[工学]基于Prodave和西门子PLC的炉温控制

1、沈阳理工大学学士学位论文摘 要本设计能实现电热炉的恒温控制，文中详细介绍了pid算法的原理以及plc、vb等硬、软件的特性。在程序中利用pid算法对固态继电器输出占空比进行控制，铂电阻可进行温度采集并将采集到的温度数据和设定的温度值（目标温度值）进行比较，将比较结果输入到pid算式中，根据pid算式的输出结果来控制固态继电器的“通”、“断”，实现vb平台的上位机监控。 plc是一种具有较高性价比的工业现场设备，本设计使用了西门子公司s7-200系列的plc，cpu221模块、模拟量em231模块。在vb窗体中，可以进行pid参数设定，我们可以看到温度变化的动态曲线图和设定温度的曲线，这两条线就

2、能表现出很多现场信息，从而对pid参数进行优化整定，得到几组较好反映理想二次振荡曲线的数据，这几组数据使控制过程更加灵活、准确，从而使本系统适应不同的工业现场环境。关键词：plc；vb；pid算法；prodave； abstractthis design can achieve temperature control of the electric furnace, this paper describes the theory of pid algorithm and the features of plc, vb hard, software. pid algorithm is used

3、to control the solid-state relay in the program. platinum resistance collect temperature and compare the real temperature data with the temperature which is set (target temperature). and then give the results to pid algorithm, based on the output of pid algorithm, solid-state relay is controlled by

4、the result of the links broken, and monitor vb platform pc. plc is a industrial equipment which is a high cost performance, this design uses plc of siemens s7-200 series, cpu221 module, analog em231 module.in vb form , the pid parameters can be set and it can be seen in the curves which discribe the

5、 dynamic changes of temperature and the curve of temperature setting. showed lots of scene information, these two lines can optimize pid parameters, and then receive data which can reflect ideal quadratic curve oscillation . the data made the control process more flexible, accurate, so this system c

6、an be adapt to the different industrial environment.key words：plc；vb；pid algorithm；prodave；目 录1绪 论11.1本课题的研究意义及背景11.2本课题的研究内容12基于prodave和西门子plc的炉温控制的设计方案22.1设计方案22.2pid算法的描述23西门子s7-200系列plc及相关硬件73.1plc的介绍73.1.1plc的历史及展望73.1.2典型的plc产品93.2西门子s7-200系列plc103.2.1西门子s7-200系列plc cpu221模块113.2.2西门子s7-200系列p

7、lc em231模块133.3变送器介绍143.4固态继电器153.5铂电阻pt100164plc与vb的通信184.1s7-200系列plc监控的主要方法184.2用prodave软件包实现通信连接185基于microsoft visual basic 6.0的程序设计205.1visual basic 6.0的发展205.2界面设计205.2.1窗体设计215.2.2添加控件225.3程序设计246硬件连接及软件测试276.1初步测试及硬件连接276.2完成测试287结论298致谢309参考文献31附录a 日文原文32附录b 中文翻译43附录c 程序源代码50561 绪 论1.1 本课题的

8、研究意义及背景随着it产业的进步及因特网的发展，传统工业控制所使用之plc控制器，具有高度的稳定性及抗噪声的特性且配线容易及价格便宜，因此被大量应用在自动化的场所，已由单机操作朝向网络控制化发展，本文在探讨plc在温度控制中的应用，使pc基于rs-232通讯协议控制plc，并通过vb程序语言，达到远程控制及网络自动化控制的功能。1.2 本课题的研究内容利用vb编程和plc平台和上位微机的windows应用软件进行电热炉的温度控制。温度控制的思想是通过vb编程先把当前温度采集回来，采集到的温度与设定的温度进行比较，通过pid算法来控制输出。将输出结果送入plc中，最终来控制电热炉。2 基于pro

9、dave和西门子plc的炉温控制的设计方案2.1 设计方案概述，本设计要由西门子plc和vb程序来实现电热炉温度的自动控制，由铂电阻pt100采集现场温度，送给plc模拟量模块中，再送给vb程序，然后实际温度和设定的温度进行对比，根据表较的结果来控制输出，由plc来控制电源的通断。1、温度采集将铂电阻pt100放到电热炉中，采集到一个电压信号，然后通过变送器转化成标准电信号送入plc（模拟量模块）中，plc和windows用prodave方式通信，送入vb程序中以后就可以转化成温度数值了。2、plc安装在本设计中用到两个plc模块，cpu221模块、模拟量em231模块，em231模块连接变送

