基于PLC温度控制系统设计

沈阳理工大学学士学位论文PAGEPAGEIII沈阳理工大学学士学位论文摘要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。本论文主要介绍了基于西门子公司S7-200系列的可编程控制器和亚控公司的组态软件组态王的炉温控制系统的设计方案。编程时调用了编程软件STEP7-MicroWIN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。实验证明，此系统具有快、准、稳等优点，在工业温度控制领域能够广泛应用。关键词：温度控制；可编程控制器；人机界面；组态王AbstractProgrammableLogicController(PLC)isakindofautomaticcontrolequipmentwhichiswidelyusedintheindustrialmanufacture.Itmergesthetraditionalcontroltechnology,computerandcommunicationtechnologieswithastrongabilitytocontrol,flexibleoperation,highreliabilityandsuitableforlong-termcharacteristicsofcontinuouswork.Itisverysuitablefortemperaturecontrolrequirements.Intheindustrialfield,withtherapidincreaseinthedegreeofautomation,itismoreandmoreimportanttomonitortheprocessofcontrolsystemfortheusers.Theemergenceofhuman-machineinterfacemeetstheneedsofusers.Man-machineinterfacecancomprehensivelymonitorthecontrolsystem,includingprocessmonitoring,alarm,dataloggingandotherfunctions,sothatthecontrolsystemshavebecomeuser-friendlyoperation,theprocessofvisualizationanditwillplaymoreandmoreimportantpartinthefieldofautomaticcontrol.ThesismainlyintroducesadesignoftemperaturecontrolsystemwithSIMATICprogrammablelogiccontroller(PLC)andconfigurationsoftwareKingviewwhichisdevelopedbyBeijingYakongCompany.Whenprogramming,weusethePIDcontrolarithmeticsoftwaremodulewhichiscontainedintheprogramsoftwareSTEP7-MicroWINsothattheprogramlookseasierandoperatesmorequickly.Inordertomonitorthecontrolsystemandprocessdatainactualtime,wedesignedHumanMachineInterface（HMI）withtheconfigurationsoftwareKingview.Theresultofexperimentprovesthatthistemperaturecontrolsystemcouldrunquickly,accuratelyandhavegoodstability,whichistheadvantageofthecontrolsystem.Thiscontrolsystemhasbeenwidelyusedintheindustrialtemperaturecontrolfield.

Withthecontinuousdevelopmentofautomaticscienceandtechnology,high-precision,intelligent,user-friendlytemperaturecontrolsystemistheinevitabletrendofdevelopmentathomeandabroad.Keywords：TemperatureControl；PLC；HMI；Kingview目录TOC\o"1-3"\u1绪论 11.1项目背景、意义 11.2温控系统的现状 21.3项目研究内容 32PLC和HMI基础 52.1可编程控制器基础 52.1.1可编程控制器的产生和应用 52.1.2可编程控制器的组成和工作原理 52.1.3可编程控制器的分类及特点 82.2人机界面基础 82.2.1人机界面的定义 82.2.2人机界面产品的组成及工作原理 82.2.3人机界面产品的特点 93 PLC控制系统硬件设计 103.1PLC控制系统设计的基本原则和步骤 103.1.1PLC控制系统设计的基本原则 103.1.2PLC控制系统设计的一般步骤 113.2PLC的选型与硬件配置 133.2.1PLC型号的选择 133.2.2S7-200CPU的选择 133.2.3热电式传感器 143.2.4TAC16P系列单相调功/调压电力调整器 153.3I/O点分配及电气接线图 163.4PLC控制器的设计 183.4.1控制系统数学模型的建立 183.4.2PID控制及参数整定 194PLC控制系统软件设计 224.1PLC程序设计方法 224.2编程软件STEP7--Micro/WIN概述 234.2.1STEP7-Micro/WIN简单介绍 234.2.2梯形图语言特点 244.2.3STEP7-Micro/WIN参数设置（通讯设置） 254.3程序设计 274.3.1设计思路 274.3.2梯形图程序 284.3.3PID指令向导的运用 304.3.4语句表（STL）程序 345基于组态王的HMI设计 365.1人机界面（HMI）设计 365.1.1主界面 375.1.2实时趋势曲线 385.1.3报警窗口 395.2变量设置 405.3动画连接 416系统运行结果分析 436.1系统运行 436.2运行结果分析 43结论 44致谢 45参考文献 46附录A 47附录B 63PAGE11绪论1.1项目背景、意义温度控制在电子、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。