基于MCGS的PLC恒温控制系统.doc

毕 业 论 文（设计）论 文 题 目：基于MCGS的PLC恒温控制系统 English Topic：THE SYSTEM OF PLC CONSTANT TEMPERATURE CONTROL BASED ON MCGS 系 院： 物理与电子工程学院专 业： 自 动 化 班 级： 0 8 1 1 学 生： 指导老师： 年 月 日42基于MCGS的PLC恒温控制系统设计摘要：本论文阐述了利用PLC模块通过数模转换模块和温度检测模块等，以PLC控制器为核心，设计控制系统的硬件电路和软件程序，并运用梯形图编写程序，实现对液体加热及对温度的保持，完成要求的控制任务。本文也介绍了基于三菱公司FX系列的可编程控制器，编程时使用编程软件FXGP/WIN -C，使得程序更为简洁，运行速度更为理想。同时运用北京昆仑公司的组态软件MCGS设计人机界面，通过人机界面对控制系统的实时监控、数据的实时采样与处理，实现系统的恒温控制，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。通过实验可以证明，本系统的适用性很强，稳定性、精确性良好，程序开发通俗易懂，可以适应工业生产中恒温系统的需求。本文主要从硬件和软件的设计等方面实现恒温控制。关键词：温度控制； 可编程控制器； 组态软件； MCGSTHE SYSTEM OF PLC CONSTANT TEMPERATURECONTROL BASED ON MCGSAbstract：this paper discusses how to use the PLC module through the analog-to-digital conversion module and temperature detection module, etc. In order to PLC controller as the core, the design of the control system of the hardware circuit and software program, and used the ladder-diagram programming, realize the liquid heating and temperature keep, complete the required control task. This paper also introduces the mitsubishi company based on FX series programmable controller, when programming programming software FXGP/use WIN-C, make the process more concise, running speed more ideal. At the same time using Beijing the kunlun company configuration software MCGS design human-machine interface, through the man-machine interface for the control system of the real-time monitoring, real-time data sampling and processing, the constant temperature control system, so that the control system is becoming operation humanity, process visualization, automatic control field in the increasingly significant role. Through the experiment can be proven, this system applicability is very strong, good stability, accuracy, program development understandable, can adapt to industrial production in constant temperature system requirements. This article mainly introduced the constant temperature and the hardware and software of the system design.Key words ：Temperature Control ；PLC ； Configuration ；MCGS目 录1 绪论11.1 温度控制系统研究背景11.2 可编程控制器概况21.3 组态软件31.3.1 组态的定义31.3.2 组态软件的特点31.3.3 典型组态软件简介41.4研究恒温控制系统的意义 52 恒温控制系统的设计方案62.1恒温控制系统的组成 62.2恒温控制系统控制过程 