10、器，也就是通过该模块采集到原始的温度数据，cpu221模块连接固态继电器，也就是输出部分，控制输出的通断。然后用一根电缆将plc和计算机串口连接到一起。3、程序设计在vb程序中要有这些功能，能观察温度的实时变化，可以设定温度值，手动设定pid参数，控制计算机和plc通信的“通”“断”。温度控制的核心算法是pid算法，用数字式的算法来实现。在plc中也要有简单的梯形图程序。4、输出控制pid算法的输出是一个百分量，在输出周期内按照这个百分量进行输出，将这个数据送到plc以后，由cpu221模块输出给固态继电器，最终控制电热炉电源的通断。2.2 pid算法的描述目前工业自动化水平已成为衡量各行各业

11、现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能 控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接 口。控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、 变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前，pid控制及其控制器或智能pid控制器 （仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有

12、各种各样的pid控制器产品，各大公司均开发了具有pid参数自整定功能的智能调节器 (intelligent regulator)，其中pid控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用pid控制实现的压力、温度、流量、液位控制 器，能实现pid控制功能的可编程控制器(plc)，还有可实现pid控制的pc系统等等。 可编程控制器(plc) 是利用其闭环控制模块来实现pid控制，而可编程控制器(plc)可以直接与controlnet相连，如rockwell的plc-5等。还有可以实现 pid控制功能的控制器，如rockwell 的logix产品系列，它可以直接与contr

13、olnet相连，利用网络来实现其远程控制功能。 1、开环控制系统 开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反馈回来以形成任何闭环回路。 2、闭环控制系统 闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系 统给定值信号相反，则称为负反馈( negative feedback)，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系

14、统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈 的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后做出各种正确的动作。如果没有眼睛，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系 统。另例，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净，并在洗净之后能自动切断电源，它就是一个闭环控制系统。 3、阶跃响应 阶跃响应是指将一个阶跃输入（step function）加到系统上时，系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后，系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字 来描述。稳是指系统的稳定性(stability)，一个

15、系统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的；准是指控制系统的准确性、控 制精度，通常用稳态误差来(steady-state error)描述，它表示系统输出稳态值与期望值之差；快是指控制系统响应的快速性，通常用上升时间来定量描述。 4、pid控制的原理和特点 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称pid控制，又称pid调节。pid控制器问世至今已有近70年历史，它 以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的 其它技术难以采用时，系统控制器的结

16、构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用pid控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或 不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用pid控制技术。pid控制，实际中也有pi和pd控制。pid控制器就是根据系统的误差，利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（p）控制，比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（steady-state error）。 积分（i）控制，在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系

17、统是有稳态误差的 或简称有差系统（system with steady-state error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积 分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(pi)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分（d）控制，在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件

18、，具有抑制误差的作用， 其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入 “比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能 够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(pd)控制器能改善系统在 调节过程中的动态特性。 5、pid控制器的参数整定 pid控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定pid控制器的

19、比例系数、积分时间和微分时间的大小。pid控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是 依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主 要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。pid控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应 曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需 要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用

20、的是临界比例法。利用该方法进行 pid控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡， 记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到pid控制器的参数。 在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。 对于温度系统：p（%）20-60，i（分）3-10，d（分）0.5-3 对于流量系统：p（%）40-100，i（分）0.1-1 对于压力系统：p（%）30-70，i（分）0.4-3 对于液位系统：p（%）20-80，i（分）1-5 连续一时间pid控制系统如图

21、所示。图中，d（s）为控制器。在pid控制系统中，d（s）完成pid控制规律，称为pid控制器。 pid控制器是一种线性控制器，用输出量y（t）和给定量r（t）之间的误差的时间函数。e(t)=r(t)-y(t) 的比例，积分，微分的线性组合，构成控制量u（t），称为比例（proportional）积分（integrating）微分（differentiation）控制，简称pid控制。图1.1 连续时间pid控制系统比例（p）控制器 （1.1）比例十积分（pi）控制器 （1.2）比例十积分十微分（pid）控制 （1.3）式中 kp比例放大系数；ti积分时间； td微分时间。3 西门子s7-20

