毕业论文-基于S7-200的温度控制系统设计.doc
原稿！！基于S7-200的温度控制系统设计【毕业论文+程序与组态】
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温度探头AIW0当前温度VD10温度设定低 VD20温度设定高 VD30冷风机 Q0.0加热风机Q0.1小于40度 Q0.2大于60度 Q0.3介于40到60度 Q0.4大于100度 Q0.5 JIU JIANG UNIVERSITY毕 业 论 文题 目 楷体（小二） 英文题目 院 系 专 业 姓 名 班级学号 指导老师 二零一六年九月基于 S7-200 的温度控制系统设计摘 要温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。在科学研究和生产实践的诸多领域中，温度控制占有着极为重要的地位，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。对于温度控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。基于 MCGS 和 S7-200PLC 的锅炉温度控制系统就是组态软件和可编程序控制器（PLC）联合应用的实例。在这个设计中，利用 MCGS 组态软件对数据、图形进行组态，进而做出控制动态仿真画面。然后 PLC 进行数据采集、处理并与 MCGS 平台进行通讯，从而对锅炉温度进行全面监控。本设计采用了 SIEMENS（西门子）公司的 S7-200 系列进行程序的编写。将编写正确的 PLC 程序与在组态软件下做出的动态界面进行动态连接，在经过检查证明组态的设置没有错误后，进入 MCGS 的运行环境，可以在 MCGS 运行环境下看到温度的实时曲线的变化输出情况，随时对锅炉温度状况进行调整和监测。在运行环境中来实现对锅炉温度调节和控制，使系统达到要求值，从而大大提高了工作效率。关键字:组态软件；s7-200；锅炉温度；控制系统IAbstractTemperature is one of the common process parameters in industrial production, and any physical change and chemical reaction process are closely related to temperature. In many fields of scientific research and production practice, the temperature control occupies a very important position, especially in metallurgy, chemical industry, building materials, food, machinery, petroleum industry, plays an important role. The process of the temperature control system is complex and changeable, so it has more advanced control technology and control theory.The boiler temperature control system based on MCGS and S7-200PLC is an example of the application of configuration software and programmable logic controller (PLC). In this design, the MCGS configuration software is used to configure the data and graphics, and then control the dynamic simulation screen. Then PLC data acquisition, processing