PLC不仅具有传统继电器控制系统的控制功能，而且能扩展输入输出模块，特别是可以扩展一些智能控制模块，构成不同的控制系统，将模拟量输入输出控制和现代控制方法融为一体，实现智能控制、闭环控制、多控制功能一体的综合控制。现代PLC以集成度高、功能强、抗干扰能力强、组态灵活、工作稳定受到普遍欢迎，在传统工业的现代化改造中发挥越来越重要的作用，尤其适合温度控制的要求。此外，随着工业自动化水平的迅速提高，用户对控制系统的过程监控要求越来越高，人机界面（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。HMI其实广义的解释就是“使用者与机器间沟通、传达及接收信息的一个接口”。举个例子来说，在一座工厂里头，我们要搜集工厂各个区域的温度、湿度以及工厂中机器的状态等等的信息透过一台主控器监视并记录这些参数，并在一些意外状况发生的时候能够加以处理。这便是一个很典型的SCADA/HMI的运用，一般而言，HMI系统必须有几项基本的能力：

实时的资料趋势显示——把撷取的资料立即显示在屏幕上。

自动记录资料——自动将资料储存至数据库中，以便日后查看。

历史资料趋势显示——把数据库中的资料作可视化的呈现。

报表的产生与打印——能把资料转换成报表的格式，并能够打印出来。

图形接口控制——操作者能够透过图形接口直接控制机台等装置。

警报的产生与记录——使用者可以定义一些警报产生的条件。

比方说温度过度或压力超过临界值，在这样的条件下系统会产生警报，通知作业员处理[1]。1.2温控系统的现状自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国内外温度控制系统发展迅速，并在职能化、自适应、参数自整定等方面取得成果，在这方面，以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表,并在各行各业广泛应用[2]。它们主要具有如下特点：1)适应于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统的控制。2)能适应于受控系统数学模型难以建立的温度控制系统的控制。3)能适应于受控系统过程复杂、参数时变的温度控制系统的控制。4)这些温度控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工职能等理论及计算机技术，运用先进的算法，适应的范围广泛。5)温度控制器普遍具有参数自整定功能。借助计算机软件技术，温控器具有对控制参数及特性进行自动整定的功能。有的还具有自学习功能，它能够根据历史经验及控制对象的变化情况，自动调整相关控制参数，以保证控制效果的最优化。6)温度控制系统既有控制精度高、抗干扰能力强、鲁棒性好的特点。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能话、小型化等方面快速发展[3]。温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比仍然有着较大的差距。目前，我国在这方面总体水平处于20世纪80年代中后期水平，成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后、复杂、时变温度系统控制。而适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟。形成商品化并在仪表控制参数的自整定方面，国外已有较多的成熟产品，但由于国外技术保密及我国开发工作的滞后，还没开发出性能可靠的自整定软件。控制参数大多靠人工经验及我国现场调试来确定。这些差距，是我们必须努力克服的。随着我国加入WTO，我国政府及企业对此非常重视，对相关企业资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，并通过合资、技术合作等方式，组建了一批合资、合作及独资企业，使我国温度仪表等工业得到迅速的发展[4]。随着科学技术的不断发展，人们对温度控制系统的要求愈来愈高，因此，高精度、智能化、人性化的温度控制系统是国内外必然发展趋势。1.3项目研究内容可编程控制器(PLC)是集计算机技术、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动控制装置。其性能优越，已被广泛应用于工业控制的各个领域，并已成为工业自动化的三大支柱(PLC、工业机器人、CAD/CAM)之一。PLC的应用已成为一个世界潮流，在不久的将来PLC技术在我国将得到更全面的推广和应用。研究PLC技术在温度监控系统上的应用。从整体上分析和研究了控制系统的硬件配置、电路图的设计、程序设计，控制对象数学模型的建立、控制算法的选择和参数的整定，人机界面的设计等。通过德国西门子公司的S7-200系列PLC控制器，温度传感器将检测到的实际炉温转化为电压信号，经过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。同时利用亚控公司的组态软件“组态王”设计一个人机界面（HMI），通过串行口与可编程控制器通信，对控制系统进行全面监控，从而使用户操作更方便。总体上包括的技术路线：硬件设计，软件编程，参数整定等。全论文分六章，各章的主要内容说明如下。第一章，对温度控制系统应用的背景及国内外的发展状况进行了阐述，指出了本文的研究意义所在。第二章，简单概述了PLC和人机界面的基本概念以及结构功能等基础内容。第三章，主要从系统设计结构和硬件设计角度,介绍该项目的PLC控制系统设计步骤、PLC的硬件配置、外部电路设计以及PLC控制器的设计和参数的整定。第四章，在硬件设计的基础上，详细介绍了本项目软件设计，主要包括软件设计的基本步骤、方法，编程软件STEP7--Micro/WIN的介绍以及本项目程序设计。第五章，详细介绍了如何在亚控公司的组态软件“组态王”的基础上进行人机界面的设计。第六章，展示了系统运行结果，然后对其进行分析。2PLC和HMI基础2.1可编程控制器基础可编程逻辑控制器是一种工业控制计算机，简称PLC（ProgrammableLogicController），它使用了可编程序的记忆以存储指令，用来执行诸如逻辑、顺序、计时、计数和演算等功能，并通过数字或模拟的输入和输出，以控制各种机械或生产过程。