PLC溫度控制復(fù)習(xí)過程

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。PLC溫度控制基于組態(tài)軟件的S7-200PLC溫度控制系統(tǒng)中文摘要隨著自動(dòng)化水平不斷提高，人們對自動(dòng)化的要求也不斷提高。近幾年，飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)在各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用。但是，以之相對應(yīng)，傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件有開發(fā)周期長，重復(fù)使用率低，價(jià)格高，修改難等缺點(diǎn)。隨著越來越多的自動(dòng)化設(shè)備不斷得到應(yīng)用，人們對工業(yè)控制軟件的要求也不斷提高，傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的要求。如何方便快捷的使用工業(yè)控制軟件設(shè)計(jì)出靈活有效的自動(dòng)控制系統(tǒng)已成為一個(gè)很重要的課題。本設(shè)計(jì)以S7-200PLC為核心，向上，通過PPI通信

2、和上位機(jī)通訊；向下，通過模擬量輸入輸出模塊EM235，對溫度對象采樣與輸出控制。在上位機(jī)，使用組態(tài)軟件MCGS繪出工藝流程、動(dòng)畫效果等所需的組態(tài)界面；通過變量與動(dòng)畫對象的連接，使動(dòng)畫效果與實(shí)際變量相對應(yīng)，這樣可以很方便的從組態(tài)界面上看到系統(tǒng)實(shí)際情況并控制PLC的各個(gè)參數(shù)。在溫度采樣上，使用PT100熱電阻進(jìn)行采樣，使用脈寬調(diào)制電路對輸出電壓進(jìn)行控制，進(jìn)而形成完整的溫度控制系統(tǒng)。本文分別通過硬件的選擇、設(shè)計(jì)、使用，軟件的選擇、編寫等方面詳細(xì)介紹系統(tǒng)各個(gè)模塊的原理、設(shè)計(jì)和使用。實(shí)驗(yàn)證明，以PLC作為控制器的核心，使用組態(tài)軟件作為上位機(jī)，控制PLC，再通過PLC編程控制溫度對象，這種設(shè)計(jì)方式方式可以

3、方便快捷靈活的設(shè)計(jì)出符合要求的控制系統(tǒng)。關(guān)鍵字：MCGS組態(tài)軟件，PPI通訊，PLC，溫度控制系統(tǒng)S7-200PLCTemperatureControlSystemBasedonConfigurationSoftwareAbstractWiththecontinuousdevelopmentoftheindustralautomatization，itsethigherrequirementsfortheautomaticsTheseyears,computertechnologyhavebeendevelopingrapidlyandarewidelyusedineverywalkoflif

4、eIntheotherhand，however，thetraditionalindustrycontrollingsoftwarebringwithitcriticalshortcomingssuchaslongdevelopmentcycle，lowreusability,highpriceandimmobilityAsmoreandmoreautomaticequipmentsareappliedandtherequirementsforindustrialcontrolsoftwarearehigherandhigher，thetraditionalindustrycontrolling

5、softwarecantmeetcustomersdemandanymoreHowtodesignaflexibleandeffectiveautomaticcontrolsystemfastlyandconvenientlybyusingindustrialcontrolsoftwarehasbecomeaveryimportanttopicThisthesisfocusonS7-200PLC，whichcommunicating，upward，withuppermonitorthroughPPI，andalsosamplingtemperatureandoutputingcontrolsi

6、ngledownwardthroughAnalogI/Omodule-EM235NecessaryconfigurationinterfacesuchassoftwareprocessandanimationeffectsareaccomplishedbyusingMCGSconfigurationsoftwareinuppermonitor；Throughconnectingvariabletoanimationeffects，makinganimationeffectsthecounterpartofactualvariable，thusmakeitconvenienttoseeactua

7、lsituationandtocontroleachparameterofPLCinconfigurationinterfaceIntermoftemperaturesampling，thermalresistorPT100areusedtotakesample，PWMareusedtocontroloutputvoltage，sothatacompletetemperaturecontrolsystemareformedThisThesisintroducetheprinciple，design,applicationoftheeachsystemmoduleindetail，whichin

8、cludingthetypeselection，designandapplicationofthehardware，andtheselectionandwritingofthesoftwareExperimentsprovethatthedesignsolutionwhichusingPLCascontrolcoretocontroltemperatureobject，configurationsoftwareasuppermonitortocontrolPLC，couldachieveadesirablecontrolsystemconveniently,quicklyandflexible

9、lyKeywords:MCGSconfigurationsoftware,PPIcommunication,PLC,temperaturecontrolsystem目錄TOCo1-3hzuHYPERLINKl_Toc263451310中文摘要PAGEREF_Toc263451310hIHYPERLINKl_Toc263451311AbstractPAGEREF_Toc263451311hIIHYPERLINKl_Toc263451312目錄PAGEREF_Toc263451312hIIIHYPERLINKl_Toc263451313第1章緒論P(yáng)AGEREF_Toc263451313h1HYPE

10、RLINKl_Toc2634513141.1溫度控制系統(tǒng)研究背景PAGEREF_Toc263451314h1HYPERLINKl_Toc2634513151.2PLC概況PAGEREF_Toc263451315h2HYPERLINKl_Toc2634513161.2.1PLC的定義PAGEREF_Toc263451316h2HYPERLINKl_Toc2634513171.2.2PLC的特點(diǎn)PAGEREF_Toc263451317h2HYPERLINKl_Toc2634513181.2.3PLC的國內(nèi)外狀況PAGEREF_Toc263451318h3HYPERLINKl_Toc26345131

