综合设计型实报告

1、 综合性设计型实验报告加热炉温度检测与控制院系：班级：姓名：学号：综合性设计型实验报告系别： 班级： 13学年第 一 学期学号姓名指导教师课程名称 综合性设计型实验实验名称加热炉温度检测与控制实验类型设计性实验地点实验时间实验内容：（简述）通过本实验使学生深入理解控制系统的原理和结构，实验内容可由学生自行设计在老师的协助下进一步完善。利用组态软件设计一个加热炉温度量与控制的操作界面。并在实验箱上模拟一个对象，搭建相应的电路，实现温度量的检测等相应功能。实验目的与要求：通过组态软件、中泰PCI-8333信号采集卡及外围电路模拟工业加热炉的温度检测和控制。熟练掌握组态软件的界面设计和程序编号，数据

2、与板卡之间的通信。设计思路：（设计原理、设计方案及流程等） 1、确定与熟悉设计中采用的硬件设备的型号。 如何选择温度传感器与液位传感器，确定温度传感器与液位传感器的精度等技术参数。 2、选用组态王6.5软件设计组态画面。 3、设计将温度测控仪组态界面采用I/O变量与外部设备的连接。如何设置外部的开关量与非开关量的。关键技术分析： 1、 具有一定的理论基础。了解传感器检测方面的知识。了解组态软件的知识。具有一定的逻辑思维。懂得工艺流程。 2、 软件方面，了解北京亚控公司开发的组态王6.5软件，并懂得其内部的命令语言编程。 3、 硬件方面了解能运用数据采集卡（板卡），通信电缆，工控机，计算机。实验

3、过程：（包括主要步骤、成果介绍、代码分析、实验分析等）一、基于数据采集卡温度测控仪的设计中数据采集卡的选用1、PCI - 8333 多功能模入模出接口卡是一款基于PCI 总线的多功能数据采集卡, 适用于提供了PCI 总线插槽的PC 系列微机, 具有即插即用( PnP) 的功能,可选用目前流行的Window s 系列、高稳定性的U nix等多种操作系统以及专业数据采集分析系统Lab-VIEW 等软件环境。在硬件的安装上也非常简单, 使用时只需将接口卡插入机内任何一个PCI 总线插槽中并用螺丝固定, 信号电缆从机箱外部直接接入。PCI - 8333 多功能模入模出接口卡安装使用方便, 程序编制简单

4、。其模入模出及I/ O 信号均由卡上的37 芯D 型插头与外部信号源及设备连接。对于模入部分, 用户可根据实际需要选择单端或双端输入方式; 输入信号范围为0V 10V 或- 5V + 5V。对于模出部分, 用户可根据控制对象的需要选择电压或电流输出方式以及不同的量程。本卡上的A/ D、D/ A 转换均为12 位, 同时还备有16 路数字量输入和16 路数字量输出接口、3 路16 位字长的计数/ 定时器以及1MHz 的基准时钟。本卡的A / D 转换启动方式可以选用程序触发、定时器自动触发、外同步触发等, 转换状态可以用程序查询, 也可以用中断方式通知CPU 读取转换结果。2. 主要技术参数 2

5、.1 模入部分： 2.1.1 输入通道数：单端16路 * ( 标*为出厂标准状态，下同 ) 双端8路2.1.2 输入信号范围：0V10V*；-5V+5V 2.1.3 输入阻抗： 10M 2.1.4 A/D转换分辨率：12位 2.1.5 A/D转换速度：10S 2.1.6 A/D启动方式：程序启动/定时触发启动/外触发启动 2.1.7 A/D转换结束识别：程序查询/中断方式 2.1.8 A/D转换非线性误差：±1LSB 2.1.9 A/D转换输出码制：单极性原码*/双极性偏移码 2.1.10 系统综合误差： 0.1 F.S 2.2 模出部分：2.2.1 输出通道数：2路 2.2.2 输

