基于PLC的太陽(yáng)能水溫控制裝置軟件設(shè)計(jì).doc

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)珠江學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 基于PLC的太陽(yáng)能水溫控制裝置 （軟件設(shè)計(jì)） 指導(dǎo)教師： 系： 信息工程系 年級(jí)專(zhuān)業(yè)： 提交日期： 答辯日期： 答辯委員會(huì)主席（簽名）： 評(píng)閱人（簽名）： 年 月 日0 摘 要太陽(yáng)能是一種清潔能源，太陽(yáng)能熱水器在生活中越來(lái)越受歡迎，也是我國(guó)太陽(yáng)能利用裝置中應(yīng)用最廣泛、產(chǎn)業(yè)發(fā)展最迅速的太陽(yáng)能產(chǎn)品?？删幊炭刂破鳎≒LC），具有自動(dòng)化程度高、實(shí)時(shí)性好、I/O口模塊豐富、運(yùn)行穩(wěn)定、精度高、容易控制等特點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)化中經(jīng)常用到。本設(shè)計(jì)是基于日本三菱公司PLC(FX2N-32MR)的太陽(yáng)能水溫控制，設(shè)計(jì)中給出了設(shè)計(jì)方案和相對(duì)應(yīng)的模塊處理，有溫度控制，液位控制等模塊的硬件設(shè)計(jì)分析方案、軟件設(shè)計(jì)方案、組態(tài)聯(lián)合設(shè)計(jì)方案等。采用GX Developer進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，如溫度液位PID算法的分析，運(yùn)用組態(tài)王KingView6.55 與PLC等硬件進(jìn)行聯(lián)合，通過(guò)組態(tài)的界面進(jìn)行仿真和監(jiān)控。 關(guān)鍵詞：PLC；溫度控制；液位控制；PID；組態(tài)IV Abstract Solar energy is a clean energy,the water heater by the solar is become more and more popular in our life,it is also most widely used in our country that solar energy utilization,and the industryof develop the solar energy products is become more rapid.Programmable logic contronller(PLC),has the characteristics of high degree of automation,good real-time performance,I/O port module is rich,stable operation ,high precision,easy to control,often used in industrial automation. This design is the Mitsubishi Co of Japan basede on PLC(FX2N-32MR) solar water temperature control.the design scheme is given and the corresponding processing module,temperature control,analysis scheme,sofeware design,configuration and design scheme of hardware design level control module.Using GX Developer to design sofeware,such as temperature level analysis of PID algorithm.using the KingView6.55 configuration sofeware and hareware such as PLC joint,simulation and monitoring through the configuration interface.Keywords: PLC; temperature control; level control; PID; configuration設(shè)計(jì)說(shuō)明本畢業(yè)設(shè)計(jì)是基于PLC的太陽(yáng)能水溫控制裝置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，設(shè)計(jì)對(duì)一臺(tái)經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便的小型的太陽(yáng)能水溫控制裝置，編制可以用于本科生自動(dòng)控制原理、檢測(cè)技術(shù)和過(guò)程控制等課程的檢測(cè)、建?；蚝?jiǎn)單控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的PLC梯形圖測(cè)控、通信軟件以及上位機(jī)的組態(tài)王顯示軟件。 本設(shè)計(jì)主要有兩大部分，分別為硬件部分和軟件部分。本人負(fù)責(zé)PLC 梯形圖測(cè)控和上位機(jī)的組態(tài)王軟件顯示。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：基于PLC的液位控制系統(tǒng)，能夠控制水位容器的液位高度在某個(gè)允許的溫度誤差里波動(dòng)并維持一開(kāi)始設(shè)定的液位高度。具體內(nèi)容： （1）熟悉GX Developer 的操作與運(yùn)用，進(jìn)行梯形圖的設(shè)計(jì)； （2）熟悉組態(tài)王6.53 的基本要求，進(jìn)行界面模型的建立； （3）組態(tài)王與PLC之間的通信連接； （4）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟件部分的調(diào)試； （5）配合硬件的整體聯(lián)合調(diào)試。關(guān)鍵詞：PLC梯形圖測(cè)控；組態(tài)王軟件顯示；GX Developer；梯形圖的設(shè)計(jì)目 錄1 前言12 太陽(yáng)能熱水器介紹33 PLC與組態(tài)43.1 可編程控制器（PLC）簡(jiǎn)介43.1.1 PLC的特點(diǎn)43.1.2 PLC的結(jié)構(gòu)43.1.3 PLC的原理63.2 組態(tài)63.2.1組態(tài)簡(jiǎn)介63.2.2 組態(tài)的特點(diǎn)與功能73.2.3 組態(tài)的系統(tǒng)成員構(gòu)成73.3 I/O口的分配圖及其接線圖74 溫度控制和液位控制的軟件設(shè)計(jì)104.1 GX Developer編程軟件104.1.1 GX Developer的特點(diǎn)104.1.2 Gx Developer的安裝114.2溫度控制軟件設(shè)計(jì)114.2.1溫度控制的基本功能124.2.2溫度控制的算法124.2.3 軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言134.3 液位控制軟件設(shè)計(jì)194.3.1 液位控制軟件設(shè)計(jì)的基本功能194.3.2液位控制設(shè)計(jì)語(yǔ)言195 組態(tài)設(shè)計(jì)205.1 組態(tài)軟件205.2組態(tài)王的概述205.3 組態(tài)王的特點(diǎn)215.4 立應(yīng)用工程的步驟225.5 建立工程225.6 定義硬件設(shè)備235.7 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)265.8 圖形界面的設(shè)計(jì)275.9 創(chuàng)建動(dòng)畫(huà)鏈接295.10 運(yùn)行組態(tài)306 系統(tǒng)調(diào)試316.1 硬件調(diào)試316.2 軟件調(diào)試326.3 軟硬聯(lián)合調(diào)試326.3.1 AD模塊模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換336.3.2 PID調(diào)試347 結(jié)論36參考文獻(xiàn)37致謝38附錄39附錄A 程序總體設(shè)計(jì)圖39附錄B 組態(tài)水溫控制圖42附錄C 水溫控制實(shí)物圖431 前 言隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量在不斷提升，對(duì)能源的需求越來(lái)越大。