22、0系列plc及相关硬件3.1 plc的介绍3.1.1 plc的历史及展望1、plc发展的历史在制造工业（以改变几何形状和机械性能为特征）和过程工业（以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征）中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国gm（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，使得电气控制功能实现的程序化，这就是第一代可编程序控制器，英文名字叫programmable controller（

23、pc）。随着电子技术和计算机技术的发生，pc的功能越来越强大，其概念和内涵也不断扩展。上世纪80年代，个人计算机发展起来，也简称为pc，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，美国a-b公司将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器programmable logic controller（plc），并将“plc”作为其产品的注册商标。现在，仍常常将plc简称pc。上世纪80年代至90年代中期，是plc发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，plc在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，plc逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域

24、处于统治地位的dcs系统。近年，工业计算机技术（ipc）和现场总线技术（fcs）发展迅速，挤占了一部分plc市场，plc增长速度出现渐缓的趋势，但其在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。目前，世界上有200多厂家生产300多品种plc产品，主要应用在汽车（23%）粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。2、plc发展的重点（1）人机界面更加友好plc制造商纷纷通过收购或联合软件企业、或发展软件产业，大大提高了其软件水平，多数plc品牌拥有与之相应的开发平台和组态软件，软件和硬件的结合，提高了系统

25、的性能，同时，为用户的开发和维护降低了成本，使更易形成人机友好的控制系统，目前，plc网络ipccrt的模式被广泛应用。（2）网络通讯能力大大加强plc厂家在原来cpu模板上提供物理层rs232/422/485接口的基础上，逐渐增加了各种通讯接口，而且提供完整的通讯网络。由于近来数据通讯技术发展很快，用户对开放性要求很强烈，现场总线技术及以太网技术也同步发展。如罗克韦尔ab公司主推的三层网络结构体系，即ethernet、controlnet、devicenet，西门子公司在profibus-dp及profibus-fms网络等。（3）开放性和互操作性大大发展plc在发展过程中，各plc制造商为

26、了垄断和扩大各自市场，处于群雄割据的局面，各自发展自己的标准，兼容性很差，这给用户使用带来不便，并增加了维护成本。开放是发展的趋势，这已被各厂商所认识，形成了长时期妥协与竞争的过程，并且这一过程还在继续。开放的进程，可以从以下方面反映：iec形成了现场总线标准，这一标准包含8种标准，虽然有人说，多种标准就是没有标准，但必竟是一个经过困难的争论与妥协的成果。标准推出后，各厂商纷纷将自己的产品适应这些标准，或者开发与之相应的新产品。iec制订了基于windows的编程语言标准iec61131-3，它规定了指令表（il）、梯形图（ld）、顺序功能图（sfc）、功能块图（fbd）、结构化文本（st）五

27、种编程语言。这是以数字技术为基础的可编程序逻辑控制装置在高层次上走向开放性的标准化文件。虽然plc开发上各种工具仍不兼容，但基于这些标准的开发系统，使用户在应用过程中，可以较方便地适应不同品牌的产品。opc基金会推出了opc（ole for process control）标准，这进一步增强了软硬件的互操作性，通过opc一致性测试的产品，可以实现方便的和无缝隙数据交换。目前，多数plc软件产品和相当一部分仪表、执行机构及其它设备具有了opc功能。opc与现场总线技术的结合，是未来控制系统向fcs技术发展的趋势。（4）plc的功能进一步增强，应用范围越来越广泛。plc的网络能力、模拟量处理能力、

28、运算速度、内存、复杂运算能力均大大增强，不再局限于逻辑控制的应用，而越来越应用于过程控制方面，有人统计，除石化过程等个别领域，plc均有成功能应用，plc在相当多的应用取代了昂贵的dcs，从而使原来plc（顺序控制）dcs（过程控制）的模式变成plcipc模式。（5）工业以太网的发展对plc有重要影响。以太网应用非常广泛，与工业网络相比，其成本非常低，为此，人们致力于将以太网引进控制领域。目前的挑战在于：1）硬件上如何适应工业恶劣环境；2）通讯机制如何提高其可*。以太网能否顺利进入工控领域，还存在争论。但以太网在工控系统的应用却日益增多，适应这一过程，各plc厂商纷纷推出适应以太网的产品或中间