and communication with the MCGS platform, so as to monitor the temperature of the boiler.This design uses the SIEMENS (SIEMENS) Company S7-200 series of procedures for the preparation of. Will write the correct procedures for PLC dynamic linking and dynamic interface in configuration software, after check configuration settings without error, run into the MCGS environment, can see the change of output real-time temperature curve in the MCGS operating environment, adjustment and monitoring of boiler IItemperature condition with time. In the operating environment to achieve the boiler temperature regulation and control, so that the system to achieve the required value, thereby greatly improving the efficiency of the work.Key words: configuration software; S7-200; boiler temperature; control systemIII目 录摘 要 .IAbstract .II第一章 绪论 .11.1 研究背景 .11.2 研究目的 .11.3 研究内容 .1第二章 西门子 S7-200 系列 PLC 描述 .22.1 可编程逻辑控制器简介 .22.2 PLC 的结构 .52.3 PLC 各组成部分介绍 .52.4 PLC 的工作原理 .72.5 PLC 的特点 .8第三章 硬件电路设计 .93.1 温度传感器 .93.2 EM235 模拟量输入模块 .93.3 温度检测和控制模块 .93.4 I/O 分配表 .93.5 硬件接线图 .10第四章 软件设计 .114.1 PID 控制程序设计 .114.1.1 PID 在 PLC 中的回路指令 .114.1.2 回路输入输出变量的数值转换方法 .124.1.3 实数归一化处理 .124.1.4 PID 参数整定 .134.2 S7-200 程序设计流程图 .134.3 S7-200 程序设计梯形图 .14第五章 温度控制系统组态的监控 .175.1 人机交互界面 .175.1.1 人机界面技术的发展史 .175.1.2 人机交互界面的应用 .175.1.3 人机交互界面的发展趋势 .185.2 MCGS 软件的介绍 .185.2.1 MCGS 软件的构成 .185.2.2 MCGS 组态软件的特点 .195.3 温度控制系统的工程的动画设计 .195.4 启动组态 .20第六章 总结与展望 .216.1 总结 .216.2 展望 .21致 谢 .22参 考 文 献 .23附 录 .250第 1 章 绪论1.1 研究背景在现代科技迅速发展的时代里，人们将数字和模拟电路中的“管” 和“路”结合在一起，形成了集成电路，人类也因此进入了信息时代。而单片微型计算机正是利用集成电路的技术实现了当今生活自动化管理，节省了大量人力物力。可编程序控制器（简称为 PLC，将 CPU、RAM， ROM、定时器和计数器、冲断系统、数模转换器、通讯接口和 I/O 接口集成到一片硅上，形成一个小而完整的计算机系统.因为它的高性价比、低电压性能稳定、控制能力强、功耗低且耐用、迷你、扩展方便等，已普遍应用在今天的电子生活当中。目前人们大多使用梯形图语言。PLC 不同，它们的开发软件也是是不同的。