6、出范围： 电压方式：05V；010V*；-5V+5V；-2.5V+2.5V；+1V+5V 电流方式：010mA；420mA 2.2.3 输出阻抗： 2 ( 电压方式 ) 2.2.4 D/A转换分辨率：12位 2.2.5 D/A转换输入码制：二进制原码 ( 单极性输出方式时 ) * 二进制偏移码( 双极性电压输出方式时 ) 2.2.6 D/A转换综合建立时间： 2S 2.2.7 D/A转换综合误差：电压方式： 0.1 F.S 电流方式： 0.5 F.S 2.2.8 电压输出方式负载电流： 5mA 2.2.9 电流输出方式负载电阻范围： 使用机内12V电源时：0250 外加24V电源时：0750

7、2.3 数字量输入输出部分： 2.3.1 DI：16路/DO：16路；TTL电平 2.4 定时/计数器部分： 2.4.1 16位字长计数/定时器：3路 2.4.2 基准时钟：1MHz，占空比50 2.5 电源功耗： + 5V(±10) 800mA +12V(±10) 50mA( D/A 电流方式输出，并使用机内电源时 ) 2.6 使用环境要求：工作温度：1040 相对湿度： 4080 存贮温度：-55+85 2.7 外型尺寸：( 不含档板 ) 外型尺寸(不含档板)：长×高175.0mm×106.7mm ( 6.89英寸×4.2英寸) 3. 工作

8、原理 PCI-8333模入模出接口卡主要由模数转换电路、数模转换电路、数字量输入输出电路，定时/计数器电路和接口控制逻辑电路构成。 3.1 模入部分外部模拟信号经多路转换开关选择后送入高速放大器处理。大器前后设有单/双端输入选择跨接器KJ1、KJ2 和转换码制选择跨接器KJ3，处理后的信号送入模 数 转 换 器 进 行 转 换。模 数 转 换 器 的 启 动可以使用程序启动方式或者定时器定时触发启动方式，也可用外部触发方式启动。其转换状态和结果可用程序查询和读出。转换结束信号也可用中断方式通知CPU进行处理。 3.2 模出部分 模拟量 输 出 部分由D/A 转换器件和有关的基准源、运放、阻容件

9、和跨接选择器组成。依靠改变跨接套的连接方式，可分别选择电压或电流输出方式以及不同的输出量程。当采用电流输出方式时，本卡可直接外接、型执行器。 D/A部分具有加电自动清零功能，当主机加电启动时，本卡将自动关闭D/A部分的基准源使D/A输出为最低。只有当用户对D/A1进行写操作时，本卡才打开基准源使D/A输出一个需要的信号。因此，在用户需要同时使用两路D/A的情况下，第一次操作时应先写D/A2后写D/A1，以后的操作则不再受此限制。 3.3 数字量输入输出部分数字量输入输出电路为用户提供16 路DI及16 路DO的信号，DO部分具备加电清零功能。 二、 利用组态王应用软件实现温度测控仪的测控界面2

10、.1 基于数据采集卡温度测控仪的变量数据词典的设定 变量的基本类型共有两类：内存变量、I/O变量。内存变量是指那些不需要和其它应用程序交换数据、也不需要从下位机得到数据、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”。I/O变量是指可与外部数据采集程序直接进行数据交换的变量，如下位机数据采集设备（如PLC、仪表等）或其它应用程序（如DDE、OPC服务器等）。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，该值就会自动写入下位机或其它应用程序；每当下位机或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

11、些从下位机采集来的数据、发送给下位机的指令，比如“温度测控量程”、“电源开关”等变量，都需要设置成“I/O变量”。本次设计（基于数据采集卡温度测控仪的设计）在组态王数据词典中设定的变量如图2.5所示。图2.5 组态王应用软件变量数据词典2.3 基于数据采集卡温度测控仪的监控车间画面的设计（1） 创建测控车间画面创建一个新的画面，取名为被测车间，如上面叙述的新建画面一样的过程。创建画面以后。可以按F2打开图库管理器，来寻找所需要的器件，如图2.6所示。图2.6 图库管理器在该组态工程被测画面中所选用的设备如表2.1所示。器件名称数量备注锅炉1容量300温度检测仪表3仪表量程：150；100；10

