PLC的远程温控制系统的设计与调试

1、封面作者： PanHongliang仅供个人学习中国计量学院本科毕业设计（论文）基于 PLC 的远程温度控制系统的设计与调试The Design and Development of aPLC-basedRemote TemperatureControllerSystem学生姓名学号学生专业测控技术与仪器班级二级学院计量测试工程学院指导教师中国计量学院二00八年六月郑重声明本人呈交的毕业设计论文，是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中 已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作 权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献

2、的其他个人和集体， 均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单 位。学生签名：日期：分类号：TP273密 级：公开UDC:62学校代码：10356中国计量学院本科毕业设计（论文）基于PLC的远程温度控制系统的设计与调试The Design and Development of aPLC-basedRemote TemperatureControllerSystem作者学号申请学位工学学士指导教师学科专业测控技术与仪器培养单位中国计量学院答辩委员会主席评阅人二八年六月致谢在此我要衷心感谢我的指导老师XX在这次毕业设计期间对我在学习上和生活 上的细心指导和帮助。从她那儿我得到了许

3、多对于有用的资料和信息，对我完成毕 业设计任务有很大的帮助。在此学习期间她不仅教导了我相关的专业知识，更教导 了我在科研学习工作中的钻研精神和专业品质。此外，我也十分感谢热工检测实验室，提供了实验设计所需的设备和场地，同 时也要感谢实验室的各位老师和同学，他们在我的设计实验过程中给予了许多宝贵 的指导和帮助。基于PLC的远程温度控制系统的设计与调试摘要： 在许多现代工业生产中，温度控制都是要解决的问题之一，对于很多危险 或者无需人力控制的领域，我们可以用远程控制，在办公室里就可以对现场进行监 控，即方便又安全。随着电子技术的发展,可编程序控制器(PLC)已经由原来简单 的逻辑量控制,逐步具有了

4、计算机控制系统的功能。本文提出了采用组态软件和可编程控制器组成一个比较简单、通用的远程温度 控制系统。可编程控制器的一个优势就是可以很方便的改写其中的程序以满足不同 的工艺， 尤其在工艺改进时优势更加明显。组态软件则可以提供一个符号现场的直 观人机友好界面。文章着重介绍了组态软件和可编程控制器在温度控制设计中应 用， 描述了使用可编程控制和计算机一起组成控制功能完善的控制系统的一般设计 方法和过程。关键词： 远程控制；温度控制；组态软件；编程控制器.中图分类号：TP273.The Design and Development of a PLC-basedRemoteTemperatureCon

5、troller SystemAbstract:In many modern manufacturingproductions, temperature control is one of the most problems to be solved. Inmanydangerous or no human required control areas, we can use remote controlin the office,which will be able to monitor the scene,which is convenient and safe. With the deve

6、lopmentof electronic technology, programmable logic controller (PLC) has developed from simplelogic of control, and gradually with a computer control system.This paper presents configuration software and programmable logic controllers to forma relatively simple, universal remote temperature control

7、system. The PLC takes anadvantage that can be easily adapted from one of the procedures to meet the differenttechnology, particularly in the process improvement. Configuration software can provide asymbolic scene of the friendly and intuitive man-machine interfaces. The article focused onthe configu

8、ration software and programmable controllers in the design of temperaturecontrol, describes the use of programmable control and computer components to improvethe control of the general control system design methods and processes.Keywords: remote control。temperature control。configuration software。pro

9、grammablelogic controller (PLC).Classification:TP273目次基于PLC的远程温度控制系统的设计与调试I目次II1绪论41.1问题的提出41.2国内外研究状况41.3研究方法61.4研究意义72 PLC控制系统的硬件组成72.1欧姆龙CPM2AH功能简介72.1.1性能和功能72.1.2基本系统配置112.1.3结构与操作122.2 MAD01模拟量I/O单元15 2.2.1使用模拟量I/O单元152.3串口通信163组态王软件简介173.1组态王程序组成员173.2制作一个工程的一般过程184系统的设计与调试204.1设计思路204.2下位机的设

10、计与调试214.2.1 PLC的程序设计214.2.2问题及解决方法224.3上位机的设计与调试224.3.1组态王工程的建立和调试224.3.2问题及解决方法234.4上位机与下位机的通信连接234.4.1通信的实现234.4.2问题及解决方法235结论24参考文献24作者简介26学位论文数据集2601 绪论1.1 问题的提出许多领域都需要对温度的监控，如工厂的生产设备、化工领域、航空航 天、农作物的种植和储存、实验室等等。有很多领域的温度可能较高或较低,人无法靠近或现场无需人力来监控，我们可以用远程监控,坐在办公室里就可以对现场进行监控，又方便又节省人力12。随着电子技术的发展,可编程序控

11、制器(PLC)已经由原来简单的逻辑量控 制，逐步具有了计算机控制系统的功能3。在现代工业控制中，PLC占有了很 重要的地位，它可以和计算机一起组成控制功能完善的控制系统。在许多行业 的工业控制系统中，温度控制都是要解决的问题之一。如塑料挤出机大都采用 简单的温控仪表和温控电路进行控制，存在控制精度低、超调量大等缺点，很 难生产出高质量的塑料制品4。在一些热处理行业都存在类似的问题。为此， 设计较为通用的温度控制系统具有重要意义，具体系统参数或部分器件可根据 各行业的要求不同来进行调整。1.2 国内外研究状况通常由位式或时间比例式温度调节仪控制的工业加热炉温度控制系统，其 主回路由接触器控制时因