然而當(dāng)前的常規(guī)能源日趨緊缺，并且價(jià)格不斷攀升。太陽(yáng)能作為無(wú)污染可再生能源，它的利用越來(lái)越受到重視，太陽(yáng)集熱工程以其獨(dú)特的節(jié)能及環(huán)保優(yōu)勢(shì)越來(lái)越廣泛地被人們所認(rèn)可。太陽(yáng)能熱水器是我國(guó)太陽(yáng)能利用裝置中應(yīng)用最廣泛、產(chǎn)業(yè)發(fā)展最迅速的太陽(yáng)能產(chǎn)品?？删庍壿嫵绦蚩刂破鳎≒rogrammable Logic Controller）,簡(jiǎn)稱(chēng)PLC。在科技高度發(fā)展的工業(yè)控制上，是一種在集電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上的一種新型的控制設(shè)備。因具有可靠性高、實(shí)時(shí)性好、配置靈活、I/O 模塊豐富、安裝便利的特點(diǎn)，目前在我國(guó)已廣泛地應(yīng)用于自動(dòng)化控制的各個(gè)領(lǐng)域1。可編程控制器的產(chǎn)生和繼電器接觸器控制系統(tǒng)有很大的關(guān)系。繼電器接觸器控制已經(jīng)有上百年的歷史，它是一種弱電信號(hào)控制強(qiáng)電信號(hào)的電磁開(kāi)關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電路直觀、價(jià)格低廉、容易操作、易于維修的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于工作模式固定、要求比較簡(jiǎn)單的場(chǎng)合非常實(shí)用，至今仍有廣泛的用途。但是當(dāng)工作模式改變時(shí)，就必須改變系統(tǒng)的硬件接線，控制柜中的物件以及接線都要作相應(yīng)的變動(dòng)，改造工期長(zhǎng)、費(fèi)用高，用戶寧愿扔掉舊控制柜，另做一個(gè)新控制柜使用，阻礙了產(chǎn)品更新?lián)Q代。 1969年，第一臺(tái)可編程控制器PDP14由美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）制作成功，并在GM公司汽車(chē)生產(chǎn)線上使用取得良好的效果，可編程控制器由此誕生，在控制領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)生了歷史性革命。PLC問(wèn)世時(shí)間不長(zhǎng)，但是隨著微處理器的發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路不斷出現(xiàn)，數(shù)據(jù)通信技術(shù)不斷進(jìn)步，PLC迅速發(fā)展。PLC進(jìn)入九十年代后，工業(yè)控制領(lǐng)域幾乎全被PLC占領(lǐng)。國(guó)外專(zhuān)家預(yù)言，PLC技術(shù)將在工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（PLC、機(jī)器人和CAC/CAM）種躍居首位。我國(guó)在八十年代初才開(kāi)始使用PLC，目前從國(guó)外應(yīng)進(jìn)的PLC使用較為普遍的由日本OMRON公司C系列、三菱公司F系列、美國(guó)GE公司GE系列和德國(guó)西門(mén)子公司S系列等2。國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能熱水器配套的控制器一直處于研究和開(kāi)發(fā)階段，市場(chǎng)出現(xiàn)的一些太陽(yáng)能熱水器配套的控制的性能還不是很穩(wěn)定，容易產(chǎn)生誤操作，在溫度、水位檢測(cè)、控制誤差大、顯示器有時(shí)會(huì)出現(xiàn)亂碼、電輔助加熱裝置還不能夠很好的配合及太陽(yáng)能利用率低等3。國(guó)外相對(duì)于國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能熱水器方面的研究和推廣應(yīng)用一直比較活躍，對(duì)熱管材料、應(yīng)用軟件等做了比較多的技術(shù)研究，比較相對(duì)成熟的加熱溫度控制裝備。在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常需要高穩(wěn)定度的恒溫環(huán)境,傳統(tǒng)的模擬式儀表溫度控制,以簡(jiǎn)單的PID來(lái)實(shí)現(xiàn),此類(lèi)儀表對(duì)環(huán)境條件和控制參數(shù)較敏感,較難達(dá)到理想的波動(dòng)度,即使能達(dá)到要求的波動(dòng)度時(shí),也需要較長(zhǎng)的過(guò)渡時(shí)間。常規(guī)的PID調(diào)節(jié)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,穩(wěn)定性好,可靠性高,易于工程實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn),其主要問(wèn)題是參數(shù)整定問(wèn)題,一旦整定計(jì)算好后,在整個(gè)控制過(guò)程中都是固定不變的,而在實(shí)際系統(tǒng)中,由于系統(tǒng)狀態(tài)和參數(shù)等發(fā)生變化,控制過(guò)程具有大滯后、非線性、時(shí)變性,采用常規(guī)PID控制較難獲得最佳的控制效果。PLC為核心的溫度控制系統(tǒng),采用了專(zhuān)家智能PID控制方法,利用專(zhuān)家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)輸出修正PID參數(shù)以及改變PID控制方式。實(shí)踐表明用PLC實(shí)現(xiàn)的智能PID控制,方法簡(jiǎn)單易行、適應(yīng)性好、魯棒性強(qiáng)。本設(shè)計(jì)中采用三菱FX2N控制，組態(tài)王界面為控制界面；程序編寫(xiě)中主要的有針對(duì)PLC的A/D模塊所采集的經(jīng)過(guò)水箱溫度進(jìn)行判斷，通過(guò)PID算法進(jìn)行控制，采取太陽(yáng)能加熱；液位控制通過(guò)硬件不同水位的不同模擬信號(hào)進(jìn)行，進(jìn)行水位控制，再通過(guò)執(zhí)行機(jī)器如水閥、電熱棒輔助加熱。組態(tài)王與PLC鏈接，采用組態(tài)王的界面，形象的反應(yīng)實(shí)際場(chǎng)景，通過(guò)數(shù)字字典定義，通過(guò)界面的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)形象的表示出來(lái)。2 太陽(yáng)能熱水器介紹太陽(yáng)能熱水器的工作原理:首先,太陽(yáng)照射在真空集熱管上,給集熱器里邊的水進(jìn)行加熱;接著集熱器中的溫度傳感器T3與用戶中的設(shè)定溫度TN作比較,若存在偏差,就在熱水箱控制,繼續(xù)用電熱棒加熱,在通過(guò)熱水箱的溫度傳感器T1來(lái)控制,最終達(dá)到用戶的設(shè)定溫度4。如圖2.1系統(tǒng)控制原理所示。