11、91.2.4PLC未來展望PAGEREF_Toc263451319h3HYPERLINKl_Toc2634513201.3組態(tài)軟件PAGEREF_Toc263451320h4HYPERLINKl_Toc2634513211.3.1組態(tài)軟件背景PAGEREF_Toc263451321h4HYPERLINKl_Toc2634513221.3.2監(jiān)控組態(tài)軟件的最新發(fā)展情況PAGEREF_Toc263451322h4HYPERLINKl_Toc2634513231.3.3組態(tài)軟件的未來PAGEREF_Toc263451323h6HYPERLINKl_Toc2634513241.4研究主要內(nèi)容PAGER

12、EF_Toc263451324h6HYPERLINKl_Toc263451325第2章硬件電路的設(shè)計(jì)PAGEREF_Toc263451325h8HYPERLINKl_Toc2634513262.1系統(tǒng)的組成PAGEREF_Toc263451326h8HYPERLINKl_Toc2634513272.1.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖PAGEREF_Toc263451327h8HYPERLINKl_Toc2634513282.1.2系統(tǒng)的硬件組成PAGEREF_Toc263451328h9HYPERLINKl_Toc2634513292.2硬件的連接PAGEREF_Toc263451329h10HYPERLI

13、NKl_Toc263451330第3章PLC程序設(shè)計(jì)PAGEREF_Toc263451330h12HYPERLINKl_Toc2634513313.1系統(tǒng)的控制要求PAGEREF_Toc263451331h12HYPERLINKl_Toc2634513323.2系統(tǒng)工作過程PAGEREF_Toc263451332h12HYPERLINKl_Toc2634513333.3系統(tǒng)開關(guān)量的分配PAGEREF_Toc263451333h14HYPERLINKl_Toc2634513343.4系統(tǒng)使用內(nèi)存分配PAGEREF_Toc263451334h15HYPERLINKl_Toc2634513353.5

14、S7-200PLC自帶PID模塊設(shè)定PAGEREF_Toc263451335h16HYPERLINKl_Toc2634513363.5.1PID簡介PAGEREF_Toc263451336h16HYPERLINKl_Toc2634513373.5.2S7-200PLC自帶PID的設(shè)置PAGEREF_Toc263451337h17HYPERLINKl_Toc2634513383.6PLC程序設(shè)計(jì)PAGEREF_Toc263451338h18HYPERLINKl_Toc2634513393.6.1程序流程圖PAGEREF_Toc263451339h18HYPERLINKl_Toc263451340

15、3.6.2主程序PAGEREF_Toc263451340h18HYPERLINKl_Toc2634513413.6.3子程序PAGEREF_Toc263451341h23HYPERLINKl_Toc2634513423.7S7-200PLCPPI通訊設(shè)置PAGEREF_Toc263451342h24HYPERLINKl_Toc263451343第4章MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)PAGEREF_Toc263451343h26HYPERLINKl_Toc2634513444.1MCGS組態(tài)軟件概述PAGEREF_Toc263451344h26HYPERLINKl_Toc2634513454.1.1MCGS

16、嵌入版組態(tài)軟件的主要功能PAGEREF_Toc263451345h26HYPERLINKl_Toc2634513464.1.2MCGS軟件結(jié)構(gòu)PAGEREF_Toc263451346h28HYPERLINKl_Toc2634513474.2監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)PAGEREF_Toc263451347h29HYPERLINKl_Toc2634513484.2.1組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)要求PAGEREF_Toc263451348h29HYPERLINKl_Toc2634513494.2.2組態(tài)功能設(shè)計(jì)PAGEREF_Toc263451349h29HYPERLINKl_Toc2634513504.3MCGS組態(tài)

17、界面設(shè)計(jì)PAGEREF_Toc263451350h30HYPERLINKl_Toc2634513514.4設(shè)備窗口PAGEREF_Toc263451351h34HYPERLINKl_Toc2634513524.5變量定義及連接PAGEREF_Toc263451352h36HYPERLINKl_Toc2634513534.5.1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫定義PAGEREF_Toc263451353h36HYPERLINKl_Toc2634513544.5.2變量連接PAGEREF_Toc263451354h36HYPERLINKl_Toc2634513554.6運(yùn)行策略PAGEREF_Toc263451355h

18、37HYPERLINKl_Toc263451356第5章系統(tǒng)測試PAGEREF_Toc263451356h39HYPERLINKl_Toc2634513575.1組態(tài)測試PAGEREF_Toc263451357h39HYPERLINKl_Toc2634513585.2系統(tǒng)測試PAGEREF_Toc263451358h41HYPERLINKl_Toc2634513595.2.1各種參數(shù)的響應(yīng)曲線圖PAGEREF_Toc263451359h41HYPERLINKl_Toc2634513605.2.2曲線分析PAGEREF_Toc263451360h44HYPERLINKl_Toc263451361

19、總結(jié)PAGEREF_Toc263451361h45HYPERLINKl_Toc263451362參考文獻(xiàn)PAGEREF_Toc263451362h46HYPERLINKl_Toc263451363致謝PAGEREF_Toc263451363h47第1章緒論1.1溫度控制系統(tǒng)研究背景溫度與人們的生存生活生產(chǎn)息息相關(guān)。從古人類的燒火取暖，到今天的工業(yè)溫度控制，處處都體現(xiàn)了溫度控制。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，人們對溫度控制精確度要求也越來越來高，溫度控制的技術(shù)也得到迅速發(fā)展。各種溫度控制算法如：PID溫度控制，模糊控制算法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，遺傳算法等都應(yīng)用在溫度控制系統(tǒng)中。傳統(tǒng)的溫度控制器多由繼電器組成的，但

