PLC控制系统软件设计基于PLC和1组态王的温度控制系统设计

PLC控制系统软件设计基于PLC和1组态王的温度控制系统设计 本科生毕业 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 （设计） 参考文献 [1] 郁汉琪.可编程控制器原理及应用.中国电力出版社，2004 [2] 努尔哈孜·朱玛力.可编程序控制器在电炉温度控制系统中应用的研究. 新疆大学学报，2006,13(2):267-268 [3] 黄柱深，黄超麟. 基于PLC的高精度温度控制系统. 机电工程技术, 2006，10(2)：123-125 [4] Chotai A, Young P. C., Behzadi M.A.. Self-adaptive design of a nonlinear temperature control system. IEE Proceedings of Control Theory and Applications, 2002, 1(138):41-49 Summary: In this paper, we consider automatic temperature control system which is the most important part in blast furnace operation. In general, automatic temperature control for blast furnace is very difficult and sensitive because it is affected by a numbe..... [5] 高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例. 人民邮电出版社，2004 [6] 赵燕.可编程控制器原理及应用. 中国林业出版社，2006 [7] 李方园.人机界面设计及应用. 化学工业出版社，2008 [8] 严盈富. 触摸屏与PLC入门. 人民邮电出版社，2006 [9] 张扬. S7-200PLC原理与应用系统设计. 机械工业出版社，2007 [10] 付家才. PLC实验与实践. 高等教育出版社，2006 [11] 刘继修. 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[18] 张伟林. 电气控制与PLC综合应用技术. 人民邮电出版社，2009 [19] 黄艳丽，黎旭. 设计与人机界面. 北京理工大学出版社，2007 目 录 第一章 前言 1 1.1 项目背景、意义 1 1.2 温控系统的现状 2 1.3 项目研究内容 3 第二章 PLC和HMI基础 5 2.1 可编程控制器基础 5 2.1.1 可编程控制器的产生和应用 5 2.1.2 可编程控制器的组成和工作原理 5 2.1.3 可编程控制器的分类及特点 8 2.2 人机界面基础 8 2.2.1 人机界面的定义 8 2.2.2 人机界面产品的组成及工作原理 9 2.2.3 人机界面产品的特点 9 第三章 PLC控制系统硬件设计 10 3.1 PLC控制系统设计的基本原则和步骤 10 3.1.1 PLC控制系统设计的基本原则 10 3.1.2 PLC控制系统设计的一般步骤 11 3.2 PLC的选型与硬件配置 13 3.2.1 PLC型号的选择 13 3.2.2 S7-200 CPU的选择 14 3.2.3 EM231模拟量输入模块 14 3.2.4 热电式传感器 16 3.3 IO点分配及电气连接图 17 3.4 PLC控制器的设计 17 3.4.1 控制系统数学模型的建立 17 3.4.2 PID控制及参数整定 19 第四章 PLC控制系统软件设计 22 4.1 PLC程序设计方法 22 4.2 编程软件STEP7--MicroWIN概述 23 4.2.1 STEP7-MicroWIN简单介绍 23 4.2.2 梯形图语言特点 24 4.2.3 STEP7-MicroWIN参数设置（通讯设置） 25 4.3 程序设计 27 4.3.1 设计思路 27 4.3.2 控制程序流程图 27 4.3.3 梯形图程序 28 4.3.4 PID指令向导的运用 31 4.3.5 语句表（STL）程序 35 第五章 基于组态王的HMI设计 37 5.1 人机界面（HMI）设计 37 5.1.1 监控主界面 38 5.1.2 实时趋势曲线 39 5.1.3 历史趋势曲线 40 5.1.4 报警窗口 40 5.1.5 设定画面 42 5.2 变量设置 42 5.3 动画连接 44 第六章 系统运行结果及分析 46 6.1 系统运行 46 6.2 运行结果分析 47 6.2.1 温度趋势曲线分析 47 6.2.2 报警信息分析 49 第七章 总结 50 参考文献 51 致 谢 52 附表一、毕业论文开题报告 论文（设计）题目：基于PLC和组态王的温度控制系统设计 研究背景、意义： 在工业生产过程中，温度是最常见的过程参数之一。在冶金、化工、电力、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。由于其具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点，它对控制调节器要求极高。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为PID控制。 可编程控制器(PLC)是一种应用非常广泛的自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性高、适宜长期连续工作的特点，非常适合温度控制的要求。 基于PLC 的温度控制系统以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、能耗低等优点深受许多用户的青睐，在工业温度控制场合得到了广泛的应用。同时，人机界面的出现可以使用户对控制系统进行全面监控，包括参数监测、信息处理、在线优化、报警提示、数据记录等功能，从而使控制系统变得简单易懂、操作人性化。 研究内容： 本论文研究的是PLC技术在温度监控系统上的应用。从整体上分析和研究了控制系统的硬件配置、电路图的设计、程序设计，控制对象数学模型的建立、控制算法的选择和参数的整定，人机界面的设计等。 设计方法： 通过西门子PLC控制器，温度传感器将检测到的实际炉温转化为电压信号，经过模拟量输入模块转换成数字量信号并送到PLC中进行PID调节，PID控制器输出量转化成占空比，通过固态继电器控制炉子加热的通断来实现对炉子温度的控制。同时利用组态软件组态王设计一个人机界面（HMI），通过串行口与可编程控制器通信，对控制系统进行全面监控，从而使用户操作更方便。 总体上包括的技术路线：硬件设计，软件编程，参数整定等。 相关支持条件： 西门子PLC控制器 组态软件组态王 预期成果： 在西门子工控产品PLC和组态王的基础上，我们设计出反应迅速，控制精度高、抗干扰能力强、稳定可靠的温度控制系统。结合人机界面，系统美观易懂，操作简单快捷。 设计进度： 预计5个月可完成： 第1个月：重点学习西门子PLC和组态软件的使用方法。 第2个月：PLC控制系统和控制器的设计。 第3个月：人机界面的设计。 第4个月：对整个系统进行全方位的调试及完善。 第5个月：论文写作。 学生签名： 年 月 日 指导教师意见： 1、同意开题（ ） 2、修改后开题（ ） 3、重新开题（ ） 指导教师签名： 年 月 日 附表二、毕业论文过程检查情况记录表 指导教师分阶段检查论文的进展情况（要求过程检查记录不少于3次）： 第1次检查 学生总结： 控制系统硬件设计。