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1、 成績(jī) 齊魯理工學(xué)院 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 題 目 基于PID的鍋爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 課 程 名 稱 過程控制系統(tǒng)與儀表 二 級(jí) 學(xué) 院 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 自動(dòng)化 班 級(jí) 2014級(jí)自動(dòng)化二班 學(xué) 生 姓 名 金高翔 學(xué) 號(hào) 201410532019 指 導(dǎo) 教 師

2、黃麗麗 設(shè)計(jì)起止時(shí)間： 2016年12月5日至 2016年12月18日  目 錄 摘要 1 1 緒論 2 1.1 課程設(shè)計(jì)的背景： 2 1.2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)： 2 1.3 課程設(shè)計(jì)的基本要求： 2 2 PLC和組態(tài)軟件介紹 3 2.1 可編程控制器 3 2.1.1 可編程控制器的工作原理 3 2.2 組態(tài)軟件 3 2.2.1 組態(tài)的定義 3 2.2.2 組態(tài)王軟件的特點(diǎn) 3 2.2.3組態(tài)王軟件仿真的基本方法 4 3 PID控制及參數(shù)整定 4 3.1.PID控制器的組成 4 3.2.采

3、樣周期的分析 5 4 被控對(duì)象的建模 6 5 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 8 5．1.程序編寫 8 5.2用指令向?qū)Ь帉慞ID控制程序 11 6 組態(tài)的設(shè)計(jì) 14 7 系統(tǒng)測(cè)試 16 7.1 啟動(dòng)組態(tài)王 16 7.2 實(shí)時(shí)曲線界面 17 7.3歷史曲線界面 17 8 結(jié)論 18 參考文獻(xiàn)： 19 致謝： 20 基于PID的鍋爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘要：從上世紀(jì)的80年代到90年代中期，PLC得到了飛速的發(fā)展，在這個(gè)時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到了大幅度的提高，PLC逐漸的進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程

4、控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的未來(lái)，是無(wú)法取代的。 本文介紹了以鍋爐為被控對(duì)象，以鍋爐出口水溫為主被控參數(shù)，以加熱爐電阻絲電壓為控制參數(shù)，以PLC為控制器，構(gòu)成鍋爐溫度控制系統(tǒng)；采用PID算法，運(yùn)用PLC梯形圖編程語(yǔ)言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)鍋爐溫度的自動(dòng)控制。 鍋爐的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，在相當(dāng)多的領(lǐng)域里，鍋爐的性能優(yōu)劣決定了產(chǎn)品的質(zhì)量好壞。目前鍋爐的控制系統(tǒng)大都采用以微處理器為核心的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，既提高設(shè)備的自動(dòng)化程度又提高設(shè)備的控制精度。 本文分別就鍋爐的

5、控制系統(tǒng)工作原理，溫度變送器的選型、PLC配置、組態(tài)軟件程序設(shè)計(jì)等幾方面進(jìn)行闡述。通過改造電熱鍋爐的控制系統(tǒng)具有響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、可靠性高,控制精度好等特點(diǎn)，對(duì)工業(yè)控制有現(xiàn)實(shí)意義。 關(guān)鍵詞： 電熱鍋爐的控制系統(tǒng) 溫度控制 PLC PID 1 緒論 1.1 課程設(shè)計(jì)的背景： 根據(jù)國(guó)內(nèi)實(shí)際情況和環(huán)保問題的考慮和要求，燃料鍋爐由于污染并且效率不高，已經(jīng)逐漸被淘汰；燃油和燃?xì)忮仩t也存在著燃料供應(yīng)不方便和安全性等問題。因此在人口密集的居民區(qū)、旅館、醫(yī)院和學(xué)習(xí)，電加熱鍋爐完全替代燃煤、燃油、燃?xì)忮仩t。 自70年代以來(lái)，由于工