73 硬件电路的设计83.1 系统的硬件配置 83.1.1 PLC的型号选择83.1.2 扩展模块的选择 93.2 I/O地址分配123.3 I/O电气接口图134 恒温控制系统软件设计 144.1 PLC程序设计方法144.2 FXGP/WIN -C 编程软件使用简要说明 144.3 系统程序设计 154.3.1 恒温控制系统主程序流程图 164.3.2 PID调节175 MCGS组态软件设计 175.1 MCGS软件介绍185.1.1 组态软件组成部分185.1.2 MCGS的主要特性和功能195.2 工程的建立 195.3 恒温控制系统工程界面设计205.4恒温控制系统界面图23参考文献 23致 谢24附 录 251 绪论1.1 温度控制系统研究背景温度与人们的生存生活生产息息相关。从古人类的烧火取暖，到今天的工业温度控制，处处都体现了温度控制。随着生产力的发展，人们对温度控制精确度要求也越来越来高，温度控制的技术也得到迅速发展。各种温度控制算法如：PID温度控制，模糊控制算法，神经网络算法，遗传算法等都应用在温度控制系统中。传统的温度控制器多由继电器组成的，但是继电器的触点的使用寿命有限，故障率偏高，稳定性差，无法满足现代控制的要求。而随着计算机技术的发展，嵌入式微型计算机在工业中得到越来越多的应用。将嵌入式系统应用在温度控制系统中，使得温度控制系统变得更小型，更智能。随着国家的“节能减排”政策的提出，嵌入式温度控制系统能够降低能耗，节约成本这一优点使得其拥有更加广阔的市场前景，而PLC就是最具代表性的一员。目前智能温度控制系统广泛应用于社会生活、工业生产的各个领域，适用于家电、汽车、材料、电力电子等行业，成为发展国民经济的重要热工设备之一。在现代化的建设中，能源的需求非常大，然而我国的能源利用率极低，所以实现温度控制的智能化，有着极重要的实际意义。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有着较大差距。目前，我国在这方面总体技术水平处于20世纪50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，难以控制滞后、复杂、时变温度系统。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有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现场调试确定。 国外温度控制系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果。日本、美国、德国、瑞典等技术领先的国家，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，并在各行业广泛应用。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展。1.2 可编程控制器概况可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC,是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。PLC和一般的微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。PLC的硬件系统由微处理器(CPU)、存储器(EPROM，ROM)、输入输出(I/O)部件、电源部件、编程器、I/O扩展单元和其他外围设备组成。各部分通过总线(电源总线、控制总线、地址总线、数据总线)连接而成9。其结构简图如图1：外设I/O接口 输出部件存储器 EPROM 微处理器 运算器 控制器电源 输入部件I/O扩展接口 I/O扩展单元 受控元件输入信号外部设备图1 硬件结构图PLC的特点有：可靠性高、抗干扰能力强；通用性强，灵活性好，功能齐，编程简单，使用方便；模块化结构；安装简便，调试方便；可以进行网络通信；体积小，能耗低等。1.3 组态软件1.3.1 组态的定义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。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。组态的概念最早出现在工业计算机控制中，如DCS(集散控制系统)组态，PLC梯形图组态。人机界面生成软件就叫工控组态软件。工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。1.3.2 组态软件的特点组态软件最突出的特点是实时多任务。例如，数据采集与输出、数据处理与算法实现、图形显示及人机对话、实时数据的存储、检索管理、实时通信等多个任务要在同一台计算机上同时运行。组态软件的使用者是自动化工程设计人员。组态软件的主要任务的是使使用者在生成适合自己需要的应用系统时不需要修改软件程序的源代码，因此在计组态软件时应充分了解自动化工程设计人员的基本需求，并加以总结提炼，重点、集中解决共性问题。