在掌握了可编程控制器（PLC）的组成、工作原理以 及充分了解被控对象的基础上，选择了西门子S7-200系列PLC CPU226为控制 器，K型热电偶作为温度检测传感器，再加上固态继电器和烤炉组成了温度控 制系统。根据硬件连接图完成控制系统实际的硬件连接。 指导教师意见： 第2次检查 学生总结： 控制系统软件设计。认真学习PLC的功能指令，在掌握系统硬件工作过程 的基础上画出控制程序流程图，然后利用编程软件STEP7--MicroWIN 编写了 梯形图程序。编程时应用了编程软件自带的PID指令向导模块，使得程序结构 简单，更容易理解。 指导教师意见： 第3次检查 学生总结： 人机界面设计。在比较了西门子公司的Wincc、罗克韦尔公司的RsView及 国产的组态王等组态软件后，发现组态王更容易操作且能达到我们的要求，所 以我们用组态王做出了控制系统监控界面，包括主界面、设定画面、实时趋势 曲线、历史趋势曲线和报警窗口等画面。这样，整个系统操作简单，控制方便， 大大提高了系统的自动化程度和实用性。 指导教师意见： 第4次检查 学生总结： 对整个系统进行多次测试后得出结果，完成了整个论文的撰写。 指导教师意见： 学生签名： 年 月 日 指导教师签名： 年 月 日 总体 完 成 情 况 指导教师意见： 1、按 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 完成，完成情况优（ ） 2、按计划完成，完成情况良（ ） 3、基本按计划完成，完成情况合格（ ） 4、完成情况不合格（ ） 指导教师签名： 年 月 日 附表三、毕业论文答辩情况 答辩人 专 业 论文（设计）题目 答辩小组成员 答辩记录： 记录人签名： 年 月 日 摘 要 可编程控制器是一种应用很广泛的自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性高、适宜长期连续工作的特点，非常适合温度控制的要求。 在工业领域，随着自动化程度的迅速提高，用户对控制系统的过程监控要求越来越高，人机界面的出现正好满足了用户这一需求。人机界面可以对控制系统进行全面监控，包括过程监测、报警提示、数据记录等功能，从而使控制系统变得操作人性化、过程可视化，在自动控制领域的作用日益显著。 本文主要介绍了基于西门子公司S7-200系列的可编程控制器和亚控公司的组态软件组态王的炉温控制系统的 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 。编程时调用了编程软件STEP 7 -Micro WIN中自带的PID控制模块，使得程序更为简洁，运行速度更为理想。利用组态软件组态王设计人机界面，实现控制系统的实时监控、数据的实时采样与处理。实验证明，此系统具有快、准、稳等优点，在工业温度控制领域能够广泛应用。 关键词：温度控制 可编程控制器 人机界面 组态王 Abstract Programmable Logic Controller (PLC) is a kind of automatic control equipment which is widely used in the industrial manufacture. It merges the traditional control technology, computer and communication technologies with a strong ability to control, flexible operation, the industrial field, with the rapid increase in the degree of automation, it is more and more important to monitor the process of control system for the users. The emergence of -machine interface meets the needs of users. Man-machine interface can comprehensively monitor the control system, including process monitoring, alarm, data logging and other functions, so that the control systems , the process of visualization and it will play more and more important part in the field of automatic control. This essay mainly introduces a design of temperature control system with SIMATIC programmable logic controller (PLC) and configuration software Kingview which is developed by Beijing Yakong Company. When programming, we use the PID control arithmetic software module which is contained in the program software STEP 7 -Micro WIN so that the program looks easier and operates more quickly. In order to monitor the control system and process data in actual time, we designed Human Machine Interface（HMI）with the configuration software Kingview. The result of experiment proves that this temperature control system could run quickly, accurately and widely used in the industrial temperature control field. With the continuous development of automatic science and technology, , intelligent, user-friendly temperature control system is the inevitable trend of development at Machine Interface）以其美观易懂、操作人性化等显著特点，正好满足这种需求而得到广泛的应用。 1.1.1 人机界面的定义 人机界面是指连接可编程控制器（PLC）、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元（如触摸屏、键盘、鼠标等）写入工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互的数字设备,由硬件和软件两部分组成。 1.1.2 人机界面产品的组成及工作原理 人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存贮单元等，其中处理器的性能决定了HMI产品的性能高低，是HMI的核心单元。根据HMI的产品等级不同，处理器可分别选用8位、16位、32位的处理器。HMI软件分为两部分，即运行于HMI硬件中的系统软件和运行于PC机Windows操作系统下的画面组态软件（如组态王等）。