1所

62、示畫面，屏幕中間為工作臺(tái)。</p><p><b>　　MCGS組態(tài)環(huán)境</b></p><p>　?。?）單擊文件菜單，彈出下拉菜單，單擊新建工程。</p><p>　　（3）單擊文件菜單，彈出下拉菜單，單擊工程另存為，彈出文件保存窗口。</p><p>　　（4）在文件名一欄內(nèi)輸入工程名“加熱水箱溫度控制組態(tài)系統(tǒng)”，

63、單擊保存按鈕，工程建立完畢。</p><p><b>　　3.2 定義變量</b></p><p>　　定義數(shù)據(jù)對象，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是工程的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)對象是構(gòu)成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的基本單元，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的過程也就是定義數(shù)據(jù)對象的過程。</p><p>　　定義數(shù)據(jù)對象的內(nèi)容主要包括：指定數(shù)據(jù)變量的名稱、類型、初始值和數(shù)值范圍確定與數(shù)據(jù)

64、變量存盤相關(guān)的參數(shù)，如存盤的周期、存盤的時(shí)間范圍和保存期限等。在開始定義之前，我們先對所有數(shù)據(jù)對象進(jìn)行分析。在溫度控制工程中需要用到以下數(shù)據(jù)對象，如表3-1所示：</p><p><b>　　表3-1 定義變量</b></p><p>　　3.3 變量定義步驟</p><p>　　(1) 單擊工作臺(tái)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫選項(xiàng)卡，進(jìn)入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫窗口頁，

65、如圖3-3所示。窗口中列出了已有的變量名稱。其中一部分為系統(tǒng)內(nèi)不建立的數(shù)據(jù)對象。將表3-3中定義的數(shù)據(jù)對象添加進(jìn)去。</p><p><b>　　圖3-3實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫</b></p><p>　　單擊工作臺(tái)右側(cè)新增對象按鈕，在數(shù)據(jù)對象列表中立即出現(xiàn)了一個(gè)新的數(shù)據(jù)對象。如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4新增數(shù)據(jù)對象</p>

66、<p>　?。?）選中該數(shù)據(jù)對象，單擊右側(cè)對象屬性按鈕或直接雙擊數(shù)據(jù)對象，彈出數(shù)據(jù)對象屬性窗口，如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5數(shù)據(jù)對象屬性設(shè)置窗口</p><p>　　將對象名稱改為：溫度PV；對象初值改為：0；對象類型改為：數(shù)值型；</p><p>　　圖3-6 溫度PV屬性設(shè)置窗口</p><p>　　重復(fù)以上

67、步驟,定義其他11個(gè)數(shù)據(jù)對象。</p><p><b>　　單擊保存按鈕。</b></p><p>　　3.4 畫面的設(shè)計(jì)和編輯</p><p>　　3.4.1 建立畫面</p><p>　　單擊屏幕上左上角的工作臺(tái)圖標(biāo)，彈出“工作臺(tái)”窗口。</p><p>　　單擊“用戶窗口”選項(xiàng)卡，進(jìn)入“

68、用戶窗口”頁。</p><p>　　單擊右側(cè)“新建窗口”按鈕“窗口0”圖標(biāo)，如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 新建用戶窗口</p><p>　　單擊“窗口屬性”按鈕，彈出“用戶屬性設(shè)置”窗口，如圖3-8所示。</p><p>　　圖3-8用戶窗口屬性設(shè)置</p><p>　　在“基本屬性”頁的“窗口名稱”

69、欄內(nèi)填入溫度控制模糊組態(tài)系統(tǒng)，“窗口位置”選最大化顯示“，其他不變。單擊“確定”按鈕，關(guān)閉窗口。觀察“工作臺(tái)”的“用戶窗口”，“窗口0”圖標(biāo)已變?yōu)椤凹訜崴錅囟瓤刂颇：M態(tài)系統(tǒng)”，如圖3-9所示。選中“加熱水箱溫度控制模糊組態(tài)系統(tǒng)”,單擊右鍵，彈出下拉菜單，選中“設(shè)置為啟動(dòng)窗口”，當(dāng)MCGS運(yùn)行時(shí)，將自動(dòng)加載該窗口。單擊“保存”按鈕。</p><p>　　3.4.2 畫面編輯</p><p&