20、是繼電器的觸點(diǎn)的使用壽命有限，故障率偏高，穩(wěn)定性差，無法滿足現(xiàn)代的控制要求。而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式微型計(jì)算機(jī)在工業(yè)中得到越來越多的應(yīng)用。將嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用在溫度控制系統(tǒng)中，使得溫度控制系統(tǒng)變得更小型，更智能。隨著國家的“節(jié)能減排”政策的提出，嵌入式溫度控制系統(tǒng)能夠降低能耗，節(jié)約成本這一優(yōu)點(diǎn)使得其擁有更加廣闊的市場前景，而PLC就是最具代表性的一員。目前智能溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活、工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，適用于家電、汽車、材料、電力電子等行業(yè)，成為發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的重要熱工設(shè)備之一。在現(xiàn)代化的建設(shè)中，能源的需求非常大，然而我國的能源利用率極低，所以實(shí)現(xiàn)溫度控制的智能化，有著極重要的實(shí)際意義

21、1。溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進(jìn)國家相比有著較大差距。目前，我國在這方面總體技術(shù)水平處于20世紀(jì)50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，難以控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變溫度系統(tǒng)。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參數(shù)的自整定方面，國外已有較多的成熟產(chǎn)品。但由于國外技術(shù)保密及我國開發(fā)工作的滯后還沒有開發(fā)出性能可靠的自整定軟件?？刂茀?shù)大多靠人工經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場調(diào)試確定。國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自

22、適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成果。日本、美國、德國、瑞典等技術(shù)領(lǐng)先的國家，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。它們主要具有如下的特點(diǎn)：(1)是適應(yīng)于大慣性、大滯后等復(fù)雜溫度控制系統(tǒng)的控制；(2)是能夠適應(yīng)于受控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制；(3)是能夠適應(yīng)于受控系統(tǒng)過程復(fù)雜、參數(shù)時(shí)變的溫度控制系統(tǒng)的控制；(4)是溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用先進(jìn)的算法，適應(yīng)的范圍廣泛；(5)是溫度控制器普遍具有參數(shù)自整定功能。借助計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，溫度控制器具有對控制對象控制參數(shù)及特性進(jìn)行自動(dòng)整定的功能。有

23、的還具有自學(xué)習(xí)功能，能夠根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)及控制對象的變化情況，自動(dòng)調(diào)整相關(guān)控制參數(shù)，以保證控效果的最優(yōu)化；(6)是具有控制精度高、抗干擾力強(qiáng)、魯棒性好的特點(diǎn)2。目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方面快速發(fā)展。1.2PLC概況1.2.1PLC的定義可編程控制器(ProgrammableController)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PLC。1.2.2PLC的特點(diǎn)(1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性

24、能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，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)，具有很高的可靠性。(2)配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中，加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。(3)易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接

25、口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。(4)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造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。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。(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1

26、50g，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34。1.2.3PLC的國內(nèi)外狀況世界上公認(rèn)的第一臺PLC是1969年美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制的。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元

27、件都以繼電器命名。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)

28、的需要。從控制規(guī)模上來說，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)。從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。我國可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州

29、機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的PLC生產(chǎn)廠家。可以預(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。1.2.4PLC未來展望21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備

30、的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國際競爭的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國際市場的局面，會(huì)出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS(DistributedControlSystem)中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。1.3組態(tài)軟件在工業(yè)自動(dòng)控制時(shí)，為了更加直觀地觀察監(jiān)控工業(yè)流程的各個(gè)環(huán)節(jié)

31、，PLC常與一些工控軟件配合，即使用工控軟件作為上位機(jī)，監(jiān)控下位機(jī)PLC。使用各種工控軟件中，我們經(jīng)常提到組態(tài)一詞，組態(tài)英文是“Configuration”，其意義簡單的講，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。與硬件生產(chǎn)相對照，組態(tài)與組裝類似。當(dāng)然軟件中的組態(tài)要比硬件的組裝有更大的發(fā)揮空間，因?yàn)樗话阋扔布械摹安考备?，而且每個(gè)“部件”都很靈活，因?yàn)檐洸考加袃?nèi)部屬性，通過改變屬性可以改變其規(guī)格(如大小、性狀、顏色等)。1.3.1組態(tài)軟件背景自2000年以來，國內(nèi)監(jiān)控組態(tài)軟件產(chǎn)品、技術(shù)、市場都取得了飛快的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域日益拓展，用戶和應(yīng)用工程師數(shù)量不斷增多

32、。充分體現(xiàn)了“工業(yè)技術(shù)民用化”的發(fā)展趨勢。監(jiān)控組態(tài)軟件是工業(yè)應(yīng)用軟件的重要組成部分，其發(fā)展受到很多因素的制約，歸根結(jié)底，是應(yīng)用的作用對其發(fā)展起著最為關(guān)鍵的推動(dòng)作用。監(jiān)控組態(tài)軟件是在信息化社會(huì)的大背景下，隨著工業(yè)IT技術(shù)的不斷發(fā)展而誕生、發(fā)展起來的。在整個(gè)工業(yè)自動(dòng)化軟件大家庭中，監(jiān)控組態(tài)軟件屬于基礎(chǔ)型工具平臺。監(jiān)控組態(tài)軟件給工業(yè)自動(dòng)化、信息化、及社會(huì)信息化帶來的影響是深遠(yuǎn)的，它帶動(dòng)著整個(gè)社會(huì)生產(chǎn)、生活方式的變化，這種變化仍在繼續(xù)發(fā)展。因此組態(tài)軟件作為新生事物尚處于高速發(fā)展時(shí)期，目前還沒有專門的研究機(jī)構(gòu)就它的理論與實(shí)踐進(jìn)行研究、總結(jié)和探討，更沒有形成獨(dú)立、專門的理論研究機(jī)構(gòu)。近5年來，一些與監(jiān)控組