12、为不能快速反应，所以控温精度都比较低，大多在几 度甚至十几度以上5。随着电力电子技术及元器件的发展，出现了以下几种解 决的方案：1、主回路用无触点的可控硅和固态继电器代替接触器，配以PID或模糊逻辑控制的调节仪构成的温度控制系统，其控温精度大大提高， 常在2C以内，优势是采用模糊控制与PID控制相结合，对控制 范围宽、响应快且连续可调系统有巨大的优越性6。2、采用单片机温度控制系统。用单线数字温度传感器采集温度数据,打破了传统的热电阻、热电偶再通过A/D转换采集温度的思路。用单 片机对数字进行处理和控制，通过RS - 232串口传到PC机对温度进 行监视与报警，设置温度的上限和下限。其优势是结

13、构简单，编程 不需要用专用的编程器，只需点击电脑鼠标就可以把编好的程序写 到单片机中，很方便且调试、修改和升级很容易73、ARM(Adva need RISC Mach ine)嵌入式系统模糊温度控制。利用ARM处理器的强大功能，通过读取温度传感器数据，并与设定值进 行比较，然后对温度进行控制。通过内嵌的操作系统卩CLinux获得极好的实时性，并且通过TCP/IP协议能与PC机很快的通讯。其优 势不只是温度控制精度高，而且能够通过现场跟远程两种方式来设 定控制温度。这三种温度控制系统分别有各自的不足，第一种灵活性不足，当生产工艺 改进或调整的时候对整个线路系统的更改比较麻烦，甚至需要重新排线建

14、立一 个系统，工程浩大。单片机温度控制系统在多点测量的时候扩展性不强，可靠性低，易受外界干扰，同时对超过100M距离的传输不足9，开发成本高，控制响应频繁对系统其 他部件如加热器等不利。ARM嵌入式温度控制系统对软件要求比较高，与网络技术结合紧密，适合 远程控制，但是开发复杂，并且对工程人员要求很高。如加热炉这样的大惯性系统，在采用PID调节模式时，其参数随物料的物理特性及质量而变，参数整定需要比较高的专业知识和经验，如果参数配置不 好也难获得好的效果，所以使用比较复杂10。在一些比较大的系统，或还有其 它控制目标的场合也常采用工业控制机和PLC(可编程逻辑控制器)，加上相应的温度转换摸块构成

15、温度控制系统，大多也采用PID或模糊逻辑控制模型。模糊控制过程包括以下部分11:(1)模糊化 将输入变量(温差和温差变化率)的精确值变换成其对应论域上的模 糊集；(2)模糊逻辑推理模仿人的思维特征，根据专家知识或控制经验取得的模糊控 制规则进行模糊推理，决策出模糊输出控制量；(3)反模糊化 对经模糊逻辑推理所得的模糊控制量进行模糊表决，把输出的模 糊量转化为精确量，作用于被控对象。通用的A/D转换模块如图1.1:图 1.1 通用 A/D 转换模块温控系统上述原理图有以下几个名词术语：计算机一一指的工业控制用计算机，也就是通常所称的上位机PLC-可编程控制器（Programmable Logic

16、 Controller），具备一定逻辑运算能力跟通信能力的工业现场机，也就是通常所称的下位机，与上位机保持通信 并且按设定好的程序进行逻辑控制。A/D转换模块一一进行模拟量数字量转换的组件，把连续的模拟量转换成计算 机能够处理的离散的数字量。变送器一一把热电阻/热电偶的阻值转换成标准的420mA的电流量或者010V的电压量。热电阻/热电偶一一利用温度阻值线性好的铂等金属制成的温度传感器。电压调整器一一根据输入信号的改变而改变输出电压的高低。加热器根据输入电压的高低而改变加热的强度。1.3 研究方法图 1.2 系统框图1、 温度数据采集原理。用PLC的A/D扩展模块MAD01来进行，温度模 块中

17、，测量输出一个010V的温度线性电压，通过设置PLC的扩展A/D模块， 把这个电压成数字量，程序周期地读取这些数字量，并将所读的这些数，与设定值进行比较。2、 数据处理部分用欧姆龙公司生产的CPM2AH型的可编程控制器。主要 负责数据处理和储存的工作。通过编制软件，对采集到的温度信号与设定值进 行比较处理，对有关操作信号进行联机操作。在用PLC和被控对象构成一个控制系统时，通常以下面几个步骤进行：1根据生产的工艺过程分析控制要求。如需要完成的动作（动作顺 序、动作条件、必须的保护和连锁等），操作方式（手动、自动、连续、 单周期、单步等）。2根据控制要求确定所需要的用户输入输出设备。选定PLC;