29、产品。3.1.2 典型的plc产品1、国外的plc产品施耐德公司，quantum、premium、momentum等；罗克韦尔（a-b公司），slc、micrologix、control logix等；西门子公司，simatic s7-400/300/200系列；ge公司；日本欧姆龙、三菱、富士、松下等。2、国内的plc产品国内的plc生产厂约30多家，但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，还有一部分是以仿制、来件组装或“贴牌”方式生产。虽然我国在plc生产方面比较弱，但在plc应用方面，我国是很活跃的，近年来每年约新投入10万台套plc产品，年销售额30多亿人民币，应用的行业也很广。在我国

30、，一般按i/o点数将plc分为以下级别（但不绝对，国外分类有些区别）：微型：32 i/o 小型：256 i/o 中型：1024 i/o 大型：4096 i/o 巨型：8192 i/o在我国应用的plc系统中，i/o64点以下plc销售额占整个plc的47%，64点256点的占31%，合计占整个plc销售额的78%。在我国应用的plc，几乎涵盖了世界所有的品牌，呈现百花齐放的态势，但从行业上分，有各自的势力范围。大中型集控系统采用欧美plc居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及oem产品采用日本的plc居多。欧美plc在网络和软件方面具有优势，而日本plc在灵活性和价位方面占优势。我国的pl

31、c供应渠道，主要有制造商、分销商（代理商）、系统集成商、oem用户、最终用户。其中，大部分plc是通过分销商和系统集成商达到最终用户的。3.2 西门子s7-200系列plcsimatic s7-200系列plc适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。s7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此s7-200系列具有极高的性能/价格比。s7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性；极丰富的指令集；易于掌握；便捷的操作；丰富的内置集成功能；实时特性 ；强劲的通讯能力；丰富的扩展模块 。s7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能

32、。使用范围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。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。s7-200系列plc可提供4个不同的基本型号的8种cpu供您使用。在本设计中采用cpu221和模拟量em231模块，所实现的功能是进行对温度的采集和电热炉的控制，在plc中下栽梯形图程序如下：图3.1 plc梯形图3.2.1 西门子s7-200系列plc cpu221模块cpu221的技术规范如表3.1所示 表3.1 cpu221模块

33、的参数本机数字量输入6 输入6 输入本机数字量输出4 输出4 输出数字 i/o 映象区256 (128 输入 /128 输出 )256 (128 输入 /128 输出 )定时器总数256个256 个计数器总数256( 由超级电容或电池备份 )256( 由超级电容或电池备份 )内部存储器位掉电保持256( 由超级电容或电池备份 )256( 由超级电容或电池备份 )时间中断2 个 1ms 分辨率2 个 1ms 分辨率边沿中断4 个上升沿和 / 或 4 个下降沿4 个上升沿和 / 或 4 个下降沿模拟电位器1 个 8 位分辨率1 个 8 位分辨率接口1 个 rs-485 接口1 个 rs-485 接

34、口ppi, dp/t 波特率9.6, 19.2 和 187.5kbaud9.6, 19.2 和 187.5kbaud自由口波特率1.2kbaud 至 115.2kbaud1.2kbaud 至 115.2kbaud每段最大电缆长度使用隔离的中继器： 187.5kbaud 可达 1000 米， 38.4kbaud 可达 1200 米使用隔离的中继器： 187.5kbaud 可达 1000 米， 38.4kbaud 可达 1200 米点到点 (ppi 主站模式 )共 4 个， 2 个保留共 4 个， 2 个保留mpi 连接(1 个给 pg ， 1 个给 op)(1 个给 pg ， 1 个给 op)电

35、源特性输入电源输入电压20.4 至 28.8 vdc85 至 264 vac(47 至 63 hz)输入电流80ma ( 仅 cpu ， 24 vdc)30/15ma ( 仅 cpu ， 120/240 vac)450ma ( 最大负载， 24 vdc)120/60ma ( 最大负载， 120/240 vac)3.2.2 西门子s7-200系列plc em231模块em231模拟量输入，输出和组合模块的技术规范如表3.2所示表3.2 em231模块参数模拟量输入点数4隔离(现场与逻辑电路间)无输入类型差分输入电压(单极性) 电压(双极性) 电流010v，05v 5v，2.5v 020ma输入分