用户必须先使用组态软件制作“工程文件”，再通过PC机和HMI 产品的串行通讯口，把编制好的“工程文件”下载到HMI的处理器中运行。 1.1.3 人机界面产品的特点 (1) 系统运行过程清晰化 控制过程可以动态地显示在HMI设备上。例如：炉子加热通断可以通过指示灯亮灭来显示，炉子的温度大小可以用棒图来指示等等，使整个控制系统变得形象易懂，也更加清晰。 (2) 系统操作简单化 操作员可以通过监控界面来控制过程。可从监控界面上启动和停止系统、设定温度上下限、设置PID参数等。 (3) 显示报警 控制过程达到临界状态或系统运行错误时会自动触发报警，例如，当炉子温度超出温度上下限时自动触发报警。 (4) 数据归档 HMI系统可以记录过程变量值和报警信息并归档。例如：通过归档数据，您可以查看过去一段时间的系统运行情况，过程变量等。 (5) 报表系统 HMI系统可以输出报警和过程值报表。例如，您可以在生产某一轮班结束时打印输出生产数据[8]。 第2章 PLC控制系统硬件设计 在掌握了PLC的硬件构成、工作原理、指令系统以及编程环境后，就可以PLC作为主要控制器来构造PLC控制系统。本章主要从系统设计结构和硬件设计角度，介绍该项目的PLC控制系统设计步骤、PLC的硬件配置、外部电路设计以及PLC控制器的设计和参数的整定。 2.1 PLC控制系统设计的基本原则和步骤 弄懂PLC的基本工作原理和指令系统后,就可以把PLC应用到实际的工程项目中。无论是用PLC组成集散控制系统，还是独立控制系统，PLC控制部分的设计都可以参考图3-1所示的步骤。 2.1.1 PLC控制系统设计的基本原则 任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象(生产设备或生产过程)的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。而在实际设计过程中，设计原则往往会涉及很多方面，其中最基本的设计原则可以归纳为4点。 1. 设计原则 (1)完整性原则。最大限度的满足工业生产过程或机械设备的控制要求。 (2)可靠性原则。确保计算机控制系统的可靠性。 (3)经济型原则。力求控制系统简单、实用、合理。 (4)发展性原则。适当考虑生产发展和工艺改进的需要，在IO接口、通信能力等方面留有余地。 2. 评估控制任务 根据系统所需完成的控制任务，对被控对象的生产工艺及特点进行详细分析，特别是从以下几个方面给以考虑。 (1) 控制规模 一个控制系统的控制规模可用该系统的IO设备总数来衡量。当控制规模较大时,特别是开关量控制的IO设备较多时，最适合采用PLC控制。 (2) 工艺复杂程度 当工艺要求较复杂时,采用PLC控制具有更大的优越性. (3) 可靠性要求 目前,当IO点数在20甚至更少时，就趋向于选择PLC控制了。 (4) 数据处理速度 若数据处理程度较低，而主要以工业过程控制为主时，采用PLC控制将非常适宜[9]。 图3-1 PLC控制系统设计步骤 2.1.2 PLC控制系统设计的一般步骤 PLC控制系统设计包括硬件设计和软件设计。所谓硬件设计，是指PLC外部设备的设计，而软件设计即PLC应用程序的设计。整个系统的设计分以下5步进行。 1. 熟悉被控对象 深入了解被控系统是设计控制系统的基础。设计人员必须深入现场，认真调查研究，收集资料，并于相关技术人员和操作人员一起分析讨论，相互配合，共同解决设计中出现的问题。这一阶段必须对被控对象所有功能全面的了解，对对象的各种动作及动作时序、动作条件、必要的互锁与保护;电气系统与机械、液压、气动及各仪表等系统间的关系;PLC与其他设备的关系，PLC之间是否通信联网;系统的工作方式及人机界面，需要显示的物理量及显示方式等。 2. 硬件选择 具体包括如下。 (1) 系统IO设备的选择。输入设备包括按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等。输出设备包括继电器、接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等。 (2) 选择PLC。PLC选择包括对PLC的机型、容量、IO模块、电源等的选择。 (3) PLC的IO端口分配。在进行IO通道分配时应给出IO通道分配表，表中应包含IO编号、设备代号、名称及功能等。 (4) 绘制PLC外围硬件线路图。画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。由PLC的IO连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。 (5)计数器、定时器及内部辅助继电器的地址分配。 3. 编写应用程序 根据控制系统的要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。程序通常还应包括以下内容： (1)初始化程序。在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。 (2)检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。 (3)保护和连锁程序。保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。 4. 程序调试 程序调试分为2个阶段，第一阶段是模拟调试、第二阶段是现场调试。程序模拟调试是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。 根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。 (1)硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。 (2)软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。 现场调试。当控制台及现场施工完毕，程序模拟调试完成后，就可以进行现场调试，如不能满足要求，须重新检查程序和接线，及时更正软硬件方面的问题。 5. 编写技术文件 技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明书等[10]。 2.2 PLC的选型与硬件配置 2.2.1 PLC型号的选择 本温度控制系统选择德国西门子公司的S7-200系列的PLC。S7-200 PLC属于小型整体式的PLC, 本机自带RS-485通信接口、内置电源和IO接口。它的硬件配置灵活，既可用一个单独的S7-200 CPU构成一个简单的数字量控制系统，也可通过扩展电缆进行数字量IO模块、模拟量模块或智能接口模块的扩展，构成较复杂的中等规模控制系统[10]。完整的S7-200系列PLC实物如图3-2所示。 图3-2 S7-200系列PLC实物图 2.2.2 S7-200 CPU的选择 S7-200系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226等类型。此系统选用S7-200 CPU226，CPU226集成了24点输入16点输出，共有40个数字量IO。可连接7个扩展模块，最大扩展至248点数字量或35点模拟量IO。还有13KB程序和数据存储空间空间，6个独立的30KHz高速计数器，2路独立的20KHz高速脉冲输出，具有PID控制器。配有2个RS485通讯口，具有PPI，MPI和自由方式通讯能力，波特率最高为38.4 kbits，可用于较高要求的中小型控制系统[11]。 本温度控制系统由于输入输出点数不多，本可以使用CPU224以下的类型，不过为了能调用编程软件STEP 7 里的PID模块，只能采用CPU226及以上机种。 