当 PLC 下载程序，而且满足 PLC 外围电路的要求时，程序开始执行，PLC 能开始实现程序的功能。1.2 研究目的在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。为此,对温度的控制研究是非常有意义的。1.3 研究内容本设计采用了 SIEMENS（西门子）公司的 S7-200 系列进行程序的编写。将编写正确的 PLC 程序与在 MCGS 软件下做出的动态界面进行动态连接，在经过检查证明组态的设置没有错误后，进入 MCGS 的运行环境，可以在 MCGS运行环境下看到温度的实时曲线的变化输出情况，随时对锅炉温度状况进行调整和监测。在运行环境中可以通过鼠标在线的改变 PID 的参数设定值来实现对锅炉温度调节和控制，该系统实现了室内温度的自动测量和调节,极大程度的减少了人力资源的使用。1第二章 西门子 S7-200 系列 PLC 描述2.1 可编程逻辑控制器简介PLC 是英文 Programmable Logic Controller 的缩写，学术上理解为可编程逻辑控制器，是一种用于工业生产自动化控制的电子集成装置。它的硬件组成与微型计算机大致相同，采用一种可编程的存储芯片，用来存储由上位机写入的程序，进而进行各种复杂的运算。(1)PLC 的历史进程1971 年 Intel 推出第一块 CPU Intel 4004，自此进入微电子时代，很快人们将 CPU 应用在可编程控制器。当然，第一代 PLC 那时候还不完全叫做 PLC。由于生产汽车的工艺的繁琐复杂，美国 GE 公司在 1968 年提出了用控制器代替继电器控制装置的要求，当时承接此项目的是美国数字公司，公司举全员之力终于在第二年研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，这就是第一代Programmable Controller,即可编程序控制器，其将程序语言用在了电气控制上，如图 1-1 所示。有了良好的开端，到了 20 世纪 70 年代中末期，PLC 有了实质化的腾飞，微机技术全面引入到 PLC 中，使得其功能发生了质的飞跃。在运算的速度，产品的体积，抗干扰优化以及模数转换方面都有了大为改进，甚至价格也非常合理，为此奠定了牢固的地位在现代工业中。一晃又是近十载，到了20 世纪 80 年代初，PLC 已经在工业发达国家应用成熟广泛，此时设备生产厂商也逐渐增多，跟着产业财富的积累，工业产品产量也与日俱增，此时，美国A-B（Allen&Bradly）公司真正意义上摒弃了之前的名称并更名为可编程序逻辑控制器 Programmable Logic Controller，简称 PLC。PLC 在 80 年代至 90 年代的中期得到了蓬勃的发展，其产量每年保持 3040%的增长。与此同时，在 A/D的处理运算、人与机器的交流互动以及网络传输能力方面 PLC 都有了显著的提升，甚至在个别场合已经开始撼动 DCS 系统稳固的统治地位。到了 90 年代末，PLC 的性能优点更加突出，完全顺应现代工业的发展需求。目前，美国 A-B（Allen&Bradly）公司旗下的罗克韦尔（Rockwell）自动化公司、通用电气发那科（GE-Fanuc）公司、德国西门子（Siemens）公司、施耐德（Schneider ）自动化公司，日本的三菱及欧姆龙（Omron）公司占据了全世2界超过 80%的 PLC 市场份额，国产 PLC 同样发展迅猛，中科院自动化研究所研制的 PLC-0088 和杭机的 DKK02 作为我国代表产品应用广泛。但是近年来，由于信息技术发展迅速，工业计算机技术(IPC) 和现场总线技术(FCS) 在此次浪潮中突兀出来，对控制器市场有一定的冲击，所以控制器的增长速度放缓，但是在工控场所的地位，依旧无法取代。现如今，全世界有两百多家厂商生产三百多种品类不一的 PLC 产品，主要应用在汽车制造(23%)、食品加工(16.4%)、能源化工 (14.6%)、矿藏开发(11.5%)及造纸(11.3%)等领域。