6、業(yè)過程控制的需要，特別是微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)外溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展迅速，并且在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)整定等方面，以日本、美國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)家技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀表，并在各行廣泛應(yīng)用。 鍋爐采用全新加熱方式，它具有無(wú)污染、能量轉(zhuǎn)化效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全性好、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，且可采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控，完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。使其比其他形式的鍋爐更具有吸引力。 由于鍋爐是一個(gè)具有非線性、大滯后、大慣性、時(shí)變性、升溫單向性等特點(diǎn)的被控對(duì)象，很難用數(shù)學(xué)的方法建立精確的數(shù)學(xué)模型，因此用傳統(tǒng)的控制理論和方法很難達(dá)到很好的控制效

7、果。而這下符合PID控制使用的條件，因而PID控制被廣泛地用于電熱鍋爐的控制中，用來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制方法，并獲得良好的控制效果。因此，鍋爐溫度控制系統(tǒng)一直是工業(yè)技術(shù)人員研究的重點(diǎn)及熱點(diǎn)。 1.2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)： 1、熟練掌握各種傳感器的使用方法。 2、熟練掌握鍋爐的控制方法。 3、編寫PLC軟件和組態(tài)軟件完成鍋爐的控制過程。 4、通過上位機(jī)監(jiān)控軟件能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控鍋爐的溫度，監(jiān)控鍋爐運(yùn)行過程中的溫度變化曲線和電爐絲加熱時(shí)的電流曲線，找出控制溫度的最佳控制方法和參數(shù)。 1.3 課程設(shè)計(jì)的基本要求： 以鍋爐為被控對(duì)象，以鍋爐出口水溫為主被控參數(shù)，以爐膛內(nèi)水溫為副被控參數(shù)，以加熱爐

8、電阻絲電壓為控制參數(shù)，以PLC為控制器，構(gòu)成鍋爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)；采用PID算法，運(yùn)用PLC梯形圖編程語(yǔ)言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)鍋爐溫度的自動(dòng)控制。通過課程設(shè)計(jì)，學(xué)生能夠掌握鍋爐的控制原理，并且能夠熟練掌握通過PLC和組態(tài)軟件控制鍋爐的方法和過程。 2 PLC和組態(tài)軟件介紹 2.1 可編程控制器 可編程控制器是是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱PLC（Programmable logic Controller),它使用可編程序的記憶以存儲(chǔ)指令，用來(lái)執(zhí)行邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、和演算等功能，并通過數(shù)字或模擬的輸入輸出，以控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。 2.1.1 可編程控制器的工作原理 PLC的工作方

9、式是一個(gè)不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。 CPU 從第一條指令開始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。 PLC 就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。 2.2 組態(tài)軟件 2.2.1 組態(tài)的定義 組態(tài)就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一具體任務(wù)的過程。組態(tài)軟件是有專業(yè)性的，一種組態(tài)軟件只能適合在某種領(lǐng)域的應(yīng)用。組態(tài)的概念最早出現(xiàn)在工業(yè)計(jì)算機(jī)控制中，如DCS(集散控制系統(tǒng))組態(tài)，PLC梯形圖組態(tài)。人機(jī)界面生成軟件就叫工控組態(tài)軟件。工業(yè)控制中形成的組態(tài)結(jié)果是用在實(shí)時(shí)監(jiān)控的。從表面上看，組態(tài)工具的運(yùn)行

10、程序就是執(zhí)行自己特定的任務(wù)。 工控組態(tài)軟件也提供了編程手段，一般都是內(nèi)置編譯系統(tǒng)，提供類BASIC語(yǔ)言，有的支持VB，現(xiàn)在有的組態(tài)軟件甚至支持高級(jí)語(yǔ)言。 在當(dāng)今工控領(lǐng)域，一些常用的大型組態(tài)軟件主要有：ABB-OptiMax，WinCC，iFix，Intouch，組態(tài)王，力控，易控，MCGS等。本設(shè)計(jì)采用亞控的組態(tài)王軟件進(jìn)行組態(tài)的設(shè)計(jì)。 2.2.2 組態(tài)王軟件的特點(diǎn) 組態(tài)王軟件具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中