2.2.3 EM231模拟量输入模块 本温度控制系统中，传感器将检测到的温度转换成0～41mv的电压信号，系统需要配置模拟量输入模块把电压信号转换成数字信号再送入PLC中进行处理。在这里，我们选用了西门子EM231 4TC模拟量输入模块。EM231热电偶模块提供一个方便的，隔离的接口，用于七种热电偶类型：J、K、E、N、S、T和R型，它也允许连接微小的模拟量信号(±80mV范围)，所有连到模块上的热电偶必须是相同类型，且最好使用带屏蔽的热电偶传感器。EM231模块需要用户通过DIP开关进行组态： SW1～SW3用于选择热电偶类型，SW4没有使用，SW5用于选择断线检测方向，SW6用于选择是否进行断线检测，SW7用于选择测量单位，SW8用于选择是否进行冷端补偿。本系统用的是K型热电偶，所以DIP开关SW1～SW8组态为00100000；EM231具体技术指标见表3-1。 表3-1 EM231技术指标 型号 EM231模拟量输入模块 总体特性 外形尺寸：71.2mm×80mm×62mm 功耗：3W 输入特性 本机输入：4路模拟量输入 电源电压： 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 DC 24V4mA 输入类型：0~10V，0~5V，±5V,±2.5V,0~20mA 分辨率：12 Bit 转换速度：250μS 隔离：有 耗电 从CPU的DC 5V （IO总线）耗电10mA DIP开关 SW1 0, SW2 0, SW3 1（以K型热电偶为例） 表3-2所示为如何使用DIP开关设置EM231模块，开关1、2和3可选择模拟量输入范围。所有的输入设置成相同的模拟量输入范围。表中，ON为接通，OFF为断开。 表3-2 EM231选择模拟量输入范围的开关表 单极性 满量程输入 分辨率 SW1 SW2 SW3 ON OFF ON 0到10V 2.5mV ON OFF 0到5V 1.25mV 0到20mA 5uA 双极性 满量程输入 分辨率 SW1 SW2 SW3 OFF OFF ON ±5V 2.5mV ON OFF ±2.5V 1.25mV EM231校准和配置位置图如图3-3所示。 图3-3 DIP配置EM231 2.2.4 热电式传感器 热电式传感器是一种将温度变化转化为电量变化的装置。在各种热电式传感器中，以将温度量转换为电势和电阻的方法最为普遍。其中最常用于测量温度的是热电偶和热电阻，热电偶是将温度变化转换为电势变化,而热电阻是将温度变化转换为电阻的变化。这两种热电式传感器目前在工业生产中已得到广泛应用。 该系统中需要用传感器将温度转换成电压，且炉子的温度最高达几百度,所以我们选择了热电偶作为传感器。热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。国际标准热电偶有S、B、E、K、R、J、T七种类型，在本系统中，我们选用了K型热电偶（分度表如表3-3所示），其测温范围大约是0～1000℃。系统里的烤炉最高温度不过几百度，加上一定的裕度就足够了，另外其成本也不算高[12]。 表3-3 K型热电偶分度表 2.3 IO点分配及电气连接图 输入触点 功能说明 输出触点 功能说明 IO.1 启动按钮 Q0.0 运行指示灯（绿） I0.2 停止按钮 Q0.1 停止指示灯（红） Q0.3 固态继电器 1) 该温度控制系统中IO点分配表如表3-4所示。 表3-4 IO点分配表 2)系统整体设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 及硬件连接图。系统选用PLC CPU226为控制器， K型热电偶将检测到的实际炉温转化为电压信号，经过EM231模拟量输入模块转换成数字量信号并送到PLC中进行PID调节，PID控制器输出量转化成占空比，通过固态继电器控制炉子加热的通断来实现对炉子温度的控制。PLC和HMI相连接，实现了系统的实时监控。整个硬件连接图如图3-4和3-5所示。 图3-4 系统框架图 2.4 PLC控制器的设计 控制器的设计是基于模型控制设计过程中最重要的一步。首先要根据受控对象的数学模型和它的各特性以及设计要求，确定控制器的结构以及和受控对象的连接方式。然后根据所要求的性能指标确定控制器的参数值。 2.4.1 控制系统数学模型的建立 本温度控制系统中，传感器（电热偶）将检测到的温度信号转换成电压信号经过温度模块后，与设定温度值进行比较，得到偏差，此偏差送入PLC控制器按PID算法进行修正，返回对应工况下的固态继电器导通时间，调节电热丝的有效加热功率，从而实现对炉子的温度控制。控制系统结构图如图3-6所示，方框图如图3-7所示。 图3-5 系统硬件连接图 图3-6 控制系统结构图 R(s) + E(s) U(s) Y(s) _ 图3-7 控制系统方框图 图3-7中，R(s)为设定温度的拉氏变换式；E(s)为偏差的拉氏变换式； Gc(s)为控制器的传递函数；Go(s)为广义对象，即控制阀、对象控制通道、测量变送装置三个环节的合并； 该温度控制系统是具有时滞的一阶闭环系统，传递函数为 （3-1） 式3-1中， 为对象放大系数； 为对象时间常数； 为对象时滞。 （3-2） 由阶跃响应法求得， =0.5； = QUOTE 2.5分钟；= 2.4.2 PID控制及参数整定 比例、积分、微分三种控制方式各有独特的作用。比例控制是一种最基本的控制规律，具有反应速度快，控制及时，但控制结果有余差等特点。积分控制可以消除余差，但是工业上很少单独使用积分控制的，因为与比例控制相比，除非积分速度无穷大，否则积分控制就不可能想比例控制那样及时的对偏差加以响应，所以控制器的输出变化总是滞后与偏差的变化，从而难以对干扰进行及时且有效的控制。微分作用是对偏差的变化速度加以响应的，因此，只要偏差一有变化，控制器就能根据变化速度的大小，适当改变其输出信号，从而可以及时克服干扰的影响，抑制偏差的增长，提高系统的稳定性。但是理想微分控制器的控制结果也不能消除余差，而且控制效果要比纯比例控制器更差。将三种方式加以组合在一起，就是比例积分微分（PID）控制,其数学表达式为 （3-3） 式3-3中： 为比例系数， 为积分时间常数， 为微分时间常数。 根据以上的分析，本温度控制系统适于采用PID控制。 完成了上述内容后，该温度控制系统就已经确定了。在系统投运之前，还需要进行控制器的参数整定。控制器参数整定方法很多，归纳起来可分为两大类，即理论计算整定法和工程整定法。 理论计算整定法是在已知被控对象的数学模型的基础上，根据选取的质量指标，通过理论计算（微分方程、根轨迹、频率法等），来求得最佳的整定参数。这类方法计算繁杂，工作量又大，而且由于用解析法或实验测定法求得的对象数学模型都只能近似的反映过程的动态特性，整定结果的精度是不高的，因而未在工程上受到广泛推广。 对于工程整定法，工程技术人员无需知道对象的数学模型，无需具备理论计算所需的理论知识，就可以在控制系统中直接进行整定，因而简单、实用，在实际工程中被广泛使用。常用的工程整定法有经验整定法、临界比例度法、衰减曲线法、反应曲线法、自整定法等。在这里，我们采用经验整定法来整定控制器的参数值。下面介绍下方法步骤。 经验整定法实质上是一种经验凑试法，是工程技术人员在长期生产实践中总结出来的。它不需要进行事先的计算和实验，而是根据运行经验，先确定一组控制器参数，并将系统投入运行，通过观察人为加入干扰（改变设定值）后的过渡过程曲线，根据各种控制作用对过渡过程的不同影响来改变相应的控制参数值，进行反复凑试，直到获得满意的控制质量为止。 由于比例作用是最基本的控制作用，经验整定法主要通过调整比例度 的大小来满足质量指标。整定途径有以下两条： 1）先用单纯的比例（P）作用，即寻找合适的比例度 ，将人为加入干扰后的过渡过程调整为4：1的衰减振荡过程。