(2)PLC 的性能特点1 高可靠性PLC 被公认为最可靠的工业生产自动化控制设备之一，为何能有此美誉，源于工控人对于产品品质的不断追求，才有了现在如此可靠稳定的设备性能，首先对于设备的抗干扰能力，PLC 本身采取了许多方面的抗干扰措施，主要表现在软硬件上，两者结合，相互补充，甚至可以直接在工业生产有强干扰的场所使用，故障率极低。抗干扰措施在硬件上主要有以下的表现：为了适应工业控制各种恶劣的环境，特采用密封防尘抗震的外壳将内部结构进行封装；不仅将输入和输出的电源进行隔离，在输入输出电路中还采用光电隔离技术，使抗干扰性能更加突出；相对于以前的继电器装置，为了避免繁缛的外接设备，直接使用软件替代大量继电器，节省空间，降低故障率。抗干扰措施在软件上主要有以下的表现：在系统的制作前期，PLC 中就自带了许多用于检测和防止故障的指令，用户在进行程序的编辑时用到这些指令，即可对 PLC 和控制系统进行监视；PLC 采取的是循环扫描的工作方式，那么在程序时，采用扫描加中断的工作方式，即不影响系统的正常运行，又能处理紧急情况；PLC 系统内部采用了 “看门狗” （watching dog）电路，即监视器，以确保CPU（中央处理器）工作的可靠稳定；在 PLC 每次启动之后，系统程序自动完成初始化并完成对系统的自检。32 功能丰富PLC 是利用应用程序实现控制的，在编写应用程序时灵活方便，可供使用的语言有顺序功能图（SFC ） 、梯形图（LD） 、指令表（ IL） 、功能块（FBD） 、结构文本（ST）等等。另外，PLC 拥有良好的通用性，主要体现在为实现不同的控制要求时，用不同的软件可以完成对相同硬件构成的 PLC 进行不同的控制。当被控对象的需要改变控制逻辑时，只需简单操作就可实现控制过程，若要在继电器控制中实现还是难度很高的。下面具体指出几点：丰富的指令功能。虽然不同厂商不同品牌的 PLC 的编程语言和指令或多或许有些差别，但是所有厂商都会提供功能强大且相当完备的指令集用以实现对逻辑关系的处理和数据运算；丰富的外部设备。PLC 的外部设备配置已经相当完备，每一款 PLC 都有许多配套的硬件装置可供选择，组成功能不一、规模不一的系统，一台 PLC 往往可以同时控制几台设备，从而实现了分散控制，集中管理的功能，这也是传统继电器系统不能匹敌的；PLC 内部结构复杂。看似一台很小的 PLC 却往往包含了数以千计的内部继电器，还配置了几十种特殊用途的继电器和各类功能模块，对于大规模的系统控制易于实现；人机界面的建立。通过通讯线缆的连接可实现在线模拟监视，也可使用HMI 与 PLC 通讯，实现离线控制；自检功能。对于自身的硬件设施，系统内部进行自我诊断，并记录结果，便于以后的维护检修。3 使用便捷PLC 产品已经有了固定的标准、丰富的系列、多样的模块，使用者只需遵循控制系统的要求的内容进行灵活方便的系统配置即可。PLC 的安装接线也很方便，一般直接将外部接线与接线端子连接即可，并不需要内部接线，不像传统继电器系统，在使用的情况下接线变得繁琐复杂，因为在 PLC 内部已经使用程序软件取代了大量硬件器件，此外，为了适应工艺条件的额变化，PLC 控制系统在相同配置的情况下，仅仅可以通过修改用户程序即可实现不同的系统功能。而且 PLC 的用户程序可直接模拟调试，一些设备厂商还开发了相应的软件4包，比如 Omron 的 CX-ONE，通过软件调试后，在进行 PLC 的现场调试，可大大缩短开发周期。4 体积小、能耗低、性价比高PLC 的体积小、质量轻，以 Simmons 公司的 S7-200 为例，CPU221 的外形尺寸为 90mm*80mm*62mm，其中 DC/DC/DC 型的 CPU221 质量仅为270g；CPU224 的外形尺寸为 120mm*80mm*62mm，其中 DC/DC/DC 型的CPU221 质量仅为 360g。其可为机电一体化控制提供优秀的设备支撑。如表 1-2所示，从各个方面对 PLC 控制系统和传统继电器系统进行了比较。PLC 是世界上有名的 PLC 生产上，在我国北京、上海等大都是，PLC 项目公司很多都是采用西门子公司的 PLC 来进行处理，它具有相当大的市场。同时由于它价格便宜，而且使用性能较好，因此越来越多的人开始关注它，它的市场也越来越大，是仅次于西门子以及三菱的又一大可编程控制器生产厂商。