36、辨率 电压(单极性) 电压(双极性) 电流2.5mv(010v时) 1.25mv(05v时) 2.5mv(5v时) 1.25mv(2.5v时) 5a(020ma时)模数转换时间250s模拟量输入响应1.5ms95%共模抑制40db，dc to 60hz共模电压信号电压+共模电压(必须小于等于12v)数据字格式 双极性，全量程范围 单极性，全量程范围-32000+32000 032000输入阻抗大于等于10m输入滤波器衰减-3db3.1khz最大输入电压30v dc最大输入电流32ma分辨率12位a/d转换器em 231配置如下表所示为如何用dip开关设置em 231模块。开关1、2和3可选择模

37、拟量输入范围。所有的输入设置成相同的模拟量输入范围。下表中，on为接通，off为断开。 em 231选择模拟量输入范围的开关表如3.3所示表 3.3 em 231选择模拟量输入范围单极性 满量程输入 分辨率 sw1 sw2 sw3 on off on 0到10v 2.5mv on off 0到5v 1.25mv 0到20ma 5ua 双极性 满量程输入 分辨率 sw1 sw2 sw3 off off on 5v 2.5mv on off 2.5v 1.25mv 图3.2 em 231端子连接图3.3 变送器介绍变送器种类很多,总体来说就是由变送器发出一种信号来给二次仪表使二次仪表显示测量数据。

38、将物理测量信号或普通电信号转换为标准电信号输出或能够以通讯协议方式输出的设备。一般分为：温度/湿度变送器，压力变送器，差压变送器，液位变送器，电流变送器，电量变送器，流量变送器，重量变送器等。 变送器遵循一个物理定律（或实验数学模型）将物理量的变化转化成4-20ma等标准信号的装置。变送器将传感信号转换为统一的标准信号：0/4-20madc,1-5vdc,0-10vdc变送器：除有传感的功能之外还有放大整形的功能，输出为标准的控制信号如：420ma。本设计中，铂电阻输入一个微弱的电压信号通过变送器转变成一个标准的电信号。3.4 固态继电器固态继电器(ssr)与机电继电器相比，是一种没有机械运动

39、，不含运动零件的继电器，但它具有与机电继电器本质上相同的功能。ssr是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关元件，他利用电子元器件的电、磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离，利用大功率三极管，功率场效应管，单项可控硅和双向可控硅等器件的开关特性，来达到无触点，无火花地接通和断开被控电路。固态继电器有三部分组成:输入电路，隔离(耦合)和输出电路。安输入电压的不同类别，输入电路可分为直流输入电路，交流输入电路和交直流输入电路三种。有些输入控制电路还具有与ttl/cmos兼容，正负逻辑控制和反相等功能。固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种。固态继电器的输出电路也可分为

40、直流输出电路，交流输出电路和交直流输出电路等形式。交流输出时，通常使用两个可控硅或一个双向可控硅，直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管。固态继电器的优点如下：（1）高寿命，高可靠:ssr没有机械零部件，有固体器件完成触点功能，由于没有运动的零部件，因此能在高冲击，振动的环境下工作，由于组成固态继电器的元器件的固有特性，决定了固态继电器的寿命长，可靠性高。（2）灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好:固态继电器的输入电压范围较宽，驱动功率低，可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器。（3）快速转换:固态继电器因为采用固体其间，所以切换速度可从几毫秒至几微妙。（4）电磁干扰性:固态继电器没有

41、输入线圈，没有触点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是一个零电压开关，在零电压处导通，零电流处关断，减少了电流波形的突然中断，从而减少了开关瞬态效应。固态继电器的缺点主要有：（1）导通后的管压降大，可控硅或双相控硅的正向降压可达1-2v，大功率晶体管的饱和压浆液灾1-2v之间，一般功率场效应管的导通电祖也较机械触点的接触电阻大。（2）半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流，因此不能实现理想的电隔离。（3）由于管压降大，导通后的功耗和发热量也大，大功率固态继电器的体积远远大于同容量的电磁继电器，成本也较。本设计中使用的继电器，输入信号为3-32v,输出信号为220v。

42、3.5 铂电阻pt1001、工作原理热电阻是利用物质在温度变化时本身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的。热电阻的受热部分（感温元件）是用细金属丝均匀地双绕在绝缘材料制成的骨架上，当被测介质中有温度梯度存在时，所测得的温度是感温元件所在范围内介质层中的平均温度。2、主要技术参数名称 铂电阻分度号 pt100测温范围 -200500允许偏差 a级 (0.15+0.002t) b级 (0.30+0.005t) 3、热响应时间热响应时间是在阶跃温度作用下，热电阻的输出变化值相当于阶跃变化的50时,所需的时间，用0.5来表示。热电阻热响应时间参考值直径(mm) 3 4 5 6 80.5(秒) 3 5

