基于PLC的温度监测.doc

毕业设计论文 0 目目 录录 目目 录录.1 第第 1 章章 概述概述.1 1 课题的背景.1 2 国内外研究的现状.1 第第 2 章章 背景知识背景知识.3 2.1 组态软件简介.3 2.1.1 组态王（Kingview）软件的功能.4 2.2 PLC 简介.5 第第 3 章章 炉温监测与控制系统方案炉温监测与控制系统方案.7 3.1炉温监测与控制系统功能要求.7 3.2.1 组态软件.7 3.2.2 可编程控制器（PLC）.7 3.2.3 炉温模块.11 第四章第四章 炉温监测与控制系统实现炉温监测与控制系统实现.14 4.1监测部分的实现.14 4.1.1 用组态王建立应用程序项目的一般过程.14 4.1.2 计算机监测系统简介.16 4.2控制部分的实现.18 4.2.1 可编程控制器概述.18 4.2.2 可编程控制器各部分的作用.20 4.2.3 PLC 特殊内部继电器列表.23 4.2.4 可编程控制器 PID 算法.26 4.2.5 可编程控制器部分语句介绍.27 4.3炉温模块与 PLC 的通讯.30 4.3.1 A/D 转换电路.30 第第 5 章章 系统测试与展望系统测试与展望.34 51 系统测试.34 52 对系统的评价.34 结结 论论.36 致致 谢谢.37 毕业设计论文 1 参考文献参考文献.38 毕业设计论文 0 第第 1 章章 概述概述 1 1 课题的背景课题的背景 计算机监测控制系统是指具有数据采集、监测、控制功能的计算机系统，加上监 测装置、执行机构与被监测控制的对象（生产过程）共同构成的系统。在这个系统中， 计算机直接参与被控对象的检测（monitor） 、监督（supervise） 、控制（control） 。 计算机监测控制系统广泛应用于钢铁、化工、环保、国防、航天技术、工业水处 理、工矿企业、商业、金融机构、政府机关及教育、卫生、住宅小区等重大领域，几 乎所有行业都不同程度在采用各种监测、监控设备，有的监测控制系统技术已相当先 进，设备十分完善。有人说：计算机控制系统已渗透到每个国家的政治、经济活动的 一切领域，甚至管理国家的事务，监测全球范围内某些参数或现象。 当然，温度作为一个在国民生产过程的重要参数，就不可避免的需要对其进行控 制。对温度值精度的控制直接影响到所生产的产品的质量。所以，对温度的控制是个 不可忽视的问题。本课题研究的目的就是要应用计算机控制技术对温度进行监测与控 制。本课题研究的基本思想是，采用可编程控制器 PLC、工业自动化组态软件技术， 结合实验室条件，设计出一个温度监测与控制系统，以期达到对温度模块的温度值的 监测与控制的目的。 2 2 国内外研究的现状国内外研究的现状 PLC，CAD/CAM 和机器人被称为工业自动化的三大支柱。20 世纪 80 年代美国的工 业市场调查报告中指出，在常规技术应用领域，批量过程控制有 91%采用 PLC，计算机 控制中有 79%采用 PLC，单元控制器中有 92%采用 PLC，在高技术应用领域，机器人中 有 29%用 PLC，人工智能系统有 21%用 PLC，可编程运动控制中有 45%用 PLC，自动仓储 检索系统有 21%用 PLC，视觉检验系统有 30%采用 PLC。 另有一份关于美国 1989 年分散控制系统（DCS）的调研报告指出，以 PLC 为基础 的 DCS 占整个 DCS 销售额的 20.9%，仅次于典型意义的 DCS 系统（占 57.3%） ，而以较 多的百分点领先于以 PC（个人计算机）为基础的 DCS 系统（占 7.4%） 。由上述数字可 以看出：PLC 作为通用型工业控制装置，从 20 世纪 80 年代中期开始就已跨越其替代 继电控制设计思想的初衷，向更广泛意义的工业自动化方向、向过程控制领域，以及 许多高新技术应用领域发展。 我国在 PLC 的应用方面已经取得了一些可喜的成绩，如上海宝钢一、二期工程中 就 PLC 使用达 857 台，武钢和首钢等大型钢铁企业也都使用了许多台 PLC。此外，PLC 在旧设备的技术改造方面也应用广泛，单是经济效益就已十分可观。 毕业设计论文 1 在产品的引进消化方面，随着我国改革开放政策的实施，从 1982 年开始，先后 有天津、厦门、无锡、大连、上海、北京等地的仪表厂、无线电厂和研究所等单位和 美国、德国、日本等 PLC 的制造厂商进行了合资或引进技术、生产线等，在仿制和国 产化方面已经做了大量的工作，并努力开发符合中国国情的新产品，满足国内对 PLC 的需求。 应该清楚地意识到，与国外 PLC 技术发达的国家相比，我国 PLC 的研制水平还较 低，特别是要在提高器件的生产质量上下大功夫。