圖2.1 系統(tǒng)控制原理注釋:T1:熱水箱的溫度傳感器 T2:循環(huán)水管中的溫度傳感器 F1:冷水閥 F3:熱水閥3 PLC與組態(tài)3.1 可編程控制器（PLC）簡(jiǎn)介可編程控制器（Programmable Logic Controller,簡(jiǎn)稱(chēng)PLC,是一種在工業(yè)環(huán)境中經(jīng)常用到的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，是在集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)控制設(shè)備。它具有可以編程的存儲(chǔ)器，能在內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、運(yùn)動(dòng)控制、計(jì)數(shù)、定時(shí)、步進(jìn)控制、模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。3.1.1 PLC的特點(diǎn)PLC的抗擾能力強(qiáng)、可靠性能高。PLC主要模塊都使用大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很強(qiáng)的抗干擾能力和很高的可靠性。PLC的控制能力強(qiáng)。PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。PLC的配置靈活。PLC在需要擴(kuò)展中心單元的I/O口，可以隨意的連接中心基本單元與擴(kuò)展單元對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。模塊隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，如三菱公司的FX2N系列推出了不同點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊、不同功能的特殊模塊及各種軟元件5。體積小，重量輕，能耗低，以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。3.1.2 PLC的結(jié)構(gòu)PLC由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（memory）、輸入輸出（I/O）接口以及電源等組成的。這里以三菱公司EX2N系列的PLC為例，如圖3.1所示。 中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。存儲(chǔ)器（memory）有RAM （Random Assess Memory）、EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）、EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)等類(lèi)型。具有存儲(chǔ)讀寫(xiě)的作用，存儲(chǔ)器中的一位有兩種狀態(tài)：0和1，通常0代表繼電器失電，1代表繼電器得電。輸入輸出（I/O）接口是與外部控制電路聯(lián)絡(luò)的主要通道，采用了光電隔離、濾波等抗干擾措施，根據(jù)各種型號(hào)的輸入輸出接口模塊，分為直流信號(hào)輸入輸出、交流信號(hào)輸入輸出；或者是數(shù)字量輸入輸出、模擬量輸入輸出6。運(yùn)行開(kāi)關(guān)鋰電池編程電纜電源指示燈/運(yùn)行指示燈/電池指示燈/出錯(cuò)指示燈擴(kuò)展端口輸出燈輸出端輸入端輸入燈 圖3.1 PLC的外形3.1.3 PLC的原理常用的PLC可以等效成三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的電路：輸入部分電路、邏輯部分電路、輸出部分電路7。PLC采用了一種掃描技術(shù)的運(yùn)行方式，PLC除了正常的內(nèi)部系統(tǒng)初始化及自診斷檢查等工作外，完成一梯形圖的過(guò)程可分為以下3個(gè)階段：（1） 輸入采樣階段；（2） 程序處理階段；（3） 輸出刷新結(jié)果階段。如圖3.2所示。圖3.2 PLC 掃描周期圖3.2 組態(tài)3.2.1組態(tài)簡(jiǎn)介組態(tài)的英文叫做“Configuration”,用于應(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(guò)程。組態(tài)最早的概念出現(xiàn)在工業(yè)計(jì)算機(jī)控制中，如集散系統(tǒng)DSC組態(tài)，可編程控制器PLC梯形圖組態(tài)，而人機(jī)界面生成的軟件就叫工控組態(tài)軟件。組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)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(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種工控設(shè)備和常見(jiàn)的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對(duì)應(yīng)于原有的HMI（人機(jī)接口軟件，Human Machine Interface）的概念，組態(tài)軟件應(yīng)該是一個(gè)使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具，或開(kāi)發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過(guò)手工或委托第三方編寫(xiě)HMI應(yīng)用，開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，效率低，可靠性差；或者購(gòu)買(mǎi)專(zhuān)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(jí)和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，把用戶從這些困境中解脫出來(lái)，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)。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開(kāi)放數(shù)據(jù)接口、對(duì)I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容，隨著技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會(huì)不斷被賦予新的內(nèi)容8。3.2.2 組態(tài)的特點(diǎn)與功能組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)（Supervisory Control and Data Acquisition）的軟件平臺(tái)工具，是工業(yè)應(yīng)用軟件的一個(gè)組成部分。它的主要特點(diǎn)有：延續(xù)性、可擴(kuò)充性、封裝性、通用性。它的主要功能有：（1） 對(duì)工控系統(tǒng)中的各種資源（設(shè)備、標(biāo)簽量、畫(huà)面等）進(jìn)行配置和編輯；（2） 處理數(shù)據(jù)報(bào)警和系統(tǒng)報(bào)警；（3） 提供各種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)程序；（4） 各類(lèi)報(bào)表的生成和打印輸出；（5） 使用腳本語(yǔ)言提供二次開(kāi)發(fā)的功能；（6） 存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)并支持歷史數(shù)據(jù)的查詢等。