33、態(tài)軟件密切相關(guān)的技術(shù)如OPC、OPC-XML、現(xiàn)場總線等技術(shù)也取得了飛速的發(fā)展，是監(jiān)控組態(tài)軟件發(fā)展的有力支撐。1.3.2監(jiān)控組態(tài)軟件的最新發(fā)展情況(1)監(jiān)控組態(tài)軟件日益成為自動(dòng)化硬件廠商爭奪的重點(diǎn)eqoac(,1)整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，軟件所占比重逐漸提高，雖然組態(tài)軟件只是其中一部分，但因其滲透能力強(qiáng)、擴(kuò)展性強(qiáng)，近年來蠶食了很多專用軟件的市場。因此，監(jiān)控組態(tài)軟件具有很高的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度，是自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)入高端應(yīng)用、擴(kuò)大市場占有率的重要橋梁。在這種思路的驅(qū)使下，西門子的WinCC在市場上取得巨大成功。目前，國際知名的工業(yè)自動(dòng)化廠商如Rockwell、GEFanuc、Honeywell、西門子、ABB、施耐

34、德、英維思等均開發(fā)了自己的組態(tài)軟件。eqoac(,2)監(jiān)控組態(tài)軟件在DCS操作站軟件中所占比重日益提高繼FOXBORO之后，Eurotherm(歐陸)、DeltaV、PCS7等DCS系統(tǒng)紛紛使用通用監(jiān)控組態(tài)軟件作為操作站。同時(shí)，國內(nèi)的DCS廠家也開始嘗試使用監(jiān)控組態(tài)軟件作為操作站。eqoac(,3)在大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)，越來越多的人開始從事監(jiān)控組態(tài)軟件的相關(guān)技術(shù)研究eqoac(,4)從國內(nèi)自動(dòng)化行業(yè)學(xué)術(shù)期刊來看，以組態(tài)軟件及與其密切相關(guān)的新技術(shù)為核心的研究課題呈上升趨勢，眾多研究人員的存在，是組態(tài)軟件技術(shù)發(fā)展及創(chuàng)新的重要活躍因素，也一定能夠積累很多技術(shù)成果。無論是技術(shù)成果還是研究人員，都會(huì)遵循金字

35、塔的規(guī)律，由基礎(chǔ)向高端形成過渡。這些研究人員和他們的研究成果為監(jiān)控組態(tài)軟件廠商開發(fā)新產(chǎn)品提供了有益的經(jīng)驗(yàn)借鑒，并開拓他們的思路。eqoac(,5)基于Linux的監(jiān)控組態(tài)軟件及相關(guān)技術(shù)正在迅速發(fā)展之中，很多廠商都相繼推出成熟的商品，對組態(tài)軟件業(yè)的格局將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。(2)從軟件規(guī)模上看，大多數(shù)監(jiān)控組態(tài)軟件的代碼規(guī)模超過100萬行，已經(jīng)不屬于小型軟件的范疇了。從其功能來看，數(shù)據(jù)的加工與處理、數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計(jì)分析等功能越來越強(qiáng)。監(jiān)控組態(tài)軟件作為通用軟件平臺，具有很大的使用靈活性。但實(shí)際上很多用戶需要“傻瓜”式的應(yīng)用軟件，即需要很少的定制工作量即可完成工程應(yīng)用。為了既照顧“通用”又兼顧“專用”，監(jiān)控

36、組態(tài)軟件拓展了大量的組件，用于完成特定的功能，如批次管理、事故追憶、溫控曲線、油井示功圖組件、協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)組件、ODBCRouter、ADO曲線、專家報(bào)表、萬能報(bào)表組件、事件管理、GPRS透明傳輸組件等。(3)縱向功能，向上向下延伸組態(tài)軟件處于監(jiān)控系統(tǒng)的中間位置，向上、向下均具有比較完整的接口，因此對上、下應(yīng)用系統(tǒng)的滲透能力也是組態(tài)軟件的一種本能，具體表現(xiàn)為：eqoac(,1)向上，其管理功能日漸強(qiáng)大，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)的配合下，具有部分MIS、MES或調(diào)度功能。尤以報(bào)警管理與檢索、歷史數(shù)據(jù)檢索、操作日志管理、復(fù)雜報(bào)表等功能較為常見。eqoac(,2)向下，日益具備網(wǎng)絡(luò)管理(或節(jié)點(diǎn)管理)功能

37、：在安裝有同一種組態(tài)軟件的不同節(jié)點(diǎn)上，在設(shè)定完地址或計(jì)算機(jī)名稱后，互相間能夠自動(dòng)訪問對方的數(shù)據(jù)庫。組態(tài)軟件的這一功能，與OPC規(guī)范以及IEC61850規(guī)約、BACNet等現(xiàn)場總線的功能類似，反映出其網(wǎng)絡(luò)管理能力日趨完善的發(fā)展趨勢。(4)橫向，監(jiān)控、管理范圍及應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大只要同時(shí)涉及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊(無論是雙向還是單向)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖形界面顯示、必要的數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及顯示，就存在對組態(tài)軟件的潛在需求。1.3.3組態(tài)軟件的未來作為通用型工具軟件，組態(tài)軟件在自動(dòng)化系統(tǒng)中始終處于“承上啟下”的地位。組態(tài)軟件幾乎應(yīng)用于所有的工業(yè)信息化項(xiàng)目當(dāng)中。應(yīng)用的多樣性，給組態(tài)軟件的性能指標(biāo)、使用方式、接口方式都提