70、gt;　　雙擊圖3-9“加熱水箱溫度控制模糊組態(tài)系統(tǒng)”窗口進(jìn)入畫面編輯環(huán)境。</p><p>　　在工具欄單擊“查看”，在查看選擇單擊“繪畫工具圖”按鈕，彈出繪畫工具圖。 </p><p>　　在繪畫工具箱里面利用“標(biāo)簽”（文字）工具寫入文字“加熱水箱溫度控制模糊組態(tài)系統(tǒng)”，調(diào)整大小及位置， </p><p>　　利用“元件”從“儲(chǔ)存罐”中選擇罐53，畫罐，調(diào)整大小

71、及位置。</p><p>　　利用“插入元件”工具從“泵”中選擇水泵6，畫水泵，調(diào)整大小及位置。</p><p>　　利用“插入元件”工具從“閥門”中選擇閥44，畫3個(gè)閥，調(diào)整大小和位置。</p><p>　　利用“插入元件”工具從“管道”中選擇管道在水泵、單容水箱進(jìn)水閥、水閥之間畫出管道。</p><p>　　利用“流動(dòng)塊”工具在罐1、調(diào)節(jié)

72、閥、水泵、調(diào)節(jié)閥、罐2、出水閥之間畫流動(dòng)塊。</p><p>　　利用“插入元件”工具從“傳感器”中選擇傳感器，畫1個(gè)傳感器調(diào)整大小和位置。</p><p>　　利用“實(shí)時(shí)曲線”工具畫出曲線表，調(diào)整大小和位置。</p><p>　　利用“標(biāo)準(zhǔn)按鈕”工具畫出7個(gè)按鈕，分別是“手自動(dòng)切換”、“設(shè)定值”、4個(gè) “輸出”、“退出”。調(diào)整大小和位置。</p>&

73、lt;p>　　利用“插入元件”工具從“刻度”中選擇刻度4，畫出3個(gè)刻度，調(diào)整大小和位置。</p><p>　　利用“標(biāo)簽文字”工具畫出三個(gè)標(biāo)簽出入，與刻度相同長度，調(diào)整位置和大小。如圖3-10所示設(shè)置。</p><p>　　圖3-10 動(dòng)態(tài)組態(tài)屬性設(shè)置</p><p>　　保存畫面最后組態(tài)如圖3-11所示。</p><p><b&

74、gt;　　圖3-11畫面組態(tài)</b></p><p><b>　　3.5 動(dòng)畫連接</b></p><p>　　由圖形對象搭制而成的圖形畫面是靜止不動(dòng)的，需要對這些圖形對象進(jìn)行動(dòng)畫設(shè)計(jì)，真實(shí)地描述外界對象的狀態(tài)變化，達(dá)到過程實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。實(shí)現(xiàn)圖形動(dòng)畫設(shè)計(jì)的主要方法是將用戶窗口中圖形對象與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象建立相關(guān)性連接，并設(shè)置相應(yīng)的動(dòng)畫屬性。在系統(tǒng)

75、運(yùn)行過程中，圖形對象的外觀和狀態(tài)特征，由數(shù)據(jù)對象的實(shí)時(shí)采集值驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了圖形的動(dòng)畫效果。需要制作動(dòng)畫效果的部分包括：水泵、閥門的啟停水流效果。具體設(shè)置步驟如下：</p><p>　　(1)雙擊水泵右側(cè)的流動(dòng)塊，彈出流動(dòng)塊構(gòu)件屬性設(shè)置窗口。</p><p>　　(2)在流動(dòng)屬性頁中，進(jìn)行如下設(shè)置：表達(dá)式：水泵=選擇當(dāng)表達(dá)式為非零時(shí)，流塊開始流動(dòng)。水罐右側(cè)流動(dòng)塊及水罐右側(cè)流動(dòng)塊的制作方法與

76、此相同，只需將表達(dá)式相應(yīng)改為：調(diào)節(jié)閥=出水閥=即可。至此動(dòng)畫連接已完成。</p><p>　　3.6 設(shè)備與變量連接</p><p>　　3.6.1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序安裝步驟</p><p>　?。?）單擊工作臺(tái)中的：“設(shè)備窗口”選項(xiàng)卡，進(jìn)入“設(shè)備窗口頁”。</p><p>　?。?）單擊右側(cè)“設(shè)備組態(tài)”圖標(biāo)或雙擊“設(shè)備窗口”圖標(biāo)，彈出設(shè)備窗