组态软件具有以下特点：(1)方便、灵活的开发环境，提供各种工程、画面模板、可嵌入各种格式(BMP、GIF、JPG、JPEG、CAD等)的图片，方便画面制作，大大降低了组态开发的工作量：(2)强大的分布式报警、事件处理，支持报警、事件网络数据断线存储，恢复功能：(3)支持操作图元对象的多个图层，通过脚本可灵活控制各图层的显示与隐藏；(4)强大的ActiveX控件对象容器，定义了全新的容器接口集，增加了通过脚本对容器对象的直接操作功能，通过脚本可调用对象的方法、属性； (5)全新的、灵活的报表设计工具：提供丰富的报表操作函数集、支持复杂脚本控制，包括：脚本调用和事件脚本，可以提供报表设计器，可以设计多套报表模板，报表文件格式兼容Excel工作表文件，支持图表显示自动刷新，可输出多种文件格式： Excel、TAT、PDF、HTML、CSV等。从以上可以看出，组态软件具有实时多任务、接口开放、使用灵活、功能多样、运行可靠的特点。1.3.3 典型组态软件简介随着工业控制系统应用的深入，MIS(管理信息系统，ManagementInformation System)和CIMS(计算机集成制造系统，Computer IntegratedManufacturing System)l拘大量应用，要求工业现场为企业的生产、经营、决策提供更详细和深入的数据，以便优化企业生产经营中的各个环节。下面是几种组态软件的介绍：(1)InTouch：Wonderware的InTouch软件是最早进入我国的组态软件。在80年代末、90年代初，基于Windows31的InTouch软件曾让我们耳目一新，并且InTouch提供了丰富的图库。但是，早期的InTouch软件采用DDE方式与驱动程序通信，性能较差，InTouch70版己经完全基于32位的Windows平台，并且提供了OPC支持。(2)Fix：Intellution公司以Fix组态软件起家，1995年被爱默生收购，现在是爱默生集团的全资子公司，Fix6x软件提供工控人员熟悉的概念和操作界面，并提供完备的驱动程序。Intellution新的产品系列为iFIX，在iFIX中，Intellution提供了强大的组态功能，但新版本与以往的6x版本并不完全兼容。原有的Script语言改为VBA(Visual Basic For Application)，并且在内部集成了微软的VBA开发环境。在iFix中 Intellution的产品与Microsoft的操作系统、网络进行了紧密的集成。(3)WinCC：Simens的WinCC也是一套完备的组态开发环境，Simens提供类C语言的脚本，包括一个调试环境。WinCC内嵌OPC支持，并可对分布式系统进行组态。但WinCC的结构较复杂，较难以掌握WinCC的应用。(4)组态王：组态王是国内第一家较有影响的组态软件开发公司。组态王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。组态王也提供多种硬件驱动程序。(5)ForceControl(力控)：北京三维力控公司的ForceControl(力控)也是国内较早就已经出现的组态软件之一。力控组态软件是在自动控制系统监控层一级的软件平台，它能同时和国内外各种工业控制厂家的设备进行网络通讯，它可以与高可靠的工控计算机和网络系统结合，便可以达到集中管理和监控的目的，同时还可以方便的向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，来实现与“第三方”的软、硬件系统来进行集成。(6)MCGS:MCGS是北京昆仑通态的产品，出现比较晚，但是功能强大。它的特点包括真正的32位程序，支持多任务、多线程，运行于Windows 95/98/NT/2000平台；提供近百种绘图工具和基本图符，快速构造图形界面；支持数据采集板卡、智能模块、智能仪表、PLC、变频器、网络设备等7000多种国内外众多常用设备；支持OPC接口、DDE接口和OLE技术；完善的网络体系结构可以支持最新流行的各种通信方式。 其它常见的组态软件还有GE的Cimplicity，Rockwell的RSView，N1的LockOut以及研华科技的ADAMView,它们也都各具特色。1.4 研究恒温控制系统的意义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（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。 2 恒温控制系统的设计方案2.1恒温控制系统的组成恒温控制装置结构如图2所示，它包括控制恒温水箱、冷却风扇电动机、搅拌电动机、储水箱、电加热装置（功率为1.5W，温度范围为4060.C）、测温装置、液位检测、流量检测以及电磁阀门等。电加热器加热恒温水箱水温，搅拌器使恒温水箱中的水上下水温均匀，两个液位检测传感器用于测量缺水和溢出状态，三个温度传感器分别测量恒温水箱中水的温度、入口温度及储水箱中水的温度，水泵用来使系统内的水循环流动，三个电磁阀门用来使水进入储水箱或冷却器中，水的流量采用流量计检测，水的冷却采用风扇进行冷却。