S7-200 系列 PLC 是西门子公司推出的 2005 年的可编程逻辑控制器。该模型是结构紧凑，速度快，基本的命令，将在 0.1uS 执行，而 PLC 具有强大的内置空间。S7-200 系列 PLC 的 I/O 和高性能 I/O 和高性能的西门子系列 PLC 的CPU 单元膨胀比，大大提高了开关量和模拟量的可扩展性。此外，S7-200 系列PLC 支持手持编程。它是连接在计算机编程的 USB 接口，而且提供了 RS-232C和 RS-485 通信接口与外部设备连接。2.2 PLC 的结构PLC 的结构：一般 PLC 都是典型的计算机结构。主要是由 CPU（中央处理器） 、RAM （随机存取存储器） 、ROM（只读存储器）和输入/输出接口电路和电源等部件组成的，这些部件都是 PLC 组成的必不可少的部分。假设将 PLC看成一个系统的话，那么系统是由输入变量-PLC-输出变量组成的，这个系统外部的各种的开关信号、模拟信号和传感器检测的信号都是输入变量，这些信号就是输入变量的组成部分，当这些信号经过 PLC 的外部端子被输入到内部的寄存器当中时，之后通过 PLC 内部的运算和处理之后再传送到输出端子，再由输出端子输出结果，这个就是通过输出变量对外围的设备进行控制。2.3 PLC 各组成部分介绍PLC 由中央处理器 CPU、存储器（ CRM 和 ROM） 、输入输出接口(I/O 模5块)、电源和编程器这些部件组成。（1）中央处理器 CPU中央处理器 CPU 是 PLC 的核心部分，CPU 等同于是 PLC 的“大脑”。而CPU 的在 PLC 中的功能也等同于大脑在人体中的作用，是 PLC 所有的部件之中最必不可少的部分，负责处理 PLC 之中所有的指令。首先 CPU 接收同时并存储用户在编程器输入的程序和数据，将这些数据存储之后在对这些数据进行处理，看这些程序是否正确，是否可以在 PLC 之内运行。CPU 还能扫描并且可以查看现场输入装置里面的信号状态或数据，记录下这些数据或状态之后，CPU 会将数据存入输入过程状态寄存器或者数据寄存器之中，再输入这些之后，CPU 可以对这些数据进行查看并保存。CPU 还能查看 PLC 内部的电路的工作状态和用户在编程过程中出现的一些语法错误，即在运行程序时可以检查出当时输入程序是人们发生的一些错误，便于人们检查是否出错，诊断电源的状况等，同时查看 PLC 的运行状态是否正常。当 PLC 运行之后，CPU 会在存储器之前存入的数据之中逐条读取用户程序并且运行控制，让系统可以按照人们之前输入的程序指令来控制电路，完成控制任务。CPU 还能通过区分时间和渠道执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等来完成用户编写的程序所指示的运算任务，并且在这之后可以结合之前的运算结果，改变相关的标志位的状态和当时输出状态寄存器的内容等，之后再由这些内容完成输出控制、数据通信等功能的控制。这些都是 CPU 可以完成的事情。一般通用微处理器、单片机或双极型位片式微处理器都是 PLC 常用的 CPU 的类型，这些都是不错的选择。（2）存储器存储器是 PLC 当中用来存储数据或程序的，又被称为内存。它包括了随机存取存储器（简称 RAM）和只读存储器（简称 ROM） 。（3）输入输出接口I/O 模块是中样处理器 CPU 和现场的 I/O 设备或者是其他的外部设备之间连接的部件。（4）电源PLC 配有开关式稳压电源的电源模块，可以用来对 PLC 的内部电路进行供电。6（5）编程器编程器是可以进行用户程序的编写、编辑、调试和监视，人们可以在编程器中进行程序的输入和编写，同时还能通过键盘去调用和显示 PLC 的一些内部状态和系统参数，让人们查看是否程序出错。它经过接口与 CPU 联系，完成人机对话。PLC 程序结构图如下图 2,1 所示。电源外设I/O接口I/O扩展机存储器系统程序 用户程序外 部 设 备I/O扩 展 设 备输入单元 输出单元CPU运算器控制器用 户 输 入 设 备用 户 输 出 设 备图 2.1 PLC 程序结构图2.4 PLC 的工作原理PLC 是一般是采用 “顺序扫描，不断循环”这种方式进行工作的。