77、口。</p><p>　?。?）單擊“工具箱”圖標(biāo)，彈出“設(shè)備工具箱”窗口。</p><p>　?。?）單擊“設(shè)備管理”按鈕，彈出“設(shè)備管理”窗口。</p><p>　?。?）在左側(cè)“可選設(shè)備”列表中，雙擊“通用串口父設(shè)備”。</p><p>　?。?）在雙擊無紙記錄儀”右側(cè)“設(shè)定設(shè)備”列表中出現(xiàn)“通用串口父設(shè)備”“無紙記錄儀”，單擊“確定”

78、按鈕。</p><p>　?。?）在右側(cè)“設(shè)備工具箱”列表中雙擊“通用串口父設(shè)備”，設(shè)備被添加到左側(cè)設(shè)備組態(tài)窗口中，出現(xiàn)“設(shè)備-0-[通用串口父設(shè)備]”。再在右側(cè)“設(shè)備工具箱”列表中雙擊“無紙記錄儀”，設(shè)備被添加到左側(cè)設(shè)備組態(tài)窗口中，出現(xiàn)“設(shè)備-1-[無紙記錄儀]”。</p><p>　?。?）單擊“保存”按鈕。</p><p>　　3.6.2 設(shè)備屬性設(shè)置步驟&

79、lt;/p><p>　　(1)雙擊左側(cè)“設(shè)備窗口”的“設(shè)備-0-[通用串口父設(shè)備]”，進(jìn)入“設(shè)備屬性設(shè)置”窗口，如圖3-12所示。</p><p>　　圖3-12通用串口父設(shè)備 基本屬性設(shè)置</p><p>　　(2)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置“基本屬性”頁，單擊“確定”按鈕。其中“最小采集周期” ：200ms；串口是0-COM1；通訊波特率6-9600；數(shù)據(jù)位位數(shù)1-8位；停止

80、位位數(shù)0-1位。</p><p>　　(3)雙擊左側(cè)“設(shè)備窗口”的“設(shè)備-1-[無紙記錄儀]”，進(jìn)入“設(shè)備屬性設(shè)置”窗口，如圖3-13所示。</p><p>　　圖3-13浙大中控-C3000無紙記錄儀 基本屬性設(shè)置</p><p>　　(4)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置“基本屬性”頁，單擊“確定”按鈕。其中設(shè)備地址是6；通訊延時(shí)30S；Al通道數(shù)目為8；AO通道數(shù)目為4。&l

81、t;/p><p>　　3.6.3 變量連接</p><p>　　比如設(shè)置按鈕變量，雙擊已經(jīng)添加的按鈕，彈出標(biāo)準(zhǔn)按鈕構(gòu)件屬性設(shè)置。在按鈕標(biāo)題輸入“輸出”，其他不變，單擊確定。如圖3-14所示。</p><p>　　圖3-14 標(biāo)準(zhǔn)按鈕構(gòu)件屬性設(shè)置</p><p>　　利用“標(biāo)簽”工具畫出和按鈕相同大小的輸入框，并且放置在按鈕上與它相同位子，雙擊輸

82、入框，彈出動(dòng)畫組態(tài)屬性設(shè)置框，填充顏色：無填充色；邊線顏色為黑色；在輸入輸出連接在按鈕輸入前打勾，屬性框會(huì)增加按鈕輸入框如圖3-15所示。在輸入值格式點(diǎn)擊“數(shù)值量輸入”，其他不變。</p><p>　　圖3-15 動(dòng)畫組態(tài)屬性設(shè)置</p><p>　　在對應(yīng)數(shù)據(jù)對象的名稱單擊“？”，彈出數(shù)據(jù)對象選擇框，如圖3-16所示，根據(jù)需要選擇對應(yīng)的數(shù)據(jù)對象，雙擊。</p><p&

83、gt;　　圖3-16 數(shù)據(jù)對象選擇框</p><p>　　重復(fù)按以上設(shè)置步驟繼續(xù)設(shè)置其他變量的連接，并且點(diǎn)擊保存。</p><p>　　3.7 編寫控制流程</p><p>　　用戶腳本程序是由用戶編制的用來完成特定操作和處理的程序，腳本程序的編程語法非常類似于普通的語言，但在概念和使用上更簡單直觀。</p><p>　　（1）在“運(yùn)行策略