恒温水箱中水温、入水口水温、储水箱中水温、水的流速和加热器功率分别用数显仪表显示。阀门、搅拌器及冷却器工作状态用指示灯指示。图2 恒温控制装置结构图2.2恒温控制系统控制过程本系统是一恒温控制系统，要求设定的恒温箱水温的某一值。加热采用电加热，功率为1.5kW，温度设定范围在20-80摄氏度之间。恒温水箱内有一个加热器，一个搅拌器，两个液位开关，三个温度传感器。液位开关为开关量传感器，测量水的水位高低，反应无水或水溢出状态。两个温度传感器分别为测量水箱入口处的水温和水箱中水的温度。贮水箱中，也装有一个温度传感器。恒温水箱中的水可以通过一个电磁阀引入到冷却器中，也可直接引入到恒温水箱中。水由一个水泵提供动力，使水在系统中循环。水的流速由流量计测量。恒温水箱中的水温，入水口水温，贮水箱中水温，流速及加热功率均有LED显示。两个电磁阀的通、断、搅拌和冷却开关均有指示灯显示。控制系统控制过程如下：当设定温度后，启动水泵向恒温水箱中进水，水上升到液位后（一定位置），启动搅拌电机，测量水箱水温并与设定值比较，若温度差小于5度，要采用PID调节加热。当水温高于设定值5-10度时，要进冷水。当水温在设定值0-5度范围内，仍采用PID调节加热。当水温高于设定值10度以上时，采用进水与风机冷却同时进行的方法实现降温控制。此外，对温度、流量、加热的电功率要进实测并显示。若进水时无流量或加热、冷却时水温无变化时应报警。3 硬件电路的设计3.1 系统的硬件配置3.1.1 PLC的型号选择选择PLC的主要原则，就是选用的可编程控制器，其具有的1/0点数应不少于需要的1/0点数，而三菱FX系列中的FX2N一60MR型可编程控制器有36个输入点，24个输出点，能够满足这里的控制要求，所有选择FX2N一60MR型号PLC作为恒温控制系统的主控制器。FX2N系列是FX家族中功能最强、速度最高的微型PLC 。它的基本指令执行时间高达0.08s。内置的用户存储器为8K步，最大可以扩展到256个I/O点，有多种特殊功能模块和功能扩展板，可以实现多轴定位控制。机内有时钟，PID指令用于模拟量闭环控制。有功能很强的数学指令集，例如浮点数运算、开平方和三角函数等。每个FX2N基本单元可以扩展8个特殊单元。FX2N系列PLC具有丰富的元件资源，有3072点辅助继电器。提供了多种特殊功能模块，可实现过程控制位置控制。有多种RS232C/RS422/RS485串行通信模块或功能扩展板支持网络通信。基本单元是构成PLC系统的核心部件，内有CPU、存储器、I/O模块、通信接口和扩展接口等。 表3.1 FX2N基本单元（继电器输出）继电器输出输入点数输出点 数扩展模块可用点数FX2n-16MR-001882432FX2n-32MR-00116162432FX2n-48MR-00124244864FX2n-64MR-00132324864FX2n-80MR-00140404864FX2n-128MR-00164644864表3.2 FX2N基本单元（ 可控硅输出 ）可控硅输出输入点数输出点 数扩展模块可用点数FX2n-16MS882432FX2n-32MS16162432FX2n-48MS24244864FX2n-64MS32324864FX2n-80MS40404864表3.3 FX2N基本单元（晶体管输出）晶体管输出输入点数输出点 数扩展模块可用点数FX2n-16MT882432FX2n-32MT16162432FX2n-48MT24244864FX2n-64MT32324864FX2n-80MT40404864FX2n-128MT646448643.1.2 扩展模块的选择在本系统中，需要用到A/D、D/A模块，BCD模块译码器，传感器等。(1)A/D、D/A模拟量输入输出模块考虑能与主机单元相容外，还要考虑模拟量输入模块的性能，包括分辨率、转换速度、通道数以及量程等。应此次系统的要求，我们选择FX2N4AD模拟输入模块作为模拟量的输入，FX2N4DA模拟量输出模块作为模拟量的输出。这里，我们以FX2N4AD为例介绍一下。 FX2N4AD是模拟量输入模块，有四个输入通道，分别为通道1、通道2、通道3、通道4.每一通道都可进行A/D转换，即将模拟量信号转换成数字量信号，其分辨率为12位。输入的模拟电压值范围从直流-10V到+10V,分辨率为5Mv。若为电流输入，则电流输入范围为4到20mA,分辨率为20 uA。FX2N4AD内部共有32个缓冲器，用来与主机FX2N主单元PLC进行数据交换，每个缓冲寄存器的位数为16位。FX2N4AD占用FX2N扩展总线的8个点，这8个点可以是输入点或是输出点。FX2N4AD消耗FX2N主单元或是有源扩展单元5V电源槽30mA的电流。(2)BCD译码器BCD七段译码器的输入是一位BCD码(以D、C、B、A表示)，输出是数码管各段的驱动信号(以FaFg表示)，也称47译码器。如果用BCD译码器来驱动共阴LED数码管，则输出应为高有效，即输出为高(1)时，相应显示段发光。例如，当输入8421码DCBA=0100时，应显示4， 即要求同时点亮b、c、f、g段， 熄灭a、d、e段，故译码器的输出应为FaFg=0110011，这也是一组代码，常称为段码。