2.1.1可编程控制器的产生和应用20世纪60年代，计算机技术开始应用于工业领域，由于价格高、输入电路不匹配、编程难度大以及难于适应恶劣工业环境等原因，未能在工业控制领域获得推广。1968年，美国通用汽车公司（GM）为了适应生产工艺不断更新的需要，要求寻找一种比继电器更可靠、功能更齐全、响应速度更快的新型工业控制器，并从用户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件，立即引发了开发热潮。1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。从此这项技术迅速发展起来。随着PLC功能的不断完善，性价比的不断提高，PLC的应用面也越来越广。目前，PLC在国内外已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。PLC的应用范围通常可分为开关逻辑控制、运动控制、过程控制、机械加工中的数字控制、机器人控制、通信和联网等[5]。2.1.2可编程控制器的组成和工作原理PLC从组成形式上一般分为整体式和模块式两种，但在逻辑结构上基本相同。无论是整体式还是模块式，从硬件结构看，PLC都是由CPU、存储器、I/O接口单元及扩展接口和扩展部件、外设接口及外设和电源等部分组成，各部分之间通过系统总线连接。PLC的基本结构如图2-1所示：输输入接口中央处理单元CPU输出接口电源存储单元图2-1PLC基本结构图1、CPU（中央处理器）CPU是PLC的核心，由运算器、控制器、寄存器、系统总线，外围芯片、总线接口及有关电路构成。它的功能是接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等，是PLC不可缺少的组成单元。主要功能包括以下几个方面。（1）接收从编程器或者计算机输入的程序和数据，并送入用户程序存储器存储。（2）监视电源、PLC内部各个单元电路的工作状态。（3）诊断编程过程中的语法错误，对用户程序进行编译。（4）在PLC进入运行状态后，从用户程序存储器中逐条读取指令，并分析、执行该指令。（5）采集由现场输入装置送来的数据，并存入指定的寄存器中。（6）按程序进行处理，根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出状态或数据寄存器的内容。（7）根据输出状态或数据寄存器的有关内容，将结果送到输出接口。（8）响应中断和各种外围设备（如编程器、打印机等）的任务处理请求。2、I/O接口PLC是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置能力的限制，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。PLC的对外功能主要是通过各种I/O接口模块于外界联系来实现的。输入模块和输出模块是PLC与现场I/O装置或设备之间的连接部件，起着PLC与外部设备之间的传递信息的作用。I/O模块分为开关量输入、开关量输出、模拟量输入和模拟量输出等模块。3、存储器存储器（内存）主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。一般包括系统程序存储器和用户程序存储器两部分。系统程序存储器用于存储整个系统的监控程序，一般采用只读存储器（ROM），具有掉电不丢失信息的特性。用户程序存储器用于存储用户根据工艺要求或者控制功能设计的控制程序，早期一般采用随机读写存储器（RAM），需要后备电池在掉电后保存程序。目前则倾向于采用电可擦除的只读存储器（EEPROM）或闪存(FlashMemory)，免去了后备电池的麻烦。4、电源模块PLC中的电源，是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。电源可分直流和交流两种类型，交流输入220VAC或110VAC，直流输入通常是24V。5、智能模块除了上述通用的I/O模块外，PLC还提供了各种各样的特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、温度控制、中断控制、位置控制、以太网、远程I/O控制、打印机等专用型或智能型的I/O模块，用以满足各种特殊功能的控制要求。I/O模块的类型、品种与规格越多，系统的灵活性越好，模块的I/O容量越大，系统的适应性就越强。6、编程设备常见的编程设备有简易手持编程器、智能图形编程器和基于PC的专用编程软件。编程设备用于输入和编辑用户程序，对系统作些设定，监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程设备在PLC的应用系统设计与调试、监控运行和检查维护中是不可缺少的部件，但不直接参与现场的控制。PLC本质上就是一台微型计算机，其工作原理与普通计算机类似，具有计算机的许多特点。但其工作方式却与计算机有着较大的不同，具有一定的特殊性。PLC采用循环扫描的工作方式。工作时逐条顺序扫描用户程序，如果一个线圈接通或断开，该线圈的所有触点不会立即动作，需等扫描到该触点时才会动作[6]。2.1.3可编程控制器的分类及特点根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。还可以按I/O点数分类，根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型、大型和超大型四类:I／O点数在256以下为小型PLC；I／O点数在256～1024为中型PLC；I／O点数大于1024为大型PLC；I／O点数在4000以上为超大型PLC可编程控制器有可靠性高、编程简单易学、功能强、安装简单、维修方便、采用模块化结构、接口模块丰富、系统设计与调试周期短等特点[7]。2.2人机界面基础随着社会的进步，工业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（HMIHumanMachineInterface）以其美观易懂、操作人性化等显著特点，正好满足这种需求而得到广泛的应用。