因此，借鉴国际先进技术促进我国 尽快研制出具有自主知识产权、多品种、高档次的 PLC 是提高我国的工业控制水平的 迫切任务。 毕业设计论文 2 第第 2 章章 背景知识背景知识 2.12.1 组态软件简介组态软件简介 组态软件是利用系统软件提供的工具，用户通过简单的形象组织组合工作，即可 实现所需的软件功能。 组态（Configuration）为模块化任意组合。通用组态软件特点： 延续性和可扩充性。用通用组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬 件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需要做很多修改而方便 地完成软件的更新和升级； 封装性（易学易用） ，通过组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使 用的方法包装起来，对于用户，不需要掌握太多的编程语言技术（甚至 不需要编程技术） ，就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能； 通用性，每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设 备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的 I/O Driver、开放 式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处 理、历史数据和曲线共存。具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行 业限制。 “组态王 6.5”计算机监控软件，它是在 PC 机上流行的建立工业控制对象人机 接口的一种智能软件包，它以 Windows98/Windows2000/WindowsNT4.0 中文操作系统作 为其操作平台，充分利用了 Windows 图形功能完备，界面一致性好，易学易用的特点， 与其它工业自动化软件相比，在许多方面更加适合中国用户的特点和需求。它采用 PC 机开发的系统工程比以往使用专用机开发的工业控制系统更有通用性，大大减少了工 控软件开发者的重复性工作，并可运用 PC 机丰富的软件资源进行二次开发。 组态王 6.5 完全基于网络的概念，支持真正客户-服务模式和 Internet/Intranet 浏览器技术，并且是一种可伸缩的柔性结构，根据网络规模大小， 可以将不同站点设计成 I/O 服务器、报警服务器、数据服务器、登陆服务器、校时服 务器、客户机等，在系统扩展和变化时，有着极大的灵活性。组态王 6.5 设计成全冗 余结构。在五个层面上提供了冗余：IO 通讯冗余、双设备冗余、双网冗余、双机冗余、 双系统冗余。 组态王 6.5 为一个完全意义上的软件平台，允许用户进行功能扩展和发挥，它是 一个 ActiveX 容器，无须编程即可将第三方控件直接连入组态王中；组态王 6.5 不仅 是 OPC 客户，还是 OPC 客户，还是 OPC 服务器，可向任意支持 OPC 客户的软件提供数 毕业设计论文 3 据；组态王 6.5 中的报警信息可直接输出到带 ODBC 接口的数据库中，如 Acess、SQL Sever 等。 组态王 6.5 设计了报表系统和图库系统。可与 Excel 相媲美的內嵌式报表，功能 强大，使用方便；所有图库全部更新。具有动态改变图形外观的动画精灵；图形系统 增加了无限色彩和过渡色；通讯系统中 增加在线连接；故障诊断、过程拨号以及许多 使用的辅助工具。组态王 6.5 已达到或超过国外高档进口软件几乎所有的功能，而且 在许多方面更加适合中国用户的特点和需求。 “组态王 6.5”软件包由工程浏览器（TouchExplorer） 、工程管理器 （ProjManager）和画面运行系统（TouchView）三部分组成。在工程浏览器中可以查 看工程的各个组成部分，也可以完成数据库的构造、定义外部设备等工作；工程管理 起內嵌画面管理系统，用于新工程的创建和已有工程的管理，画面的开发和运行由工 程浏览器调用画面制作系统(TOUCHMAK)和工程运行系统(TOUCHVIEW)来完成的。 (TOUCHMAK)是应用工程的开发环境。在这个环境中完成画面设计、动画连接等工 作。(TOUCHMAK)具有先进完善的图形生成功能；数据库提供多种数据类型，能合理的 提取控制对象的特性；对变量报警、趋势曲线、过程记录、安全防范等重要功能都有 简洁的操作方法。 