12、。管道若干宽度24正常工作指示灯3绿色低温工作指示灯3蓝色高温工作指示灯3红色温度传感器3时钟1电子水泵1升温按钮3降温按钮3锅炉进水阀门1锅炉放水阀门1地下水放水阀门1表2.1 被测画面图库选用设备一览表 测控车间界面的上升温度按钮的设置双击所选中的上升按钮，会出现按钮向导，如图2.7所示。图2.7 按钮向导在这一步，选中“按下时”出现如图2.8所示。出现“命令语言连接窗口”可以进行编程控制。其他测控温度仪表的升温按钮编程语句类似。图2.8 命令语言测控温度仪表1升温按钮编程 测控温度仪表1升温按钮：本站点测控温度仪表1=本站点测控温度仪表1+1； 测控温度仪表2升温按钮：本站点测控温度仪表

13、2=本站点测控温度仪表2+1； 测控温度仪表3升温按钮：本站点测控温度仪表3=本站点测控温度仪表1+0.1；（2） 降低温度按钮的设置制作方法与升温按钮方式一样。只不过是减去一定的值。 测控温度仪表1升温按钮：本站点测控温度仪表1=本站点测控温度仪表1-1； 测控温度仪表2升温按钮：本站点测控温度仪表2=本站点测控温度仪表2-1； 测控温度仪表3升温按钮：本站点测控温度仪表3=本站点测控温度仪表3-0.1；（3） 正常、低温、高温工作指示灯的制作双击所选中的工作的指示灯，如图4.9所示。会弹出“指示灯按钮向导”。可以改变颜色设置来确定正常、低温、与高温工作指示灯的颜色设定，并确定该指示灯在静止

14、时的正常颜色和报警工作状态中的颜色。选中“闪烁时”可以对指示灯地工作状态显示进行编程控制。其他工作状态指示灯的编程语句类似。图2.9 指示灯向导 测控仪表1正常工作指示灯：本站点测控温度仪表1>=90&&测控温度仪表1<=110，选用颜色为绿色。 测控仪表2正常工作指示灯：本站点测控温度仪表2>=40&&本站点测控温度仪表2<=60，选用颜色为绿色。 测控仪表3正常工作指示灯：本站点测控温度仪表3>=3.0&&本站点测控温度仪表3<=5.0，选用颜色为绿色。 测控仪表1低温工作指示灯：本站点测控温度仪表1<

15、;=89，选用颜色为蓝色。 测控仪表2低温工作指示灯：本站点测控温度仪表2<=39，选用颜色为蓝色。 测控仪表3低温工作指示灯：本站点测控温度仪表3<=2.9，选用颜色为蓝色。 测控仪表1高温工作指示灯：本站点测控温度仪表1>=111，选用颜色为红色。 测控仪表2高温工作指示灯：本站点测控温度仪表2>=61，选用颜色为红色。 测控仪表3高温工作指示灯：本站点测控温度仪表3>=5.1，选用颜色为红色。（4） 温度数值显示的制作利用组态王自带工具箱中的文本工具，如图2.10工具箱所示。图2.10 工具箱可以利用文本工具在画面中创建出“字体”。如果所需要的话，还可以对这

16、个字体进行双击，弹出动画连接换面，可以更改其输入与输出来使一串文字实时显示或输入出某变量的数值情况。如图2.11动画连接模拟出入、输出连接所示。图2.11 动画连接模拟出入与输出连接2.4 基于数据采集卡温度测控仪的监控画面的底层控制程序编写 if(本站点手自切换=0)/温度恒温控制编程if(本站点测控温度仪表1<=本站点温度测控仪表 &&本站点温度上升按钮=1)本站点测控温度仪表1=本站点测控温度仪表1+1;if(本站点测控温度仪表1<=本站点温度测控仪表) 本站点测控温度仪表1=本站点测控温度仪表1*1; if(本站点测控温度仪表1>=(本站点温度测控仪表