2.2.1人机界面的定义人机界面是指连接可编程控制器（PLC）、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备，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的数字设备,由硬件和软件两部分组成。2.2.2人机界面产品的组成及工作原理人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存贮单元等，其中处理器的性能决定了HMI产品的性能高低，是HMI的核心单元。根据HMI的产品等级不同，处理器可分别选用8位、16位、32位的处理器。HMI软件分为两部分，即运行于HMI硬件中的系统软件和运行于PC机Windows操作系统下的画面组态软件（如组态王等）。用户必须先使用组态软件制作“工程文件”，再通过PC机和HMI产品的串行通讯口，把编制好的“工程文件”下载到HMI的处理器中运行。2.2.3人机界面产品的特点(1)系统运行过程清晰化控制过程可以动态地显示在HMI设备上。例如：炉子加热通断可以通过指示灯亮灭来显示，炉子的温度大小可以用棒图来指示等等，使整个控制系统变得形象易懂，也更加清晰。(2)系统操作简单化操作员可以通过监控界面来控制过程。可从监控界面上启动和停止系统、设定温度上下限、设置PID参数等。(3)显示报警控制过程达到临界状态或系统运行错误时会自动触发报警，例如，当加热功率超出上下限时自动触发报警。(4)数据归档HMI系统可以记录过程变量值和报警信息并归档。例如：通过归档数据，您可以查看过去一段时间的系统运行情况，过程变量等。3PLC控制系统硬件设计3.1PLC控制系统设计的基本原则和步骤弄懂PLC的基本工作原理和指令系统后,就可以把PLC应用到实际的工程项目中。无论是用PLC组成集散控制系统，还是独立控制系统，PLC控制部分的设计都可以参考图3.1所示的步骤。3.1.1PLC控制系统设计的基本原则任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象(生产设备或生产过程)的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。而在实际设计过程中，设计原则往往会涉及很多方面，其中最基本的设计原则可以归纳为4点。1、设计原则(1)完整性原则。最大限度的满足工业生产过程或机械设备的控制要求。(2)可靠性原则。确保计算机控制系统的可靠性。(3)经济型原则。力求控制系统简单、实用、合理。(4)发展性原则。适当考虑生产发展和工艺改进的需要，在I/O接口、通信能力等方面留有余地。2、评估控制任务根据系统所需完成的控制任务，对被控对象的生产工艺及特点进行详细分析，特别是从以下几个方面给以考虑。(1)控制规模一个控制系统的控制规模可用该系统的I/O设备总数来衡量。当控制规模较大时,特别是开关量控制的I/O设备较多时，最适合采用PLC控制。(2)工艺复杂程度当工艺要求较复杂时,采用PLC控制具有更大的优越性。(3)可靠性要求目前,当I/O点数在20甚至更少时，就趋向于选择PLC控制了。(4)数据处理速度若数据处理程度较低，而主要以工业过程控制为主时，采用PLC控制将非常适宜[9]。评估控制任务评估控制任务PLC机型的选择硬件连线程序设计联机调试PLC安装连接程序检查、调试控制流程的设计程序备份修改软、硬件投入使用是否满足要求图3.1PLC控制系统设计步骤3.1.2PLC控制系统设计的一般步骤PLC控制系统设计包括硬件设计和软件设计。所谓硬件设计，是指PLC外部设备的设计，而软件设计即PLC应用程序的设计。整个系统的设计分以下5步进行。1、熟悉被控对象深入了解被控系统是设计控制系统的基础。设计人员必须深入现场，认真调查研究，收集资料，并于相关技术人员和操作人员一起分析讨论，相互配合，共同解决设计中出现的问题。这一阶段必须对被控对象所有功能全面的了解，对对象的各种动作及动作时序、动作条件、必要的互锁与保护;电气系统与机械、液压、气动及各仪表等系统间的关系;PLC与其他设备的关系，PLC之间是否通信联网;系统的工作方式及人机界面，需要显示的物理量及显示方式等。2、硬件选择具体包括如下。(1)系统I/O设备的选择。输入设备包括按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等。输出设备包括继电器、接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等。(2)选择PLC。PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择。(3)PLC的I/O端口分配。在进行I/O通道分配时应给出I/O通道分配表，表中应包含I/O编号、设备代号、名称及功能等。(4)绘制PLC外围硬件线路图。画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。(5)计数器、定时器及内部辅助继电器的地址分配。3、编写应用程序根据控制系统的要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。程序通常还应包括以下内容：(1)初始化程序。在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。(2)检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。(3)保护和连锁程序。保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。4、程序调试程序调试分为2个阶段，第一阶段是模拟调试、第二阶段是现场调试。程序模拟调试是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。(1)硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。(2)软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。现场调试。当控制台及现场施工完毕，程序模拟调试完成后，就可以进行现场调试，如不能满足要求，须重新检查程序和接线，及时更正软硬件方面的问题。5、编写技术文件技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明书等[10]。3.2PLC的选型与硬件配置3.2.1PLC型号的选择温度控制系统选择德国西门子公司的S7-200系列的PLC。