3.2.3 組態(tài)的系統(tǒng)成員構(gòu)成組態(tài)軟件因?yàn)楣δ軓?qiáng)大，每個(gè)功能具有一定的獨(dú)立性，典型組件可以分為七大類(lèi)：（1） 應(yīng)用程序管理器；（2） 圖形界面開(kāi)發(fā)程序；（3） 圖形界面運(yùn)行程序；（4） 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組態(tài)程序；（5） 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)運(yùn)行程序；（6） I/O驅(qū)動(dòng)程序；（7） 擴(kuò)展可選組件9。3.3 I/O口的分配圖及其接線圖 輸入輸出端各有十六個(gè)I/O口，水箱水位高低的七個(gè)水位的七個(gè)線接入PLC的輸入端，同時(shí)通過(guò)外面的燈顯示器水位的情況；在用戶界面中，通過(guò)人為的控制水泵和控制溫度的參數(shù)輸入PLC的輸入端；在PLC的輸出端中，根據(jù)用戶的選定和設(shè)計(jì)的要求，通過(guò)PLC的輸出端進(jìn)行接線，表3.1為PLC的輸入輸出的I/O端口的分配圖。表3.1 PLC的I/O分配圖 輸入端 輸出端X0 給定溫度實(shí)時(shí)溫度轉(zhuǎn)換鍵Y0 水泵啟動(dòng)X1 次高水位Y1 加熱控制X2 第三高水位Y2 報(bào)警燈X3 中間水位Y3 溫度顯示X4 第三低水位Y4 溫度顯示X5 次低水位Y5 溫度顯示X6 最低水位Y6 溫度顯示X7 手動(dòng)啟動(dòng)水泵Y7 溫度顯示X10 手動(dòng)關(guān)閉水泵Y10 溫度顯示X11 增1Y11 溫度顯示X12 減1Y12 溫度顯示X13 復(fù)位Y13 出錯(cuò)信號(hào)燈X14 增10Y14 給定溫度指示燈X15 減10Y15 實(shí)時(shí)溫度指示燈X16 自適應(yīng)控制Y16 水位報(bào)警指示燈X17 PID控制圖3.3為PLC的外部接線圖。圖 3.3 PLC的I/O接線圖4 溫度控制和液位控制的軟件設(shè)計(jì)4.1 GX Developer編程軟件 GX Developer是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進(jìn)行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫(xiě)PLC程序功能。 4.1.1 GX Developer的特點(diǎn) (1)軟件的共通化GX Developer能夠制作Q系列，QnA系列，A系列(包括運(yùn)動(dòng)控制(SCPU),FX系列的數(shù)據(jù),能夠轉(zhuǎn)換成GPPQ,GPPA格式的文檔。 此外，選擇FX系列的情況下，還能變換成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文檔。 (2)利用Windows的優(yōu)越性，使操作性飛躍上升能夠?qū)xcel,Word等作成的說(shuō)明數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制、粘貼，并有效利用。 (3)程序的標(biāo)準(zhǔn)化：a.標(biāo)號(hào)編程 用標(biāo)號(hào)編程制作可編程控制器程序的話，就不需要認(rèn)識(shí)軟元件的號(hào)碼而能夠根據(jù)標(biāo)示制作成標(biāo)準(zhǔn)程序。 用標(biāo)號(hào)編程做成的程序能夠依據(jù)匯編從而作為實(shí)際的程序來(lái)使用。b.功能塊（以下，略稱(chēng)作FB） FB是以提高順序程序的開(kāi)發(fā)效率為目的而開(kāi)發(fā)的一種功能。把開(kāi)發(fā)順序程序時(shí)反復(fù)使用的順序程序回路塊零件化，使得順序程序的開(kāi)發(fā)變得容易。此外，零件化后，能夠防止將其運(yùn)用到別的順序程序時(shí)的順序輸入錯(cuò)誤。c.宏只要在任意的回路模式上加上名字（宏定義名）登錄（宏登錄）到文檔，然后輸入簡(jiǎn)單的命令就能夠讀出登錄過(guò)的回路模式，變更軟元件就能夠靈活利用了。 (4)能夠簡(jiǎn)單設(shè)定和其他站點(diǎn)的鏈接由于連接對(duì)象的指定被圖形化而構(gòu)筑成復(fù)雜的系統(tǒng)的情況下也能夠簡(jiǎn)單的設(shè)定。(5)能夠用各種方法和可編程控制器CPU連接：a.經(jīng)由串行通訊口；b.經(jīng)由USB；c.經(jīng)由MELSECNET/10(H)計(jì)算機(jī)插板；d.經(jīng)由MELSECNET()計(jì)算機(jī)插板；e.經(jīng)由CC-Link計(jì)算機(jī)插板；f.經(jīng)由Ethernet計(jì)算機(jī)插板；g.經(jīng)由CPU計(jì)算機(jī)插板；h.經(jīng)由AF計(jì)算機(jī)插板。(6)豐富的調(diào)試功能：a.由于運(yùn)用了梯形圖邏輯測(cè)試功能，能夠更加簡(jiǎn)單的進(jìn)行調(diào)試作業(yè)。沒(méi)有必要再和可編程控制器連接；沒(méi)有必要制作條使用的順序程序；b.在幫助中有CPU錯(cuò)誤，特殊繼電器/特殊寄存器的說(shuō)明，所以對(duì)于在線中發(fā)生錯(cuò)誤，或者是程序制作中想知道特殊繼電器/特殊寄存器的內(nèi)容的情況下提供非常大的便利；c.數(shù)據(jù)制作中發(fā)生錯(cuò)誤況時(shí)，會(huì)顯示是什么原因或是顯示消息，所以數(shù)據(jù)制作的時(shí)間能夠大幅度縮短10。 4.1.2 Gx Developer的安裝 要安裝這個(gè)軟件，先要打開(kāi)GX編程軟件MELSOFTEnvMEL里的SETUP這個(gè)程序。這個(gè)安裝程序是共通部件。并且要注意一下幾點(diǎn)：（1）去掉文件夾名稱(chēng)中的中文字符。（2）先安裝GX DeveloperEnvMEL里的環(huán)境包。（3）打開(kāi)GX Developer里的SETUP.EXE這個(gè)安裝文件，開(kāi)始安裝，中間會(huì)要你輸入ID序列號(hào)，最好安裝時(shí)候關(guān)閉殺毒軟件，完成后再打開(kāi)。 注意安裝時(shí)不要選擇監(jiān)控模式，如果有不清楚的，就用默認(rèn)的，直接點(diǎn)擊下一步就可以了。 三菱的8.52的軟件有的存在這個(gè)問(wèn)題，和WIN系統(tǒng)有關(guān)，可以把缺少的文件從8.26的復(fù)制到8.52的里面，這個(gè)我試過(guò)，能行。注意只復(fù)制8.52沒(méi)有的就行?；蛘呦劝惭b好8.26的，不用卸載，直接安裝8.52的也可以的。我親自安裝過(guò)的。注意最好不要用GHOST的系統(tǒng)，因?yàn)檫@樣的系統(tǒng)精簡(jiǎn)掉了很多東西，特別是用在工控方面，在安裝軟件或應(yīng)用的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)很多莫名其妙的問(wèn)題。4.2溫度控制軟件設(shè)計(jì)按偏差的比例、積分和微分進(jìn)行控制的控制方案簡(jiǎn)稱(chēng)為PID控制。上世紀(jì)20 年代，Minorsky在對(duì)船舶自動(dòng)導(dǎo)航的研究中，提出了基于輸出反饋的Pm控制器的設(shè)計(jì)方法，到了上世紀(jì)40年代PID控制器已在過(guò)程控制中得到了廣泛的應(yīng)用。PID控制是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)成熟、應(yīng)用最廣泛的一種控制方法，在工程控制中90%以上的控制回路為PID及其改進(jìn)形式。近年來(lái)，人們對(duì)PID控制器的再認(rèn)識(shí)和再研究的興趣日益高漲，2000年召開(kāi)的一次IFAC會(huì)議上，對(duì)PID發(fā)展歷史和現(xiàn)狀進(jìn)行了分析并對(duì)未來(lái)的展望，進(jìn)一步使國(guó)際工業(yè)控制界對(duì)PID有了更深的認(rèn)識(shí)和更高的研究熱情。