然后再加入积分( I )作用，一般先取积分时间T1为衰减振荡周期的一半左右。由于积分作用将使振荡加剧，在加入的积分作用之前，要先衰减比例作用，通常把比例度增大10%-20%。调整积分时间的大小，直到出现4：1的衰减振荡。需要时，最后加入微分（D）作用，即从零开始，逐渐加大微分时间Td，由于微分作用能抑制振荡，在加入微分作用之前，可以把积分时间也缩短一些。通过微分时间的凑试，使过渡时间最短，超调量最小。 2）先根据表选取积分时间Ti和Td，通常取Td=(13-14)Ti，然后对比例度 进行反复凑试，直至得到满意的结果。如果开始时Ti和Td设置的不合适，则有可能得不到要求的理想曲线。这时应适当调整Ti和Td，再重复凑试，使曲线最终符合控制要求[13]。 表3-5 控制器参数经验数据 控制 变量 规律的选择 比例度 （%） 积分时间 Ti（分钟） 微分时间 Td（分钟） 温度 对象容量滞后较大，即参数受干扰后变化迟缓， 应小，Ti要长，一般需要微分 20-60 3-10 0.5-3 通过经验整定法的整定，PID控制器整定参数值为： 比例系数 =120，积分时间 =3分钟，微分时间 =1分钟。 第3章 PLC控制系统软件设计 PLC控制系统的设计主要包括硬件设计和软件设计两部分，上一章已经详细介绍了本项目硬件连接。本章在硬件设计的基础上，将详细介绍本项目软件设计，主要包括软件设计的基本步骤、方法，编程软件STEP7--MicroWIN的介绍以及本项目程序设计。 3.1 PLC程序设计方法 编写PLC程序的方法很多，这里主要介绍几种典型的编程方法。 1. 图解法编程 图解法是靠画图进行PLC程序设计。常见的主要有梯形图法、逻辑流程图法、时序流程图法和步进顺控法。 （1）梯形图法 梯形图法是用梯形图语言去编制PLC程序。这是一种模仿继电器控制系统的编程方法，其图形甚至元件名称都有继电器电路十分相似。这种方法很容易地把原继电器控制电路移植成PLC的梯形图语言。这对于熟悉继电器控制的人来说，是最方便的一种编程方法。 （2）逻辑流程图法 逻辑流程图法是用逻辑框图表示PLC程序的执行过程，反映输入与输出的关系。逻辑流程图会使整个程序脉络清晰，便于分析控制程序、查找故障点及调试和维修程序。 （3）时序流程图法 时序流程图法是首先画出控制系统的时序图（即到某一个时间应该进行哪项控制的控制时序图），再根据时序关系画出对应的控制任务的程序框图，最后把框图写成PLC程序。这种方法很适合以时间为基准的控制系统的编程方法。 （4）步进顺控法 步进顺控法是在顺控指令的配合下设计复杂的控制程序。一般比较复杂的程序都可以分成若干个功能比较简单的程序段，一个程序可以看成整个控制过程的一步。 2. 经验法编程 经验法是运用自己的或者别人的经验进行设计。多数是设计前先选择与自己工艺要求相近的程序，把这些程序看成是自己的“试验程序”。结合自己工程的情况，对这些“试验程序”逐一修改，使之适合自己的工程要求。 3.计算机辅助设计编程 计算机辅助设计是通过PLC编程软件（比如STEP7--MicroWIN）在计算机上进行程序设计、离线或在线编程、离线仿真和在线调试等。使用编程软件可以很方便的在计算机上离线或在线编程、在线调试，在计算机上进行程序的存取、加密以及形成EXE文件[14]。 3.2 编程软件STEP7--MicroWIN概述 STEP7--MicroWIN编程软件是基于Windows的应用软件，由西门子公司专为s7-200系列可编程控制器设计开发，它功能强大，主要为用户开发控制程序使用，同时也可以实时监控用户程序的执行状态。它是西门子s7-200用户不可缺少的开发工具。现在加上中文程序后，可在全中文的界面下进行操作，用户使用起来更加方便。操作主界面如图4-1所示。 3.2.1 STEP7-MicroWIN简单介绍 以STEP7-MicroWIN创建程序，为接通STEP 7--MicroWIN，可双击STEP 7--MicroWIN图标，或选择开始（Start）> SIMATIC >STEP 7 MicroWIN 4.0菜单命令。如图4-1所示，STEP 7--MicroWIN项目窗口将提供用于创建控制程序的便利工作空间。工具栏将提供快捷键按钮，用于经常使用的菜单命令，可显示或隐藏工具栏的任何按钮。浏览条给出了多组图标，用于访问STEP 7--MicroWIN的不同编程特性。指令树将显示用于创建控制程序的所有项目对象和指令。可将单个的指令从指令树拖放到程序中，或双击某个指令，以便将其插入到程序编辑器中光标的当前位置。程序编辑器包括程序逻辑和局部变量表，可在其中分配临时局部变量的符号名。子程序和中断程序在程序编辑器窗口的底部均按标签显示。单击标签可在子程序、中断程序和主程序之间来回变换[15]。 STEP 7--MicroWIN提供了用于创建程序的三个编辑器：梯形图（LAD）、语句表（STL）和功能块图（FBD）。尽管有某些限制，在这些程序编辑器的任何一个中编写的程序均可用其它程序编辑器进行浏览和编辑。用的比较多的是梯形图（LAD）编程语言。下面详细介绍梯形图的特点。 图4-1 编程软件STEP7--MicroWIN主界面 3.2.2 梯形图语言特点 梯形图是使用得最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计称为编程。 梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。采用梯形图程序设计语言，程序采用梯形图的形式描述。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果。每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。它来源于继电器逻辑控制系统的描述。 　　在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。梯形图程序设计语言的特点是： （1）与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性； （2）与原有继电器逻辑控制技术相一致，对电气技术人员来说，易于撑握和学习； （3）与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是，梯形图中的能流（Power FLow）不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此，应用时，需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待； （4）与布尔助记符程序设计语言有一一对应关系，便于相互的转换和程序的检查[16]。 3.2.3 STEP7-MicroWIN参数设置（通讯设置） 本项目中PLC要与电脑正确通信，安装完STEP7-MicroWIN编程软件且设置好硬件后，可以按下列步骤进行通讯设置。 （1）在STEP7-MicroWIN运行时单击通讯图标，或从“视图”菜单中选择选项“通信”，则会出现一个通信对话框（如图4-2所示）。 图4-2 通信参数设置 （2）在对话框中双击PCPPI电缆的图标，将出现PGPC接口对话框或者直接单击“检视”栏中单击“设置PGPC接口”也行。如图4-3所示。 图4-3 PGPC接口对话框 （3）单击Properties按钮，将出现接口属性对话框，检查各参数的属性是否正确，其中通信波特率默认值为9.6kbps（如图4-4所示）。 图4-4 通信参数设置 3.3 程序设计 3.3.1 设计思路 PLC运行时，通过特殊继电器SM0.0产生初始化脉冲进行初始化，将温度设定值，PID参数值等，存入有关的数据寄存器，使定时器复位；按启动按钮，系统开始温度采样，采样周期为10秒；K型热电偶传感器把所测量的温度进行标准量转换（0-41毫伏）；模拟量输入通道AIW0通过读入0-41毫伏的模拟电压量送入PLC；经过程序计算后得出实际测量的温度T,将T和温度设定值比较，根据偏差计算调整量，发出调节命令。 