基于组态王软件的温度控制-系统控制

沈阳理工大学课程设计PAGE2目录一组态王与无线通信网络的简介……1二无线通信温度控制…………………12.1实验目的………12.2实验仪器………12.3实验内容………12.4实验电路………1三温度控制系统硬件电路……………23.1温度自动控制…………………23.2温度控制箱主要部件说明……23.3温度传感器……………………33.4无线通信网络模块……………4四温度控制系统软件实现过程………54.1组态王主画面设计……………54.2组态王主要软件程序及实验时所需变量的定义……………8五运行结果……………9六结论…………………9参考文献………………10基于组态王软件的温度控制——系统控制一组态王与无线通信网络的简介组态王是运行于MicrisoftWindows98/NT/2000中文平台的中文界面的人机界面软件，采用多线程，COM组件等新技术，实现了实时多任务，软件运行稳定可靠。目前组态王常用的版本为“组态王6.3”软件包，它由工程浏览器、工程管理器和画面运行系统三部分组成。在工程那浏览器中可以查看工程的各个组成部分，也可以完成数据库的构造，定义外围设备等工作。工程管理器内嵌入画面管理系统，用于新工程的创建和已有工程的管理。画面的开发和运行是调用画面制作系统“TouchMake”和工程运行系统“Touchview”来完成。无线通信(Wirelesscommunication)是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。无线通信网络，由于其特有的非接线通信方式的优点，广泛应用于特定地理位置（如山区、油田和水利设施等）的现场遥测遥控领域。尤其在分布距离较远且数据传输量不大时，无线通信控制网络的优势更为明显。典型无线通信网络分布式控制系统见图1所示。PCPC无线模块无线模块+控制模块232测控对象1Com口测控对象n无线模块+控制模块图1.典型无线通信控制网络图1中，采用台湾威达（ICP）无线通信模块SST900EXT，通信距离1km;波特率最大19200；232/485通信接口。二无线通信温度控制2.1实验目的（1）掌握电热炉温度控制的原理及方法。（2）掌握基于组态王软件的电热炉温度控制的系统控制原理。2.2实验仪器微机、温度自动控制实验箱、无线通信网络（泓格i7000系列）2.3实验内容（1）利用组态王软件和无线通信控制网络来设计模拟加热炉的温度控制实验。（2）通过组态王实验界面，调节PID实现对模拟加热炉温度的实时控制。2.4实验电路图2温度自动控制实验连接图三温度控制系统硬件电路3.1温度自动控制本设计的温度控制是由全隔离单向交流调压一体化模块TY-280D15P-220（双向硅控制电压）、电流源HF10W-D、温度控制仪表XMT602、数显表HB5135B组成。其电路示意图如下图所示：3.2温度控制箱主要部件说明全隔离单向交流调压一体化模块TY-H380D15P-220是集随即型固态继电器、随机型SSR移相触发器和同步变压器（兼作模块内部电源变压器）于一体而成，其工作原理是：在同步变压器的电压作用下（此同步电压在模块内部经整流后还作为模块工作电源）模块内部的移相触发器会根据控制电压的大小在输出端产生与电网电压同步的双倍电网频率的180°-0°范围内移相的宽脉冲，从而驱动随机型SSR，以达到移相调压的目的。它的型号为TY-380D25P-220,其中TY表示单相调压模块，中间部分表示模块内部相应的随即型固态继电器型号即输出触点是曾强型或者普通型，电压、电流等级等，后面部分表示同步变压器初级电压。该产品广泛运用于温度的自动控制，点击调速等场合。本模块具有输入端与输出端光隔离，以便于实现弱电对强电的控制，由于输入端电压（0-5V）的高低变化实现对输出端负载功率的控制，输入阻抗搞，可直接通过数模转换器与计算机，数字程控电路接口，不必再外配电源同步电路，十分方便地实现了对输出端负载电压功率的无级调节，广泛用于照明设备，控温设备交流电机软启动，交流串波调速等功率自动调节场合。其技术指标如下：输出额定电压220VAC输出额定电流10A-240A输入控制信号0-5VDC输出电压变化范围0-220VAC输出端与底板间、输入与输出电路间介质耐压2500VACmin/50Hz其内部电路如下图所示：3.3温度传感器采用PT100作为温度传感器。铂电阻温度传感器的特点是：精度高，稳定性可靠。铂电阻在氧化环境中，甚至在高温下的物理和化学性质都非常稳定。因此铂电阻被公认为是目前制造热电阻的最好材料。铂电阻主要作为标准电阻温度计使用，也常被用在工业测量中。此外，还被广泛地应用于温度的基准和标准的传递。铂电阻温度计是目前测温重复性最好的一种，其信号采集方式采用电桥。由于热电阻安装的地方距离测量模块比较远，当环境的温度变化时其连接导线电阻也要变化。因为它与热电阻Rt是串联的，也就是电桥臂的一部分，所以会造成测量误差。