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1、基于基于 PLCPLC 和组态王的温度控制系统的设计和组态王的温度控制系统的设计目目 录录第一章 系统及工控机的设计与选择 1.1 系统整体设计方案 1.2 系统硬件各部分选型 1.3 传感器 Pt100 的选型设计 1.4 温度变送器选型设计 第二章 PLC 和 HMI 基础 2.1 可编程控制器基础 2.1.1可编程控制器的产生和应用 2.1.2可编程控制器的组成和工作原理 2.1.3可编程控制器的分类及特点 2.2 人机界面基础 2.2.1人机界面的定义 2.2.2人机界面产品的组成及工作原理 2.2.3人机界面产品的特点 第三章 PLC 控制系统硬件设计 3.1 PLC 控制系统设计的
2、基本原则和步骤 3.1.1PLC 控制系统设计的基本原则 3.1.2PLC 控制系统设计的一般步骤 3.2 PLC 的选型与硬件配置 3.2.1PLC 型号的选择 3.2.2S7-200 CPU 的选择 3.2.3EM231 模拟量输入模块 3.2.4热电式传感器 3.3 I/O 点分配及电气连接图 3.4 PLC 控制器的设计 3.4.1控制系统数学模型的建立 3.4.2PID 控制及参数整定 第四章 PLC 控制系统软件设计 4.1 PLC 程序设计方法 4.2 编程软件 STEP7-Micro/WIN 概述 4.2.1STEP7-Micro/WIN 简单介绍 4.2.2梯形图语言特点 4
3、.2.3STEP7-Micro/WIN 参数设置（通讯设置） 4.3 程序设计 4.3.1设计思路 4.3.2控制程序流程图 4.3.3梯形图程序 4.3.4PID 指令向导的运用 4.3.5语句表（STL）程序 第五章 基于组态王的 HMI 设计 5.1 人机界面（HMI）设计5.1.1监控主界面 5.1.2实时趋势曲线 5.1.3历史趋势曲线 5.1.4报警窗口 5.1.5设定画面 5.2 变量设置 5.3 动画连接 4 第六章 系统运行结果及分析 6.1 系统运行 6.2 运行结果分析 6.2.1温度趋势曲线分析 6.2.2报警信息分析 第七章 总结 参考文献摘摘 要要可编程控制器是一种
4、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。编程时调用了编程软件STEP 7 -Micro WIN中自
5、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。关键词关键词：温度控制 可编程控制器 人机界面 组态AbstractProgrammable Logic Controller (PLC) is a kind of automatic control equipment which is widely used in the industrial manufacture. It merges the traditional control t
6、echnology, computer and communication technologies with a strong ability to control, flexible operation, high reliability and suitable for long-term characteristics of continuous work. It is very suitable for temperature control requirements.In the industrial field, with the rapid increase in the de
7、gree of automation, it is more and more important to monitor the process of control system for the users. The emergence of human-machine interface meets the needs of users. Man-machine interface can comprehensively monitor the control system, including process monitoring, alarm, data logging and oth
8、er functions, so that the control systems have become user-friendly operation, 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 (
9、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
10、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 have good stability, which is the advantage of the control system.
11、This control system has been widely used in the industrial temperature control field.With the continuous development of automatic science and technology, high-precision, intelligent, user-friendly temperature control system is the inevitable trend of development at home and abroad.Keywords: Temperat
12、ure Control PLC HMI Kingview第一章第一章系统及工控机的设计与选择系统及工控机的设计与选择1.11.1 系统整体设计方案系统整体设计方案1.1.11.1.1 系统整体设计原理系统整体设计原理 要实现计算机控制，外部的设备（检测机构和执行机构）都是采用的模拟量信号，但是计算机不能识别模拟量信号，只能识别是数字量信号，所以要实现计算机控制必须实现模拟量信号到数字量转换和数字信号到模拟量信号的转换3。因此，根据设计要求，本设计以 IPC 板卡为核心，外加研华 610H 工业控制计算机、Pt100 温度传感器、SBWZ 温度变送器等其它外围设备搭建硬件线路构成一个单闭环温度控
13、制系统；用工业控制计算机作控制器，通过 IPC 板卡的温度采集、模数转换和功放输出，搭建用数据采集板卡进行现场温度数据采集和用功放输出板卡进行输出控制的硬件线路，用工控机的组态软件编写板卡温度量采集与监控程序并设计 PID 控制算法，并用组态软件编制组态界面实现温度的显示控制，可以实时监测当前温度，并进行温度的实时控制，实现在 0-100温度范围内控制精度为0.5的温度控制。系统具体组建方案：电加热锅炉中水的当前温度经过 Pt100 热电阻测量后得到对应电阻值变化，传送到 SBWZ 温度变送器，得到 4-20mA 的电流信号，经串联一个 250 的电阻，得到 1-5V 模拟电压信号，通过研华的
14、 PCL-818L 板卡的 A/D 转换，将采集外部温度传感器和变送装置测量现场得到的电压信号转换为计算机可识别的数字量信号，送入计算机，本设计用 VB 来读取这个数字量信号。为达到预期目标温度，选择控制算法，用组态软件自带的控制模块编写一个数字 PID 程序，对系统进行 PID 参数的调节，寻找最好的适合系统的最佳的PID 参数的值。实现对输入的信号的分析处理，然后通过组态王控制算法 PID算法程序进行运算调整，得出 PID 控制器的输出值，经康拓 IPC5373 板卡的D/A 转换，将数字量信号转换成低压继电器可识别的开关量信号，输出控制中间继电器。中间继电器为接触器给定控制信号，接触器的
15、通断则执行了对加热过程的控制，实现控制继电器的接通与断开时间，进而控制电加热锅炉的接通与断开来达到控制水温的目的，从而实现对锅炉温度的实时控制。如图 1 所示为计算机温度监控系统的原理框图。A/D 转换 PCL818L接线端子温度变送器PT100锅 炉加热器接触器低压继电器IPC5373工 控 机图 1 计算机温度监控系统原理框图根据控制要求，温度单回路控制系统的控制参数是电加热锅炉中水的温度，课题设计要求实现的目标是电加热锅炉中水的温度达到设定值。在这里以研华610H 工业控制计算机作为控制器，Pt100 热电阻作为温度传感器，SBWZ 温度变送器，PCL-818L 板卡和 IPC5373
16、板卡分别作为信号输入和控制输出单元，完成系统的 A/D 和 D/A 转换，电磁低压继电器、交流接触器作为执行器，电加热丝为被控对象4。1.1.21.1.2 系统设计过程流程图系统设计过程流程图 在系统设计过程中，首先应考虑控制任务中需要解决或重点探究的地方，根据任务需求，选择系统设计中需要的硬件和软件。在外围硬件电路搭建完成之后，根据硬件编写合适的控制程序。然后就可以进入到调试环节，调试，修改，调试，修改。从而达到所需要的控制效果。在本次系统设计中，评估控制任务的目的是为了考虑现场实际应用和控制要求、任务，从而确定系统设计的最后可行性方案。在方案设计完成以后，就需要选用一定的硬件和软件了，硬件是系统的肉体，软件是系统的灵魂，两者结合才会是一个完美的系统设计。在硬件中，对各部分的选型，对硬件的学习、了解等都是前期必须要掌握的内容，掌握好每个部分，才能够将部分联系成整体。将整体系统连接起来以后，开始联机调试，发现未处理、未考虑到的问题及时的处理，那么这套系统就可以完成了。系统设计图如图 2 所示。1.21.2 系统硬件各部分选型系统