在 PLC 运行的时候， CPU 可以根据程序指令，就是用户之前编写好并储存在用户存储器中的程序，按照指令步序号进行周期性循环扫描，看程序是否出错或者是有无跳转指令。如果没有跳转指令的话，系统就会从第一条指令开始执行并且逐条地顺序执行用户程序，执行新用户之前输入的程序指令，直到程序结束。之后重新返回到程序的第一条指令，开始新的下一轮扫描并执行指令。在每次的扫描过程中，系统同时还需要完成对输入信号的采样执行和对输出状态的刷新7输出结果等这些工作。因此工作量还是比较大的。 PLC 的一个完整的扫描周期必须有输入采样、程序执行和输出刷新这三个阶段。这三个阶段必不可少，少了任何一个阶段都不是一个完整的扫描周期。这个就是 PLC 的工作原理。2.5 PLC 的特点PLC 的特点有以下六点：（1）PLC 的可靠性高，抗干扰的能力强（2）编程简单，电气工作人员可以使用方便（3）PLC 的控制程序可以进行变化，拥有很好的柔性（4）扩充的时候比较方便，组合也很灵活（5）PLC 可以减少了控制系统设计及施工的工作量，提高工作效率（6）PLC 的体积小、重量轻，是“机电一体化”特有的产品8第三章 硬件电路设计3.1 温度传感器热电偶是一种感温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号。常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、答应误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶我国从 1988 年 1 月 1 日起，热电偶和热电阻全部按 IEC 国际标准生产，并指定 S、B、E、K、R、J 、T 七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。本论文采用的是 K 型热电阻。3.2 EM235 模拟量输入模块EM235 模块是组合强功率精密线性电流互感器、意法半导体（ST）单片集成变送器 ASIC 芯片于一体的新一代交流电流隔离变送器模块，它可以直接将被测主回路交流电流转换成按线性比例输出的 DC420mA（通过 250 电阻转换 DC 15V 或通过 500 电阻 转换 DC210V ）恒流环标准信号，连续输送到接收装置（计算机或显示仪表） 。3.3 温度检测和控制模块由学校提供，模拟真实锅炉的温度检测和控制模块，可自行将 010V 模拟信号转化为占空比对锅炉进行加热。输出的模拟信号也是 010V ，锅炉外接24V 直流电源。3.4 I/O 分配表可编程控制器 I/O 端口分配表如下所示：表 3.1 I/O 分配表输入I0.0 启动按钮I0.1 停止按钮输出Q0.0 冷风机9Q0.1 加热风机Q0.2 小于 40 度Q0.3 大于 60 度指示灯Q0.4 介于 40 到 60 度指示灯Q0.5 大于 100 度指示灯3.5 硬件接线图锅炉温度控制 PLC I/O 端口如图 3.1 所示：图 3.1 硬件连接图10第四章 软件设计4.1 PID 控制程序设计PID 控制规律可用下式表示： ，由比例（ ） 、SKSGDIPC)( P积分（ ）以及微分（ ）三个部分组成，它的结构方框图如图 4.1 所示。ID图 4.1 PID 结构图在进行对 PID 的三个参数整定时，可以用凑试的方法来确定，但首先我们必须对 、 、 的三个参数的一般特性有所了解：第一，对比例系数 增加PID P时，一般情况下可以加快装置的响应速度，但是会使得系统的超调量进一步增大，降低稳定性。第二，对积分变量 加大时可以抑制装置的超调，增加装置I稳定，但是消除装置误差的时间也相应的提高了。第三，增加微分时间有利于加快装置的响应速度，减小装置的超调量，但是装置会更加容易受外界的干扰。4.1.1 PID 在 PLC 中的回路指令西门子 S7-200 系列 PLC 中使用的 PID 回路指令，见表 4.1。表 4.1 PID 回路指令名称 PID 运算指令格式 PID指令表格式 PID TBL,LOOP11梯形图使用方法：当 EN 端口执行条件存在时候，就可进行 PID 运算。