17、+1) &&本站点测控温度仪表1<=300) 本站点x=本站点测控温度仪表1-本站点温度测控仪表; 本站点测控温度仪表1=本站点测控温度仪表1-本站点x; if(本站点手自切换=1) /温度恒温控制编程 if(本站点测控温度仪表1<=本站点温度测控仪表 &&本站点温度上升按钮=1 ) 本站点测控温度仪表1=本站点测控温度仪表1+1; if(本站点测控温度仪表1<=本站点温度测控仪表) 本站点测控温度仪表1=本站点测控温度仪表1*1; if(本站点测控温度仪表1>=(本站点温度测控仪表+1) &&本站点测控温度仪表1<

18、=300) 本站点x=本站点测控温度仪表1-本站点温度测控仪表; 本站点测控温度仪表1=本站点测控温度仪表1-本站点x; /液位控制 if(本站点测控温度仪表1=0 &&本站点加热送温开始按钮=1 ) 本站点测控温度仪表1=本站点室内温度*1; if(本站点测控温度仪表3>=3 &&本站点测控温度仪表3<=5 && 本站点地下水水泵=1 && 本站点锅炉液位<300 &&本站点加热送温开始按钮=1 &&本站点手自切换=1) 本站点锅炉进水阀门=1; if(本站点锅炉进水阀门=1 &

19、amp;&本站点锅炉液位<300 &&本站点地下水水泵=1 &&本站点手自切换=1) 本站点锅炉液位=本站点锅炉液位+10; if(本站点锅炉液位=300 &&本站点手自切换=1) 本站点地下水水泵=0; 本站点锅炉进水阀门=0; 本站点测控温度仪表1=本站点测控温度仪表1+5; 本站点室内温度=本站点测控温度仪表1/2+10; if(本站点测控温度仪表1>90 &&本站点测控温度仪表1<150 &&本站点手自切换=1) 本站点锅炉放水阀门=1; 本站点锅炉液位=本站点锅炉液位-20; 本

20、站点测控温度仪表2=本站点测控温度仪表1/2; 本站点测控温度仪表1=本站点测控温度仪表1-1; 本站点室内温度=本站点测控温度仪表1/2+10; if(本站点测控温度仪表1<=90 &&本站点锅炉液位<300 && 本站点测控温度仪表3>=3 &&本站点测控温度仪表3<=5 &&本站点手自切换=1) 本站点锅炉放水阀门=0; 本站点地下水水泵=1; if(本站点测控温度仪表2>=55 &&本站点手自切换=1) 本站点锅炉放水阀门=0; if(本站点加热送温开始按钮=0 &&a

21、mp;本站点手自切换=1) 本站点锅炉放水阀门=0; 本站点锅炉进水阀门=0; 本站点地下水水泵=0; 本站点泄水阀门=1; if(本站点锅炉液位=0) 本站点泄水阀门=0; 本站点测控温度仪表1=本站点测控温度仪表1-1.5; 本站点测控温度仪表2=本站点测控温度仪表2-0.5; 本站点测控温度仪表3=本站点测控温度仪表3-0.1; 本站点室内温度=本站点室内温度-0.5; 本站点锅炉液位=本站点锅炉液位-2; if(本站点测控温度仪表1>=110 &&本站点锅炉液位<=300 &&本站点手自切换=1) 本站点锅炉放水阀门=0; 本站点锅炉进水阀门

22、=1; 本站点测控温度仪表1=本站点测控温度仪表1-10; if(本站点测控温度仪表1>本站点温度测控仪表 &&本站点锅炉液位<=300 &&本站点手自切换=1) 本站点测控温度仪表1=本站点测控温度仪表1-5; 本站点锅炉放水阀门=0; if(本站点测控温度仪表2>=60 &&本站点手自切换=1) 本站点测控温度仪表2=本站点测控温度仪表2-1; 三、将温度测控仪组态界面采用I/O变量与外部设备的连接3.1 组态王工程界面与数据采集卡通讯的基础设置在组态王6.5数据变量词典中，新建的变量名如果要与外部设备进行连接，就要设置外部