PID控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便，在長(zhǎng)期應(yīng)用中積累了豐富的實(shí)用操作經(jīng)驗(yàn)。在工業(yè)過(guò)程控制中，由于建立控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型比較困難，系統(tǒng)參數(shù)又經(jīng)常發(fā)生變化，運(yùn)用現(xiàn)代控制理論的方法往往耗費(fèi)很大的人力物力資源，并且往往得不到預(yù)期的效果，所以常采用PID控制器。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使控制得到了進(jìn)一步的發(fā)展，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的PID控制，成為計(jì)算機(jī)控制中應(yīng)用最為廣泛的算法，它是將PID控制與計(jì)算機(jī)的邏輯判斷功能結(jié)合起來(lái)，使PID控制更加靈活，從而能滿足工業(yè)生產(chǎn)復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程所提出的各種需求11。4.2.1溫度控制的基本功能根據(jù)用戶設(shè)定的溫度，檢測(cè)實(shí)時(shí)溫度，比較兩個(gè)溫度，是否接近，倘若用戶設(shè)定的溫度高于實(shí)時(shí)溫度，則PLC將啟動(dòng)電熱絲進(jìn)行加熱，在此加熱期間，進(jìn)行多次檢測(cè)，直到水溫與用戶給定的溫度相接近，就停止加熱，控制水溫在用戶給定的范圍里。4.2.2溫度控制的算法模擬PID控制是最早發(fā)展起來(lái)的控制策略之一，由于其算法簡(jiǎn)單、參數(shù)物理意義明確、理論分析體系完整、魯棒性好和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)過(guò)程控制，尤其在可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)中，常規(guī)PID控制系統(tǒng)主要由被控對(duì)象和控制器所組成，其系統(tǒng)構(gòu)成圖如下圖。圖4.1 PID 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖程序?qū)υO(shè)定值、PID控制參數(shù)、定值中斷時(shí)間等進(jìn)行初始化設(shè)定，并啟動(dòng)周期定時(shí)中斷，中斷（采樣）時(shí)間到，則進(jìn)入中斷程序，進(jìn)行采樣濾波（求采樣平均值）、量程轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)控制要的的控制算法12。PID控制算法利用GX-Developer軟件的PID指令實(shí)現(xiàn)。PID控制器是一種線性控制器，它是將給定值:(t)與輸出值y(t)構(gòu)成的偏差按比例、積分和微分通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。模擬量PID控制器的數(shù)學(xué)表達(dá)式為: 式中，e(t)為控制器輸入偏差信號(hào)。(t)為控制器輸出信號(hào)，Kp為比例常數(shù)，Ti 為積分時(shí)間，Td為微分時(shí)間。從PID控制器的數(shù)學(xué)模型，可以看出PID控制器由三個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成，分別為比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)。4.2.3 軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言 通過(guò)硬件中的溫度采集模塊，讀入程序讓PLC有AD模塊聯(lián)調(diào)，通過(guò)不同環(huán)境下記錄了不同數(shù)據(jù)，如圖4.2所示，可知AD模塊中收集的信號(hào)與數(shù)字量成線性關(guān)系，即溫度與數(shù)字量成線性關(guān)系，通過(guò)計(jì)算可得出公式： 圖4.2 AD 模塊溫度調(diào)試 (1）用戶給定溫度輸入:用戶通過(guò)五個(gè)鍵（復(fù)位、增1、減1、增10、減10）進(jìn)行“大調(diào)小調(diào)”的方式控制，由兩個(gè)數(shù)碼管顯示其給定的溫度。由于采用的是繼電器型PLC，不能直接采用方向開(kāi)關(guān)指令（ARWS），該指令適應(yīng)于晶體管型PLC。程序如下： (2）實(shí)時(shí)采集溫度:通過(guò)特殊模塊FX2N-2AD對(duì)熱電偶不同溫度狀態(tài)下不同阻值的模擬量，轉(zhuǎn)化為數(shù)字量13，并存儲(chǔ)在寄存器D501上，采集實(shí)時(shí)溫度的程序如下： (3）PID調(diào)節(jié)及自動(dòng)調(diào)節(jié)：PID的三個(gè)參數(shù)比例增益Kp,積分時(shí)間TI和微分TD的最佳值，工程上常用階躍響應(yīng)法使控制系統(tǒng)產(chǎn)生0-100%（或70%或50%）的階躍輸出,即圖4.2，測(cè)量輸入值變化對(duì)輸出的動(dòng)作特性參數(shù)無(wú)用時(shí)間即圖4.3中的L和最大斜率y()即圖4.3中的R來(lái)?yè)Q算出PID的三個(gè)常數(shù)14。如圖4.2、圖4.3、表4.4所示。輸出值O100%輸出值（MV）時(shí)間（S）圖4.2 輸入特性輸入變化量無(wú)用時(shí)間（L）1S時(shí)間（S）最大斜率（R）圖4.3 輸出特性表4.4 動(dòng)作特性和3個(gè)特性比例增益（Kp）%積分時(shí)間（t1）(0.1S)微分時(shí)間（tD）(0.1s)僅有比例控制（P動(dòng)作）（1/RL）輸出值（MV）PI控制（PI動(dòng)作）（0.9/RL）輸出值（MV）33LPID控制（PID動(dòng)作）（12/RL）輸出值（MV）20L50L自動(dòng)調(diào)節(jié)可以得到最佳的PID控制，用階躍響應(yīng)法自動(dòng)設(shè)定重要常數(shù)（比例增益Kp,積分時(shí)間TI和微分時(shí)間Tn等），自動(dòng)調(diào)節(jié)的方法：a.傳送自動(dòng)調(diào)節(jié)用的（采樣時(shí)間）輸出值到D中。這個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)用的輸出值應(yīng)根據(jù)輸出設(shè)備在輸出可能最大值的50%-100%范圍內(nèi)選用；b.設(shè)定自動(dòng)調(diào)節(jié)的采用時(shí)間、輸出濾波、微分增益以及目標(biāo)值等。為了正確執(zhí)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，目標(biāo)值的設(shè)定應(yīng)保證自動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)始時(shí)的測(cè)定位與目標(biāo)值之差要大于150以上。若不能滿足，則可以先設(shè)定自動(dòng)調(diào)節(jié)目標(biāo)值，帶自動(dòng)調(diào)節(jié)完成后，再次設(shè)定目標(biāo)值。自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)的采樣時(shí)間必須大于1s以上，并且要遠(yuǎn)大于輸出變化的周期時(shí)間15（注意：自動(dòng)調(diào)節(jié)應(yīng)在系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)進(jìn)行，否則不能正確進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)）。