1、畢業設計論文 PAGE 36目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc138572527 目 錄 PAGEREF _Toc138572527 h 1 HYPERLINK l _Toc138572528 第1章 概述 PAGEREF _Toc138572528 h 1 HYPERLINK l _Toc138572529 1 課題的背景 PAGEREF _Toc138572529 h 1 HYPERLINK l _Toc138572530 2 國內外研究的現狀 PAGEREF _Toc138572530 h 1 HYPERLINK l _Toc138572531 第2

2、章 背景知識 PAGEREF _Toc138572531 h 3 HYPERLINK l _Toc138572532 2.1 組態軟件簡介 PAGEREF _Toc138572532 h 3 HYPERLINK l _Toc138572533 2.1.1 組態王（Kingview）軟件的功能 PAGEREF _Toc138572533 h 4 HYPERLINK l _Toc138572534 2.2 PLC 簡介 PAGEREF _Toc138572534 h 5 HYPERLINK l _Toc138572535 第3章 爐溫監測與控制系統方案 PAGEREF _Toc138572535

3、h 7 HYPERLINK l _Toc138572536 3.1爐溫監測與控制系統功能要求 PAGEREF _Toc138572536 h 7 HYPERLINK l _Toc138572537 3.2.1 組態軟件 PAGEREF _Toc138572537 h 7 HYPERLINK l _Toc138572538 3.2.2 可編程控制器（PLC） PAGEREF _Toc138572538 h 7 HYPERLINK l _Toc138572539 3.2.3 爐溫模塊 PAGEREF _Toc138572539 h 11 HYPERLINK l _Toc138572540 第四章

4、爐溫監測與控制系統實現 PAGEREF _Toc138572540 h 14 HYPERLINK l _Toc138572541 4.1監測部分的實現 PAGEREF _Toc138572541 h 14 HYPERLINK l _Toc138572542 4.1.1 用組態王建立應用程序項目的一般過程 PAGEREF _Toc138572542 h 14 HYPERLINK l _Toc138572543 4.1.2 計算機監測系統簡介 PAGEREF _Toc138572543 h 16 HYPERLINK l _Toc138572544 4.2控制部分的實現 PAGEREF _Toc13

5、8572544 h 18 HYPERLINK l _Toc138572545 4.2.1可編程控制器概述 PAGEREF _Toc138572545 h 18 HYPERLINK l _Toc138572550 4.2.2 可編程控制器各部分的作用 PAGEREF _Toc138572550 h 20 HYPERLINK l _Toc138572551 4.2.3 PLC特殊內部繼電器列表 PAGEREF _Toc138572551 h 23 HYPERLINK l _Toc138572552 4.2.4 可編程控制器PID算法 PAGEREF _Toc138572552 h 26 HYPER

6、LINK l _Toc138572553 4.2.5 可編程控制器部分語句介紹 PAGEREF _Toc138572553 h 27 HYPERLINK l _Toc138572554 4.3爐溫模塊與PLC的通訊 PAGEREF _Toc138572554 h 30 HYPERLINK l _Toc138572555 4.3.1 A/D轉換電路 PAGEREF _Toc138572555 h 30 HYPERLINK l _Toc138572556 第5章 系統測試與展望 PAGEREF _Toc138572556 h 34 HYPERLINK l _Toc138572557 51 系統測試

7、 PAGEREF _Toc138572557 h 34 HYPERLINK l _Toc138572558 52 對系統的評價 PAGEREF _Toc138572558 h 34 HYPERLINK l _Toc138572559 結 論 PAGEREF _Toc138572559 h 36 HYPERLINK l _Toc138572560 致 謝 PAGEREF _Toc138572560 h 37 HYPERLINK l _Toc138572561 參考文獻 PAGEREF _Toc138572561 h 38第1章 概述1 課題的背景 計算機監測控制系統是指具有數據采集、監測、控制功