S7-200PLC属于小型整体式的PLC,本机自带RS-485通信接口、内置电源和I/O接口。它的硬件配置灵活，既可用一个单独的S7-200CPU构成一个简单的数字量控制系统，也可通过扩展电缆进行数字量I/O模块、模拟量模块或智能接口模块的扩展，构成较复杂的中等规模控制系统[10]。完整的S7-200系列PLC实物如图3.2所示。图3.2S7-200系列PLC实物图3.2.2S7-200CPU的选择S7-200系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226等类型。系统选用S7-200CPU224XPCN，CPU224XPCN集成了14点输入/10点输出，共有24个数字量I/O。2输入/1输出共3个模拟量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展值至256路数字量I/O点(128输入/128输出)或64路模拟量I/O点(32输入/32输出)。20K字节程序和数据存储空间，6个独立的高速计数器（最高100KHz），2个100KHz的高速脉冲输出，2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。本机还新增多种功能，如内置模拟量I/O，位控特性，自整定PID功能，线性斜坡脉冲指令，诊断LED，数据记录及配方功能等。是具有模拟量I/O和强大控制能力的新型CPU。温度控制系统由于输入/输出点数不多，本可以使用CPU224以下的类型，是因为CPU224XP集成模拟量输入与输出，所以选择CPU224XPCN。3.2.3热电式传感器热电式传感器是一种将温度变化转化为电量变化的装置。在各种热电式传感器中，以将温度量转换为电势和电阻的方法最为普遍。其中最常用于测量温度的是热电偶和热电阻，热电偶是将温度变化转换为电势变化，而热电阻是将温度变化转换为电阻的变化。这两种热电式传感器目前在工业生产中已得到广泛应用。系统中需要用传感器将温度转换成电压，且烤箱的温度最高达几百度,所以我们选择了热电偶作为传感器。热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。国际标准热电偶有S、B、E、K、R、J、T七种类型，在本系统中，我们选用了K型热电偶（分度表如表3-1所示），其测温范围大约是0～800℃。系统里的烤炉最高温度不过几百度，加上一定的裕度就足够了，另外其成本也不算高[12]。表3-1K型热电偶分度表T/℃010203040506070809000.000.400.801.201.612.022.442.853.273.681004.104.514.925.385.736.146.546.947.347.792008.148.548.949.349.7510.1510.5610.9711.3811.7930012.2112.6213.0413.4513.8714.2914.7115.1315.5515.9840016.3916.8217.2417.6718.1018.5618.9419.3719.7920.2250020.6421.0721.5021.9222.3522.7723.2023.6324.0624.4860024.9125.3325.7526.1826.6027.0327.4527.8728.2928.7170029.1329.5529.9730.3830.8031.2131.6332.0432.4532.8780033.2833.6934.0934.5034.9135.3135.7236.1236.5236.933.2.4TAC16P系列单相调功/调压电力调整器TAC16P是大功率固态电力模块应用技术的新产品。它集单相调压/调功方式为一体，采用锁相环同步电路、带上电缓启动、缓关断、散热器超温、电流限制、过流保护，适用于电阻性负载和感性负载。他的控制输入为0-10VDC输入，正好与系统中的0-10VDC电压信号相匹配，所以选用TAC16P系列单相调功/调压电力调整器作为系统的调压模块，改变电压，来控制烤箱的加热功率。图3.3为TAC16P系列单相调功/调压电力调整器的接线图。图3.3TAC16P接线图（自动控制）3.3I/O点分配及电气接线图温度控制系统中I/O点分配表如表3.4所示。表3-2I/O点分配表符号地址注释符号地址注释外部启动按钮I0.0外部按钮操作内部启动按钮M0.0上位机操作外部停止按钮I0.1外部按钮操作内部停止按钮M0.1上位机操作resI0.2resM0.2Res1I0.3Res1M0.3Res2I0.4Res2M0.4Res3I0.5Res3M0.5Res4I0.6Res4M0.6Res5I0.7Res5M0.7系统状态指示M1.0加热功率上限报警Q0.0系统报警指示M1.1加热功率下限报警Q0.1声光报警输出Q0.2SVVD0设定值resQ0.3PVVD4反馈值res1Q0.4AIW0热电偶通道res2Q0.5AQW0PID调节输出Plc指示灯Q0.6res4Q0.72)系统整体设计方案及硬件连接图。系统选用PLCCPU224XPCN为控制器，K型热电偶将检测到的实际炉温转化为电压信号，经过温度变送器转换成模拟量信号并送到PLC的模拟输入端子中进行PID调节，PID控制器输出模拟量，通过调压模块控制烤箱加热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。电气接线图如图3.4所示，系统框架图如图3.5所示。图3.4电气接线图计算机计算机PLC温度变送器调压模块热电偶烤箱图3.5系统框架图3.4PLC控制器的设计控制器的设计是基于模型控制设计过程中最重要的一步。首先要根据受控对象的数学模型和它的各特性以及设计要求，确定控制器的结构以及和受控对象的连接方式。然后根据所要求的性能指标确定控制器的参数值。3.4.1控制系统数学模型的建立本温度控制系统中，热电偶将检测到的温度信号转换成电压信号经过温度模块后，与设定温度值进行比较，得到偏差，此偏差送入PLC控制器按PID算法进行修正，返回对应工况下的调压模块直接调节加热功率，从而实现对炉子的温度控制。结构图如图3.6、3.7所示。