18、确定PLC的点数；分配PLC的I/O点，设计I/O连接图。此外，系统用到的计 数器、定时器等也要进行分配。3进行PLC的程序设计。对于复杂的控制系统，需要绘制系统控制流 程图，用以清楚地表明动作的顺序和条件，对于简单的控制系统，也可省 略。要设计好梯形图，这是关键的一步。4根据梯形图编制程序清单，用编程器将程序键入到PLC的用户存储器中，并检查键入的程序正确与否。5检查程序是否能正确完成逻辑要求，是否能完成得很好。如果不合要求，对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。6保存程序。1.4 研究意义在现代工业生产中,许多领域都需要对温度进行监控，有很多领域的温度可 能较高或较低，人无法靠近或现场无

19、需人力来监控，我们可以用远程监控，坐 在办公室里就可以对现场进行监控。随着电子技术的发展,可编程序控制器(PLC )已经由原来简单的逻辑量控制，逐步具有了计算机控制系统的功能，在现 代工业控制中，PLC可以和计算机一起组成控制功能完善的控制系统1213。并 且，由PLC组成的控制系统可以方便的改写程序，以适应不同的生产需要，为 此，在现阶段设计较为通用的温度控制系统具有重要意义，具体系统参数或部 分器件可根据各行业的要求不同来进行调整。2 PLC 控制系统的硬件组成2.1 欧姆龙 CPM2AH 功能简介CPM2AH系列是欧姆龙公司的小型应用PLC在集散自动化系统中充分发挥 其强大功能。使用范围

20、可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控 制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用 领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。2.1.1性能和功能CPM2A的性能CPM2A在一个小巧的单元内综合有各种性能，包括同步脉冲控制，中断输 入，脉冲输出，模拟量设定，和时钟功能等。CPM2A CPU单元又是一个独立 单元，能处理广泛的机械控制应用，所以它是在设备内用作内装控制单元的理 想产品，完整的通信功能保证了与个人计算机、其它OMRON PC和OMRON可编程终端的通信。这些通信能力使用户能设计一个经济的分布生产系统。下 图2. 1是CPM2A

21、的结构示意图。图 2.1CPM2A 结构示意图(1)基本功能CPU单元类型：CPM2A是 一台设有20，30，40，或60内装I/O端子 的PC,有三种输出可用（继电器输出，漏型晶体管输 出和源型晶体管输出）和2种电源可用（100/240 VAC或24VDC）。扩展I/O单元：为使PC的I/O容量提高到最大的120点I/O,与CPU单元连接的扩展单元可多达3个。有三种扩展单元可 用：20点I/O单元,8点输入单元,和8点输出单元。将3个20点I/O单元与60内装I/O端子的CPU单元连 接就得到120点I/O的最大I/O容量。模拟量I/O单元：为提供模拟量输入和输出可连接多达3个模拟量I/O单

22、 元。每个单元提供2点模拟量输入和1点模拟量输 出,所以连接3个模拟量I/O单元就能得到最大的6点 模拟量输入和3点模拟量输出。（将模拟量I/O点与PID（）和PWM（）指令结合就能完成时间-比例控 制）。模拟量输入范围可以设置为010VDC,15VDC，或420mA;分辨率为1/256。（15VDC和420mA设定可以使用开路检测功能）。模拟 量输出 范围可 以设 置为010VDC,-1010VDC，或420mA;分辨率为1/256。CompoBus/S I/O链接单元：连接CompoBus/S I/O链接单元能使CPM2A成共同编程设：为CompoBus/S网络中的从站设备。I/O链接 单

23、元设有8个输入位（内部）和8个输出位 （内部）。CompoBus/S网络设有基于“PC +小型PC”配置的分布CPU控制。它是基于“PC +远程I/O”配置的早期分布I/O控制的 改进型。分布CPU控制使装置模块化，所以 设计可以标准化，可以提出特殊要求，在故 障事件中可以容易地更换模块。图 2.2 CompoBus/S I/O 链接示意图同样编程设备， 如编程器 和支持软件可以用 于C200H，C200HS，C200HX/HG/HE，CQM1，CPM1,CPM1A,CPM2C和SRM1 （-V2） PC,所以 可以有效地使用现有的梯形图程序资源。内置电动机控制能力同步脉冲控制：同步脉冲控制为

24、使外围装置的操作与主装置的同步提供（仅晶体管输出）了一个简单方法，输出脉冲频率可以被控制成输入脉冲频率的倍数，这就使外围装置（如供料传送 机）的速度能与主装置的速度同步。下图2.3即为同步脉冲控制的示意图。图 2.3 同步脉冲控制示意图高速计数器和中断：CPM2A计有五个高速计数器输入。一个响应频率20kHz/5kHz的高速计数器输入，与四个响应频率 为2kHz的高速计数器输入（在计数器方式下）。高速计数器可以用在四种输入方式中的任一 种：微分相位方式（5 kHz），脉冲+方向输入方 式（20 kHz），增/减脉冲方式（20 kHz），或递增 方式（20 kHz）。当计数与一设置值匹配或下降