PROJMANAGER 是应用程序的管理系统。PROJMANAGER 具有很强的管理功能，可用 于新工程的创建及删除，并能对已有工程进行搜索、备份及有效恢复，实现数据词典 的导入和导出。 TOUCHVIEW 是“组态王 6.5”软件的实施运行环境，在应用工程的开发环境中建 立的图形画面只有在 TOUCHVIEW 中才能运行。TOUCHVIEW 从控制设备中采集数据，并 存在于实时数据库中。它还负责把数据的变化以动画的形式形象表示出来，同时可以 完成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视功能，并按实际需求记录在历史数据库中。 2.1.12.1.1 组态王（组态王（KingviewKingview）软件的功能）软件的功能 （1）基本人机界面功能 组态王作为一种应用软件，有很好的人机界面，为客户提供了丰富的快速应用设 计的工具，便利的集成开发环境。 （2）强大通讯功能 “组态王”把每一台与之通讯的设备看作是外部设备，目前能连接 PLC、智能仪 表、板卡、模块、变频器等几百种外部设备，为实现和外部设备的通讯，组态王内置 了大量设备的驱动作为组态王与外部设备的通讯接口。见图 2-1。在运行期间，组态 王就可通过驱动接口和外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据指令。 毕业设计论文 4 图 2-1 计算机与外部设备通讯 组态王的大部分驱动程序采用组件（COM ）技术,这种方式驱动和组态王构成一个完 整的系统，即保证了运行系统的高效率，也使系统有很强的扩展性。 组态王与 I/O 设备之间的数据交换采用五种方式：串行通讯方式、DDE 方式、板 卡方式、网络节点方式、人机接口卡方式。由于本次毕业设计使用的是串行通讯方式， 所以支队串行通讯方式作介绍。 串行通讯方式是组态王与 I/O 设备之间最常用的一种数据交换方式。串行方式使 毕业设计论文 5 用“组态王计算机”的串口，I/O 设备通过 RS-232 串行通讯电缆连接到“组态王计算 机”的串口。如果计算机拥有多个串口，就可以同时与多个 I/O 设备进行连接。组态 王最多可与 32 个串口设备相连。 2.22.2 PLCPLC 简介简介 可编程控制器（PLC）一种在继电器基础上发展起来的数字运算操作的电子系统， 专为在工业环境下应用而设计；它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序， 执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术操作等面向用户的指令；并通过数字式 或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备， 都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 可编程控制器的主要特点是：可靠性高、编程方便、易于使用、控制能力强、扩 展及外部连接极为方便。 目前，PLC 的使用已经成为了现代化设备的象征，成为工业控制的主要手段和重 要的基础控制设备之一，在未来的工业生产中，PLC 技术、机器人和计算机辅助设计、 制造技术（CAD/CAM）技术将成为实现工业自动化的三大支柱。 可编程控制器实质是一种工业控制专用计算机，其组成与一般计算机基本相同。 PLC 主要有中央处理器，存储器，输入单元，输出单元，电源等部分组成。对于整体 式结构 PLC，所有部件都封装在同一机箱内；对于组合式结构 PLC，各功能部件独立封 装，通过总线相互连接，安装在机架的插槽内。 被 控 对 象 采样 设备 检测 装置 执行 装置 编程器 计算机 可编程 终端或 外围设 备 开关量输 入模块 开关量输 出模块 模拟量输 入模块 其他模块 如（温控 模块） 模拟量输 出模块 系 统 总 线 主控模块 （CPU、存 储器、用户 存储器、通 信接口等） 电源 模块 毕业设计论文 6 图 2-2 可编程控制器硬件框图 第第 3 章章 炉温监测与控制系统方案炉温监测与控制系统方案 3.13.1炉温监测与控制系统炉温监测与控制系统功能要求功能要求 目前，我们学院自动控制系专业实验室所使用的计算机控制技术实验箱是使用单 片机和生产厂商自行设计开发的系统来实现实验功能的。由生产商场自行设计开发的 系统是运行在 DOS 环境下的。