指令的两个操作数 TBL 和 LOOP，TBL 是回路表的起始地址，本文采用的是 VB100，因为一个 PID 回路占用了 32 个字节，所以 VD100 到 VD132 都被占用了。LOOP是回路号，可以是 07，不可以重复使用。PID 回路在 PLC 中的地址分配情况如表 4.2 所示。表 4.2 PID 指令回路表偏移地址 名称 数据类型 说明0 过程变量（PVn） 实数 必须在 0.01.0 之间4 给定值（SPn） 实数 必须在 0.01.0 之间8 输出值（Mn） 实数 必须在 0.01.0 之间12 增益（Kc 实数 比例常数，可正可负16 采样时间（Ts） 实数 单位为 s，必须是正数20 采样时间（Ti） 实数 单位为 min，必须是正数24 微分时间（Td） 实数 位为 min，必须是正数28 积分项前值（MX） 实数 必须在 0.01.0 之间32 过程变量前值（PVn-1）实数 必须在 0.01.0 之间4.1.2 回路输入输出变量的数值转换方法本文中，设定的温度是给定值 SP，需要控制的变量是炉子的温度。但它不完全是过程变量 PV，过程变量 PV 和 PID 回路输出有关。在本文中，经过测量的温度信号被转化为标准信号温度值才是过程变量，所以，这两个数不在同一个数量值，需要他们作比较，那就必须先作一下数据转换。传感器输入的电压信号经过 EM235 转换后，是一个整数值，但 PID 指令执行的数据必须是实数型，所以需要把整数转化成实数。使用指令 DTR 就可以了。如本设计中，是从12AIW0 读入温度被传感器转换后的数字量。其转换程序如下:MOVW AIW0 AC0DTR AC0 AC0MOVR AC0 VD1004.1.3 实数归一化处理因为 PID 中除了采样时间和 PID 的三个参数外，其他几个参数都要求输入或输出值 0.01.0 之间，所以，在执行 PID 指令之前，必须把 PV 和 SP 的值作归一化处理。使它们的值都在 0.01.0 之间。单极性的归一化的公式： )320/(rawnoumR4.1.4 PID 参数整定经验法又叫现场凑试法，它不需要进行事先的计算和实验，而是根据运行经验，利用一组经验参数，根据反应曲线的效果不断地改变参数，对于温度控制系统，工程上已经有大量的经验。表 3-3 温度控制器参数经验数据被控变量 规律的选择 比例度 积分时间（分钟） 微分时间（分钟）温度 滞后较大 2060 310 0.53根据反复的试凑，调处比较好的结果是 P=15，I=2.0，D=0.54.2 S7-200 程序设计流程图主程序设计，子程序以及中断程序分别如下。13图 4.1 主程序设计14图 4.2 子程序4.3 S7-200 程序设计梯形图1)读入模拟信号，并把数值转化显示锅炉的当前电压。2)判断炉温是否在正常范围，被控系统的温度控制在 10100 之间。目标温度设定为 50，当温度低于 40或高于 60时，应能通过加热器或冷却风扇进行自动调节，并以不同的指示灯指示系统所处的温度区间。151617第五章 温度控制系统组态的监控5.1 人机交互界面所谓人机交互界面，英文译为 Human-Machine Interface，缩写 HMI，根据字面意思， “人 ”是指人类， “机”即是计算机、智能设备， “交互”即是指互相交流，所以人机交互界面就是指人与计算机通过某种媒介或手段进行互相的信息交流的平台，进而实现人与计算机之间的通讯。5.1.1 人机界面技术的发展史谈及 HMI 的发展史，还得从 1946 年的 ENIAC 说起，此时的 HMI 是由繁多复杂的指示灯和机械开关组成，当人们需要对某个点进行操作的时候，通过对机械开关的操作，再观察指示灯反馈的明暗来看是否已经完成了此操作。到后来，在 1980 年前后，人机界面已经发展到由终端和键盘组成的字符界面，此时的控制较之前大为改观，也便捷了许多。1990 年前后，此时的计算机技术已经成熟，HMI 的发展也水涨船高，进入到崭新的高度，已经做到由多种输入设备和光栅图形显示设备构成的图形用户界面、PC、工作站、 WIMP(W-windows、I-icons、M-menu、P-pointing devices)界面，做到了真正的所见即所得，被控对象可以实时的显示观测。