同理，根据组成09这10个字形的要求可以列出8421BCD七段译码器的真值表，如下图3所示图3 BCD七段译码器真值表(3)传感器模块 1)温度传感器 温度传感器是工业生产中最常见的一种传感器。它将物体的温度转化为电信号输出，它具有结构简单，测量范围宽，稳定性好、精度高等优点。不同的温度传感器制作方法不同，常见的有热敏电阻、热电偶和集成型产品。其发展大体经历了从分体式、模拟集成到智能型阶段。现在的温度传感器不仅温度信号输出，还可以集成湿度测量，信号输出也由原来的单一信号变成多样化的输出形式，可以进行远距离通信，数据可以根据需要进行记录、上限报警和自控控制等多种功能。利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器。这些呈现规律性变化的物理性质主要有体。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。2)液位传感器液位传感器（静压液位计/液位变送器/液位传感器/水位传感器）是一种测量液位的压力传感器静压投入式液位变送器（液位计）是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用国外先进的隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号（一般为420mA/15VDC）。本系统选用电容式液位传感器，电容式物位计由电容式物位传感器和检测电容的线路组成。其基本工作原理是电容式物位传感器把物位转换为电容量的变化，然后再用测量电容量的方法求知物位数值。3)流量计流量计英文名称是flowmeter，全国科学技术名词审定委员会把它定义为：指示被测流量和（或）在选定的时间间隔内流体总量的仪表。简单来说就是用于测量管道或明渠中流体流量的一种仪表，它可分为瞬时流量和累计流量，瞬时流量即单位时间内过封闭管道或明渠有效截面的量，流过的物质可以是气体、液体、固体；累计流量即为在某一段时间间隔内流体流过封闭管道或明渠有效截面的累计量。3.2 I/O地址分配本系统的输入信号有启动开关，停止开关，液位开关，流量检测开关，温度传感器等。输出信号控制的对象有水泵，水阀，冷却风机，搅拌电机，电加热，状态显示，温度显示等。采用FX系列PLC控制，其输入、输出地址如下表。表3.2 恒温控制系统PLC输入/输出地址表器件代号地址编码功能说明输入信号SB1X10系统启动开关SB2X15系统停止开关SQ1X11上液位开关SQ2X12下液位开关SPX5流量计开关输出信号KA1Y0启动泵YV1Y1水电磁阀线圈1YV2Y2水电磁阀线圈2KA2Y3冷却风扇继电器KA3Y4搅拌电机KA4Y5电加热水HLY7报警指示灯8421码Y10-Y17显示数据用C1Y20温度显示1LED信号地址C2Y21温度显示2LED信号地址C3Y22温度显示3LED信号地址C4Y23流量显示LED信号地址C5Y24功率显示LED信号地址3.3 I/O电气接口图根据本系统的控制要求，其I/O电气接口图如下图4所示。 图4 I/O电气接口图图三为恒温控制系统硬件接线图，其中可以看到系统采用输入为36点，输出为24点的FX2N-60MR型PLC，采用FX2N-4A模拟量特殊功能输入输出模块。同时采用BCD码显示器用来显示温度、功率、流量等。4 恒温控制系统软件设计4.1 PLC程序设计方法编写PLC程序的方法很多，这里主要介绍梯形图法的编程方法。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。梯形图由触点、线圈和方框表示的功能块组成。触点代表逻辑输入条件，例如外部的开关、按钮和内部条件等。线圈通常代表逻辑输出结果，用来控制外部的指示灯、交通接触器和内部的标志为等。功能块用来表示定时器、计数器获知数学运算等指令。触点和线圈等组成的独立电路称为网络，用编程软件生成的梯形图和语句表程序中有网络编号，允许以网络为单位，给梯形图加注释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（PowerFLow）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 FXGP/WIN -C 编程软件使用简要说明1、连接 PLC 与微机。2、启动FXGP/WIN C软件 选择合适的机型，确定后出现程序编辑的图的主界面。主界面包括菜单栏，工具栏，用户编辑区，以及状态栏，功能栏等。3、程序编辑操作程序编辑操作，包括梯形图方式编辑操作和程序指令表方式的编程操作。采用梯形图编程是在编辑区中绘出梯形图，打开“文件”菜单项目中的新文件，菜单条时，主窗口左边可以见到一根竖直的线，这就是梯形图中左母线。蓝色的方框为光标，梯形图的绘制过程是取用图形符号库中的符号，“拼绘”梯形图的过程。采用指令表编程时可以在编辑区光标位置直接输入指令表，一条指令输入完毕后，按回车键光标移至下一条指令，则可输入下一条指令。指令表编辑方式中指令的修改也十分方便，将光标移到需修改的指令上，重新输入新指令即可。