对于广大接触计算机都是从 Windows 视窗界面开始的人 来说，他们已经习惯于“一鼠走天下” ，而 DOS 环境下，都是键盘操作 ，势必会带来 诸多的不便之处。所使用的软件是用 VB 语言编写的，画面上不太美观，且不便于直观 的观测。且,目前流行监测软件是组态软件.组态软件之所以流行,就是因为他克服了以 上所举出的这些不便之处。可编程控制器（PLC）具有编程软件采自易学易懂的梯形图 语言、控制灵活方便、抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点。综上所述，采用使用组 态软件监测、PLC 控制的方式来实现对温度模块的监测与控制。能够实现对温度模块 的即时温度进行显示和对其进行一定精度的控制。 在组态画面上，能够随时监测温度的变化并采用曲线显示。使其能够直观的表示 出来，方便于使用者的观测。 3.23.2系统开发环境分析系统开发环境分析 3.2.13.2.1 组态软件组态软件 目前的计算机监控系统中，制作上位机的监控程序方法有很多种，如 VB、VC 等可 视化编程工具制作控制界面，调用 MSCOMM 控件或利用 WindowsAPI 函数进行上下位机 串口通讯：或直接利用工业组态软件来制作上位机程序。虽然本系统涉及的变量不是 很多，但因为工业组态软件有很多其他方法所不具备的优点，所以，选用工业组态软 件来开发。当今流行的组态软件很多，如 INTOUCH、FIX 组态王、虎翼、开物 2000 等， 其中组态王 6.5 性价比高，网络通讯功能比较完善，能满足本系统要求，故采用之。 3.2.23.2.2 可编程控制器（可编程控制器（PLCPLC） 可编程控制器（PLC）一种在继电器基础上发展起来的数字运算操作的电子系统， 专为在工业环境下应用而设计；它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序， 执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术操作等面向用户的指令；并通过数字式 毕业设计论文 7 或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备， 都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 可编程控制器特点如下： 可靠性高； 编程方便、易于使用； 控制能力强； 扩展及与外部连接极为方便。 一体化的可编程控制器在硬件结构上通常分为三大部分：CPU 板、I/O 板和电 源，此外还有系统软件和外围接口。 可编程控制器的软件分两大部分：系统软件与用户程序。系统软件由 PLC 制 造商固化在机内。用以控制可编程控制器本身的运作。用户程序由可编程控制器的 使用者编制并输入，用于控制外部被控对象的运行。 目前应用中常见的可编程控制器有欧姆龙 OMRON 系列、西门子 S7-400 系列、 三菱 FX2 系列、松下 FP2 系列、松下 FP3 系列、松下 FPE 系列、松下 FPX 系列、东 芝 EX 系列等。本系统采用松下公司的 FPX 系列，其硬件可靠、稳定性好、性价比高。 (1)通用串行通信时通信环境的设定 编程口初始设定为计算机链接模式。通信时，对于编程口的速率或者传送格式 的设定要通过编程工具 FPWIN GR 来进行。选择菜单栏的选项（O） PLC 系 统寄存器设置 ，单击编程口设置 。 毕业设计论文 8 图 3-1 (2)计算机链接时的通信环境设定 对于 USB 端口的通信设置要通过编程工具 FPWIN GR 来进行。选择菜单栏的选项 （O） P 系统寄存器设置 ，单击COM2 口设置 。 PLC 系统寄存器设置对话框 毕业设计论文 9 图 3-2 使用 FPX 的 COM1 口与组态王通讯时，还可采用 PPI 协议，通 过编程软件搜索通讯参数为：9600,8,1，偶校验。组态王中通讯参数设置与其一致。 在组态王中定义设备时选择：松下 FP3,设备地址与 PLC 中一致。一般来讲，当 PLC 与 计算机串口 RS232 相连接后，组态王会自动进行连接。所以，也可以不对组态王设备 COM1 进行设置。 1 1、 串行通讯方式串行通讯方式 任何具有串行通讯接口的 I/O 设备都可以采用此方式。大多数的可编程控制器 (PLC)、智能模块、智能仪表采用此方式。 串行口是计算机与外部设备进行数据交换的重要介质，其具有连接简单、使用方 便、数据传输可靠等优点，因此在工业监控、数据采集和实时控制系统中得到了广泛 的应用。在进行串行通讯设计时，为了保证通信的正常工作，因此很有必要对 RS-232 协议进行简单的介绍。