8、能的計算機系統，加上監測裝置、執行機構與被監測控制的對象（生產過程）共同構成的系統。在這個系統中，計算機直接參與被控對象的檢測（monitor）、監督（supervise）、控制（control）。計算機監測控制系統廣泛應用于鋼鐵、化工、環保、國防、航天技術、工業水處理、工礦企業、商業、金融機構、政府機關及教育、衛生、住宅小區等重大領域，幾乎所有行業都不同程度在采用各種監測、監控設備，有的監測控制系統技術已相當先進，設備十分完善。有人說：計算機控制系統已滲透到每個國家的政治、經濟活動的一切領域，甚至管理國家的事務，監測全球范圍內某些參數或現象。當然，溫度作為一個在國民生產過程的重要參數，就不可

9、避免的需要對其進行控制。對溫度值精度的控制直接影響到所生產的產品的質量。所以，對溫度的控制是個不可忽視的問題。本課題研究的目的就是要應用計算機控制技術對溫度進行監測與控制。本課題研究的基本思想是，采用可編程控制器PLC、工業自動化組態軟件技術，結合實驗室條件，設計出一個溫度監測與控制系統，以期達到對溫度模塊的溫度值的監測與控制的目的。2 國內外研究的現狀PLC，CAD/CAM和機器人被稱為工業自動化的三大支柱。20世紀80年代美國的工業市場調查報告中指出，在常規技術應用領域，批量過程控制有91%采用PLC，計算機控制中有79%采用PLC，單元控制器中有92%采用PLC，在高技術應用領域，機器人

10、中有29%用PLC，人工智能系統有21%用PLC，可編程運動控制中有45%用PLC，自動倉儲檢索系統有21%用PLC，視覺檢驗系統有30%采用PLC。另有一份關于美國1989年分散控制系統（DCS）的調研報告指出，以PLC為基礎的DCS占整個DCS銷售額的20.9%，僅次于典型意義的DCS系統（占57.3%），而以較多的百分點領先于以PC（個人計算機）為基礎的DCS系統（占7.4%）。由上述數字可以看出：PLC作為通用型工業控制裝置，從20世紀80年代中期開始就已跨越其替代繼電控制設計思想的初衷，向更廣泛意義的工業自動化方向、向過程控制領域，以及許多高新技術應用領域發展。我國在PLC的應用方面

11、已經取得了一些可喜的成績，如上海寶鋼一、二期工程中就PLC使用達857臺，武鋼和首鋼等大型鋼鐵企業也都使用了許多臺PLC。此外，PLC在舊設備的技術改造方面也應用廣泛，單是經濟效益就已十分可觀。在產品的引進消化方面，隨著我國改革開放政策的實施，從1982年開始，先后有天津、廈門、無錫、大連、上海、北京等地的儀表廠、無線電廠和研究所等單位和美國、德國、日本等PLC的制造廠商進行了合資或引進技術、生產線等，在仿制和國產化方面已經做了大量的工作，并努力開發符合中國國情的新產品，滿足國內對PLC的需求。應該清楚地意識到，與國外PLC技術發達的國家相比，我國PLC的研制水平還較低，特別是要在提高器件的生

12、產質量上下大功夫。因此，借鑒國際先進技術促進我國盡快研制出具有自主知識產權、多品種、高檔次的PLC是提高我國的工業控制水平的迫切任務。 第2章 背景知識2.1 組態軟件簡介組態軟件是利用系統軟件提供的工具，用戶通過簡單的形象組織組合工作，即可實現所需的軟件功能。組態（Configuration）為模塊化任意組合。通用組態軟件特點：延續性和可擴充性。用通用組態軟件開發的應用程序，當現場（包括硬件設備或系統結構）或用戶需求發生改變時，不需要做很多修改而方便地完成軟件的更新和升級；封裝性（易學易用），通過組態軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來，對于用戶，不需要掌握太多的編程語言技術