43、8 12 18注：当铠装元件与外保护管组成带护套的铠装热电阻整机时，由于保护管的直径和壁厚远大于铠装套，因此热响应时间主要取决于保护管的动态响应4、常温绝缘电阻 热电阻在环境温度为1535c，相对湿度不大于80%，试验电压为10100v（直流）电极与外套管之间的绝缘电阻100m绝 缘 电 阻：常温2000m高温(500)300m测量端的结构种类5、保护管材质一般为 ：1cr18ni9ti 0cr18ni12mo2ti6、产品执行标准 国际： iec751-1：1983 国内： jb/t8622-19974 plc与vb的通信4.1 s7-200系列plc监控的主要方法西门子工控产品在工控领域应

44、用市场中有较高的占有率，s7-200系列plc是西门子simatic plc家族中的成员之一，在西门子工控领域应用中占有重要地位。s7-200系列plc体积小，软硬件功能强大，系统配置方便，由它组成的系统可以与强大的profibus现场总线相连接。它推向市场就在各行各业得到了广泛应用。但是在实际工程应用中遇到了监控计算机与s7-200系列plc通信问题。由于西门子公司s7-200系列plc比监控组态软件wincc推出晚，因此wincc中没有集成s7-200系列plc的通信驱动程序；s7-200系列plc的通信协议也不公开，应用第三方软件编制监控程序也有问题。这些问题给s7-200系列plc的应

45、用带来了一定的限制，为了解决这个实际工程问题，作者做了一些研究，本文就s7-200系列plc与监控计算机通信问题研究结果展开讨论。 在大多数控制系统中，仅仅是实现控制是不够的，在许多情况下也需要组态监控界面对系统进行监控。通过监控可以增加人机交互的能力，使操作人员实时地监控系统工作情况并使系统操作变得方便。对s7-200系列plc组成的控制系统进行监控一般有三种方法：组态软件监控、第三方软件编制的监控软件监控、触摸屏监控。 用组态软件wincc实现监控，功能强大，灵活性好，可靠性高。但软件价格高，并需要解决wincc与s7-200系列plc的通信问题。在复杂控制系统中可以采用此方法。用第三方软

46、件编制的监控软件实现监控，灵活性好，系统投资低，能适用于各种系统。但开发系统工作量大、可靠性难保证，对技术人员的经验和技术水平的要求高，还必须购买通信协议软件。在系统资金投资有限，技术人员水平较高的情况下可以采用此方法。触摸屏进行监控，可靠性高，监控实现容易，触摸屏与plc之间的通信问题生产厂商已处理好，用户不用考虑通信问题，可以大大缩短工程周期。但灵活性一般，功能有限，不能满足复杂控制系统的监控要求，而且价格高。在系统可靠性要求高、工期短的情况下可以采用此方法。4.2 用prodave软件包实现通信连接用prodave软件包实现通信连接 ，prodave是西门子公司推出的专门用于西门子plc

47、产品（s7-200、300、400系列plc）与pc/pg进行数据交换处理的软件包。prodave在*.dll或*.lib文件中集成了数据交换的函数。在自行开发的监控软件中可以方便地调用该软件中的各种函数。 主要函数有： （1）load_tool pc机与plc系统初始化链接； （2）unload_tool 断开pc机与plc系统链接； （3）以及读写plc内部存储区的函数。 监控软件通过读写函数可以方便监控plc控制系统。用prodave，实现简单，灵活性较好，可以直接调用prodave的函数对s7-200系列plc内部存储区进行读写，并能满足大规模数据的传输，调试简单，很适合在工程中应用。

48、但需要购买软件，编程较复杂。5 基于microsoft visual basic 6.0的程序设计5.1 visual basic 6.0的发展visual basic（简称vb）是microsoft公司开发的一种通用的基于对象的程序设计语言。visual basic从1991年诞生以来，现在已经16年了。basic是微软的起家产品，微软当然不忘了这位功臣。随着每一次微软技术的浪潮，visual basic都会随之获得新生。可以预见，将来无论微软又发明了什么技术或平台，visual basic一定会首先以新的姿态登上去的。如果你想紧跟微软，永远在最新的技术上快速地开发，你就应该选择visual