程序如下：4.3 液位控制軟件設(shè)計(jì)4.3.1 液位控制軟件設(shè)計(jì)的基本功能 液位分為七個(gè)位置顯示，水位控制分為兩種控制：自動(dòng)控制和手動(dòng)控制；自動(dòng)控制的效果如下：當(dāng)水箱內(nèi)水所在的每個(gè)水位，通過(guò)外面的二極管的亮暗程度來(lái)表示，同時(shí)，當(dāng)水位在最低水位時(shí)，水泵會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)工作，直到水泵把水加到最高水位時(shí)，才能自動(dòng)停止加水，即水泵處于關(guān)閉狀態(tài)。手動(dòng)控制效果如下：當(dāng)用戶根據(jù)自己的需要可以設(shè)計(jì)自己想要的水位，通過(guò)手動(dòng)按鈕，按水泵啟動(dòng)鍵盤(pán)，水泵就會(huì)自己?jiǎn)?dòng)加水，無(wú)論水位處于那個(gè)位置（最高水位限位除外），用戶通過(guò)水位外部的二極管的亮暗選擇自己想要的水位，再按下停止按鈕，即水泵停止工作；當(dāng)水位到達(dá)最高水位的時(shí)候，水泵停止加水，即水泵處于關(guān)閉狀態(tài)。4.3.2液位控制設(shè)計(jì)語(yǔ)言 (1)水位手動(dòng)控制程序: (2)水位自動(dòng)控制程序: (3）液位的動(dòng)態(tài)顯示程序:5 組態(tài)設(shè)計(jì)5.1 組態(tài)軟件組態(tài)軟件在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有很多，選擇適合的組態(tài)軟件有利于人機(jī)界面更好的適應(yīng)生產(chǎn)的需要，下面介紹國(guó)內(nèi)外的代表組態(tài)軟件： （1）InTouch：Wonderware（萬(wàn)維公司)是Invensys plc“生產(chǎn)管理”部的一個(gè)運(yùn)營(yíng)單位，是全球工業(yè)自動(dòng)化軟件的領(lǐng)先供應(yīng)商。Wonderware的InTouch軟件是最早進(jìn)入中國(guó)的組態(tài)軟件。在80年代末、90年代初，基于Windows3.1的InTouch軟件曾讓我們耳目一新，并且InTouch提供了豐富的圖庫(kù)。但是，早期的InTouch軟件采用DDE方式與驅(qū)動(dòng)程序通信，性能較差，最新的InTouch7.0版已經(jīng)完全基于32位的Windows平臺(tái)，并且提供了OPC支持。 （2）Citech：悉雅特集團(tuán)（Citect）是世界領(lǐng)先的提供工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)、設(shè)施自動(dòng)化系統(tǒng)、實(shí)時(shí)智能信息和新一代 MES的獨(dú)立供應(yīng)商。Citech具有簡(jiǎn)潔的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序員，而不是工控用戶。Citech提供了類(lèi)似C語(yǔ)言的腳本語(yǔ)言進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，但與iFix不同的是，Citech的腳本語(yǔ)言并非是面向?qū)ο蟮模穷?lèi)似于C語(yǔ)言，這無(wú)疑為用戶進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)增加了難度。 （3）WinCC：西門(mén)子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)(A&D）是西門(mén)子股份公司中最大的集團(tuán)之一，是西門(mén)子工業(yè)領(lǐng)域的重要組成部分。 （4）GENESIS 64：美國(guó)著名獨(dú)立組態(tài)軟件供應(yīng)商，創(chuàng)立于1986年。在HMI/SCADA產(chǎn)品和管理可視化開(kāi)發(fā)領(lǐng)域一直處于世界領(lǐng)先水平，ICONICS同時(shí)也是微軟的金牌合作伙伴，其產(chǎn)品是建立在開(kāi)放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之上的。2007年推出了業(yè)內(nèi)首款集傳統(tǒng)SCADA、3D、GIS于一體的組態(tài)軟件GENESIS 64。（5）組態(tài)王KingView：由北京亞控科技發(fā)展有限公司開(kāi)發(fā)，該公司成立于1997年。1991年開(kāi)始創(chuàng)業(yè)，1995年推出組態(tài)王1.0版本，目前在市場(chǎng)上廣泛推廣KingView6.53、KingView6.55版本，每年銷(xiāo)量在10,000套以上，在國(guó)產(chǎn)軟件市場(chǎng)中市場(chǎng)占有率第一。本次設(shè)計(jì)采用的就是組態(tài)王作為界面16。5.2組態(tài)王的概述組態(tài)王軟件是一種通用的工業(yè)監(jiān)控軟件，它融過(guò)程控制設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)操作以及工廠資源管理于一體，將一個(gè)企業(yè)內(nèi)部的各種生產(chǎn)系統(tǒng)和應(yīng)用以及信息交流匯集在一起，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化管理。它基于Microsoft Windows XP/NT/2000操作系統(tǒng)，用戶可以在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的所有層次的各個(gè)位置上都可以及時(shí)獲得系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息。采用組態(tài)王軟件開(kāi)發(fā)工業(yè)監(jiān)控工程，可以極大地增強(qiáng)用戶生產(chǎn)控制能力、提高工廠的生產(chǎn)力和效率、提高產(chǎn)品的質(zhì)量、減少成本及原材料的消耗。它是用于從單一設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理和故障診斷，到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分布式大型集中監(jiān)控管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。 組態(tài)王軟件結(jié)構(gòu)由工程管理器、工程瀏覽器及運(yùn)行系統(tǒng)三部分構(gòu)成： (1)工程管理器用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理，對(duì)已有工程進(jìn)行搜索、添加、備份、恢復(fù)以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入和導(dǎo)出等功能。 (2)工程瀏覽器是一個(gè)工程開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工具，用于創(chuàng)建監(jiān)控畫(huà)面、監(jiān)控的設(shè)備及相關(guān)變臉、動(dòng)畫(huà)鏈接、命令語(yǔ)言以及設(shè)定運(yùn)行系統(tǒng)配置等的系統(tǒng)組態(tài)工具。 (3)運(yùn)行系統(tǒng)是，工程運(yùn)行界面，從采集設(shè)備中獲得通訊數(shù)據(jù)，并依據(jù)工程瀏覽器的動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)顯示動(dòng)態(tài)畫(huà)面，實(shí)現(xiàn)人與控制設(shè)備的交互操作。 