RS-232 协议并未定义连接器的物理特性，目前常用的连接器主 要有 DB-25 和 DB-9。 图 3-3 最简单的情况下，组态王计算机与一个 I/O 设备相连，I/O 设备使用标准的 RS-232 电 缆与计算机主机后面的串口连接。 毕业设计论文 10 图 3-4 串行通讯方式是组态王与 I/O 设备之间最常用的一种数据交换方式。串行通讯方 式使用“组态王计算机”的串口，I/O 设备通过 RS232 串行通讯电缆连接到“组态王 计算机”的串口，组态王最多可与 32 个串口设备相连。 图 3-5 串行通讯方式 串口类逻辑设备实际上是组态王内嵌的串口驱动程序的逻辑名称，内嵌的串口驱 动程序不是一个独立的 Windows 应用程序，而是以 DLL 形式供组态王调用，这种内嵌 的串口驱动程序对应着实际与计算机串口相连的 I/O 设备，因此，一个串口逻辑设备 也就代表了一个实际与计算机串口相连的 I/O 设备。组态王与串口类逻辑设备之间的 关系如图 3-8 所示 毕业设计论文 11 图 3-6 3.2.33.2.3 炉温模块炉温模块 实验室使用的计算机控制技术实验箱所带的炉温模块，其温度检测检测元件采用 热敏电阻电阻 Rt，其阻值变化由双臂电桥变换成电压信号，经放大电路为 05V 信号， 送 A/D 转换器（ADC0809）转化成数字信号。系统采用双向可控硅应用过零触发方式， 在每个周期（与采用周期相等） ，控制输入电阻丝的正弦波个数，即通过控制输入电阻 丝平均功率的大小来达到控制温度的目的。其电路原理图如下图。 图 3-7 炉温模块电路原理图 温控炉的炉温信号采集主要靠热敏电阻来实现的。热敏电阻是用金属氧化物或半 导体材料作为电阻体的温敏元件。热敏电阻由正温度系数（PTC） 、负温度系数（NTC） 毕业设计论文 12 和临界温度（CTR）热敏电阻三种。它们的温度特性曲线如下图所示： 图 3-8 各种热敏电阻特性 温度检测用的热敏电阻主要是负温度系数热敏电阻，PTC 和 CTR 热敏电阻则利用 在特定温度下电阻值急剧变化的特性构成温度开关器件。 1 1、 测温原理测温原理 负温度系数热敏电阻的阻值与温度的关系近似表示为： 公式 3-1 ) 11 ( 0 0 )()( TT B eTRTR 式中 R(T)、R()为热敏电阻在温度为 T、时的电阻值；B 为取决于半导体材料和 0 T 0 T 结构的常数。 热敏电阻值变化由双臂电压变换成电流信号，经放大电路 05V 为信号，送 A/D 转 换器(ADC0809)转化为数字信号。系统采用双向可控硅应用过零触发方式，在每个控制 周期（与采样周期相等） ，控制输入电阻丝的正弦波个数，即通过控制输入电阻丝平均 功率的大小来达到控制温度的目的。 毕业设计论文 13 第四章第四章 炉温监测与控制系统实现炉温监测与控制系统实现 4.14.1监测部分的实现监测部分的实现 （1）工程管理器主要用于组态王工程的管理，如新建工程、搜索工程、工程的备 份、工程的恢复、变量的导入导出、定义工程的属性等。 、 （2）工程浏览器是“组态王”软件的核心部分和管理开发系统，它将画面制作系 统中已设计的图形画面、命令语言、设备驱动程序管理、配方管理、数据报告等工程 资源进行集中管理，并在一个窗口中进行树形结构排列，这种功能与 Windows98 操作 系统中的资源管理器的功能相似。 （3）组态王画面开发系统是应用程序的集成开发环境。工程人员在这个环境中完 成界面的设计、动画连接的定义等。画面开发系统具有先进完善的图形生成功能；数 据库中有多种数据类型，能合理的抽象控制对象的特性，对数据的报警、趋势曲线、 过程记录、安全防范等重要功能有简单的操作方法。利用组态王丰富的图库，用户可 毕业设计论文 14 以大大减少设计界面的时间，从整体上提高工控软件的性能。 （4）画面运行系统 TOUCHVIEW 是组态王软件的实时运行环境，用于显示画面 开发系统中建立的动画图形画面，并负责数据库与 I/O 服务程序（数据采集组件）的 数据交换。它通过实时数据库管理从一组工业控制对象采集到的各种数据，并把数据 的变化用动画的形式形象的表示出来，同时完成报警、历史记录、趋势曲线等监视功 能，并可生成历史数据文件。 （5） “组态王信息窗口”是一个独立的 Windows 应用程序，用来记录、显示组 态王开发和运行系统在运行时的状态信息。信息窗口中显示的信息可以作为一个文件 存于指定的目录中或是用打印机打印出来，供用户查阅。当工程浏览器、 TouchView、I/O 设备等启动时，一般会自动启动信息窗口。 