49、 basic。 2003-稳中求变的新版本 visual basic. net 2003是一个相当稳重的版本。2005-完美主义的visual basic 为了让visual basic有最佳的开发体验，visual basic 2005的设计者绞尽了脑汁。 现在用visual basic 2005只要一行代码就可以读写注册表、访问文件、读写串口、获取应用程序信息 用visual basic 2005完全可以称作享受开发。而泛型、运算符重载等功能又可以让visual basic的开发人员深入.net framework的全部功能，开发出最优秀的应用程序。5.2 界面设计窗体是应用程序的编程窗口

50、和对话框。窗体可包含多个控件。窗体就像包含多个控件的容器。几乎每个应用程序都要包含一个窗体，如果一个应用程序中需要包含多个窗体，必须给它们不同的名称。也就是给它们赋予不同的name属性。窗体命名有如下规则：必须以字母或汉字开头。 可包括字母、数字和下划线，不能有空格或分号。最大为40个字符。 不能具有与别的公共对象相同的名字，例如 clipboard、screen 或 app。虽然可以是一个关键字、属性名字、或别的对象的名字，但这会在你的代码中产生冲突。因此也请不要使用。 生成窗体，启动一个新的工程文件，屏幕中间有一个带网点（称为网格）的窗口，这就是用户的窗体，一般也是程序运行时的主窗口。您可

51、以调整该窗体的大小，对该窗体大小的调整及属性值的改变等操作称为定制窗体。对窗体，控件的定制或设计期间称为设计时，程序运行期间称为运行时。属性窗口，属性窗口包含被选择的窗体、控件在设计时拥有的属性的列表，这些属性能够在设计时被改变，当用户选择多个控件时，属性窗口包含的属性列表被所选择的控件共享。设置或改变对象属性的一般步骤为：选中要操作对象。在属性窗口的属性列表框中找到要操作的属性。此时设置框中为当前控件该属性的当前设置。在设置框中键入或选择用户的设置。窗体的属性，窗体的属性有很多，这里仅以name属性为例解释，其它属性请阅vb的帮助信息。name属性，返回在代码中用于标识窗体、控件、或数据访问

52、对象的名字。在运行时是只读的。返回或设置字体对象的名字。说明，新对象的缺省名字由对象类型加上一个唯一的整数组成。窗体的常用属性还有：caption属性，controlbox属性，borderstyle属性，autoredraw属性，backcolor,forecolor属性，icon属性，maxbutton属性，minbutton属性，windowstate属性，enabled属性，fontbold, fontitalic, fontstrikethru, fontunderline, fonttransparent属性，fontsize属性，picture属性，height,width属性，

53、left,top属性，visible属性等。与窗体有关的事件，与传统的dos时代的basic语言（其实别的语言也一样）不同，vb代码的执行顺序是受一定条件激发的。相比较面言，传统的basic语言只是顺序执行的。激发vb执行某一操作的条件就称为事件，如鼠标移动等。窗体的常用事件有：click事件，dblclick事件，load事件，gotfocus,lostfocus事件，unload事件，activate,deactivate事件，paint事件等。5.2.1 窗体设计首先要建立一个窗体，然后对它进行布局，把整个窗体根据功能分成几个部分，通信、参数设定、显示、退出等，大致布局如下：图5.1 窗

54、体界面5.2.2 添加控件根据功能需要开始添加控件。4个commandbutton控件，6个textbox控件，1个picturebox控件，4个timer控件，1个hscrollbar控件，1个progressbar控件，以及若干label控件。commandbutton控件：name(名称)：对象的名称caption：标题属性backcolor：背景颜色height 、width：高度和宽度left ：控件左上角的横坐标top：控件左上角的纵坐标font（fontsize、fontbold、fontname、fontitalic、fontunderline）：字体大小、是否粗体（true或

55、false）、字体类型、是否斜体（true或false）、是否加下划线（true或false）等enabled：true或false，表示控件能否使用visible：true或false，表示控件是否可见default default属性设置为true时，表示当用户按回车键时该命令按钮被激活，结果与单击此按钮的功能相同。 cancel cancel属性若为true，表示用户按esc键时该命令按钮被激活。 value 在代码中设置value属性值为true，相当于触发了命令按钮的click事件。textbox控件：text 字符型，用于输入或显示信息 multiline 是否多行显示 scrollbars 是否允许出现滚动条 maxlength 允许输入的字符的最大数量