組態(tài)王與I/O設(shè)備組態(tài)王軟件作為一個(gè)開(kāi)放型的通用工業(yè)監(jiān)控軟件，支持與國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的PLC、智能模塊、智能儀表、變頻器、數(shù)據(jù)采集板卡等(如三菱PLC)通過(guò)常規(guī)通訊接口(如串口方式、USB接口方式、以太網(wǎng)、總線、GPRS等)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。 組態(tài)王軟件與I/O設(shè)備進(jìn)行通訊一般是通過(guò)調(diào)用*.dll動(dòng)態(tài)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，不同的設(shè)備、協(xié)議對(duì)應(yīng)不同的動(dòng)態(tài)庫(kù)。工程開(kāi)發(fā)人員無(wú)須關(guān)心復(fù)雜的動(dòng)態(tài)庫(kù)代碼及設(shè)備通訊協(xié)議，只須使用組態(tài)王提供的設(shè)備定義向?qū)В纯啥x工程中使用的I/O設(shè)備，并通過(guò)變量的定義實(shí)現(xiàn)與I/O設(shè)備的關(guān)聯(lián)，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)既簡(jiǎn)單又方便16。5.3 組態(tài)王的特點(diǎn)它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開(kāi)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(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開(kāi)發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問(wèn)題：畫(huà)面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫(huà)。通過(guò)對(duì)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(duì)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(huà)面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)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(huà)面，并以動(dòng)畫(huà)方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)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(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。5.4 立應(yīng)用工程的步驟 第一步，創(chuàng)建新工程，為工程創(chuàng)建一個(gè)目錄用來(lái)存放與工程相關(guān)的文件。 第二步，定義硬件設(shè)備并添加工程變量，添加工程中需要的硬件設(shè)備和工程中使用的變量，包括內(nèi)存變量和I/O變量。 第三步，制作圖形畫(huà)面并定義動(dòng)畫(huà)鏈接，按照實(shí)際工程的要求繪制監(jiān)控畫(huà)面并使靜態(tài)畫(huà)面隨著過(guò)程控制對(duì)象產(chǎn)生動(dòng)態(tài)效果。 第四步，編寫(xiě)命令語(yǔ)言，通過(guò)腳本程序的編寫(xiě)以完成較復(fù)雜的操作上位控制。 第五步，進(jìn)行運(yùn)行系統(tǒng)的配置。5.5 建立工程 啟動(dòng)組態(tài)王6.53軟件，進(jìn)入工程管理器中建立一個(gè)“溫度液位控制畫(huà)面”的新工程，如圖5.1所示。圖5.1 溫度液位控制畫(huà)面5.6 定義硬件設(shè)備 (1)進(jìn)入工程瀏覽器中，在左側(cè)設(shè)備中設(shè)置硬件設(shè)備，點(diǎn)擊COM1，設(shè)備驅(qū)動(dòng)下選擇需要的PLC類(lèi)型，如圖5.2所示，進(jìn)行下一步操作。圖5.2 編程口 (2)然后指定設(shè)備的邏輯名稱(chēng)為PLC，如圖5.3所示。 圖5.3 邏輯名稱(chēng) (3)選擇與設(shè)備連接的串口為COM1，如圖5.4所示。圖5.4 選擇串口號(hào) (4)設(shè)置設(shè)備地址為2，如圖5.5所示。圖5.5 設(shè)備地址設(shè)置指南 (5)設(shè)置通訊參數(shù)，如圖5.6所示。 圖5.6 通訊參數(shù) (6)設(shè)置完成，如圖5.7所示。圖5.7 信息總結(jié) (7)進(jìn)入工程瀏覽器中，在左側(cè)設(shè)備中設(shè)置上位機(jī)組態(tài)王軟件和下位機(jī)PLC間的通信參數(shù)，如圖5.8所示。 圖5.8 通信設(shè)置5.7 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)在工程瀏覽器數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)詞典里建立洗車(chē)機(jī)監(jiān)控畫(huà)面所需的變量，新建變量名，確定變量類(lèi)型是內(nèi)存離散或是I/O離散，鏈接設(shè)備為PLC，選擇對(duì)應(yīng)的寄存器。需要與PLC鏈接的變量，其類(lèi)型皆為I/O離散，所選的寄存器與之前所確定的輸入輸出點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。如圖5.9所示。圖5.9 定義變量 各個(gè)變量建立后，可以在工程瀏覽器里的數(shù)據(jù)庫(kù)中找到數(shù)據(jù)詞典，查看所有已建立的變量，如圖5.10所示。圖5.10 已建變量5.8 圖形界面的設(shè)計(jì) 在工程瀏覽器文件下，選擇畫(huà)面，新建立一個(gè)“主界面”畫(huà)面，如圖5.11所示。圖5.11 主界面 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，在畫(huà)面中選擇工具箱中的畫(huà)圖工具，建立水溫控制監(jiān)控畫(huà)面。 所有指示燈的布置，整體處于畫(huà)面的上方，容易觀察指示燈的現(xiàn)實(shí)狀況。打開(kāi)“圖庫(kù)”，點(diǎn)擊選擇“”。選取用戶界面所需要的按鈕、圖庫(kù)中的指示燈、方框畫(huà)圖等；至于畫(huà)面中上方，與硬件布置相仿。在工具箱中選“按鈕”，如圖5.12所示。圖5.12 畫(huà)圖工具 點(diǎn)擊“按鈕”后在畫(huà)面中畫(huà)出相應(yīng)的圖標(biāo)，輸入文本標(biāo)注該按鈕的功能，如圖5.13所示。圖5.13 按鈕 各個(gè)按鈕均設(shè)置于畫(huà)面下方或邊緣，與硬件整體布置相符，方便實(shí)際中的操作，如圖5.14所示。圖5.14 用戶界面5.9 創(chuàng)建動(dòng)畫(huà)鏈接 在“用戶界面”中的“#”顯示用戶的希望溫度值，如圖5.15所示。圖5.15 給定溫度動(dòng)畫(huà)連接 為了更好的生動(dòng)表示水溫控制的組態(tài)畫(huà)面，水泵一啟動(dòng)，水流也流動(dòng)，同時(shí)水位也跟著變化，如圖5.16所示。圖5.16 水箱水位動(dòng)畫(huà)連接5.10 運(yùn)行組態(tài) 全部保存工程，運(yùn)行并調(diào)試組態(tài)王上位機(jī)監(jiān)控界面。如圖5.17所示。 