25、在一规定范围内时，能触发中断。中断输入（计数器方式）可用递增计数器或递 减计数器（2kHz）并在计数与目标值匹配时触发 中断（执行中断程序）。（仅晶体管输出）10Hz10kHz脉冲（单相脉冲）的输出：的可变占空率（0100%占空率）的两种输 出。在用作脉冲+方向或增/减脉冲输出时，只能产生频率范围为10Hz10kHz的一种输出。（3）机械控制用的高速输入能力高速中断输入功能：有四个输入用于中断输入（与快速响应输入和计数方式的中断输入共用），最小输入信号宽度与50响应时间为0.3mso当一中断输入变为ON时，主程序停止而中断程序执行。快速响应输入功能：有四个输入用于快速响应输入（与中断输入和计数

26、方式的中断输入共用），能可靠地读出信号宽度 短到5的输入信号。脉冲输出的容易位置控制:晶体管输出CPM2A PC具有两个能产生在用作单相脉冲输出时，可以产生频率范围为10Hz10kHz的固定占空率的或频率范围为0. 1999. 9Hz稳定输入滤波器功能： 所有输入的输入时间常数都可以设置为1ms，2ms，3ms，5ms，10ms，20ms，40ms或80ms。信号抖动和外部噪声可以通过提高输入时间常数 来降低。(4)其它功能间隔计时器中断：间隔计时器可以设置在0.5和319,968ms之间，并能 设置为只产生一次中断(单次方式)或定时中断 (预定中断方式)。模拟量设定：CPU单元有两个控制器能

27、用于改变IR 250和IR 251中 的模拟量设定(0200BCD)，这些控制器可用来方 便地改变或微调机械设定，如传输带的暂停时间或 传送率。日历/时钟：内装时钟(精确度在1分钟/月之内)能从程序读出并示 出当前的年，月，日，周日和时间。时钟可以从编 程设备(如编程器)来设置或通过向上或向下滚动 到最近的分钟来调整时间。长期计时器：TIML()是一个长期计时器，寄存设置值高达99,990秒 (27小时，46分，30秒)。当与秒-小时转换指令(HMS()相结合时，长期计时器为控制装置的工 艺过程提供了一个简易方法。模拟量PID控制：模拟量I/O单元可以使用PID()指令来控制模拟量I/O。(5

28、)完善的通信能力 上位链接：通过PC的RS232C端口或外围端口可进行上位链接连 接。在上位链接方式下连接的个人计算机或可编程 终端可用于，如读/写PC的I/O存储器的数据或读/改变PC的操作方式的操作。下图2.4即为上位链接 的示意图。图 2.4 上位链接示意图无协议通信：TXD(48)和RXD(47)指令可用无协议方式与标准串行设 备交换数据。例如，从条形码阅读器接收数据或发 送数据到串行打印机。串行设备可连接到RS-232C端口或外围端口。下图2.5即为两种无协议通信的 示意。图 2.5 无协议通信示意图在1:1NT链接中，OMRON可编程终端(PT)可 以直接与CPM2A连接。PT必须

29、连接至RS-232C端口，它不可连接到外围端口。下图2.6即为高速1：1NT链接通信的示意。图 2.6 高速 1：1NT 链接通信示意图1:1PC链接：一台CPM2A可以直接与别的CPM2A，CQM1，CPM1，CPM1A,CPM2C,SRM1(- V2)，或C200HS或C200HX/HG/HE PC链接。1:1PC链接可 以进行自动数据链接连接。PC必须通过RS- 232C端口连接，它不可通过外围端口连接。 下图2.7即为1:1PC链接的示意图。图 2.71 : 1PC 链接示意图2 . 1 .2基本系统配置(1)独立CPU单元下图2.8为几种不同I/O点数的独立CPU单元PLC示意图。图

30、 2.8 独立 CPU 单元 PLC 示意图在这些PLC中不同型号的PLC的输出结构也有所不同，主要有继电器、漏 型晶体管、源型晶体管三种方式。(2) CPU单元和扩展单元最多有3个扩展单元可通过扩展I/O连接电缆与扩展连接器相连(如果NT-AL001适配器与RS-232C端口相连，则由于CPU单元电压限定在直流5VDC，所以只能连接一个扩展单元)。有三种型号的扩展单元可用：扩展I/O单元、 模拟量I/O单元、CompoBus/S I/O链接单元。下图2.9为CPU单元和扩展单元相连的示意图。图 2.9 PLC 扩展链接示意图一个60点I/O的CPU单元连接3个扩展I/O单元可以组成一个有12

31、0个I/O点（最大值）的PC。拥有6个模拟量输入和3个模拟量输出（最大值）的PC可连接3个模拟量I/O高速1：1NT链接通信：单元组成。（如果NT-AL001）适配器与CPU单元的RS-232C端口相连时，只能连接1个模拟量I/O单元。CompoBus/S I/O链接单元（从站单元）可与CPU单元相连。I/O数据（8点输入与8点输出）是在CPU单元与分配给CompoBus/S从站的区域之间传 送。（与从站交换的I/O数据是内部数据；无外部输入或输出端）。另外，有两点需要注意：一是可以同时连接不同类型的扩展单元。例如， 扩展I/O单元，模拟量I/O单元，CompoBus/S I/O链接单元可同时