4、程序的下载程序编辑完成后需下载到 PLC 中运行，这时需点击菜单栏中“ PLC ”菜单，在下拉菜单中再选“传送”及“写入”即可将编辑完成的程序下载到 PLC 中，传送菜单中的“读入”命令则用于将 PLC 中的程序读入编程计算机中修改。 PLC 中一次只能存入一个程序。下载新程序后，旧的程序即行删除。5、程序的调试及运行监控程序的调试及运行监控是程序开发的重要环节，很少有程序一经编制就是完善的，只有经过试运行甚至现场运行才能发现程序中不合理的地方并且进行修改。 SWOPC-FXGP/WIN-C 编程软件具有监控功能，可用于程序的调试及监控。4.3 系统程序设计本设计温度采用PID过程控制，以子程序的形式出现在主程序中。主程序是根据要求，设定水箱的恒定温度，然后启动水泵向水箱进水，当水位升到预定液位后，启动搅拌机，测量水箱的水温并与设定值比较。若温差小于5，要采用PID调节加热器。当水温高于设定值5-10时，采用进水与风扇冷却同时进行的方法实现降温控制。此外对温度、流量、加热的电功率要进行实测并显示。若进水时无流量或加热、冷却时水温无变化时应报警。系统开关打开后，系统启动液位检测、温度检测、数显表和报警装置。4.4.1 恒温控制系统主程序流程图图5 程序控制流程图4.4.2 PID调节启动后, 首先进比例、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 3-3式3-3中：为比例系数，为积分时间常数，为微分时间 按照实际温度和设定温度偏差的比例、积分和微分产生控制作用（简称PID控制），是温度控制中应用最广泛的一种控制形式，实际运行效果和理论分析表明，这种控制规律在相当多的工业生产过程中能得到比较满意的结果。每个温度由一个热敏电阻检测，用PID的输出值来控制电阻炉通断，从而控制的温度。5 MCGS组态软件设计5.1 MCGS软件介绍MCGS(Monitor and Control Generated System，通用监控系统)是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，它充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。 5.1.1 组态软件组成部分MCGS系统包括组态环境和运行环境两个部分。如图6所示。组态环境：组态生成应用系统运行环境：解释执行组态结果组态结果数据库图6 组态环境和运行环境关系图由MCGS生成的用户应用系统，其结构由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分组成，如图7所示。主控窗口设备窗口用户窗口实时数据库运行策略MCGS工控组态软件菜单设计设置工程属性设定存盘结构添加工程设备连接设备变量注册设备驱动创建动画显示设置报警窗口人机交互界面定义数据变量编写控制流程使用功能构件图7 MCGS用户应用系统结构图5.1.2 MCGS的主要特性和功能（1）简单灵活的可视化操作界面。（2）实时性强、良好的并行处理性能。（3）丰富、生动的多媒体画面。（4）开放式结构，广泛的数据获取和强大的数据处理功能。MCGS系统由五大功能模块组成，主要的功能模块以构件的形式来构造，不同的构件有着不同的功能，且各自独立。三种基本类型的构件（设备构件、动画构件、策略构件）完成了MCGS系统三大部分（设备驱动、动画显示和流程控制）的所有工作。除此以外，MCGS还提供了一套开放的可扩充接口，用户可根据自己的需要用VB、VC等高级开发语言，编制特定的构件来扩充系统的功能。MCGS用数据库来管理数据存储，系统可靠性高。MCGS设立对象元件库，组态工作简单方便，易于实现对工控系统的分布式控制和管理。5.2 工程的建立1) 首先双击桌面MCGS组态环境图标，进入组态环境，屏幕中间窗口为工作台。2) 单击文件菜单中“新建工程”选项，自动生成新建工程，默认的工程名为：“新建工程0.MCG”。3) 选择文件菜单中的“工程另存为”菜单项，弹出文件保存窗口。4) 在文件名一栏内输入“恒温控制”，点击“保存”按钮，工程创建完毕。如图8所示。图8 MCGS工作台窗口5) 双击【恒温控制】窗口，进入动画组态制作窗口，如图9所示图9 动画组态制作窗口5.3 恒温控制系统工程界面设计1、放置图形对象在动画组态恒温控制窗口中，单击【工具条】按钮，打开系统工具箱。单击插入元件按钮，打开【对象元件库管理】，打开其中的【反应器】文件夹，如图10所示，从中选择合适的反应器作为水箱使用。图10 对象元件库管理选好需要的反应器后，单击【确定】按钮，则所选中的反应器出现在桌面左上角，如下图。可以使用鼠标改变其大小及位置。如图11所示图11 动画组态恒温控制同样的方法，从【对象元件库管理】中选出其它需要的元器件。如阀门、显示器、搅拌器、管道、指示灯、电动机、传感器等。适当调整使它们在窗口合适的位置。2、添加动画构件流动的水是由MCGS动画工具箱中的【流动块】构件制作成的。选中工具箱内的【流动块】按钮。移动鼠标至窗口的预定位置（鼠标的光标变为十字形状）；单击鼠标并移动，在鼠标的光标后形成一条虚线，拖动一定距离后，再单击鼠标，生成一段流动块。当想修改流