圖5.17 運(yùn)行監(jiān)控畫(huà)面6 系統(tǒng)調(diào)試6.1 硬件調(diào)試 在硬件調(diào)試中，首先，我們先檢查硬件的基礎(chǔ)元件上的問(wèn)題，與仿真圖相比較，檢查是否出現(xiàn)漏線或元件，是否出現(xiàn)有方向接法的元件接錯(cuò)，硬件上的標(biāo)簽是否貼錯(cuò)等問(wèn)題；其次，檢查是否出現(xiàn)短接現(xiàn)象，用萬(wàn)能表進(jìn)行各個(gè)模塊的檢測(cè)；接著，針對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)試，其中，我們?cè)谡{(diào)試液位七個(gè)位置顯示時(shí)，出現(xiàn)的問(wèn)題是二極管全部亮后一個(gè)個(gè)暗，現(xiàn)象與我們預(yù)期的相反，針對(duì)電路圖進(jìn)行改裝后，效果達(dá)到咯，但是二極管的燈比較暗，通過(guò)計(jì)算，水也是有電阻的，我們把串接在二極管的保護(hù)電阻改小，最終完成效果。最后把各個(gè)模塊連接一起調(diào)試，在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)排版中出現(xiàn)問(wèn)題，與PLC相連比較麻煩，進(jìn)行簡(jiǎn)單的改裝，最終效果。其中在液位控制中，由于PLC的輸入端的電流必須在5mA以上，由于通過(guò)水位來(lái)做開(kāi)關(guān)，電流流失的相對(duì)比較多，導(dǎo)致無(wú)輸入信號(hào)輸入，我們把純凈水改為鹽水，增加其導(dǎo)電性，最后調(diào)試成功，圖6.1為水位控制。圖6.1 水位控制模塊6.2 軟件調(diào)試在軟件調(diào)試中，首先，采取根據(jù)程序框圖來(lái)檢查程序各個(gè)內(nèi)容，檢查是否出現(xiàn)漏寫(xiě)等問(wèn)題；并在GX Developer中進(jìn)行內(nèi)在的模擬，是否與預(yù)期的達(dá)成效果；接著，把程序讀入PLC中，要點(diǎn)觸的方法進(jìn)行模擬，看看各個(gè)輸出端口是否與之相對(duì)應(yīng)；其次，在組態(tài)王中根據(jù)硬件的實(shí)際畫(huà)面畫(huà)好相對(duì)應(yīng)的人機(jī)界面，根據(jù)界面中定義各個(gè)按鈕、數(shù)字、動(dòng)態(tài)效果等；最后，用PLC與組態(tài)進(jìn)行聯(lián)調(diào)，通過(guò)組態(tài)畫(huà)面來(lái)反應(yīng)，是否達(dá)到預(yù)期效果，其中發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示中出現(xiàn)問(wèn)題，定義中出現(xiàn)錯(cuò)誤，在程序中補(bǔ)了一條指令給組態(tài)王用，最終達(dá)到效果。其中，在溫度采集模塊中，我們采用溫度探頭在不同溫度下不同阻值的特征，我們用電橋的接線，把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大器，把電壓信號(hào)放大與PLC的AD模塊相連接，圖6.4為溫度采集模塊。在軟件調(diào)試中，把當(dāng)前的實(shí)時(shí)溫度定為0值，通過(guò)可調(diào)電阻的調(diào)節(jié)是使得當(dāng)前溫度溫度對(duì)應(yīng)的數(shù)字量為0。圖6.4 溫度采集模塊6.3 軟硬聯(lián)合調(diào)試 在軟硬聯(lián)合調(diào)試中，我們采取的是局部到整體的思維，首先，我們?cè)谟布羞x擇一個(gè)小整體的模塊接到PLC,接著我們把相對(duì)應(yīng)的這個(gè)小模塊的程序調(diào)出來(lái)，燒下到PLC中去，在與組態(tài)相連接，用組態(tài)界面和硬件按鈕來(lái)控制，看看聯(lián)調(diào)是否一致，是否能達(dá)到預(yù)期的按鈕；其次，再并入一個(gè)模塊，與上一步一直的做法，最終達(dá)到效果；最后，把整個(gè)程序燒入PLC，全部硬件接入PLC中，調(diào)試成功。6.3.1 AD模塊模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換 在硬件基礎(chǔ)的上，通過(guò)熱敏電阻在水溫的不同阻值的特性，不同通過(guò)電橋轉(zhuǎn)換為電壓的變化量，相當(dāng)于AD模塊就是把電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。首先，先寫(xiě)一段程序，把AD模塊與PLC鏈接起來(lái)，并在電腦是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)探頭不同溫度環(huán)境下，給出的多少電壓與實(shí)時(shí)監(jiān)控中的數(shù)字量進(jìn)行對(duì)比。在調(diào)試中大概在70左右的情況下，數(shù)字量處于最大值，即出現(xiàn)溫度最高限，通過(guò)電橋的可調(diào)電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，增加溫度的可讀寬度。信號(hào)電壓與PLC的數(shù)字量多次的測(cè)量，即表6.1 AD模塊溫度調(diào)試表，可與得出信號(hào)電壓與PLC的數(shù)字量是成線性關(guān)系，如圖6.1 AD模塊溫度調(diào)試圖。表6.1 AD模塊溫度調(diào)試表AD模塊溫度調(diào)試表次數(shù)信號(hào)電壓PLC的數(shù)字量次數(shù)信號(hào)電壓PLC的數(shù)字量100104.8897721.93386115.32106132.1420125.86117542.66530135.91118353600146.66133463.67731156.7134374.2838167.37147684.26850177.5150094.49900187.71540圖6.1 AD模塊溫度調(diào)試圖6.3.2 PID調(diào)試 硬件中，在PLC中的加上了加熱模塊，PLC中并讀入程序，給定一個(gè)數(shù)字量，即給定一個(gè)電壓，也相當(dāng)于給定一個(gè)水溫進(jìn)行調(diào)試。在調(diào)試中，我們首先把探頭放到一個(gè)水杯中，我們先給冷水，大概是水杯的五分之一，其次，把一壺?zé)崴⒖痰谷胨?，記錄此時(shí)的類(lèi)階躍響應(yīng)曲線，立刻記錄監(jiān)控界面的數(shù)字量，大概記錄幾十個(gè)個(gè)數(shù)字，如圖圖6.2階躍響應(yīng)飛升曲線。可見(jiàn)硬件上能再進(jìn)行進(jìn)一步的聯(lián)調(diào)。 圖6.2階躍響應(yīng)飛升曲線由于不同環(huán)境下，不同位置等因素下，所求出來(lái)的情況不一樣，即PID的三個(gè)參數(shù)比例增益Kp,積分時(shí)間TI和微分TD不同值，我們把溫度探頭固定在水中，考慮鍋的平均溫度，把探頭與鍋爐放在鍋中間，程序上給定一個(gè)數(shù)字量，即先采用P調(diào)節(jié)，并記錄其數(shù)據(jù)，在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，我們的加熱裝置過(guò)于大，達(dá)到效果的時(shí)間相對(duì)比較長(zhǎng)，響應(yīng)時(shí)間比較久，滯后性過(guò)大。其次我們采用小水量的，把探頭盡量放低，通過(guò)多次的調(diào)試，記錄了幾百個(gè)數(shù)據(jù)，得到了下面的P調(diào)節(jié)下的飛升曲線，圖6.3 P調(diào)節(jié)飛升曲線，又飛升曲線可以求出PID的三個(gè)參數(shù)比例增益Kp,積分時(shí)間TI和微分TD，即程序可以帶入數(shù)據(jù)，采用PID來(lái)控制，通過(guò)再次的讀入PLC中，通過(guò)記錄數(shù)據(jù)，控制的曲線如圖圖6.4 PID調(diào)節(jié)飛升曲線所示，雖然相比圖6.3 P調(diào)節(jié)的飛升曲線，效果不是特別明顯，由于