利用组态王模拟温度控制

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1、、八、-、八前言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三菱公司FX2N系列的可编程控制器和亚 控公司的 组态软件组态王的某一对象温度控制系统的设计方案。编程

2、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目录 第一章概述 2 第二章总方案32.1系统框图 32.2 下位机设计42.2.1 元件选择 62.3 上位机设计-82.3.1 监控主界面-92.3.2 实时趋势曲线-102.3.3 历史趋势曲线112.3.4 报警窗口 112.3.5 设定画面 122.3.6 变量设置-132.3.7动画连接 15第三章总结 17第四章参考文献-17第一章概述温度控制在电子、冶金、机械等工业领域应用非常广泛。由于其

3、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。目前，仍有相当部分工业企业在用窑、 炉等烘 干生产线，存在着控制精度不高、炉内温度均匀性差等问 题，达不到工艺 要求，造成装备运行成本费用高，产出品品质低下, 严重影响企业经济效益，急需技术改造。近年来，国内外对温度控制器的研究进行了广泛、深入的研 究，特 别是随着计算机技术的发展，温度控制器的研究取得了巨 大的发展，形成 了一批商品化的温度调节器，如:职能化PID、模糊控制、自适应控制等，其性能、控制效果好 ，可广泛应用于温度 控制 系统及企业相关设备的技术改造服务。在工业自动化领域内，PLC （可编程控制器）以其

4、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。目前的工业 控制中,常常选用 PLC 作为现场的控制设备，用于数据采集与处理、 逻辑判断、输出控制；而上 位机则是利用 HMI 软件来完成工业控 制状态、流程和参数的显示，实现 监控、管理、分析和存储等功能。 这种监控系统充分利用了 PLC 和计算 机各自的特点，得到了广泛的 应用。在这种方式的基础上设计了一套温度 控制系统。以基于 PLC 的下位机和完成 HMI 功能的上位机相结合，构建成 分布式控 制系统,实现了温度自动控制。此外，随着工业自动化水平的迅速提高，用户对控制系

5、统的 过程监 控要求越来越高，人机界面（HMI ）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，深受广大用户的喜欢。 人机界面 （HMI ）在自动控制领域的作用日益显著。 HMI 正在成 为引导工业生产 制造走向成功的重要因素，因为这些系统越来越 多的用于监控生产过程， 让过程变得更加准确、简洁和快速。第二章总方案2.1系统框图系统整体设计方案及硬件连接图。系统选用 FX2NPLC 为控制 器，Pt100 型热电偶将检测到的实际炉温转化为电压信号，经过 FX2N-4A

6、D 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 2-1 所示。p2.2 下位机设计根据对系统设计内容的分析，确定控制系统所需要的输入输出 点数为 1/3点。选用FX2N系列PLC,输入输出点数的分配如表2-1所示，由于系 统必须对温度信号进行采集和控制，还必须使用到 模拟量输入/输出模块 FX2N-4AD 模块、晶闸管跳功模块、温度变 送器。整个硬件系统的原理图 2-2 如下：下位机总框图 2-2分析简述工作流程：通

7、过热电偶对被测对象进行温度测量，将 测 量的结果送到温度变送器，通过温度变送器将模拟量转换为标 准 1-5V 的电压信号。转换后的标准电压信号通过FX2N-4AD的A/D器转换为 PLC可以识别的数字量。FX2NPLC检测到来自 A/D转换后的信号，通过 内部的程序进行比较和运算将所得的控制信 号输出给固态继电器。固态 继电器按照原先设定的准则进行工作 从而控制阀门的开或关，以实现蒸 汽量的进或出从而使被控对象 得到预期的控制。电器原理图如下图所示:LN三*24-24x1+24-24下位机设计接线原理图2.2.1元件的选型1.温度传感器温度传感器是用来检测水温的， 他将温度信号转换为电信号，再

8、送到变送器。本次设计选用Ptioo铂电阻作温度传感器，铂电阻的阻值变化范围为 100.0-138.5欧，经变送器转换 后输出4-20mA电流。2. 温度变送器温度变送器，专应于热电阻或热点偶，将温度转换成4-20MA的电流信 号。本次选用WZPB 体化温度变送器，WZPB 体化温度变送器是温度传 感器与变送器的完美结合，以十分简捷的方式把-200+1600 C 范围内的温 度信号转换为二线制420mA DC的电信号传输给显示仪、调节器、记录 仪、DCS等，实现对温度的精确测量和控制。一体化温度变送器是现代工业 现场、科研院所温度测控的更新换代产品，是集散系统、数字总线系统的 必备产品。3. P

9、LC控制器本次设计中，我们将采用FX2n系列PLC,FX系列PLC为单元 型，内含CPU、电源和固定搭配的输入/输出。Q4AR系列为双 机热备系列，最大输入 输出点数为8192点。A系列PLC的最大 输入输出点数为2048点。F系列程 控器的最大输入输出点数为256点。三菱小型FX 2 （ N）系列程控器的输 入输出点最大不超过256点。每台主机可连模入、模出、高速记数、定位 等特殊功能模块，不超过8个。FX系列在日本三菱的姬路制作所生产。目 前FX系列PLC为中国内地销量最多的小型PLCoFX2n系列PLC是该系列中 功能最强、速度最快的微型PLC。有RAM, EPROM和EEPROM FX

10、2N系列PLC 的特点超高速的运算速度008微秒.比FX2的0.48微秒快六倍容量极大 8K步（最大16K步）比FX2大四倍机体小型化 比FX2小50% 兼容FX2 的编程设计备有多种不同的FX2N扩展单元及特殊模块. 输入输出点数的分配表表2-1功能键设定辅助继电器输出继电器阀门1的控制M0Y0阀门2的控制M1Y1停止加热控制M2Y2总停控制SB1 （外部元件）X0 （内部地址）根据设计要求，本次设计选用模拟量输入模块FX2N-4AD ,该模块用4个12位模拟量输入通道，输入量程为DC-10V+10V和4 20MA,转换 速度为15MS/通道或6MS/通道（高速）。4.调压器调压器是应用晶闸

11、管（又称可控硅）及其触发控制电路用于调整负 载功率的盘装功率调整单元。本次设计选用PAD-37系列SCR晶闸管作为交流调压器，PAD37系列晶闸管调功器”通过对电压、电流和功率的精确控制，从而实现精密控温。并且凭借其先 进的数字控制算法，优化了电能使用效率。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 Mach ine In terface）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

12、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。2.3上位机设计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Wince、罗克韦尔公司的RsView 及国产的组态王、力控等。在本温度控制

13、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 6.5.1 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 2-3-2 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。09治幵E IS斥F

14、ZK3WV* ea進王137M0-b3； St(Tg dr-no 1 *1 - -t! r AKFW住工疳剧謁亍二FMJM祢iF 面详细介绍每个画面的设计方法。*的左石石畔鼻E*益初TSm 岛冋X (3d Wl W驚M图 2-3-1 新建工程图 2-3-2 新建画面2.3.1 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“停 止”，“温度输 入”和“退出”按钮以及报警窗口、参数设置、实时趋势曲线、历史趋势曲线等按钮。完整的主界面如图 2-3-3 所 示。运行组态王后，开关变绿色，系统开始运行，目前温度值下 面的方框

15、和仪表上都显示当前温度值。点击“温度控制”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。F7* vlkH F話抿警窗LI宾时趋知曲线希故说骨历史墙势曲线图 2-3-3 温度控制界面2.3.2 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2-3-4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2-3-4实时趋势曲线2.3.3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2-3-5所示的历史趋势曲线画 面。系统运行时，画面上会记