38、出了很多新的要求，也存在一些挑戰(zhàn)。這些需求對組態(tài)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)帶來的沖擊是巨大的，對組態(tài)軟件的發(fā)展起到關(guān)鍵的促進(jìn)作用，體現(xiàn)在：(1)功能變遷：仍以人機(jī)界面為主，數(shù)據(jù)采集、歷史數(shù)據(jù)庫、報(bào)警管理、操作日志管理、權(quán)限管理、數(shù)據(jù)通訊轉(zhuǎn)發(fā)成為其基礎(chǔ)功能；功能組件呈分化、集成化、功能細(xì)分的發(fā)展趨勢，以適應(yīng)不同行業(yè)、不同用戶層次的多方面需求。(2)新技術(shù)的采用：組態(tài)軟件的IT化趨勢明顯，大量的最新計(jì)算技術(shù)、通訊技術(shù)、多媒體技術(shù)被用來提高其性能，擴(kuò)充其功能。(3)注重效率：實(shí)際上，有的“組態(tài)”工作非常繁瑣，用戶希望通過模板快速生成自己的項(xiàng)目應(yīng)用。圖形模板、數(shù)據(jù)庫模板、設(shè)備模板可以讓用戶以“復(fù)制”方式快速生成目標(biāo)

39、程序。(4)組態(tài)軟件注重?cái)?shù)據(jù)處理能力和數(shù)據(jù)吞吐能力的提高：組態(tài)軟件除了常規(guī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊、人機(jī)界面功能外，1萬點(diǎn)以上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)歷史存儲(chǔ)與檢索、100個(gè)以上C/S或B/S客戶端對歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的并發(fā)訪問，對組態(tài)軟件的性能都是嚴(yán)峻的考驗(yàn)。隨著應(yīng)用深度的提高，這種要求會(huì)變得越來越普遍。(5)與控制系統(tǒng)硬件捆綁：組態(tài)軟件與自動(dòng)控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)無縫集成，為硬件“量身定做”。這表明組態(tài)軟件的滲透能力逐漸加強(qiáng)，自動(dòng)化系統(tǒng)從來就離不開軟件的支持，而整體解決方案利于硬件產(chǎn)品的銷售，也利于廠商控制銷售價(jià)格。軟件是自動(dòng)化系統(tǒng)的核心與靈魂，組態(tài)軟件又具有很高的滲透能力和產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度。不管從橫向還是縱向看，一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，

40、組態(tài)軟件日益滲透到每個(gè)角落，占據(jù)越來越多的份額。組態(tài)軟件越來越多地體現(xiàn)著自動(dòng)化系統(tǒng)的價(jià)值。雖然軟件是自動(dòng)化系統(tǒng)的核心與靈，但是組態(tài)軟件還遠(yuǎn)未承擔(dān)起這一角色。組態(tài)軟件的內(nèi)涵和外延在不斷變化，其在自動(dòng)化系統(tǒng)中所扮演的角色會(huì)逐漸接近這一標(biāo)準(zhǔn)。1.4研究主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)的主要流程為使用組態(tài)軟件MCGS作為上位機(jī)，以S7-200PLC作為下位機(jī)，上位機(jī)通過PPI通訊讀寫下位機(jī)內(nèi)存狀態(tài)，下位機(jī)通過程序控制溫度對象。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：(1)使用組態(tài)軟件MCGS制作控制對象的工藝流程，報(bào)警組態(tài)，實(shí)時(shí)曲線與歷史曲線等。(2)MCGS與S7-200PLC的通訊研究。(3)使用STEP7編程軟件，使用S7-200P

41、LC自帶的PID模塊，編寫程序。(4)溫度控制系統(tǒng)的溫度采集與控制電壓輸出。第2章硬件電路的設(shè)計(jì)控制單元的硬件設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)圍繞系統(tǒng)要求進(jìn)行，同時(shí)要遵循以下設(shè)計(jì)原則：(l)模塊化設(shè)計(jì)：硬件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)預(yù)期實(shí)現(xiàn)的功能劃分為若干功能模塊，盡可能選擇模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的典型電路，提高設(shè)計(jì)的成功率和靈活性。(2)簡化設(shè)計(jì)：硬件設(shè)計(jì)盡可能選用集成電路，少用分立元件，這樣有利于提高系統(tǒng)的集成度，減少元器件之間的連線、節(jié)點(diǎn)和封裝數(shù)目，從而大大提高系統(tǒng)工作的可靠性。(3)防干擾設(shè)計(jì)：可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)是硬件系統(tǒng)不可缺少的部分，它包括芯片、器件選擇、隔離技術(shù)等。(4)系統(tǒng)的擴(kuò)展和各種功能模塊的設(shè)計(jì)在滿足系統(tǒng)要求的基礎(chǔ)上

42、，應(yīng)適當(dāng)留有余地，以備將來修改擴(kuò)展之需。(5)注意縮短設(shè)計(jì)周期，例如，可以選用現(xiàn)成的模板作為系統(tǒng)的一部分，也可以選用已開發(fā)的總線結(jié)構(gòu)的接口板，如輸入板、輸出板、刀D板等。(6)注意對新技術(shù)、新材料、新工藝的應(yīng)用5。2.1系統(tǒng)的組成2.1.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示，該結(jié)構(gòu)包括一臺計(jì)算機(jī)、一臺S7-200PLC、一個(gè)輸出電壓控制電路、一個(gè)溫度檢測電路、一個(gè)加熱器、一個(gè)模擬量輸入輸出模塊和串口通信線路等組成。圖2-1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成：(1)上位機(jī)在溫度控制系統(tǒng)中，控制現(xiàn)場往往是高溫、高輻射等，這些現(xiàn)場很危險(xiǎn)，工作人員一般不在現(xiàn)場，無法了解現(xiàn)場各種情況。而上位機(jī)的設(shè)計(jì)