数字控制器数字控制器D/A转换器执行机构烤箱PLCW+-传感器采样/A/D转换图3.6控制系统结构图数字控制器数字控制器PLCW+-TTy图3.7控制系统结构图Gc(s)Gc(s)Go(s)R(s)E(s)TTU(s)Y(s)+-图3.8控制系统方框图图3.8中，R(s)为设定温度的拉氏变换式；E(s)为偏差的拉氏变换式；Gc(s)为控制器的传递函数；Go(s)为广义对象，即控制阀、对象控制通道、测量变送装置三个环节的合并；该温度控制系统是具有时滞的一阶闭环系统，传递函数为QUOTEGs=K0T0s+1e-τs式3-1中，K为对象放大系数；T为对象时间常数；为对象时滞。3.4.2PID控制及参数整定比例、积分、微分三种控制方式各有独特的作用。比例控制是一种最基本的控制规律，具有反应速度快，控制及时，但控制结果有余差等特点。积分控制可以消除余差，但是工业上很少单独使用积分控制的，因为与比例控制相比，除非积分速度无穷大，否则积分控制就不可能想比例控制那样及时的对偏差加以响应，所以控制器的输出变化总是滞后与偏差的变化，从而难以对干扰进行及时且有效的控制。微分作用是对偏差的变化速度加以响应的，因此，只要偏差一有变化，控制器就能根据变化速度的大小，适当改变其输出信号，从而可以及时克服干扰的影响，抑制偏差的增长，提高系统的稳定性。但是理想微分控制器的控制结果也不能消除余差，而且控制效果要比纯比例控制器更差。将三种方式加以组合在一起，就是比例积分微分（PID）控制,其数学表达式为（3-2）式3-3中：为比例系数，为积分时间常数，为微分时间常数。根据以上的分析，本温度控制系统适于采用PID控制。完成了上述内容后，该温度控制系统就已经确定了。在系统投运之前，还需要进行控制器的参数整定。控制器参数整定方法很多，归纳起来可分为两大类，即理论计算整定法和工程整定法。理论计算整定法是在已知被控对象的数学模型的基础上，根据选取的质量指标，通过理论计算（微分方程、根轨迹、频率法等），来求得最佳的整定参数。这类方法计算繁杂，工作量又大，而且由于用解析法或实验测定法求得的对象数学模型都只能近似的反映过程的动态特性，整定结果的精度是不高的，因而未在工程上受到广泛推广。工程整定法是在理论的基础上通过实践总结出来的。这些方法通过并不复杂的实验，便能迅速获得调节器的近似最佳整定参数，因而在工程中得到广泛应用。常用的工程整定法有经验法、临界比例度法、衰减曲线法、阶跃曲线法、自整定法等。由于受控工业对象的数学模型因工业现场环境的不确定因素而难以准确描述工程控制要求又常常很苛刻和矛盾，如既要要求受控过程是稳定的对给定的变化能迅速和光滑地跟踪，超调量要小；同时又要求在不同干扰条件下系统输出不但能保持在指定值，而且控制练的变化不宜过大，在系统有环境参数发生变化时应保持控制稳定等等。基于此，在选择算法参数时，既必须根据具体的控制要求以满足主要方面并兼顾其他，又必须根据P、I和D参数对系统性能的控制作用为指导合理地现场调解PID参数。在这里，采用了阶跃曲线法来征订控制器的参数值。表3-3阶跃曲线法确定PID参数调节器结构P1/PI0.8/3PID1.2/20.42图3.9烤箱的温度曲线(3.3)由表3-3得： (3.4)通过阶跃曲线数法整定，PID控制器整定参数值为：=1.78=5.78=0.1374PLC控制系统软件设计4.1PLC程序设计方法编写PLC程序的方法很多，这里主要介绍几种典型的编程方法。1、图解法编程图解法是靠画图进行PLC程序设计。常见的主要有梯形图法、逻辑流程图法、时序流程图法和步进顺控法。（1）梯形图法梯形图法是用梯形图语言去编制PLC程序。这是一种模仿继电器控制系统的编程方法，其图形甚至元件名称都有继电器电路十分相似。这种方法很容易地把原继电器控制电路移植成PLC的梯形图语言。这对于熟悉继电器控制的人来说，是最方便的一种编程方法。（2）逻辑流程图法逻辑流程图法是用逻辑框图表示PLC程序的执行过程，反映输入与输出的关系。逻辑流程图会使整个程序脉络清晰，便于分析控制程序、查找故障点及调试和维修程序。（3）时序流程图法时序流程图法是首先画出控制系统的时序图（即到某一个时间应该进行哪项控制的控制时序图），再根据时序关系画出对应的控制任务的程序框图，最后把框图写成PLC程序。这种方法很适合以时间为基准的控制系统的编程方法。（4）步进顺控法步进顺控法是在顺控指令的配合下设计复杂的控制程序。一般比较复杂的程序都可以分成若干个功能比较简单的程序段，一个程序可以看成整个控制过程的一步。2、经验法编程经验法是运用自己的或者别人的经验进行设计。多数是设计前先选择与自己工艺要求相近的程序，把这些程序看成是自己的“试验程序”。结合自己工程的情况，对这些“试验程序”逐一修改，使之适合自己的工程要求。3、计算机辅助设计编程计算机辅助设计是通过PLC编程软件（比如STEP7--Micro/WIN）在计算机上进行程序设计、离线或在线编程、离线仿真和在线调试等。使用编程软件可以很方便的在计算机上离线或在线编程、在线调试，在计算机上进行程序的存取、加密以及形成EXE文件[14]。4.2编程软件STEP7--Micro/WIN概述STEP7--Micro/WIN编程软件是基于Windows的应用软件，由西门子公司专为S7-200系列可编程控制器设计开发，它功能强大，主要为用户开发控制程序使用，同时也可以实时监控用户程序的执行状态。它是西门子S7-200用户不可缺少的开发工具。现在加上中文程序后，可在全中文的界面下进行操作，用户使用起来更加方便。操作主界面如图4.1所示。4.2.1STEP7-Micro/WIN简单介绍以STEP7-Micro/WIN创建程序，为接通STEP7--Micro/WIN，可双击STEP7--Micro/WIN图标，或选择开始（Start）>SIMATIC>STEP7Micro/WIN4.0菜单命令。如图4-1所示，STEP7--Micro/WIN项目窗口将提供用于创建控制程序的便利工作空间。工具栏将提供快捷键按钮，用于经常使用的菜单命令，可显示或隐藏工具栏的任何按钮。浏览条给出了多组图标，用于访问STEP7--Micro/WIN的不同编程特性。指令树将显示用于创建控制程序的所有项目对象和指令。可将单个的指令从指令树拖放到程序中，或双击某个指令，以便将其插入到程序编辑器中光标的当前位置。程序编辑器包括程序逻辑和局部变量表，可在其中分配临时局部变量的符号名。子程序和中断程序在程序编辑器窗口的底部均按标签显示。单击标签可在子程序、中断程序和主程序之间来回变换[15]。STEP7--Micro/WIN提供了用于创建程序的三个编辑器：梯形图（LAD）、语句表（STL）和功能块图（FBD）。尽管有某些限制，在这些程序编辑器的任何一个中编写的程序均可用其它程序编辑器进行浏览和编辑。用的比较多的是梯形图（LAD）编程语言。下面详细介绍梯形图的特点。图4.1编程软件STEP7--Micro/WIN主界面4.2.2梯形图语言特点梯形图是使用得最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计称为编程。梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。采用梯形图程序设计语言，程序采用梯形图的形式描述。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果。每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。它来源于继电器逻辑控制系统的描述。