11、完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫。通過對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動(dòng)畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。 2.2.3組態(tài)王軟件仿真的基本方法 (1)圖形界面的設(shè)計(jì) 圖形,是用抽象的圖形畫面來(lái)模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和相應(yīng)的工控設(shè)備。 (2) 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù) 數(shù)據(jù),就是創(chuàng)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫(kù),

12、并用此數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量描述工控對(duì)象的各種屬性,比如水位、流量等。 (3)建立動(dòng)畫連接 連接,就是畫面上的圖素以怎樣的動(dòng)畫來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行,以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。 (4)運(yùn)行和調(diào)試 3 PID控制及參數(shù)整定 3.1.PID控制器的組成 PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： （3-1） (1) 比例系數(shù)KC對(duì)系統(tǒng)性能的影響： 比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小。偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)。太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定。太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢?？梢赃x負(fù)數(shù)

13、，這主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器以控制對(duì)象的特性決定的。如果的符號(hào)選擇不當(dāng)對(duì)象狀態(tài)就會(huì)離控制目標(biāo)的狀態(tài)越來(lái)越遠(yuǎn)，如果出現(xiàn)這樣的情況的符號(hào)就一定要取反。 (2) 積分控制對(duì)系統(tǒng)性能的影響： 積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，?。ǚe分作用強(qiáng)）會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。 (3) 微分控制對(duì)系統(tǒng)性能的影響： 微分作用可以改善動(dòng)態(tài)特性，偏大時(shí)，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較短。偏小時(shí)，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時(shí)間也較長(zhǎng)。只有合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時(shí)間。 3.2.采樣周期的分析 采樣周期越小，采樣值就越能反應(yīng)溫度的變化情況。但是，太小就會(huì)增加CPU的運(yùn)算工作量，相鄰的兩次采樣值幾

14、乎沒什么變化，將是PID控制器輸出的微分部分接近于0，所以不應(yīng)使采樣時(shí)間太小。，確定采樣周期時(shí)，應(yīng)保證被控量迅速變化時(shí)，能用足夠多的采樣點(diǎn)，以保證不會(huì)因采樣點(diǎn)過稀而丟失被采集的模擬量中的重要信息。 因?yàn)楸鞠到y(tǒng)是溫度控制系統(tǒng)，溫度具有延遲特性的慣性環(huán)節(jié)，所以采樣時(shí)間不能太短，一般是15s～20s，本系統(tǒng)采樣17s 經(jīng)過上述的分析，該溫度控制系統(tǒng)就已經(jīng)基本確定了，在系統(tǒng)投運(yùn)之前還要進(jìn)行控制器的參數(shù)整定。常用的整定方法可歸納為兩大類，即理論計(jì)算整定法和工程整定法。 理論計(jì)算整定法是在已知被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)選取的質(zhì)量指標(biāo)，經(jīng)過理論的計(jì)算（微分方程、根軌跡、頻率法等），求得最佳的整定

15、參數(shù)。這類方法比較復(fù)雜，工作量大，而且用于分析法或?qū)嶒?yàn)測(cè)定法求得的對(duì)象數(shù)學(xué)模型只能近似的反映過程的動(dòng)態(tài)特征，整定的結(jié)果精度不是很高，因此未在工程上受到廣泛的應(yīng)用。 對(duì)于工程整定法，工程人員無(wú)需知道對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，無(wú)需具備理論計(jì)算所學(xué)的理論知識(shí)，就可以在控制系統(tǒng)中直接進(jìn)行整定，因而簡(jiǎn)單、實(shí)用，在實(shí)際工程中被廣泛的應(yīng)用常用的工程整定法有經(jīng)驗(yàn)整定法、臨界比例度法、衰減曲線法、自整定法等。在這里，我們采用經(jīng)驗(yàn)整定法整定控制器的參數(shù)值。整定步驟為“先比例，再積分，最后微分”。 （1）整定比例控制 將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。 （2）整定積分環(huán)節(jié) 若