43、就是為了讓工作人員對現(xiàn)場的各個(gè)環(huán)節(jié)的工作狀態(tài)有著清晰的了解，更好的管理現(xiàn)場。通過RS232等通信接口，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備與上位機(jī)的實(shí)時(shí)通訊。(2)下位機(jī)為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的各種復(fù)雜的控制算法，使系統(tǒng)智能化，設(shè)計(jì)了下位機(jī)。下位機(jī)是控制系統(tǒng)的核心，下位機(jī)由輸入輸出模塊、PLC和單片機(jī)等組成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算、輸出等任務(wù)。(3)現(xiàn)場即被控對象，在現(xiàn)場有許多傳感器儀表，功率設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場變量的檢測及對下位機(jī)的各種控制信號的響應(yīng)等。2.1.2系統(tǒng)的硬件組成(1)上位機(jī)，上位機(jī)是監(jiān)控軟件所運(yùn)行的計(jì)算機(jī)，用來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的管理。(2)下位機(jī)，下位機(jī)是控制算法的實(shí)現(xiàn)，選用S7-200PLC。S7-200P

44、LC系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中發(fā)揮著極其強(qiáng)大功能，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制，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，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等，如沖壓機(jī)床、磨床、印刷機(jī)械、橡膠化工機(jī)械、中央空調(diào)、電梯控制、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。(3)通訊，由于下位機(jī)選用S7-200PLC，故選用RS232轉(zhuǎn)RS485，實(shí)現(xiàn)PPI通信。(4)輸入輸出模塊，輸入輸出的主要功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的A/D或D/A轉(zhuǎn)換，這里選用EM235。EM235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

45、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DC420mA(通過250電阻轉(zhuǎn)換DC15V或通過500電阻轉(zhuǎn)換DC210V)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)。(5)電量變送器，用于將現(xiàn)場各種變量轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的電信號，以便下位機(jī)讀取。熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度傳感器。它的主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀，所以我們選用PT100熱電阻傳感器電路6。(6)功率放大電路，主要功能實(shí)現(xiàn)將控制信號轉(zhuǎn)化為強(qiáng)電信號，這里選用脈寬調(diào)制電路。脈寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變

46、化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，使晶體管導(dǎo)通時(shí)間改變，來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，是利用HYPERLINK/view/1125.htmt_blank微處理器的數(shù)字輸出來對HYPERLINK/view/635021.htmt_blank模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)7。2.2硬件的連接(1)上位機(jī)與S7-200PLC的連接上位機(jī)與下位機(jī)采用PPI通信協(xié)議，上位機(jī)的PPI通信接口為RS232，而下位機(jī)的接口為RS485，所以必須先進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這里選用標(biāo)準(zhǔn)串口型號的西門子PC/PPI電纜如圖2-2：圖2-2PC/PPI電纜電纜上帶5個(gè)DIP開關(guān)，前

47、三位開關(guān)的不同組合對應(yīng)不同的波特率，具體如表2-1：表2-1DIP開關(guān)與波特率的對應(yīng)表波特率38400192009600480024001200600開關(guān)000001010011100101110這里我們用波特率為9600bs，開關(guān)組合為010。(2)EM235的使用EM235是模擬量輸入輸出擴(kuò)展模塊，擁有4路輸入和1路輸出。最大輸入電壓范圍為10V，對應(yīng)的數(shù)字量為-32000+32000；最大輸出電壓范圍為10V，對應(yīng)的數(shù)字量-32000+32000。EM235的接線如圖2-3：圖2-3EM235外部接線在本系統(tǒng)中，溫度及輸出電壓均為單極性，在單極性中，EM235的DIP開關(guān)與量程的關(guān)系如圖

48、2-4：圖2-4EM235DIP開關(guān)與量程的關(guān)系這里我們選擇輸入量程為0-10V，到此，我們完成了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。第3章PLC程序設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)的控制要求根據(jù)任務(wù)書，系統(tǒng)的控制要求：(1)溫度穩(wěn)定于60C，偏差不超過5C；(2)采用S7-200PLC自帶的PID模塊完成控制功能，要求PID參數(shù)可以自整定完成；(3)要求該系統(tǒng)具有手動(dòng)/自動(dòng)無擾切換功能，具有高限報(bào)警功能、低限報(bào)警功能、模塊錯(cuò)誤報(bào)警功能。系統(tǒng)由組態(tài)軟件和S7-200PLC構(gòu)成一個(gè)上下位機(jī)系統(tǒng)，在組態(tài)界面中實(shí)現(xiàn)如下功能：(1)系統(tǒng)啟動(dòng)、停止操作，手動(dòng)/自動(dòng)切換操作；(2)工藝流程顯示：通過組態(tài)軟件窗口可以形象顯示溫度控制系統(tǒng)的工藝流程

49、；(3)實(shí)時(shí)監(jiān)測功能功能：運(yùn)行時(shí)溫度變化實(shí)時(shí)曲線顯示；(4)故障報(bào)警顯示：溫度高限報(bào)警、低限報(bào)警、模塊錯(cuò)誤報(bào)警。通過西門子模擬量輸入輸出模塊EM235與S7-200PLC進(jìn)行模擬量的輸入與輸出，并在S7-200PLC中編程實(shí)現(xiàn)溫度PID控制，滿足控制性能的要求。同時(shí)，利用PPI通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)組態(tài)軟件與PLC之間的數(shù)據(jù)通信。3.2系統(tǒng)工作過程根據(jù)要求，系統(tǒng)可以進(jìn)行手動(dòng)/自動(dòng)控制的切換，工作過程分別為：自動(dòng)控制過程當(dāng)該溫度控制系統(tǒng)處于自動(dòng)控制時(shí)，系統(tǒng)為典型的單閉環(huán)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-1。系統(tǒng)工作時(shí)，先用熱電阻檢測溫度，溫度變送器將熱電阻輸出的微弱電壓轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)量程的電壓，然后送給模擬量輸入模塊