3.3.2 控制程序流程图 图 4-5 程序流程图 3.3.3 梯形图程序 启动，绿灯亮 停止，红灯亮 上述程序中，I0.1和I0.2分别是启动和停止按钮，Q0.0和Q0.1分别是系统运行指示灯（绿灯）和系统停止指示灯（红灯），M0.0和M0.1是中间继电器。 调用PID模块 这里用SM0.0直接调用了编程软件自带的PID子程序，即就是用PID指令向导编程。上面的指令中，PV_I为反馈值，也就是热电偶将检测到的当前温度值送入温度模块后输出的模拟电压值AIW0；Setpoint_R为设定值。 每个PID回路都有两个输入变量，给定值SP和过程变量PV。执行PID指令前必须把它们转换成标准的浮点型实数。即先把整数值转换成浮点型实数值，再把实数值进行归一化处理，使其为0.0-1.0之间的实数。归一化的公式为 R1=(RS+ M) （3-1） 式中，R1为标准化的实数值；R为未标准化的实数值；M为偏置，单极性为0.0，双极性为0.5；S为值域大小，为最大允许值减去最小允许值，单极性为32000，双极性为64000[17]。 在本项目中，R=100,即就是设定温度100度；S=32000,M=0.0,所以按照归一化公式R1=10032000+0.0=0.03125，即Setpoint_R为0.03125. 该网络的程序功能是把PID回路输出转换成占空比。因PID回路的输出PID0_Output为0.0-1.0之间的实数值，又因我们设置了采样时间为10秒，所以第一个指令MUL_R中INT2为100.0。ROUND是将实数转换成双整数，DI_I是将双整数转换成整数。VW2和VW4分别是采样周期内的加热时间和非加热时间。 上述程序用了两个100ms的定时器T241和T242来控制加热时间，其中Q0.3为连接固态继电器的输出端子。 该网络的程序是为了在电脑上通过STEP7-MicroWIN编程软件显示当前温度和设定温度值而写的，其实也就是归一化的逆过程。若无该网络，则显示的温度值都是归一化的实数值，不便于记录和观察。 3.3.4 PID指令向导的运用 STEP7-MicroWIN提供了PID Wizard（PID指令向导），可以帮助用户方便地生成一个闭环控制过程的PID算法。此向导可以完成绝大多数PID运算的自动编程，用户只需在主程序中调用PID向导生成的子程序，就可以完成PID控制任务。PID向导既可以生成模拟量输出PID控制算法，也支持开关量输出；既支持连续自动调节，也支持手动参与控制[18]。本项目程序中就正好运STEP7-MicroWIN软件自带的PID指令向导。从而使得程序简单易懂，同时也达到了控制要求。 首先打开“指令向导”，选择“PID”，如图4-6所示。 图4-6 配置PID指令 点击“下一步”后出现如图4-7所示画面。 图4-7 编辑0的PID配置 图4-8是配置PID环路参数的。其中，增益Kc=120,积分时间为3分钟，微分时间为1分钟，抽样时间为10秒。还有，PID环路的设定点设置为0.0-1.0，便于归一化处理。 图4-8 PID参数设置 一般单极性的值域都是0-32000，如图4-9所示。 图4-9 环路输入、输出设置 设置好以上所有步骤后，接下来需要根据回路表为PID参数分配存储地址，图4-10、图4-11和图4-12就是此作用。 图4-10 为PID配置分配内存 图4-11 创建初始化子例行程序 图4-12 为配置生成项目元件 到此为止，PID配置结束。 3.3.5 语句表（STL）程序 下面是STL程序，它可以和梯形图程序相互转换。 第4章 基于组态王的HMI设计 随着自动化技术迅猛发展，控制系统功能越来越强大，控制过程也变得越来越复杂，系统操作最大透明化已经成为一种需要。人机界面（HMI Human Machine Interface）以其过程可视化、操作员对操作过程可方便的控制等显著特点，很好的满足了这种需求而得到广泛的应用。工业HMI又称触摸屏监控器，是一种智能化操作控制显示装置。它一般与PLC等工业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元（如触摸屏、键盘、鼠标等）写入工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互。HMI的主要功能有：数据的输入与显示；系统或设备的操作状态方面的实时信息显示；报警处理及打印；数据归档和报表系统。此外，新一代工业人机界面还具有简单的编程、对输入的数据进行处理、数据登录及配方等智能化控制功能[19]。 4.1 人机界面（HMI）设计 HMI监控系统由监控主画面及相应的功能子画面组成，HMI画面设计对于HMI来说是非常关键的。HMI画面是用组态软件来做的，常见的组态软件有西门子公司的Wincc、罗克韦尔公司的RsView及国产的组态王、力控等。在本温度控制系统设计中，我们选择了组态王来完成监控画面的设计。组态王和其他组态软件相比最大的优势是它操作方便，提供了资源管理器式的操作主界面，并且提供了以汉字作为关键字的脚本语言支持，对于新手来说很容易上手。 我们从北京亚控公司的主页上下载了组态王6.5.3演示版，安装好以后。双击桌面图标，打开工程管理器，建立工程。如图5-1所示，最下面的一行是我们新建的工程，工程名称为“组态王”。 双击工程管理器中的工程名，出现工程浏览器。在工程浏览器中，双击新建图标，新建画面（如图5-2所示）。在这里我们制作了监控主界面、实时趋势曲线、历史趋势曲线、报警窗口等画面。 下面详细介绍每个画面的设计方法。 图5-1 新建工程 图5-2 新建画面 4.1.1 监控主界面 打开开发系统页面后，点击“图库”，打开图库管理器，把开关、温度仪表、闹钟直接拖进开发页面，再利用工具箱做好“开始”和“停止”按钮以及温度显示、设定画面、报警窗口等按钮。完整的主界面如图5-3所示。运行组态王后，点击“开始”按钮，开关变绿色，系统开始运行，目前温度值下面的方框和仪表上都显示当前温度值，闹钟上显示当前日期。点击“设定画面”会进入参数设定画面，点击“报警窗口”会进入报警画面，实时趋势曲线和历史趋势曲线也是一样。点击“停止”按钮，系统运行结束，同时开关变红色。 图5-3 主界面 4.1.2 实时趋势曲线 打开开发系统页面后，点击工具箱中的“实时趋势曲线”把实时趋势曲线放进开发页面，然后双击曲线画面，对曲线进行设置，如X轴和Y轴的设置及标示定义等，最后利用工具箱做好“返回主界面”按钮，即可形成如图5-4所示的实时趋势曲线画面。系统运行时，实时趋势曲线会显示当前温度值的变化趋势和设定温度值。点击“返回主界面”按钮，就会回到主界面。 图5-4 实时趋势曲线 4.1.3 历史趋势曲线 打开开发系统页面后，点击“图库”，打开图库管理器，双击“历史曲线”把它放进开发页面，再双击历史趋势曲线画面，对曲线进行设置，包括曲线定义，坐标系，操作面板和安全属性等设置，最后利用工具箱做好“返回主界面”按钮，即可形成如图5-5所示的历史趋势曲线画面。系统运行时，画面上会记录某段时间内设定温度值和当前温度值的变化曲线。点击“返回主界面”按钮，就会回到主界面。 4.1.4 报警窗口 打开开发系统页面后，点击工具箱中的“报警窗口”把报警窗口放进开发页面，然后双击画面，对报警窗口进行设置，包括通用属性、列属性、操作属性、条件属性、颜色和字体属性的设置。最后利用工具箱做好“返回主界面”按钮，即可形成如图5-6所示的报警窗口画面。系统运行时，报警窗口会根据当前温度值做出适当的报警。此项目中我们设置当前温度低于90度时，“报警类型”栏显示当前温度偏低。当前温度超过105度时，“报警类型”栏显示当前温度偏高。 