在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。梯形图程序设计语言的特点是：（1）与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；

（2）与原有继电器逻辑控制技术相一致，对电气技术人员来说，易于撑握和学习；

（3）与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是，梯形图中的能流（Power

FLow）不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此，应用时，需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待；

（4）与布尔助记符程序设计语言有一一对应关系，便于相互的转换和程序的检查[16]。4.2.3STEP7-Micro/WIN参数设置（通讯设置）本项目中PLC要与电脑正确通信，安装完STEP7-Micro/WIN编程软件且设置好硬件后，可以按下列步骤进行通讯设置。（1）在STEP7-Micro/WIN运行时单击通讯图标，或从“视图”菜单中选择选项“通信”，则会出现一个通信对话框（如图4.2所示）。图4.2通信参数设置（2）在对话框中双击PC/PPI电缆的图标，将出现PG/PC接口对话框或者直接单击“检视”栏中单击“设置PG/PC接口”也行。如图4.3所示。图4.3PG/PC接口对话框（3）单击Properties按钮，将出现接口属性对话框，检查各参数的属性是否正确，其中通信波特率默认值为9.6kbps（如图4.4所示）。图4.4通信参数设置4.3程序设计4.3.1设计思路PLC运行时，通过特殊继电器SM0.0产生初始化脉冲进行初始化，将温度设定值，PID参数值等，存入有关的数据寄存器，使定时器复位；按启动按钮，系统开始温度采样，采样周期为1秒；K型热电偶传感器把所测量的温度进行标准量转换（0-41毫伏）；通过温度变送器转化为模拟量0到10V的电压信号；进入PLC的AIW0第一路模拟量输入通道。下面是控制程序流程图4.5启动启动绿灯亮，系统运行调用PID模块调压模块改变电压温度当前值和设定值等显示开始图4.5程序流程图4.3.2梯形图程序这里用SM0.0直接调用了编程软件自带的PID子程序，即就是用PID指令向导编程。上面的指令中，PV_I为反馈值，也就是热电偶将检测到的当前温度值送入温度模块后输出的模拟电压值AIW0；Setpoint_R为设定值。每个PID回路都有两个输入变量，给定值SP和过程变量PV。执行PID指令前必须把它们转换成标准的浮点型实数。即先把整数值转换成浮点型实数值，再把实数值进行归一化处理，使其为0.0-1.0之间的实数。归一化的公式为（4-1）式中，R1为标准化的实数值；R为未标准化的实数值；M为偏置，单极性为0.0，双极性为0.5；S为值域大小，为最大允许值减去最小允许值，单极性为32000，双极性为64000[17]。4.3.3PID指令向导的运用STEP7-Micro/WIN提供了PIDWizard（PID指令向导），可以帮助用户方便地生成一个闭环控制过程的PID算法。此向导可以完成绝大多数PID运算的自动编程，用户只需在主程序中调用PID向导生成的子程序，就可以完成PID控制任务。PID向导既可以生成模拟量输出PID控制算法，也支持开关量输出；既支持连续自动调节，也支持手动参与控制[18]。本项目程序中就正好运STEP7-Micro/WIN软件自带的PID指令向导。从而使得程序简单易懂，同时也达到了控制要求。首先打开“指令向导”，选择“PID”，如图4.6所示。图4.6配置PID指令图4.7编辑0的PID配置图4.8是配置PID环路参数的。其中，增益Kc=1，积分时间为1分钟，微分时间为0分钟，采样时间为10秒。还有，PID环路的设定点设置为0.0-1.0，便于归一化处理。图4.8PID参数设置图4.9环路输入、输出设置图4.10设置报警功能设置好以上所有步骤后，接下来需要根据回路表为PID参数分配存储地址，图4.10、图4.11和图4.12就是此作用。图4.11为PID配置分配内存图4.12创建初始化子例行程序图4.13为配置生成项目元件4.3.4语句表（STL）程序下面是STL程序，它可以和梯形图程序相互转换。5基于组态王的HMI设计5.1人机界面（HMI）设计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（HMIHumanMachineInterface）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[19]。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Wincc、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，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。从北京亚控公司的主页上下载了组态王6.5.3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5.1所示，最下面的一行是我们新建的工程，工程名称为“PID温控”。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5.2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。下面介绍每个画面的设计方法。