采用三线制接线法就可以避免这种误差的产生，铂电阻温度传感器是利用金属铂在温度变化时自身电阻值也随之改变的特性来测量温度的，显示仪表将会指示出铂电阻的电阻值所对应的温度值。3.4无线通信网络模块牛顿模块（NUDAMMODULES）具有组态简单、采集的信号稳定、抗干扰能力强、编程容易等众多优点，它被广泛地应用于工场、矿山、学校、车间等需要数据采集的场合。每一单一的牛顿模块都是地址可编程的。无线通信控制网络由于其特有的非界限通信方式的优点，广泛应用于特定地理位置（如山区、油田和水利设施等）的现场遥测遥控领域。尤其在分布距离较远且数据传输量不大时，无线通讯控制网络的优势更为明显。目前，采用无线通信技术的工控产品很多，有的采用RF调频通讯远离；有的采用扩频通信原理；根据发射功率的不同，无线通讯的距离也各不相同，也有很多公司开发出了应用于不同场合的无线数据传送模块，大大方便了无线通信测控系统的设计。考虑到实验系统的要求及实际应用情况，本次设计选用了台湾威达（ICP）公司，是著名的工控产片研发和生产公司，其公司生产的工业控制计算机、数据采集卡和工控模块都是目前工控行业的主要产品。尤其是工控模块产品，由于性价比高、组合使用方便，深受用户好评。典型无线通讯网络分布式控制系统结构如下图所示：系统各部分说明如下：（1）SST900EXT:无线接收/发送模块，232/485接口；速率最高19.2Kbps；距离200M，加放大天线可达1KM,本设计系统速率设为9.6Kbps（2）7012：模拟量输入模块，16位隔离；485接口；地址设为2；电压输入0-10W对应0-10（3）7021：模拟量输出模块，16位隔离；485接口；地址设为1；电压输出：0-10对应0-10v。四温度控制系统软件实现过程4.1组态王主画面设计4.1.1主画面模块登录画面主画面现场数据采集画面实时曲线趋势4.1.2各模块画面及功能介绍4.1.2.1登录画面在登陆界面中输入正确的用户名和密码，点击登录即可进入本系统的主画面，否则重置，会将用户名和密码清零，重新输入正确的用户名和密码。4.1.2.2主画面在主画面中，点击数据采集可通过ShowPicture("现场数据采集")转到数据采集画面;点击实时曲线可通过ShowPicture("历史曲线")转到实时曲线趋势画面;点击退出可通过ShowPicture("登录")转到登陆画面;4.1.2.3现场数据采集画面此画面中设计了一个模拟加热炉，当运行此系统时，此温度与温度自动上控制实验箱上的温度数据保持一致，并在温度变化中显示，以便于观察。点击返回可通过ShowPicture("菜单")返回到主画面;4.1.2.4实时曲线趋势画面此画面中设计了画面自动切换按钮、实测温度曲线、设定温度曲线、PID显示模块等窗口。通过友好的用户界面，用户可随意在设定温度范围内设定任意温度，同时实现温度曲线的在线显示，通过动态的画面更新，可以实时、直观地观察到炉内温度的变化，对于控制过程中的温度以及控制参数进行实时记录并存储，通过历史数据管理模块对数据信息进行分析，以更好地掌握加热炉的控制特性。4.2组态王主要软件程序及实验时所需变量的定义组态王软件设计包括各部分（登陆程序、重置程序、PID控制程序、现场数据采集程序、实时趋势曲线程序、退出程序、输出电压值、实测温度值、设定温度值、返回程序）程序的编写与变量的定义。4.2.1登陆程序if(\\本站点\用户名=="07030201"&&\\本站点\密码=="123"){ShowPicture("菜单");}else{ShowPicture("登录");}4.2.2重置程序\\本站点\用户名="";\\本站点\密码="";4.2.3PID控制程序\\本站点\前二温度差=\\本站点\前一温度差;\\本站点\前一温度差=\\本站点\当前温度差;\\本站点\当前温度差=\\本站点\新设定温度-\\本站点\显示温度;\\本站点\变化的电压=\\本站点\I*(\\本站点\当前温度差)+\\本站点\P*(\\本站点\当前温度差-\\本站点\前一温度差);\\本站点\电压=\\本站点\变化的电压+\\本站点\电压;4.2.4现场数据采集程序ShowPicture("现场数据采集");4.2.5实时趋势曲线程序ShowPicture("历史曲线");4.2.6退出程序ShowPicture("登录");\\本站点\用户名="";\\本站点\密码="";4.2.7设定温度值（模拟值输出表达式）\\本站点\新设定温度4.2.8实测温度值（模拟值输出表达式）\\本站点\新设定温度4.2.9输出电压值模拟值输出表达式为\\本站点\电压，模拟值输入表达式为\\本站点\电压4.2.10返回程序ShowPicture("菜单");4.2.11所需变量的定义如下：五运行结果运行本系统，将设定温度定为35度，通过PID调节得到如下曲线图：运行结果：运行本系统观察，当设定温度为35度、PID参数分别为0.05、0.002、0.0001时，电压由零开始增加，温度逐渐上升；当温度超过35度时，PID参数开始调节停止加热使温度下降，回到设定值附近。六结论该系统可以通过调节PI