50、，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后得到與溫度成比例的數(shù)字量，CPU將它與溫度設(shè)定值比較，并按某種控制規(guī)律對誤差進(jìn)行計(jì)算，將運(yùn)算結(jié)果送給模擬量輸出模塊，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后變?yōu)槟M量電壓信號，控制脈寬調(diào)制電路的輸出電壓，從而控制加熱器的電壓89。圖3-1自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)手動(dòng)控制溫度控制系統(tǒng)處于手動(dòng)控制時(shí)系統(tǒng)為開環(huán)控制。此時(shí)，S7-200PLC不再從溫度測量電路上讀取溫度值，而是直接從上位機(jī)得到實(shí)際的控制電壓的具體值，經(jīng)過PLC，將電壓值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，直接通過EM235將代表電壓的數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量的電壓，輸出到脈寬調(diào)制電路，從而控制加熱器的電壓，結(jié)構(gòu)如圖3-2：圖3-2手動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在上面的兩個(gè)系統(tǒng)中，上位機(jī)提供控制

51、信號，而沒有使用S7-200PLC的輸入點(diǎn)，并且上位機(jī)實(shí)時(shí)的采集S7-200PLC內(nèi)與流程相關(guān)的變量的值，用于對工藝流程的監(jiān)視，S7-200PLC只對擴(kuò)展模塊EM235對應(yīng)的I/O進(jìn)行采樣與輸出。但是，由于S7-200PLC的內(nèi)存不同，上位機(jī)對其可讀寫性也不同。為了能使上位機(jī)能順利的對下位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，我們必須先了解各個(gè)內(nèi)存在MCGS組態(tài)軟件下的可讀寫性，具體情況如表3-1：表3-1S7-200PLC的內(nèi)存可讀寫性寄存器數(shù)據(jù)類型操作類型I輸入映像寄器BT、BUB、BB、BD、WUB、WB、WD、DUB、DB、DD只讀Q輸出映像寄存器BT、BUB、BB、BD、WUB、WB、WD、DUB、DB、DD

52、讀寫M中間寄存儲(chǔ)器BT、BUB、BB、BD、WUB、WB、WD、DUB、DB、DD、DF讀寫V數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器BT、BUB、BB、BD、WUB、WB、WD、DUB、DB、DD、DF讀寫SM特殊寄存器BT、BUB、BB、BD、WUB、WB、WD、DUB、DB、DD、DF讀寫AI寄存器WUB、WB、WD只讀AQ寄存器WUB、WB、WD讀寫T時(shí)間寄存器DUB、DB、DD，狀態(tài)值(只讀)讀寫C計(jì)數(shù)寄存器WUB、WB、WD，狀態(tài)值(只讀)讀寫HC寄存器DUB、DB、DD只讀3.3系統(tǒng)開關(guān)量的分配(1)系統(tǒng)中手動(dòng)/自動(dòng)切換：控制系統(tǒng)要求能手動(dòng)/自動(dòng)的無擾切換，手動(dòng)/自動(dòng)切換是一個(gè)開關(guān)量，故使用S7-200PLC

53、的位寄存器(M)代替，選用M0.2。(2)啟動(dòng)/停止切換：在這個(gè)溫度控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的啟動(dòng)停止等控制信號均來自上位機(jī)，故同樣使用位寄存器(M)代替，選用M0.0。(3)模塊報(bào)警：由于系統(tǒng)中使用了EM235模擬量輸入輸出模塊，所以系統(tǒng)有可能出現(xiàn)EM235模塊錯(cuò)誤，所以設(shè)置了模塊錯(cuò)誤報(bào)警，選用M0.3作為模塊錯(cuò)誤報(bào)警輸出。3.4系統(tǒng)使用內(nèi)存分配(1)PID模塊：由于程序中使用了S7-200PLC的自帶PID模塊，而自帶PID模塊的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及計(jì)算所需空間120個(gè)字節(jié)，即選用VB0-VB119供PID模塊使用。(2)溫度進(jìn)行采樣輸入與控制電壓輸出：系統(tǒng)中要使用EM235對溫度進(jìn)行采樣及對脈寬調(diào)制電路輸

54、出控制，EM235的I/O地址為AIW0與AQW0。(3)數(shù)字量輸出：PID模塊根據(jù)程序設(shè)定計(jì)算完或者手動(dòng)控制轉(zhuǎn)換完后須將計(jì)算結(jié)果輸出到一個(gè)中間內(nèi)存中，再將該內(nèi)存值輸出。該值為一個(gè)16位無符號的整數(shù)，這里選用VW120。(4)脈寬控制電壓：為了能跟好的判斷系統(tǒng)溫度的走勢，上位機(jī)要求能夠跟蹤脈寬輸入電壓，故設(shè)置一個(gè)變量，用于存儲(chǔ)脈寬控制電壓，該值是一個(gè)32位浮點(diǎn)型數(shù)，選用VD140。(5)PID給定：當(dāng)系統(tǒng)處于自動(dòng)控制狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)處于閉環(huán)負(fù)反饋狀態(tài)，所以此時(shí)要給系統(tǒng)給定溫度值，該值為32位浮點(diǎn)型，所以選用VD124來存儲(chǔ)該值。(6)手動(dòng)控制的給定：當(dāng)系統(tǒng)處以手動(dòng)控制時(shí)，系統(tǒng)處于開環(huán)控制狀態(tài)，上位