84、”中，雙擊“循環(huán)策略”進(jìn)入策略組態(tài)窗口。</p><p>　?。?）雙擊圖標(biāo)進(jìn)入“策略屬性設(shè)置”，將：循環(huán)時(shí)間設(shè)為200ms：，按“確認(rèn)”。</p><p>　?。?）在策略組態(tài)窗口中，單擊工具條中的“新增策略行”圖標(biāo)，增加一策略行。</p><p>　　下面先對控制流程進(jìn)行分析：</p><p>　　當(dāng)水罐的溫度達(dá)到設(shè)定值+3℃就要把變頻器

85、關(guān)閉，當(dāng)水罐的溫度不足設(shè)定值－3℃時(shí)，就要自動(dòng)開啟變頻器。</p><p><b>　　4 調(diào)試</b></p><p><b>　　4.1 調(diào)試步驟</b></p><p>　　(1)打開水箱進(jìn)水閥，主管路泵閥，關(guān)閉其他手閥，將儲(chǔ)水箱灌滿水，打開加熱水箱進(jìn)水閥。</p><p>　　(2)將加

86、熱水箱的出口水溫信號(hào)送至C3000的輸入通道，將輸出通道信號(hào)送調(diào)壓模塊調(diào)節(jié)加熱功率，具體接線如圖2－2所示。</p><p>　　(3)打開控制臺(tái)及對象電源開關(guān)，啟動(dòng)C3000，連接好通訊線（PC/PPI電纜），將程序傳至C3000中，打開主管路泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、檢測設(shè)備電源開關(guān)。啟動(dòng)MCGS軟件，進(jìn)入調(diào)試。</p><p>　　(4)輸出值的設(shè)置按鈕可以手動(dòng)設(shè)置閥門開度，此按鈕僅在“手動(dòng)狀

87、態(tài)”下有效。先手動(dòng)設(shè)定一個(gè)輸出值（0~1），如0.5。在上位軟件上觀察水溫的變化，當(dāng)水位趨于平衡時(shí)，再進(jìn)行下一個(gè)步驟。</p><p>　　(5)設(shè)定給定值，調(diào)整Kc、Ti、Td各參數(shù)。待液位平衡后點(diǎn)擊狀態(tài)切換按鈕，將控制器投入運(yùn)行。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　未來工業(yè)發(fā)展的發(fā)展方向是在確保人員安全的情況下，

88、實(shí)現(xiàn)高效化和智能化，可編程序控制器PLC具有通用性強(qiáng)，可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)、編程方法簡單易學(xué)、系統(tǒng)安裝調(diào)試方便等特點(diǎn)，使其在各行各業(yè)中得到廣泛應(yīng)用 。</p><p>　　組態(tài)軟件所具備的實(shí)時(shí)多任務(wù)、接口開放、使用靈活、功能多樣，以及運(yùn)行可靠等特點(diǎn)使運(yùn)用工控組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控任務(wù)已成為工業(yè)發(fā)展中的必然趨勢。</p><p>　　本論文采用了可編程序控制器結(jié)合組態(tài)軟件監(jiān)控的控制方法，即采

89、用SIEMENS公司的 S7-200系列PLC和MCGS組態(tài)軟件相結(jié)合的方法。實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制能力。并且組態(tài)軟件具有動(dòng)畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、數(shù)據(jù)與曲線等強(qiáng)大功能，從運(yùn)行情況看，它操作簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、故障少、安全，改變了人工操作的麻煩，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本文在花有汪老師精心

90、指導(dǎo)下完成的，在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我學(xué)到了不少知識(shí)，也感謝我的指導(dǎo)老師花有汪老師。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)遇到了不少麻煩，就在我遇到難題解決不了時(shí)，每次都是老師給予我解決難題的思路。剛開始老師把畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書發(fā)下來的時(shí)候，我看了心里一點(diǎn)底也沒有，不知道從哪里下手，在網(wǎng)上查找資料，翻了半天還是沒有頭緒，也不知道該怎么辦好。這學(xué)期開始老師給了我一些資料叫我把開題報(bào)告寫起來，然后把大體的提綱給我講了一遍，這時(shí)候我才心里有了一點(diǎn)底。在此，謹(jǐn)對老師致以衷心的感