16、在比例控制下穩(wěn)態(tài)誤差不能滿足要求，需加入積分控制。先將步驟（1）中選擇的比例系數(shù)減小為原來(lái)的50～80％，再將積分時(shí)間置一個(gè)較大值，觀測(cè)響應(yīng)曲線。然后減小積分時(shí)間，加大積分作用，并相應(yīng)調(diào)整比例系數(shù)，反復(fù)試湊至得到較滿意的響應(yīng)，確定比例和積分的參數(shù)。 （3）整定微分環(huán)節(jié) 若經(jīng)過步驟（2），PI控制只能消除穩(wěn)態(tài)誤差，而動(dòng)態(tài)過程不能令人滿意，則應(yīng)加入微分控制，構(gòu)成PID控制。先置微分時(shí)間TD=0，逐漸加大TD，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，反復(fù)試湊至獲得滿意的控制效果和PID控制參數(shù)。 4 被控對(duì)象的建模 某單容電加熱過程如圖4.1所示： 圖4.1 單容電加熱過程熱力過程 容器內(nèi)液體

17、的總熱容為C，液體的比熱容為，流體流量（流入、流出相等）為q，液體以溫度流入加熱容器，以溫度 (同時(shí)也是容器中液體的溫度)流出加熱容器。設(shè)容器所在的環(huán)境溫蒂為（ >）。在環(huán)境溫度、液體流入溫度和流量q不變的條件下，建立電加熱電壓u與液體輸出溫度之間動(dòng)態(tài)關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。 把加熱容器看作一個(gè)獨(dú)立的隔離體，根據(jù)能量動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入容器的熱量Qi與單位時(shí)間內(nèi)流出容器的熱量之差等于容器內(nèi)熱量?jī)?chǔ)存的變化率，可得 ： （4-1） 式中，輸入熱量由電加熱器的發(fā)熱量和流入液體攜帶熱量?jī)刹糠纸M成： （4-2） 同樣

18、，由加熱容器輸出的熱量由流出液體攜帶熱量由流出液體攜帶熱量和容器向周圍散發(fā)的熱量?jī)刹糠纸M成： （4-3） 由熱力學(xué)可知，單位時(shí)間內(nèi)加熱容器向四周散發(fā)熱量與容器散熱面積（設(shè)為A）、保溫材料的材料的傳熱系數(shù)（設(shè)為Kr）以及容器內(nèi)、外溫差成正比：，將上式代入式4-3得： （4-4） 加熱過程工程在穩(wěn)態(tài)時(shí)，保持不變，從加熱容器輸出熱量等于從外部輸入的熱量，即=，則有： （4-5） 若以增量形式表示變量相對(duì)于穩(wěn)態(tài)值的變化量，即：；；,由式4-5可知：。代入式4-1可得：

19、 （4-6） 假設(shè)q、、不變，，從式4-2可得： （4-7） 從式4-4可得： （4-8） 將式4-7、式4-8代入式4-6得： （4-9） 電加熱器的發(fā)熱量與外加電壓的平方成正比，故與電壓u成非線性關(guān)系。為使問題簡(jiǎn)化，在工作點(diǎn)（,）附近進(jìn)行線性化處理：在工作點(diǎn)附近的小范圍內(nèi)，以切線代替原來(lái)的曲線，可以用下式表示電壓變化（增量）和加熱量變化（增量）e之間的關(guān)系，將其代入式4-9得： （4-10） 令， ，則上式可表示為：

20、 （4-11） 對(duì)式4-11取拉氏變換，可得到輸出液體溫度與電加熱器電壓之間的傳遞函數(shù)： （4-12） 5 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 5．1.程序編寫 （1）編寫程序前，必須先填寫PID指令的參數(shù)表，參數(shù)表如表5.1所示 表5.1 鍋爐溫度控制PID參數(shù)表 序號(hào) 地址 參數(shù) 功能描述 1 VD100 過程變量（PVn） 溫度經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值 2 VD104 給定值（SPn） 0.335（最高溫度為1，調(diào)節(jié)到0.335） 3 VD108 輸出值（Mn） PID回路輸出值 4 VD112