32、连接到CPU单元；二是当一个NT-AL001适配器与RS-232C相连时，由于电源电压的限制 只能有1个扩展单元与CPU单元连接。图2.10和图2.11分别表示了三种扩展I/O单元以及其他一些扩展单元。图 2.10 三种扩展 I/O 单元示意图图 2.11 其他扩展单元示意图2.1.3结构与操作（1）CPU单元结构CPU单元中主要包括以下几个结构组成：I/O存储器程序在执行时读/写这存储器区域中的数据。部分I/O存储器含有反映PC输入输出状态的位。部分I/O存储器在电源上电时被清除，而其他部分被保 留。程序程序由用户编写，CPM2A循环执行该程序。 程序可粗分为两部分： 循环执 行的“主程序”

33、和只有当对应中断生成时才执行的“中断程序”。PC设置PC设置包括各种启动和操作参数。设置参数只能通过编程设备改变，不能 通过程序来改变。有些参数只有当PC电源上电时才被访问，而其他参数则在 上电后定期地被访问。对于那些只有当PC电源上电时才被访问的参数，必须 在断电再重新上电后才能设定新参数。通信开关通信开关确定外围端口RS- 232C端口是按标准通信设定还是按PC设置中 的通信设定操作。下图2.12即为CPU单元的内部结构图 2.12CPU 单元内部结构示意图(2)操作方式CPM2A CPU单元有以下三种操作方式：PROGRAM方式在编程方式下程序不会执行。该方式进行以下为程序执行作准备的操

34、作： 改写如PC设置内的那些初始/操作参数；写入，传送和检查程序；用I/O位强 制置位和强制复位来检查接线。MONITOR方式程序在MONITOR方式下执行并通过编程设备能进行以下操作：在线编 辑；监视操作期间的I/O存储器；强制置位/强制复位，改变设置值，在操作期 间改变当前值。一般来说，MONITOR方式用于程序调试，检测操作和进行调整。RUN方式在RUN方式下程序以正常速度执行。如在线编辑，I/O强制置位/强制复 位，改变设置值/当前值等操作不能在RUN方式下进行，但可以进行I/O位状 态监视。(3)启动时的操作方式当电源上电时CPM2A的操作方式取决于PC设置的设定和编程器的方式开 关

35、的设定(若接上编程器)。表2.1为几种不同情况下CPU的操作方式。表 2.1 CPU 启动时操作方式表PC 设置设定连接编程器未连接编程器字位设定DM6600081500启动方式由方式开 关设定决定启动方式为 RUN 方式01电源中断前启动方式与操作方式相冋02启动方式由 0007 位确定000700PROGRAM式01MONITORS 式02RUN 方 式(4)启动时PC的操作初始化所需的时间启动初始化所需的时间取决于几个因素，如操作条件(包括电源电压，系统配置和环境温度)和程序内容 断电工作最小电源电压：若电源电压低于额定值的85%以下，PC将停止工作，所有 输出为OFF。瞬时断电：AC型

36、电源不超过10ms，DC型电源不超过2ms的瞬时断电将 不会被检测出，而CPU单元会连续工作。AC型电源稍超过10ms，DC型电源 稍超过2ms的断电可能会也可能不会被检测出。当断电被检测时，则CPU单元会停止工作而所有输出变为OFF。自动复位：当电源电压恢复到额定电压的85%以上时，工作将自动重新启动。(5)循环操作与中断基本CPUS作当电源一上电CPU就进行初始化处理。若初始化无错误，则重复(循环) 进行监视处理，程 序执行，I/O刷新和通信端口服务。下图3.13为CPU的一 般运行模式。图 2.13 基本 CPU 操作示意图循环时间能从编程设备中读出。AR 14存有循环时间的最大值而AR

37、 15存 有0.1ms的倍数的当前循环时间。循环时间视每次循环中执行的处理会稍有不 同，所以循环时间的计算值与实际值不一定一致。程序在循环操作条件下执行下图2.14示出了CPM2A在程序正确地执行时的循环操作。在正常情况 下，程序执行的结果在程序刚刚执行后(在I/O刷新时)就被传递到I/O存储 器，但在程序执行时IORF(97)可用来刷新指定范围的I/O字。指定范围的I/O字在IORF(97)执行时会被刷新。图 2.14 CPU 循环操作示意图循环时间是程序，I/O刷新，和通信端口服务三者所需时间之和。最小循环 时间(19,999ms)可设置在PC设置(DM6619)内，当设置了一个最小循环时

38、间(19,999ms)可设置在PC设置(DM6619)内，当设置了一个最小循环时间后，在 程序执行后CPU操作暂停，直到最小循环时间到为止。如果实际循环时间比在DM6619中设置的最小循环时间长，CPU就不会暂停。如果在PC设置(DM6618)中设置了最大循环时间，而实际循环时间超过该设定，则会发生致命错 误，且PC会停止操作。RS- 232C端口服务和外围端口服务的缺省设定值都为循环时间的5%但这些设定可在PC设置中改变(1%99%)。RS-232C端口和外围端口的设定分别在DM6616和DM6617中。中断程序执行 当主程序执行期间产生中断时，主程序立即中止执行而执行中断程序。下 图2.1