55、機(jī)只給下位機(jī)一個(gè)脈寬調(diào)制電路的控制電壓0-10V，該值為一個(gè)32位浮點(diǎn)型數(shù)值，所以選用VD128來存儲(chǔ)。(7)溫度值：上位機(jī)要求能實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)，雖然EM235對溫度進(jìn)行了采樣，但是采樣結(jié)果為數(shù)字量，并不能直觀表示溫度值大小，要經(jīng)過計(jì)算得出真正的溫度值，該值是一個(gè)32位浮點(diǎn)型數(shù)值，選用VD132。(8)上下限報(bào)警值：系統(tǒng)要求能對溫度超過上下限進(jìn)行報(bào)警顯示，所以系統(tǒng)需存儲(chǔ)上下限報(bào)警值，來與溫度進(jìn)行比對，上下限報(bào)警值是一個(gè)32位浮點(diǎn)型數(shù)值，所以選用VD144作為上限報(bào)警值，VD148作為下限報(bào)警值。(9)系統(tǒng)狀態(tài)：為了在組態(tài)界面上體現(xiàn)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，可以設(shè)置一個(gè)變量，上位機(jī)根據(jù)這個(gè)變量的值判斷

56、系統(tǒng)的狀態(tài)，從而更好的監(jiān)視系統(tǒng)的工作狀態(tài)，這里使用VB152來記錄系統(tǒng)狀態(tài)。綜上所述，S7-200PLC的內(nèi)存分配如表3-2：表3-2S7-200PLC內(nèi)存分配表I/O點(diǎn)或內(nèi)存地址注釋上位機(jī)讀寫情況數(shù)據(jù)類型M0.0啟動(dòng)/停止切換讀寫開關(guān)量M0.2手動(dòng)/自動(dòng)切換讀寫開關(guān)量M0.3模塊錯(cuò)誤只讀開關(guān)量VB0-VB119PID模塊使用讀寫/VB120-VB121輸出的計(jì)算結(jié)果只讀16位無符號整數(shù)續(xù)表3-2I/O點(diǎn)或內(nèi)存地址注釋上位機(jī)讀寫情況數(shù)據(jù)類型VB124-VB127自動(dòng)控制給定讀寫32位浮點(diǎn)型VB128-VB131手動(dòng)控制給定讀寫32位浮點(diǎn)型VB132-VB135系統(tǒng)溫度值只讀32位浮點(diǎn)型VB14

57、0-VB144輸出電壓值只讀32位浮點(diǎn)型VB144-VB147溫度上限報(bào)警讀寫32位浮點(diǎn)型VB148-VB151溫度下限報(bào)警讀寫32位浮點(diǎn)型VB152系統(tǒng)狀態(tài)只讀8位無符號數(shù)AIW0溫度測量反饋只讀16位無符號整數(shù)AQW0數(shù)字量輸出電壓只讀16位無符號整數(shù)3.5S7-200PLC自帶PID模塊設(shè)定3.5.1PID簡介在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常需要采用閉環(huán)控制方式來實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、流量、間距等連續(xù)變化的模擬量控制，無論使用模擬控制器的模擬控制系統(tǒng)，還是使用計(jì)算機(jī)(包括PLC)的數(shù)字控制系統(tǒng)，PID控制都得到了廣泛的應(yīng)用。PID控制器是比例-積分-微分控制的簡稱，具有不需要精確的控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，有較強(qiáng)的

58、靈活性和適應(yīng)性，以及程序設(shè)計(jì)簡單，參數(shù)調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。積分控制可以消除系統(tǒng)的靜態(tài)誤差和改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，比例、積分、微分三者有效地結(jié)合可以滿足不同的控制要求，用PLC對模擬量進(jìn)行PID控制大致有如下幾種方法：(1)使用PID過程控制模塊：這種模塊的PID控制程序是PLC廠家設(shè)計(jì)的，并放在模塊中，用戶使用時(shí)只需要設(shè)置一些參數(shù)，使用起來非常方便。(2)使用PID功能指令：它是用于PID控制的子程序，與模擬量輸入/輸出模塊一起使用，可以得到類似于使用PID過程控制的效果。但價(jià)格便宜得多，如S7-200PLC的PID指令。(3)用自編的程序?qū)崿F(xiàn)PID閉環(huán)控制：在沒有PID過程控制模塊和功能指令的

59、情況下，仍希望采用某種改進(jìn)的PID控制算法，此時(shí)用戶需要自己編制PID控制程序，在這里我們使用系統(tǒng)自帶PID模塊。PLC的PID控制器的設(shè)計(jì)是基于連續(xù)的PID控制器，在連續(xù)控制系統(tǒng)中信號均為連續(xù)變化的模擬量。設(shè)sp(t)為給定值，pv(t)為過程變量(反饋值)，誤差e(t)=sp(v)-pv(t)，PID控制器的輸出=比例項(xiàng)+積分項(xiàng)+微分項(xiàng)+輸出初始值，即：Mt=KCe+1T10tedt+TDdedt+Minitial公式(3-1)式中，M(t)是控制器的輸出；Minitial是回路輸出的初始值；KC是PID回路的增益；TI和TD分別是積分時(shí)間和微分時(shí)間。假設(shè)采樣周期為TS，系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)刻為

60、t=0，用矩形積分來近似，用差分近似精確微分將式(3-1)離散化得：Mn=KCen+K1j=1nej+Minitial+KDen-en-1公式(3-2)en是第n次采樣時(shí)的誤差值；en-1是第n-1次采樣的誤差值1011。3.5.2S7-200PLC自帶PID的設(shè)置S7-200PLC的編程軟件設(shè)置了PID指令向?qū)?，點(diǎn)擊編程軟件指令樹中的“向?qū)ID”圖標(biāo)，進(jìn)入設(shè)置界面：(1)設(shè)置PID回路號(0-7)：這里選擇0；(2)PID回路給定值的范圍：根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，這里選擇0-100；(3)比例增益、采樣時(shí)間、積分時(shí)間、和微分時(shí)間。在這里，比例增、積分時(shí)間和微分時(shí)間由上位機(jī)提供，這里只需設(shè)置采樣