21、增益（Kc） -3.0 5 VD116 采樣時(shí)間（Ts） 17 6 VD120 積分時(shí)間（Ti） 7 7 VD124 微分時(shí)間（Td） 0 8 VD128 積分項(xiàng)前值（MX） 根據(jù)PID運(yùn)算結(jié)果更新 9 VD132 過程變量前值（PVn-1） 最后一次PID運(yùn)算過程變量值 （2）編寫PLC控制程序 圖5.1 鍋爐溫度的PLC控制梯形圖（一） 圖5.1 鍋爐溫度的PLC控制梯形圖（二） 5.2用指令向?qū)Ь帉慞ID控制程序 （1）打開指令向?qū)?，選定PID。選中菜單欄中的“工具”，單擊其子菜單“指令向?qū)А?，彈出如圖5.2所示的界

22、面，選定“PID”選項(xiàng)，單擊“下一步”按鈕。 圖5.2 硬件配置圖 （2）指定回路號(hào)碼，如圖5.3所示，本例選定回路號(hào)碼為0，單擊“下一步”。 圖5.3 指定回路號(hào)碼 （3）設(shè)置回路參數(shù)，如圖5.4所示，本例將比例系數(shù)設(shè)定為3，將采樣時(shí)間設(shè)定為0.5s，積分時(shí)間設(shè)定為20min，微分時(shí)間設(shè)定為0，即不使用微分項(xiàng)，只使用PI控制器，然后單擊“下一步”按鈕。 圖5.4 設(shè)置回路參數(shù) （4）為計(jì)算指定儲(chǔ)存區(qū)，如圖5.5所示，PID指令使用V儲(chǔ)存區(qū)中的一個(gè)36字節(jié)的參數(shù)表，儲(chǔ)存用于控制回路操作的參數(shù)。PID計(jì)算還要求一個(gè)“暫存區(qū)”，用于存儲(chǔ)臨時(shí)結(jié)果。先單擊“建議

23、地址”，再單擊“下一步”按鈕，地址自動(dòng)分配。 圖5.5 為計(jì)算指定存儲(chǔ)區(qū) （5）指定子程序和中斷程序，如圖5.6所示，本例使用默認(rèn)子程序名，只要單擊“下一步”按鈕即可。如果項(xiàng)目包含一個(gè)激活PID配置，已經(jīng)建立的中斷程序名被設(shè)為只讀。因?yàn)轫?xiàng)目中的所有配置共享一個(gè)公用中斷程序，項(xiàng)目中增加的任何新配置不得改變公用中斷程序的名稱。 圖5.6 指定子程序和中斷程序 （6）生產(chǎn)PID代碼，如圖4.7所示，單擊“完成”按鈕，S7-200PLC指令向?qū)橹付ǖ呐渲蒙a(chǎn)程序代碼和數(shù)據(jù)塊代碼。由向?qū)Ы⒌淖映绦蚝椭袛喑绦虺蔀轫?xiàng)目的一部分。要在程序中使能該配置，每次掃描周期時(shí)，使用SM0.0從主程序塊調(diào)

24、用該子程序。 圖5.7 生成PID代碼 （9）編寫程序，如圖5.8所示 圖5.8 程序 6 組態(tài)的設(shè)計(jì) 雙擊組態(tài)王的快捷方式，出現(xiàn)組態(tài)王的工程管理器窗口，雙擊新建按扭，按照彈出的建立向?qū)В顚懝こ堂Q。然后打開剛建立的工程。進(jìn)入組態(tài)畫面的設(shè)計(jì)，如圖6.1所示： 圖6.1 新建工程 因?yàn)榻M態(tài)畫面要與西門子S7-200 PLC連接之后才能使用，所以要新建S7-200的連接，具體步驟如下圖6.2所示： 圖6.2 新建設(shè)備 要實(shí)現(xiàn)組態(tài)王對(duì)S7-200的在線監(jiān)控，就先必須建立兩者之間的聯(lián)系，那就需要建立兩者間的數(shù)據(jù)變量?；绢愋偷淖兞靠梢苑譃椤皟?nèi)存變量”和I/O變量?jī)?/p>