39、5示出中断程序执行时CPM2A的循环工作。通常在程序执行后（在I/O刷新期间），中断程序执行结果就被传送到I/O存储器。但是在中断程序执行 期间IORF（97）可用于刷新指定范围内的I/O字。当IORF（97）执行时，指定范围 内的I/O字会被刷新。图 2.15 CPU 中断操作示意图正常循环时间按执行中断程序所需要的时间延长。2.2 MAD01 模拟量 I/O 单元图 216 MAD01 模拟量 I/O 单元MAD01模拟量I/O单元如上图，各部分名次解释如下：模拟量I/O端联接模拟量I/O设备扩展I/O联接电缆一一用于与CPU单元或前一个扩展单元进行联接。电缆由单元 提供，且不能从单元上拆

40、下。扩展联接器一一与下一个扩展单元或扩展I/O单元进行连接。2.2.1使用模拟量I/O单元图 2 17 模拟量 I/O 的使用图2.17显示了模拟量的使用过程，CPU单元以与其他扩展单元或扩展I/O单元 相同的方式给模拟量I/O单元分配I/O端口，从分配给CPU单元或前一个扩展单 元（或扩展I/O单元）的最后一个字的下一个字开始。当“m”是最后一个分配 给CPU单元或前一个扩展单元（或扩展I/O单元）的输入字，“n”为其最后一 个输出字时，其分配方式如下：图 2. 18 模拟量 I/O 单元分配使用时必须为模拟量I/O单元设置范围代码，以用于转换数据。8个范围代 码设置值代表了8种模拟量输入和

41、模拟量输出的信号范围组合，如表2.2所示：表 2. 2 模拟输入输出范围代码组合需要注意的是，范围代码最好放在程序段的开头，这样PLC在上电的第一个循环就会写入范围代码，对程序的循环运行是有效的。2.3 串口通信串行通信端口（Serial Communication Fort）在系统控制的范畴中一直扮演 着极其重要的角色。现代串行通信主要以RS-232和RS-485为代表，二者各有其应用领域，尤其是串行通信端口RS-232是计算机上的标准配置，本次远程控 制也使用的是RS-232串行通信端口。但是，工业生产环境通常会有噪声干扰 传输回路，在用RS-232作传输时经常会受到外界的电气干扰而使信号

42、发生错 误；此外RS-232最大的传输距离在不另加缓冲器的情况下只有15m14。因此为了获得更大的传输距离RS-485的通信方式应运而生。由上图2.19可知，RS-232的信号标准是参考地线而来的，传输参考接地 端1来传送数据；接收端则参考地端2来还原输出信号；在两个接地端同电位 的情况下，传输端与接收端的信号会呈现出相同的结果。但如果有噪声进入到 传输线路上，可能会产生干扰。干扰信号在地线和信号上均会产生影响，原始 信号在加上干扰信号后依然传送到接收端；而地线部分的信号则被地电位抵消 了1516。因此信号发生了扭曲，进而影响整个信号。RS-485的传输方式则不会产生这种情况，其传输方式如图2

43、.20所示：(DT)=(D+)-(D-)同样的，接收端在接收到信号后，也按上式的关系将信号还原成原来的样 子。如果此线路受到干扰，这时在两条传输线上的信号会分成为（rLn2.20 RS送出去之前会后，再将信号相减还原成原来的信号。如果将原来的信号标准为（D+）和（D-），则原始信号在传输_传 _RS-485的信号在传当达到接收端号分解的信号分别标准为 （ 算关系如下：DT），而被I端传送出去时的运地电压D+)接地端 1接地端 2图 2.19 RS 232 信号传输模式条线路,接收端+NOISE和（D-）+NOISE，如果接收端接收到此信号，则它按一定的方式将其 合成。合成的方程式如下：（DT）

44、=（D+）+NOISE-（D-）+NOISE=（D+）-（D-）此方程与前一方程的结果是一样的，所以利用RS-485网络可以有效的防止噪音干扰，也正因为这种特性，工业上比较适合使用这种串行传输方式，RS-485工 作方式为半双工，当用于多站互连时可节省信号线，便于高速、远距离传送1718。3 组态王软件简介在使用工控软件中，我们经常提到组态（Con figuration） 一词,简单的讲， 组态就是用应用软件中提供的工具、方法、完成工程中某一具体任务的过程19。与硬件生产相对照，组态与组装类似。如要组装一台电脑，事先提供了各 种型号的主板、机箱、电源、CPU、显示器、硬盘、光驱等，我们的工作就

45、是用这些部件拼凑成自己需要的电脑。当然软件中的组态要比硬件的组装有更大 的发挥空间，因为它一般要比硬件中的“部件”更多，而且每个“部件”都很 灵活，因为软部件都有内部属性，通过改变属性可以改变其规格（如大小、性 状、颜色等）。在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序（如使用BASIC,C,FORTRAN等）来实现的。编写程序不但工作量大、周期长，而且容易犯错误，不能保证工期。组态软件的出现，解决了这个问题20。对于过去需要几个月的工作，通过组态几天就可以完成。组态软件是有专业性 的,一种组态软件只能适合某种领域的应用。北京亚控公司的组态王软件就是专 门应用于工业控制系统的组态软件。

