利用组态王模拟温度控制资料

1、 精品资料、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

2、。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。 精品资料目录第一章概述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 于其具

3、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（HM）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（HM）在自动控制领域的作用日益显著。 HM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 FX2NPL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模拟量输入模块转换成数字量信号

6、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。PL（和HM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。2.2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-4A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

7、，通过温度变送器将模拟量转换为标 准1-5 V的电压信号。转换后的标准电压信号通过 FX2N-4A的 A/D器 转换为PLC可以识别的数字量。FX2NPL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:Q1L N 三 *24-24X1FX2n -48RCOM3 Y0Y1Y2A24V-+24-24FX2n -4ADV+V-+5VO路功调管闸晶1水箱温度信 温度变送器下位机设计接线原理图水箱220V MAX:10C2.

8、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，再送到变送器。 本次设计选用 Pt100 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WZP一体化温度变送器，WZP一体化温度 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。

9、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. PLC 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

10、多的小型 PLG FX2n系列PLC是该系列中功 能最强、速度最快的微型 PLC有RAM, EPRO和EEPROM FX2系 列PLC的特点超高速的运算速度0.08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FX2NT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

11、量程为 DC-10V-+10V和 420MA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

12、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。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

13、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（

14、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。下面详细介绍每个画面的设计方法。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

15、历史趋势曲线也是一样。点击“停止”按钮，系统运行结束,同时开关变红色报警窗口实时趋势曲线参数设覺历史趋势曲线图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“ 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。立碎旧 M!=|im WE71 Ham- UftHI实时谥度曲线絶曰却图2-3-4实时趋势曲线2.3.3历

16、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。2.3.4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

17、主界面”按钮，即可形成如图2-3-6 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2-3-5历史趋势曲线 报警记录窗口和口 H事惮ti.rmFFimtks mTV I? MlIlRl 3r) ,： 沽jLbYSiilHt3 * tf/ S.：. : MIf 4? W IT-1Tdii 1医19“亦応:圖i世.7 ： 泌la:l一LiflliTH!*1己1口| ELflliTflH:口 IL3UHl! |图2-3-6报警窗口2.3.5

18、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Kp积分时间Ti、微分时间Td、采样时间、温度输入等 参数的值。2.3.6 变量设置打开工程浏览器， 点击“数据词典”，再点击“新建”建立“温 度”、“输入阀”、“输出阀”、“指示灯”、“ Kp”、“ Ti”、“ Td”、“温度输入”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I/O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“温度”的寄存器为 INCREA200, 数据类型为SHOR。下面我们以温度设置为例来说明变量设置

19、的步骤和方法。图 2-3-7 为变量“温度”基本属性设置图， 变量类型设置为 I/O 实数， 连接设备为新IO设备，寄存器为INCREA200数据类型是SHORT图2-3-7温度基本属性设置图2-3-8为变量“温度”报警定义设置图，我们设置了当前温度低于10度时，报警当前温度太低。当前温度 10度到50之间 时，报警当前温度偏低。当前温度大于 190时，报警当前温度偏图2-3-8温度报警定义设置图2-3-9为变量“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2-3-9当前温

20、度记录和安全区设置2.3.7动画连接打开主界面，双击“停止”按钮，出现如图 2-3-10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2-3-11所示的命令，再点击“确定”，就 完成了“停止”按钮的动画连接设置。这样，点击“停止”后， 系统就开始运行。图2-3-10动画连接打开主界面，双击目前温度值下面的框，出现如图2-3-10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“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“温度”的动画连接设置就完成了。打开主界面，双击“温度控制”按钮，出现如图2-3-10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2-3-12所示的命令，再点击“确定”， 就完成了“温度控制”按钮的动画连接设置。运行时，点击主界 面中的“温度控制”就可以进入设定画面了。其他按钮的动画