4.1.14.1.1 用组态王建立应用程序项目的一般过程用组态王建立应用程序项目的一般过程 （1 1）制作图形画面）制作图形画面 用户可以为每个应用程序建立数目不限的画面，在每个画面上生成相互关联的静 态或动态图形对象。组态王提供类型丰富的绘图工具，还提供按钮、实时趋势曲线、 历史趋势曲线、报警窗口等复杂的图形对象。 组态王采用面向对象的编程技术，使用户可以方便地建立画面的图形界面。用户 构图时可以象搭积木那样利用系统提供的图形对象完成画面的生成。 （2 2）构造数据库）构造数据库 数据库的作用 数据库是“组态王”最核心的部分。在 TOUCHVIEW 运行时，工业现场的生产状 况要以动画的形式反映在屏幕上，操作者在计算机前发布的指令也要迅速的送达生 产现场，所有这一切都是以实时数据库为中介环节，所以说数据库是联系上位机和 下位机的桥梁。 数据库中变量的集合形象成为“数据词典” ，数据词典记录了所有用户可使用的数 据变量的详细信息。 在组态王软件中数据库分为：有实时数据库和历史数据。 数据词典中变量的类型 数据库中存放的是在制作时定义的变量以及系统与定义的变量。变量可以分为基 本类型和特殊类型两大类。基本类型的变量又分为“内存变量”和“I/O 变量”两类。 “I/O 变量”指的是需要“组态王”和其它应用程序（包括 I/O 服务程序）交换数 据的变量。这种数据交换是双向的、动态的，就是说：在“组态王”系统运行过程中， 每当 I/O 变量的值改变时，该值就会自动写入远程程序；每当远程应用程序中的值改 变时， “组态王”系统中的变量值也会自动更新。所以，那些从下位机采集来的数据、 毕业设计论文 15 发送给下位机采集来的数据、发送给下位机的指令，比如“温度”需要设置成“I/O 变量” 。那些不需要和其他应用程序交换、只在“组态王”内需要的变量，比如计算过 程的中间变量，就可以设置成“内存变量” 。 基本类型的变量也可以按照数据类型分为离散型、模拟型、长整数型和字符串型。 内存离散变量、I/O 离散变量：类似一般程序设计语言中的布尔（BOOL）变量， 只有 0、1 两种取值，用于表示一些开关量。 内存型变量、I/O 实型变量：类似一般程序设计语言中的浮点型变量，用于表示 浮点数据，取值范围 10E-3810E+38，有效值 7 位。 内存整数变量、I/O 整数变量：类似一般程序设计语言中的有符号长整形变量， 用于表示带符号整型数据，取值范围-21474836482147483647。 内存字符串型变量、I/O 字符串型变量：类似一般程序设计语言中的字符串变量， 可用于记录一些有特定含义的字符串，如名称，密码等，该类型变量可以进行比较运 算和赋值运算。 特殊变量类型有报警窗口变量、报警组变量、历史趋势曲线变量、时间变量四种。 这几种特殊类型的变量正式体现了“组态王”系统面向工控软件、自动生成人机接口 的特色。 在本系统中，定义了内存整形变量“温度递增”用于追踪显示温度。定义了 I/O 整数“Kp” ，其具体设置：连接新 I/O 设备，寄存器 D110，数据类型 SHORT。定义 了 I/O 整数“Ti” ，其具体设置：连接新 I/O 设备，寄存器 D112，数据类型 SHORT。 定义了 I/O 整数“Td” ，其具体设置：连接新 I/O 设备，寄存器 D114，数据类型 SHORT。 （3 3）定义动画连接）定义动画连接 动画连接时在画面的图形对象与数据库的数据变量之间建立一种关系，当变量的 值改变时，在画面上以图形对象的动画效果表示出来；或者由软件使用者通过图形对 象改变数据变量的值。 组态王提供了 21 种动画连接方式。一个图形对象可以同时定义多个连接，组合 成复杂的效果，以便满足实际中任意的动画显示需要。 （4）运行和调试）运行和调试 在组态王软件的实时运行环境 TOUCHVIEW 中，运行和调试画面在换面制作系 统中建立的动画图形画面。 毕业设计论文 16 4.1.24.1.2 计算机监测系统简介计算机监测系统简介 （1）主界面 图 4-1 （2）部分介绍 图 4-2 毕业设计论文 17 这个画面是用来直观的表示设定值与实际值的比较。 （a） (b) 图 4-3 这两个画面是用来对温度设定的。系统运行起来后，可以点击“设定值”设定一 个初值。在“实测值”上会显示一个当前的温度值。 图 4-5 这是一个实时趋势曲线，用来实时显示温度的变化值。 