23、变量的I/O型变量。通过“新的I/O设备”与外部设备进行连接，这样才可以使数据采集卡与外部硬件设备进行通讯。进入组态王变量数据词典，选择想要设定的内部变量使其变成I/O变量与外部通讯。双击该变量。如图3.1所示。图3.1 定义变量进入“定义变量”选择框后，我们需要使各设备进行基本的连接，我们的组态王6.5软件中，在设备通讯方面很强大，所以要准确的定义相连的设备进行通讯，要求生产厂商和所采用的产品的型号一一对应。所以点击“连接设备”。进入“定义变量设置管理”选项。如图3.2所示。图3.2 定义变量设置管理选择要与外部连接的设备。因此选择右侧的工具栏，点击“新建”，然后选择“智能模块”，可以展开选

24、择你采用的设备的厂商与产品的型号，依次找出所连接的设备“PCI-8333”。经过设备配置向导，在这一步，请为要安装的设备制定地址。要使用默认值或按地址帮助按钮取得设备地址帮助信息。在这里是定的设备地址为0。点击“下一步”。进入通信参数设定窗口。 在这里当设备出现通信故障时，设定恢复策略。尝试恢复时间这里设置为5秒。最常恢复时间设置为5小时。然后点击“下一步”。进入设备安装向导最后的阶段。确定选择无误后点击“确定”按钮。设置好外部“新I/O设备” 变量后。在设置制定的数据词典变量，设置到这一步，该组态王工程模拟软件就与所使用的数据采集卡PCI-8333进行通讯上的连接了，如果要进一步的设置具体组

25、态王工程中哪个动画连接与数据采集卡的管脚通道口进行通讯。就要进一步设置，是输入还是输出通道。看所设定的是开关量还是非开关量。PCI-8333板卡对开关量与非开关量定义的通道口是不同的。对输入和输出通道也是不同的。3.2 组态王与数据采集卡通讯非开关量的设置在组态王6.5软件中，进入“数据词典”来定义我们的变量连接。通过数据采集卡安装软件的测试功能，我们可以通过 “数据测试显示窗口”观测到连接到的设备的最大值与最小值所对应的电压为多少。这样我们可以定义所连接设备的实际量程和应该连接的通道口。如图3.3所示。图3.3 设备测试根据数据采集卡“Advantech Device Text”窗口的变化，

26、可以确定所连接的液位传感器设备是连接在第2通道口，该液位传感器设备在最小量程对应的电压为1.1V，在最大量程对应的电压为1.8V。在组态王工程界面中，所采用的动画设备与实际的液位传感器和数据采集卡是可以进行通讯的。我们定义的“内部实数变量”变为“I/O型变量”要采用“I/O实数”的。最小值为0，最大值对应的为150，最小原始值为1.1，最大原始值为1.8。这些数据是刚刚通过数据采集卡测试窗口中所得到的。在连接设备中选择刚刚定义的“新I/O设备”寄存器选择板卡中的其中的一个输入通道端口。由于所设置的变量为I/O实数变量，而且传感器连接的是数据采集卡的第2通道口，所以设置寄存器的时候，应该设置为A

27、D02 （模拟量变为数字量端口）。数据类型的确定，可以根据“数据采集卡使用手册”中说明的，实数变量采用什么形式的数据类型，通过查看，确定为“FLOAT型”。这样该定义的I/O变量与外部设备就可以进行通讯了。如图3.4所示。图3.4 I/O实数型变量的设置3.3 组态王与数据采集卡通讯开关量的设置在定义外部开关量的设置为“I/O整型变量”时要结合“数据采集卡测试窗口”来定义。来确定数据采集卡中每个通道口对应的十进制数是多少才可以对组态王工程模拟软件中定义的设备进行准确关联。因为PCI-8333数据采集卡开关量一共含有2个通道口，一共16个输出端口。DO0与DO1这2个寄存器通道。DO0通道为低八位输出，DO1通道为高八位输出。在“数据采集卡测试窗口”中可以观察到每个端口的每个点开关对应的十六进制数。用户可以通过“数据采集卡测试窗口”中的“Digital output”窗口中按动界面中的方框，方便得将向对应的输出通道设为高输出