46、3.1 组态王程序组成员组态王6.53软件程序组中包括三个文件夹和四个文件的快捷方式，内容如 下：组态王6.53:组态王工程管理器程序（ProjManager）的快捷方式，用于新 建工程、工程管理等； 工程浏览器:组态王单个工程管理程序的快捷方式，内嵌组态王画面开发 系统（TouchExplorer），即组态王开发系统；运行系统：组态王运行系统程序（TouchVew）的快捷方式。工程浏览器（TouchExplorer）和运行系统（TouchVew）是各自独立的Windows应用程序，均可单独使用；两者又相互依存，在工程浏览器的画面开发系统中设计开发的画面应用程序必须在画面运行系统(TouchV

47、ew)运行环境中才能运行；信息窗口：组态王信息窗口程序(Kin gMess)的快捷方式； 帮助：组态王帮助文档的快捷方式； 电子手册：组态王用户手册电子文档的快捷方式； 安装工具 安装新驱动：安装新驱动工具文件的快捷方式； 组态王文档 组态王帮助：组态王帮助文件快捷方式；组态王文档 组态王10驱动帮助：组态王10驱动程序帮助文件快捷方式； 组态王文档使用手册电子版：组态王使用手册电子版文件快捷方式；组态王文档函数手册电子版：组态王函数手册电子版文件快捷方式； 组态王在线 在线会员注册：亚控网站在线会员注册页面；组态王在线技术BBS:亚控网站技术BBS页面；组态王在线I0驱动在线：亚控网站I0驱

48、动下载页面。3.2 制作一个工程的一般过程建立新组态王工程的一般过程是：(1)设计图形界面(定义画面)(2)定义设备(3)构造数据库(定义变量)(4)建立动画连接(5)运行和调试 需要说明的是，这五个步骤并不是完全独立的，事实上，这四个部分常常是交错进行的。在用组态王画面开发系统编制工程时，要依照此过程考虑三个 方面：(1)图形 用户希望怎样的图形画面？也就是怎样用抽象的图形画面来模拟实际 的工业现场和相应的工控设备。(2)数据 怎样用数据来描述工控对象的各种属性？也就是创建一个具体的数据 库，此数据库中的变量反映了工控对象的各种属性，比如温度，压力等。(3)连接 数据和图形画面中的图素的连接

49、关系是什么？也就是画面上的图素以 怎样的动画来模拟现场设备的运行，以及怎样让操作者输入控制设备的指令。下面就通过工程建立的过程来简要的介绍下组态王软件的使用方法，主要 有以下几部分内容：(1)建立组态王新工程 要建立新的组态王工程，请首先为工程指定工作目录(或称“工程路径”）。“组态王”用工作目录标识工程，不同的工程应置于不同的目录。工 作目录下的文件由“组态王”自动管理。（2）创建组态画面 进入组态王开发系统后，就可以为每个工程建立数目不限的画面，在每个 画面上生成互相关联的静态或动态图形对象。这些画面都是由“组态王”提供 的类型丰富的图形对象组成的。系统为用户提供了矩形（圆角矩形）、直线、

50、 椭圆（圆）、扇形（圆弧）、点位图、多边形（多边线）、文本等基本图形对 象，及按钮、趋势曲线窗口、报警窗口、报表等复杂的图形对象。提供了对图 形对象在窗口内任意移动、缩放、改变形状、复制、删除、对齐等编辑操作， 全面支持键盘、鼠标绘图，并可提供对图形对象的颜色、线型、填充属性进行 改变的操作工具。“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。用户构图时可以像搭积木那样利用系统提供的图形对象完成画面的生 成。同时支持画面之间的图形对象拷贝，可重复使用以前的开发结果。（3）定义IO设备 组态王把那些需要与之交换数据的设备或程序都作为外部设备。外部设备包括：下位机（PLC、

51、仪表、模块、板卡、变频器等），它们一般通过串行口 和上位机交换数据；其他Windows应用程序，它们之间一般通过DDE交换数 据；外部设备还包括网络上的其他计算机。只有在定义了外部设备之后，组态王才能通过I/O变量和它们交换数据。 为方便定义外部设备，组态王设计了“设备配置向导”引导用户一步步完成设 备的连接。（4）构造数据库 数据库是“组态王”软件的核心部分，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。在TouchVew运行时，它含有全部数据变量的当前值。变量

52、在画面制作 系统组态王画面开发系统中定义，定义时要指定变量名和变量类型，某些类型 的变量还需要一些附加信息。数据库中变量的集合形象地称为“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。（5）建立动画连接 定义动画连接是指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：属性变化： 线属性变化、填充属性变化、文本色变化 位置与大小变化： 填充、缩放、旋转、水平移动 值输出：模拟值输出、离散值输出、字符串输出值输入：模拟值输入、离散值输

53、入、字符串输入特殊：闪烁、隐含、流动（仅适用于立体管道）滑动杆输入： 水平、垂直命令语言： 按下时、弹起时、按住时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。（6）运行和调试 组态王工程已经初步建立起来，进入到运行和调试阶段。在组态王开发系 统中选择“文件 切换到View”菜单命令，进入组态王运行系统。在运行系统 中选择“画面打开”命令，从“打开画面”窗口选择“Test”画面。显示出组 态王运行系统画面，即可看到矩形框和文本在动态变化。组 态 王 软 件 的 核 心 部 分 是 数 据 词 典（ 数据 库 ）。在 组 态王（TOUCHVEW）运行时，