4.24.2控制部分的实现控制部分的实现 4.2.14.2.1 可编程控制器概述可编程控制器概述 可编程控制器（PLC）一种在继电器基础上发展起来的数字运算操作的电子系 统，专为在工业环境下应用而设计；它采用一类可编程的存储器，用于其内部存 储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术操作等面向用户的指令； 并通过数字式或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器 及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成 一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 可编程控制器之所以越来越受到控制界人士的重视，是由于它具有令通用计 算机望尘莫及的特点。 应用简便： 安装简便。标准的积木式硬件结构与模块化的软件设计，使 PLC 不仅适应大 毕业设计论文 18 小不同、功能繁杂的系统控制要求，而且适应工艺流程变更较多的场合。它的安 装和现场接线简便，可按积木式扩充或缩减其系统规模，组合成灵活的控制系统。 程序简化。PLC 采用电气操作人员习惯的梯形图形式编程，直观易懂。因此， 程序开发速度快，而且程序的可读性强，软件维护方便。 操作方便，维修容易。工程师编好的程序十分清晰直观，只要写好操作说明 书，操作人员经短期培训，就可以操控 PLC 系统。另外，PLC 具有完善的监视和 诊断功能，对其内部工作状态、通讯状态、I/O 状态和异常状态等均有醒目的提 示。因此，操作和维修人员可以及时、准确地了解机器的故障点，迅速替换故障 模块或插件，使系统恢复正常。 可靠性高： PLC 的可靠性高，主要是因为它在硬件及软件两方面都采取了严格的措施。 在硬件设计方面，首先是选用优质器件，再者是合理的系统结构，加固简化安装， 使它具有较强的震动冲击功能。对印刷电路板的设计、加工及焊接都采取了极为 严格的工艺措施，而且在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。例如，在 输入、输出电路中都采用光电隔离措施，做到电浮空，既方便接地，又提高了抗 干扰性能，各个 I/O 端口除采用常规模拟器滤波以外，还加上数字滤波器；内部 采用了电磁屏蔽措施，防止辐射干扰；采用了先进的电源电路，以防止由电源回 路串入的干扰信号；采用了较合理的电路结构方式，一旦某模块出现故障，可以 在线插拔，调试时不会影响 PLC 的正常运行。 在软件设计方面也采取了很多特殊措施，设置了警戒时钟 WDT。系统运行时对 WDT 定时刷新，一旦程序出现了死循环，使之能立即跳出，重新启动并发出报警 信号。为了避免由于程序出错而导致的错误运行，每次扫描都对程序进行检查和 校验，一旦程序出错立即发出报警信号并停止运行。对程序及动态数据进行掉电 保护，随时对 CPU 等内部电路进行检测，一旦出错，立即报警。程序中还设置 对用户程序电路查错和报错的程序，错误的程序和参数不能运行。上述有效措施， 保证了 PLC 的高可靠性。所以 PLC 的平均无故障时间（MTBF）超过 45 万小时， 有些品牌的产品高达十几万小时以上。 此外，模块化插接方便、自诊断功能强等特点也使 PLC 的平均修复时间（MTTR） 缩短，再加上采取了一些特殊的系统设计思想（如大中型可编程控制器可以在线 更换 I/O 模块，不致影响整个系统运行） ，使得以 PLC 为基础的控制系统的可靠 性大大提高。 抗电磁干扰性能好，环境适应性强： PLC 是直接针对工业环境而设计的，产品在相当宽的环境温度（055 毕业设计论文 19 或 060） 、湿度（相对湿度90%） ，以及规定的机械振动冲击下，在规定的 电源电压与频率变化、电源瞬时中断、电源电压降低等因素作用下，均能正常工 作。因此，可直接安装在工业现场，不必采取另外的特殊措施。另外由于其结构 精巧，所以耐热、防潮、抗震等性能也很好。 功能完善： PLC 的基本功能包括逻辑运算、定时、计数、数制换算，步进控制等。其扩 展功能还有 A/D 和 D/A 转换、PID 闭环回路控制、高速计数、通信联网、中断控 制及特殊功能函数运算等功能，可以通过上位机进行显示、报警、记录、人机对 话，使控制水平大大提高。 PLC 的主要功能如下： 条件控制：PLC 具有逻辑运算功能，可以代替继电器进行开关量控制。 限时控制：PLC 具有定时功能，为用户提供由定时指令控制的若干个定时器进 行限时控制和延时控制。 计数控制：PLC 具有计数功能，它为用户提供了可用指令 设置计数值的若干的计数器。计数值可在运行中读出和更改。 步进控制：PLC 具有步进控制功能，只有在前道工序完成后才能转入下道工序， 实现步进控制。 