图5.1新建工程图5.2新建画面5.1.1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“开始”和“停止”按钮以及温度显示、设定画面、报警窗口等按钮。完整的主界面如图5.3所示。运行组态王后，点击“开始”按钮，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“设定画面”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。图5.3主界面5.1.2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“F1”按钮，即可形成如图5.4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“F1”按钮，就会回到主界面。图5.4实时趋势曲线5.1.3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“返回主界面”按钮，即可形成如图5.5所示的报警窗口画面。图5.5报警窗口5.2变量设置打开工程浏览器，点击“数据词典”，再点击“新建”建立“设定温度”、“当前温度”、“启动”、“停止”、“Kp”、“Ti”、“Td”、“采样时间”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“设定稳定”的寄存器为v0,数据类型为float。“当前稳定”的寄存器为v4,数据类型为float。下面我们以当前温度设置为例来说明变量设置的步骤和方法。图5.7为变量“当前温度”基本属性设置图，变量类型设置为I/O实数，连接设备为PLC，寄存器为v4，数据类型是float。图5.6当前温度PV基本属性设置图5-7为变量“当前温度”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。当前温度在10度到30度之间时，报警当前温度偏低。当前温度大于65度时，报警当前温度偏高。图5.7当前温度报警定义设置5.3动画连接打开操作界面，双击“开始”按钮，出现如图5.8的动画连接画面。在按下时、弹起时左边打沟，点击变量名右边的问号，选择变量“启动按钮”这样，点击“开始”后，系统就开始运行，此按钮就相当于PLC硬件图中的绿色启动开关。“停止”按钮的动画连接设置类似。图5.8动画连接图5.9动画连接打开操作界面，双击当前温度值下面的框，出现如图5.9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“PV”。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“当前温度”的动画连接设置就完成了。到这里，整个人机界面（HMI）就完成了。6系统运行结果分析完成了PLC程序设计和人机界面设计之后，进入系统运行测试阶段。首先在STEP7-Micro/Win编程软件中将设计好的程序下载到PLC中，然后打开组态王，切换到运行模式。6.1系统运行打开主界面，点“参数设定”按钮，则切换到参数设定画面。增益Kp、积分时间Ti、微分时间Td、采样时间、设定温度这几个变量的值也显示在画面上。本项目编写程序时用了PID指令向导，Kp设置了，Ti设置了分钟，Td设置了分钟，则设定画面上也是现实同样的数据。然后按F1键则返回到主界面，然后点击“操作界面”按钮，则切换到操作界面画面，如图6.1所示。6.2运行结果分析在操作界面，点击“开始”按钮，则系统状态指示灯变为绿色，系统开始运行，当前温度开始有数据显示。实时趋势曲线中红色曲线表示设定温度，绿色曲线表示当前温度。由实时趋势曲线图可知，系统运行后当前温度快速上升到55度，然后稍微缓慢上升到65度左右，最后下降到60度左右稳定下来。其中，当前温度值最大为65.5度，稳定后在59.3度到60.5度之间，与设定温度极为接近。图6.1是当前温度为59.4度时的操作界面。图6.1系统运行-操作界面结论PLC（可编程控制器）以其可靠性高、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。PID闭环控制是控制系统中应用很广泛的一种控制算法，对大部分控制对象都有良好的控制效果。组态软件组态王因其简单易用的特点，在HMI设计中深受用户的喜欢而得到广泛的使用。在西门子S7-200系列PLC和组态软件组态王的基础上，我们成功设计出了温度控制系统，该系统达到了快、准、稳的效果，也达到了预期的目标。再加上由组态王设计的人机界面，整个系统操作简单，控制方便，大大提高了系统的自动化程度和实用性。该温度控制系统也有一些有不足的地方需要改进，编程时我们用了编程软件自带的PID指令向导模块，这样虽然方便，但是使得控制系统超调量和调节时间都稍微偏大，若不直接调用该模块，而是自己编写PID控制子程序的话，控制效果可能会更好。还有人机界面内容不够丰富，若再加上报表系统、打印功能的话，那就更完美了。致谢历时三个月的毕业设计已经告一段落。经过杨老师的耐心指导和热情帮助以及自己不断的搜索努力，此次毕业设计已经基本完成。在这段时间里，杨青导师严谨务实的治学风范，一丝不苟的学术钻研精神，真诚正直的为人态度，渊博的知识、严谨的治学态度，以及虚怀若谷的求学精神无比让我终生难忘。杨老师严谨的治学态度和热忱的工作作风令我十分钦佩，他的指导使我受益匪浅。在此对杨青老师表示深深的感谢。通过这次毕业设计，使我深刻地认识到学好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义，并且检验了大学四年的学习成果。虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够熟练。但是我将在以后的工作和学习中继续努力、不断完善。这三个月的设计是对以往所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的发展打下了良好的基础。激励我在以后的学习中更加努力。参考文献[1]郁汉琪.可编程控制器原理及应用[M].中国电力出版社，2004[2]努尔哈孜·朱玛力.\o"可编程序控制器在电炉温度控制系统中应用的研究相似度41%"可编程序控制器在电炉温度控制系统中应用的研究[M].新疆大学学报，2006,13(2):267-268[3]黄柱深，黄超麟.基于PLC的高精度温度控制系统[M].机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