25、類。內(nèi)存變量是組態(tài)王內(nèi)部的變量，不跟被監(jiān)控的設(shè)備進(jìn)行交換。而I/O變量是兩者之間互相交換數(shù)據(jù)的橋梁，S7-200和組態(tài)王的數(shù)據(jù)交換是雙向的。如圖6.3、圖6.4所示： 圖6.3 新建變量 圖6.4 變量表 以上步驟進(jìn)行完成，開始繪制主監(jiān)控界面，主控界面實(shí)現(xiàn)的是操作者觀察儀表，得到鍋爐內(nèi)液體溫度和液位的實(shí)時(shí)信息，在該界面加入菜單項(xiàng)，可以查看歷史系統(tǒng)報(bào)警，加入實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線和開關(guān)按鈕，可以使操作者更加快捷、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。如圖6.5所示： 圖6.5 鍋爐溫度控制系統(tǒng)主監(jiān)控界面 7 系統(tǒng)測(cè)試 7.1 啟動(dòng)組態(tài)王 打開組態(tài)王的項(xiàng)目工程管理器，點(diǎn)擊窗口欄中“VIE

26、W”或者在畫面中點(diǎn)擊右鍵，選擇“切換到VIEW”，啟動(dòng)組態(tài)王，進(jìn)入主畫面。這個(gè)時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開一個(gè)信息窗口，可以通過信息窗口來(lái)知道，組態(tài)王的運(yùn)行情況以及和PLC的連接是否成功。如果連接不成功，會(huì)出現(xiàn)通信失敗的提示語(yǔ)言，那就要查明原因，否則不能監(jiān)控。如果提示連接設(shè)備成功，窗口會(huì)顯示開始記錄數(shù)據(jù)，那就表示可以開始系統(tǒng)的運(yùn)行了。組態(tài)監(jiān)控啟動(dòng)之后，會(huì)自動(dòng)顯示組態(tài)畫面。 7.2 實(shí)時(shí)曲線界面 實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線的功能是隨著系統(tǒng)的運(yùn)行，動(dòng)態(tài)的顯示出鍋爐內(nèi)液體的溫度和液位的變化情況，讓用戶清楚的看出溫度和液位的變化趨勢(shì)，為下一步控制做出精確地決策。如圖7.2所示： 圖7.2 實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線 7.3歷

27、史曲線界面 歷史趨勢(shì)曲線記錄了鍋爐內(nèi)液體溫度和液位的歷史變化，用戶可方便查看歷史曲線的變化情況。該界面加入了打印按鈕，可方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史曲線的打印。如圖7.3所示： 圖7.3 歷史趨勢(shì)曲線 8 結(jié)論 鍋爐是化工、供熱供暖、煉油、發(fā)電等生產(chǎn)中不可或缺的設(shè)備，它的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，在相當(dāng)多的領(lǐng)域里，鍋爐的性能優(yōu)劣決定了產(chǎn)品的質(zhì)量好壞。目前鍋爐的控制系統(tǒng)大都采用以微處理器為核心的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，既提高設(shè)備的自動(dòng)化程度又提高設(shè)備的控制精度。本次課程設(shè)計(jì)主要認(rèn)識(shí)了STEP7-Micro/WIN軟件的基本編程和組態(tài)王畫面的設(shè)計(jì),了解了鍋爐水溫控制系統(tǒng)的基本原理，熟悉掌握了各種傳感器的使用方法及