图5-5 历史趋势曲线 图5-6 报警窗口 4.1.5 设定画面 设定画面的设计和上面4个画面类似，系统运行时该画面会显示增益Kc、积分时间Ti、微分时间Td、采样时间、设定温度等参数的值，未运行时和图6-2基本一样，只是没有值显示出来。 4.2 变量设置 打开工程浏览器，点击“数据词典”，再点击“新建”建立“设定温度”、“当前温度”、“启动”、“停止”、“Kc”、“Ti”、 “Td”、“采样时间”等变量。其中变量类型和寄存器是最关键的，在组态王和PLC之间传输的变量都是IO类型的，只在组态王内部需要的是内存型的。寄存器和数据类型要与程序中一致，否则组态王就不能起到监控作用了。比如“设定稳定”的寄存器为v68,数据类型为float。“当前稳定”的寄存器为v60,数据类型为float。 下面我们以当前温度设置为例来说明变量设置的步骤和方法。图5-7为变量“当前温度”基本属性设置图，变量类型设置为IO实数，连接设备为PLC，寄存器为v60，数据类型是float。 图5-7当前温度基本属性设置 图5-8为变量“当前温度”报警定义设置图，我们设置了当前温度低于60度时，报警当前温度太低。当前温度在60度到90之间时，报警当前温度偏低。当前温度大于105时，报警当前温度偏高。 图5-8 当前温度报警定义设置 图5-9为变量“当前温度”记录和安全区设置图，我们设置“记录”为数据变化记录，变化灵敏度设为1.这个主要是为历史趋势曲线服务的，若不设置这个，往往历史趋势曲线就出不来或者效果很差。 图5-9 当前温度记录和安全区设置 4.3 动画连接 打开主界面，双击“开始”按钮，出现如图5-10的动画连接画面。在按下时左边打沟，点击“确定”，出现命令语言输入窗口，在该窗口中输入图5-11所示的命令，再点击“确定”，就完成了“开始”按钮的动画连接设置。这样，点击“开始”后，系统就开始运行，此按钮就相当于PLC硬件图中的绿色启动开关。“停止”按钮的动画连接设置类似。 图5-10 动画连接 打开主界面，双击目前温度值下面的框，出现如图5-10所示的动画连接画面。在模拟值输出左边打钩，出现模拟值输出连接画面。点击表达式框右边的问号，选择变量“当前温度”。输出格式中设置整数位数为2，小数位数为1，显示格式设置为十进制，最后点击“确定”。这样，变量“当前温度”的动画连接设置就完成了。 打开主界面，双击“设定画面”按钮，出现如图5-10的动画连接画面。在按下时左边打沟，点击“确定”，出现命令语言输入窗口，在该窗口中输入图5-12所示的命令，再点击“确定”，就完成了“设定画面”按钮的动画连接设置。运行时，点击主界面中的“设定画面”就可以进入设定画面了。其他按钮的动画连接方法和“开始”按钮类似，只是输入的命令稍有不同。 到这里，整个人机界面（HMI）就完成了。 图5-11 开始按钮命令语言输入窗口 图5-12 设定画面命令语言输入窗口 第5章 系统运行结果及分析 完成了PLC程序设计和人机界面设计之后，进入系统运行测试阶段。首先在STEP7-MicroWin编程软件中将设计好的程序下载到PLC中，然后打开组态王，切换到运行模式。 5.1 系统运行 打开主界面，点击“开始”按钮，则开关变绿色，系统开始运行，目前温度值开始有数据显示，温度仪表上也显示了当前温度值。图6-1是当前温度为100.1度时的主界面。其中设定温度为100度。 图6-1 系统运行—主界面 打开主界面，点击“设定画面”按钮，则切换到设定画面。增益Kc、积分时间Ti、微分时间Td、采样时间、设定温度这几个变量的值也显示在画面上。本项目编写程序时用了PID指令向导，Kc设置了120，Ti设置了3分钟，Td设置了1分钟，则设定画面上也是现实同样的数据。如图6-2所示。 5.2 运行结果分析 5.2.1 温度趋势曲线分析 1）打开主界面，点击“实时趋势曲线”按钮，则切换到实时趋势曲线画面。画面中红色曲线表示设定温度，蓝色曲线表示当前温度。由实时趋势曲线图可知，系统运行后当前温度快速上升到95度，然后稍微缓慢上升到105度左右，最后下降到100度左右稳定下来。其中，当前温度值最大为105.5度，稳定后在98度到100.3度之间，与设定温度极为接近。可见，该温控系统超调量很小。图6-3是当前温度在95度到100度之间缓慢上升的阶段。 图6-2 系统运行—设定画面 2) 打开主界面，点击“历史趋势曲线”按钮，则切换到历史趋势曲线画面。如图6-4所示，画面中红色曲线表示设定温度，蓝色曲线表示当前温度。其中Y轴不是实际的温度值而是百分比。从曲线可以看出，开始时蓝色曲线快速上升，最后超出红色曲线一点，和它平行，最后差不多重合。由图6-4可知，该温度控制系统从开始运行到趋于稳定需要14分钟 20秒，系统反应快速，控制精确度高，抗干扰能力强。 图6-3 系统运行—实时趋势曲线 图6-4 系统运行—历史趋势曲线 5.2.2 报警信息分析 打开主界面，点击“报警窗口”按钮，则切换到报警窗口。如图6-5所示，当温度低于60度时，报警类型显示当前温度太低。当温度低于90时，显示当前温度偏低，当温度超过105时，显示当前温度偏高。经过测试，当设定温度为100度时，当前温度值最大为105.5度。由图6-5可知，当前温度为105.1度时，报警类型显示当前温度偏高；当前温度为60度时，报警类型显示当前温度偏低；当前温度为30.1度时，报警类型显示当前温度太低。可见，报警信息显示正确，从而为操作人员及时了解系统运行情况提供了很大的帮助。 图6-5 系统运行—报警窗口 第七章 总结 PLC（可编程控制器） 以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、性价比高、体积小、能耗低等显著特点广泛应用于现代工业的自动控制之中。 PID闭环控制是控制系统中应用很广泛的一种控制算法，对大部分控制对象都有良好的控制效果。组态软件组态王因其简单易用的特点，在HMI设计中深受用户的喜欢而得到广泛的使用。 在西门子S7-200系列PLC和组态软件组态王的基础上，我们成功设计出了温度控制系统，该系统达到了快、准、稳的效果，也达到了预期的目标。再加上由组态王设计的人机界面，整个系统操作简单，控制方便，大大提高了系统的自动化程度和实用性。 该温度控制系统也有一些有不足的地方需要改进，编程时我们用了编程软件自带的PID指令向导模块，这样虽然方便，但是使得控制系统超调量和调节时间都稍微偏大，若不直接调用该模块，而是自己编写PID控制子程序的话，控制效果可能会更好。还有人机界面内容不够丰富，若再加上报表系统、打印功能的话，那就更完美了。 致 谢 本毕业设计及学位论文是在我的指导老师杨智老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。从上一学期开始写开题报告，接着去实验室做实验，以及平时资料的搜集，一直到现在毕业论文的最终完成，杨老师在每一个阶段都激励着我们前进。在其他同学还没有开始的时候，我们就已经在杨老师的细心指导下提前开始了这段难忘的日子。几个月以来，杨老师在指导我们做毕业设计时那种兢兢业业、孜孜不倦、无怨无悔的精神给我们留下了深刻的印象，使我们学到了很多书本上学不到的知识，使我们明白了很多书本上学不到的道理。在此谨向杨老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意，祝愿杨老师身体健康，工作顺利！ 感谢在大学期间教过我的各科老师，是你们的悉心教导才有我学业的进步和顺利的毕业，感谢你们！ 感谢在一起愉快的度过本科生涯的05自动化班的同学，感谢你们在学习和生活上给予我的帮助！ 感谢养育我二十几年的父母，谢谢你们! 