5.1.2 人机交互界面的应用如今人类的生活、工作、学习等任何领域已离不开机器，那么与机器有一个恰当的交流手段是必不可少的，下面就来介绍几种人机交互的应用。生活中最为常见的交通指挥灯，1923 年由非裔美国人加莱特摩根发明，其作用就是为了人们和车辆在过交叉路口的时候有序通行，减少交通拥堵，通过红黄绿灯的变换提示人们是否可以通行。遥控器对于大家都不陌生，电视、空调、音响、电灯、冰箱几乎所有的电器都可以使用遥控器，它的出现，一定层面上降低了人们动作的繁琐程度，只需要轻轻的按下一个按键就可以对某个设备进行操作，方便省力。液晶显示屏，这个在生活中也非常常见，我们平时所看的电视、上网的电脑、打电话的智能手机、听音乐的 MP3、当然还有工业控制所要用的触摸屏，这些都是作为人与机器交流的平台。Siri，苹果公司的一项语音识别控制系统，人们可以利用 Siri 完成让手机读18短信、询问天气、通过语音直接拨打电话等操作，当然这些功能仅仅是最开始的，发展到现在，通过预先存入的语音识别，人们已经能够在任何情况下和Siri 直接进行对话式的问答，Siri 会根据语音通过逻辑转换成数据然后进行分析，在最短的时间内进行回答，不仅可以在本机上，如果要搜索资料，联网的情况下，可以直接访问互联网进行播报，十分方便，如图所示的演示界面，这是 21世纪移动通讯设备领域一个里程碑式的标志，使人们和计算机真正实现了互联互通。图 5.1 Siri 对话式人机交互界面5.1.3 人机交互界面的发展趋势在经历了第一代的机械开关、第二代的键盘数字式，到现在主流的纯数字式，以及还未完全发展起来的智能式人机交互界面，其往后的发展作为物联网产业的一个分支，生活中会将彩电、制冷机、冷冻机、台灯、电脑、音响、等家用电器设备联系集中到一个控制系统上，人们只需通过控制这个界面即可实现生活中全方位的操控。工业中将 PLC、变频器、电机、相机、机械手、电源、驱动器等设备进行连接集中到一块触摸屏，以后也可以直接在移动终端进行显示，操控方便快捷，大大降低了系统的风险，此外，在航空和军事领域的发展就不必深究，那自然不言而喻。以后人机界面的改变将着重在形态上、功能上、适用地等方面。总体来讲，HMI 以后将朝向六个现代化：平台嵌入化、品牌民族化、设备智能化、界面时尚化、通讯网络化和节能环保化。5.2 MCGS 软件的介绍195.2.1 MCGS 软件的构成（1）MCGS 工控组态软件可以分为 “MCGS 环境 ”和“MCGS 运行环境”两种，如图 5.2 所示。构建动画流程控制报警组态设计报表构建动画构建动画构建动画构建动画组态软件核心实时数据库实时数据库连接设备 构建动画组态环境 运行环境图 5.2 MCGS 工控软件的整体结构MCGS 环境能够生成用户应用系统，用户可以在其中完成各种组态工作，它又被称为组态结果数据库。MCGS 运行环境可以完成对工程的控制工作。（2）MCGS 工程共分为五个部分。主控窗口主要是对一个或多个放置的窗口进行管理，将他们打开或关闭。设备窗口是被用来连接到外部设备和驱动的。用户界面窗口可以生产各种动画和图表，用来参考和比较。实时数据库项目的各个部分将 MCGS 连接成一个有机的整体。运行策略这个窗口对已经完成的工程的运行流程进行控制。5.2.2 MCGS 组态软件的特点简单易懂；（2）功能多种多样，设计方便；（3）具备实时行和并行处理能力，能够同时处理多个任务互不干扰；（4）建立实时数据库，用户文件配置，各个部件能够独立的完成自己的控制，确保运行安全可靠；（5）丰富的“动画组态”功能，可快速画出各种生动复杂的动态画面；（6） “运行策略”的概念，使运动流程更加自由精确。5.3 温度控制系统的工程的动画设计 在用户窗口新建工程，生成窗口，在用户窗口中重命名为控制系统动态画面，在工具条中选择图中所需要的元件。20单击实时数据库按钮，可以在窗口增加所需要的数据对象，双击对象，可以对对象的属性进行设置。在设备窗口下进入设备组态，将西门子 CLKPLC 与
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