28、鍋爐的控制方法，并且學(xué)會(huì)了如何去設(shè)計(jì)一個(gè)過程控制系統(tǒng)，掌握了基本的設(shè)計(jì)方法。 通過這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)過程控制有了更深刻的了解，把自己所學(xué)的過程控制系統(tǒng)的分散理論知識(shí)都聯(lián)系起來(lái)，使自己所學(xué)的過程控制系統(tǒng)的理論知識(shí)形成了一個(gè)體系。讓我更加清楚的認(rèn)識(shí)到理論與實(shí)踐的關(guān)系----只有把理論與實(shí)踐緊密結(jié)合起來(lái)，理論知識(shí)才能變成有應(yīng)用價(jià)值的靈活知識(shí)。認(rèn)識(shí)到理論知識(shí)只有運(yùn)用于實(shí)踐才能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)和社會(huì)價(jià)值，而實(shí)踐只有在科學(xué)正確理論指導(dǎo)下才能取得成果。科學(xué)正確的理論知識(shí)是推動(dòng)人類實(shí)踐活動(dòng)前進(jìn)的強(qiáng)大精神武器，而實(shí)踐活動(dòng)四檢驗(yàn)理論正確與否的唯一標(biāo)準(zhǔn)也是理論產(chǎn)生的源泉。理論與實(shí)踐緊密聯(lián)系，相互依存。 當(dāng)然在

29、這次課程設(shè)計(jì)中，也發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足之處，比如對(duì)所學(xué)的過程控制系統(tǒng)的知識(shí)原理掌握的還不厚牢固，知識(shí)應(yīng)用于不夠靈活，不能舉一反三等。在以后的學(xué)習(xí)中一定要腳踏實(shí)地、一絲不茍的對(duì)待所學(xué)專業(yè)知識(shí)，認(rèn)真學(xué)習(xí)、精益求精為將來(lái)的學(xué)習(xí)、研究和工作奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，在以后的學(xué)習(xí)中多參與實(shí)際生活問題的思考，多參加實(shí)踐活動(dòng)！ 參考文獻(xiàn)： [1] 王東署.S7-200PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用[M]. 中國(guó)電力出版社，2013 [2] 王再英，劉淮霞，陳毅靜.過程控制系統(tǒng)與儀表[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社，2006 [3] 周美蘭，周封，王岳宇.PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)[M]

30、. 科學(xué)出版社，2009 [4] 龔?fù)?實(shí)例解讀西門子PLC[M]. 中國(guó)電力出版社，2013 [5] 高安邦，諸雪蓮，韓維民.PLC技術(shù)與應(yīng)用理實(shí)一體化教程[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社，2013 [6] 王艷芬，候益坤.PLC應(yīng)用與組態(tài)監(jiān)控技術(shù)[M]. 北京理工大學(xué)出版社，2012 [7] 鄭鳳翼.西門子S7-200系列PLC應(yīng)用100例[M]. 科學(xué)出版社，2009 [8] 王存旭.可編程控制器原理及應(yīng)用[M]. 高等教育出版社，2013 [9] A water pumping control system with a programmable logic controller

31、(PLC) and industrial wireless modules for industrial plantsan experimental setup ISA Transactions, In Press, Corrected Proof, Available online 3 December 2010 Ramazan Bayindir, Yucel Cetince 致謝： 經(jīng)過兩周的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，我的課程設(shè)計(jì)終于順利完成。我必須感謝我的指導(dǎo)老師和我的同學(xué)們，沒有他們的幫助，這次課程設(shè)計(jì)就不可能完成。首先是我的指導(dǎo)老師給我提供了很多資料和設(shè)計(jì)步驟，并且耐心給我講解，期間有好多關(guān)鍵性的問題，都是因?yàn)橛欣蠋煹膸椭拍芎芸斓慕鉀Q。在此，我表示深深的謝意。其次，是我的同組成員們，是他們和我共同的努力下才有了今天設(shè)計(jì)的完成，對(duì)此，我也要表示感謝。最后，在設(shè)計(jì)時(shí)，實(shí)驗(yàn)室的同學(xué)們也給了我很多幫助，在很多時(shí)候給我指點(diǎn)迷津，幫我解決了不少的問題，對(duì)此也表示感謝。今后，不管是在學(xué)習(xí)中還是在工作中，我都會(huì)積極幫助他人，并回報(bào)每一個(gè)幫助過我的人，做一個(gè)對(duì)社會(huì)有用的人。 21