毕业论文成绩评定记录 指导教师评语： 成绩评定： 指导教师签名： 年 月 日 答辩小组或专业负责人意见： 成绩评定： 签名（章）： 年 月 日 院系负责人意见： 成绩评定： 签名（章）： 年 月 日 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 指导教师签名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　 　 　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 指导教师评阅书 指导教师评价： 一、撰写（设计）过程 1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 指导教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日 评阅教师评阅书 评阅教师评价： 一、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 评阅教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日 教研室（或答辩小组）及教学系意见 教研室（或答辩小组）评价： 一、答辩过程 1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、学生答辩过程中的精神状态 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 评定成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 教研室主任（或答辩小组组长）： （签名） 年 月 日 教学系意见： 系主任： （签名） 年 月 日 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者（本人签名）： 年 月 日 学位论文出版授权书 本人及导师完全同意《中国博士学位论文全文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》(以下简称“章程”)，愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》中全文发表和以电子、网络形式公开出版，并同意编入CNKI《中国知识资源总库》，在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益。 论文密级： □公开 □保密（___年__月至__年__月）(保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 作者签名：_______ 导师签名：_______ _______年_____月_____日 _______年_____月_____日 独 创 声 明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律后果由本人承担。   作者签名: 二〇一〇年九月二十日   毕业设计（论文）使用授权声明 本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。 本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。 （保密论文在解密后遵守此规定）   作者签名: 二〇一〇年九月二十日 致 谢 时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。 首先非常感谢学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。本次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。 首先，我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感谢。 其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。 另外，我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。 最后，我要感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。 四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。 回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。 学友情深，情同兄妹。四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。 在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。 最后，我要特别感谢我的导师***老师、和研究生助教***老师。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，给了我很多解决问题的思路，在此表示衷心的感激。老师们认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得论文能够及时完成，这里一并表示真诚的感谢。 致 谢 这次论文的完成，不止是我自己的努力，同时也有老师的指导，同学的帮助，以及那些无私奉献的前辈，正所谓你知道的越多的时候你才发现你知道的越少，通过这次论文，我想我成长了很多，不只是磨练了我的知识厚度，也使我更加确定了我今后的目标：为今后的计算机事业奋斗。在此我要感谢我的指导老师——***老师，感谢您的指导，才让我有了今天这篇论文，您不仅是我的论文导师，也是我人生的导师，谢谢您！我还要感谢我的同学，四年的相处，虽然我未必记得住每分每秒，但是我记得每一个有你们的精彩瞬间，我相信通过大学的历练，我们都已经长大，变成一个有担当，有能力的新时代青年，感谢你们的陪伴，感谢有你们，这篇论文也有你们的功劳，我想毕业不是我们的相处的结束，它是我们更好相处的开头，祝福你们！我也要感谢父母，这是他们给我的，所有的一切；感谢母校，尽管您不以我为荣，但我一直会以我是一名农大人为荣。 通过这次毕业设计，我学习了很多新知识，也对很多以前的东西有了更深的记忆与理解。漫漫求学路，过程很快乐。我要感谢信息与管理科学学院的老师，我从他们那里学到了许多珍贵的知识和做人处事的道理，以及科学严谨的学术态度，令我受益良多。同时还要感谢学院给了我一个可以认真学习，天天向上的学习环境和机会。 即将结束*大学习生活，我感谢****大学提供了一次在农大接受教育的机会，感谢院校老师的无私教导。感谢各位老师审阅我的论文。 评估控制任务 存储单元 电源 输 出 接 口 中央处理单元CPU 输 入 接 口 PLC机型的选择 控制柜设计及布线 程序设计 联机调试 PLC安装 程序检查、调试 控制流程的设计 程序备份 修改软、硬件 模拟运行 投入使用 是否满足要求 烤炉 热电偶 固态继电器 EM231模块 P L C 计算机 开始 温度当前值和 设定值等显示 定时器控制 加热时间 PID输出转 换成占空比 调用PID模块 绿灯亮，系统运行 启动 PLC控制器 固态继电器 烤炉 温度模块 热电偶 Go(s) Gc(s) PAGE II _1303168119.unknown _1303168274.unknown _1303168163.unknown _1303168207.unknown _1303167965.unknown _1303168052.unknown _1303167987.unknown 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