54、工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕 上，同时工程人员在计算机前发布的指令也要迅速送达生产现场，所有这一切 都是以实时数据库为中介环节，数据词典（数据库）是联系上位机和下位机的 桥梁。组态王中变量主要分为基本类型变量与特殊类型变量两大类。必需注意 的是，在对I/O变量进行定义的时候必须指定所连接的I/O设备，以及数据放的 寄存器，否则就会出现通信错误。4 系统的设计与调试4.1 设计思路本课题的系统设计主要由两部分组成，即上位机跟下位机。上位机主要用 于显示和工程人员的远程控制，下位机部分则是作为工业现场控制，所以，整 个设计思路由以下三部分组成：1、下位机控制程序及各组件的搭建联结。控

55、制程序的设计是最核心的 部分，用于实现对现场温度数据的采集，转换，比较还有作出判 断，执行逻辑控制，使其能对被控对象单独完成所有提出的控制要 求。2、上位机组态王系统界面的搭建。这个界面，主要是为了能够直观的 显示温度控制现场的情况，设计友好的人机交流界面。3、上位机与下位机的通信连接。将前面所完成的两部分进行整合，使上位机部分能够显示下位机的控制状态，即在上位机显示被控对象 的温度状态、控制状态，下位机的操作状态，实现整个系统的控 制。4.2 下位机的设计与调试4.2.1PLC的程序设计搭建好PLC与被控对象、温度传感器之间的连接，程序采用欧姆龙公司的CX-Programmer软件进行编写，

56、其操作主界面如图4.1：图 4 1CX-Programmer 软件操作主界面采用梯形图的方式对CPM2AH进行编程，其完整梯形图如图4.2：图 4. 2 完整程序梯形图将上述梯形图转换成语句表如下：/*设置模拟I/O单元数值转换方式*/*100ms延迟*/*读取模拟量转换后的数值*/AVG(18) DM0 #0003 DM1000 /*求三次的平均值*/LD 10.00OUT TR0ZCP(88) DM1000 #0062 #0072 /*对数值结果进行比较*/AND P_GTOUT 10.01/*大于上限，红灯亮*/MOV(21) #0001 12/*控制加热电压为最小值*/TIM 002

57、#600/*60秒计时程序*/AND TIM002MOV(21) #0000 12 /*60秒调整依然是红灯，切断电源*/LD P_First_CycleMOV(21) #FF00 12LD 0.00OR 10.00 ANDNOT0.02 OUT TR0 OUT10.00 TIM 001#0001 AND TIM001MOV(21) 2 DM0 LDTR0LD TR0AND P_EQOUT 10.03LD TR0AND P_LTOUT 10.02MOV(21) #00FF 124.2.2问题及解决方法0，A/D模块对温度数据未进行转换，经咨询欧姆龙技术人员，将程序中对A/D模块的转换范围设置放

58、到程序的开端，并且明白P_First_Cycle循环标志仅在PLC上电的第一个循环周期执行，而不是在启动PLC后执行，问题解决。2程序下载至PLC失败。在开始阶段，当用CX-Programmer软件编译调试 完程序，并且连接上了PLC，在将程序下载之PLC上时总是提示下载程序失败，若在下载的时候不使用“扩展指令”、 “设置”，则程序运行不正确。后 经师兄指导，由于程序中使用了扩展指令ZCP，AVG，必须先把设置传送至PLC，然后在传送程序，问题解决。同时，使我认识到在PLC中，指令的标志是按其功能代码区别，而不是助记符。3被控对象温度平均值的求法。CPM2A中可以有两种方式来获得平均值， 其中

59、一种方法是使用AVG指令，另一种方法是使用SUM旨令。AVG旨令是CPM2A中新增加的一个扩展指令，它用于计算N个周期内的数据源字平均值，在执行 条件为ON时，每一个周期执行一次，假如设置的周期数较多或者循环周期很 长，那么得到平均数据的时间会很长，不能跟踪现场。SUM指令也是CPM2A中新增加的指令，在执行条件为ON时，其可以对指定的连续N个通道内的数 据进行求和，然后通过除法运算得到平均值，优点是能够在一个周期内获得数 据，在循环周期长时可以显著改善现场跟踪能力。由于本课题中程序不长，循 环周期也较少，并不会出现很大的延迟，所以使用AVG指令来求得平均值。4.3 上位机的设计与调试4.3.

60、1组态王工程的建立和调试这部分的设计主要是在计算机的组态王软件上设计人机交流界面，需要学 会运用组态王软件，主要设计过程如下：1创建工程。在组态王软件中新建一个工程工程，命名为“温度控制”2建立新画面。打开新建的工程，在“画面”中新建一个画面，将各个所 需要的组件添加到画面中，如开关，实时曲线，显示状态等。完成后的画面如 图43：图 4.3 组态王中的显示控制画面3定义数据变量。在组态王（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，同时工程人员在计算机前发布的指令也要迅速送 达生产现场，所有这一切都是以实时数据库为中介环节，数据词典（数据库） 是联系上位机和下位机