A/D 和 D/A 转换：完成对模拟量的控制和 PID 回路调节。 数据处理：PLC 具有数据处理功能，如并行运算、并行数据传送、十进制码的 算术运算等。 通信和联网：PLC 采用通信技术，实现远程 I/O 控制和 PLC 之间的同级链接， 以及与上位机的上位链接，构成一台计算机与多台 PLC 的“集中管理、分散控 制”的分布控制网络，完成大规模的复杂控制。 对控制系统进行监控：操作人员可以通过监控命令监控系统的运行状况，调 整定时器计数器设定值。此外，还有报警功能，所以它的适用性强。 自诊断功能：PLC 可以在线诊断本系统的软硬件状况，诊断机器和生产过程的 状况。 存储功能：PLC 具有较强的存储功能。在 PLC 中，存储器件一般都采用氧化物 半导体器件，容量可从几 KB 到几 MB，程序存储器和部分数字存储器具有掉 电保护数据的功能。 此外，PLC 还具有智能外围接口：大中型 PLC 具有功能很强的智能外围接口， 这些接口具有独立的处理器和存储器。作为专用的工业外围接口，它们具有某种 特殊功能，例如，独立进行闭环调节，可用于温度控制、位置控制，也可以用于 连接显示终端、打印机等。有了智能外围接口，可以大大地增强单台机器的功能。 毕业设计论文 20 易于实现网络化： 可编程控制器可连成功能很强的网络系统。网络可分为两类：一类是低速网 络，采用主从式通信，传输速率从几 Kbps 到几 Mbps，传输距离 5002500m；另 一类是高速网络，采用令牌传送方式通信，传输速率 110Mbps，传输距离 5001000m，网上结点可达 1024 个。这两类网络可以级连，网上可兼容不同类型 的 PLC 和计算机，从而组成控制范围很大的局部管控网络。 4.2.24.2.2 可编程控制器各部分的作用可编程控制器各部分的作用 1. 中央处理器CPU 和一般微机一样，CPU是PLC的运算和控制核心，控制其他所有部件的运行，功能 相当于人的大脑。CPU有运算器，控制器和寄存器等组成，通过地址总线，数据总线和 控制总线与存储器，I/O接口。CPU主要完成以下功能： (1) 从存储器中读取指令 CPU从地址总线上给出地址，从控制总线上给出读命令，从数据总线上得到读出 的指令，并存入CPU的指令寄存器中。 (2) 执行指令 对存入指令寄存器的指令操作码进行译码，执行指令规定的操作，包括：用扫描 工作方式采集从现场输入装置送来的状态和数据，并存入输入映象寄存器中，进行逻 辑运算或算术运算；根据运算结果存储相应数据，并更新有关标志位和输出映象寄存 器；将存于数据寄存器中的数据和处理结果送至输出接口电路；响应各种外部设备的 工作请求等等。 (3)处理中断 CPU除了能按顺序执行程序外，还接受内部或输入输出接口发来的中断请求，并 进行中断处理，当中断处理完毕，再返回断点地址，继续顺序执行程序。 (4)自诊断功能 诊断PLC电源，内部电路的工作状态等。 小型PLC一般采用8位微处理器，大型PLC很多采用16位微处理器或双微处理器， 使之工作速度更快，更可靠。 2.存储器 存储器是具有记忆功能的半导体电路，一般由存储体，地址译码电路，读写控制 电路和数据寄存器组成，用来存放系统程序和用户程序。所谓系统程序，是指完成PLC 各种控制功能的程序，只和机器硬件有关，由制造厂家编写。由于系统程序在PLC运行 过程是不变动的，一般固化到只读存储器中；所有用户程序，是使用者根据所控制的 生产过程和工艺要求编写的程序，由用户通过编程装置输入到读写存储器中，用户程 毕业设计论文 21 序允许修改。 (1)只读存储器 ROM中存放的系统程序主要包括以下内容： 检查程序。PLC上电后，首先由检查程序检查PLC各部分的运行是否正常，并将检 查结果显示出来； 键盘输入处理程序。解释，执行用户从键盘上发出的命令，将用户输入的程序送 到RAM中； 程序语言翻译程序。将用户使用PLC编程语言编写的控制程序翻译成计算机能够 识别的机器代码程序，并对用户程序进行语法检查； 监控程序。根据实际控制的需要调用相应的内部程序。 中小型PLC多使用EEPROM做只读存储器。 (2)读写存储器 读写存储器又称随机存储器，存储单元中的内容可根据需要随时读出和写入，读 出时，存储内容不会丢失；写入时，原存储内容被新写入的信息覆盖。RAM中一般存放 用户程序和逻辑变量。所谓逻辑变量是指输入寄存器，输出寄存器，内部辅助寄存器， 定时/计数器等。 CPU存储器保持 CPU提供了一个EEPROM来永久保存用户程序，选择的数据区以及CPU的组态数据； CPU提供了一个超级电容器，在CPU掉电时保