13、（甚至不需要編程技術），就能很好地完成一個復雜工程所要求的所有功能；通用性，每個用戶根據工程實際情況，利用通用組態軟件提供的底層設備（PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的I/O Driver、開放式的數據庫和畫面制作工具，就能完成一個具有動畫效果、實時數據處理、歷史數據和曲線共存。具有多媒體功能和網絡功能的工程，不受行業限制。 “組態王6.5”計算機監控軟件，它是在PC機上流行的建立工業控制對象人機接口的一種智能軟件包，它以Windows98/Windows2000/WindowsNT4.0中文操作系統作為其操作平臺，充分利用了Windows圖形功能完備，界面一致性好，易學易用的特點

14、，與其它工業自動化軟件相比，在許多方面更加適合中國用戶的特點和需求。它采用PC機開發的系統工程比以往使用專用機開發的工業控制系統更有通用性，大大減少了工控軟件開發者的重復性工作，并可運用PC機豐富的軟件資源進行二次開發。組態王6.5完全基于網絡的概念，支持真正客戶-服務模式和Internet/Intranet瀏覽器技術，并且是一種可伸縮的柔性結構，根據網絡規模大小，可以將不同站點設計成I/O服務器、報警服務器、數據服務器、登陸服務器、校時服務器、客戶機等，在系統擴展和變化時，有著極大的靈活性。組態王6.5設計成全冗余結構。在五個層面上提供了冗余：IO通訊冗余、雙設備冗余、雙網冗余、雙機冗余、雙

15、系統冗余。組態王6.5為一個完全意義上的軟件平臺，允許用戶進行功能擴展和發揮，它是一個ActiveX容器，無須編程即可將第三方控件直接連入組態王中；組態王6.5不僅是OPC客戶，還是OPC客戶，還是OPC服務器，可向任意支持OPC客戶的軟件提供數據；組態王6.5中的報警信息可直接輸出到帶ODBC接口的數據庫中，如Acess、SQL Sever等。組態王6.5設計了報表系統和圖庫系統?？膳cExcel相媲美的內嵌式報表，功能強大，使用方便；所有圖庫全部更新。具有動態改變圖形外觀的動畫精靈；圖形系統增加了無限色彩和過渡色；通訊系統中 增加在線連接；故障診斷、過程撥號以及許多使用的輔助工具。組態王6.

16、5已達到或超過國外高檔進口軟件幾乎所有的功能，而且在許多方面更加適合中國用戶的特點和需求。“組態王6.5”軟件包由工程瀏覽器（TouchExplorer）、工程管理器（ProjManager）和畫面運行系統（TouchView）三部分組成。在工程瀏覽器中可以查看工程的各個組成部分，也可以完成數據庫的構造、定義外部設備等工作；工程管理起內嵌畫面管理系統，用于新工程的創建和已有工程的管理，畫面的開發和運行由工程瀏覽器調用畫面制作系統(TOUCHMAK)和工程運行系統(TOUCHVIEW)來完成的。(TOUCHMAK)是應用工程的開發環境。在這個環境中完成畫面設計、動畫連接等工作。(TOUCHMAK

17、)具有先進完善的圖形生成功能；數據庫提供多種數據類型，能合理的提取控制對象的特性；對變量報警、趨勢曲線、過程記錄、安全防范等重要功能都有簡潔的操作方法。PROJMANAGER是應用程序的管理系統。PROJMANAGER具有很強的管理功能，可用于新工程的創建及刪除，并能對已有工程進行搜索、備份及有效恢復，實現數據詞典的導入和導出。TOUCHVIEW是“組態王6.5”軟件的實施運行環境，在應用工程的開發環境中建立的圖形畫面只有在TOUCHVIEW中才能運行。TOUCHVIEW從控制設備中采集數據，并存在于實時數據庫中。它還負責把數據的變化以動畫的形式形象表示出來，同時可以完成變量報警、操作記錄、趨

18、勢曲線等監視功能，并按實際需求記錄在歷史數據庫中。2.1.1 組態王（Kingview）軟件的功能（1）基本人機界面功能 組態王作為一種應用軟件，有很好的人機界面，為客戶提供了豐富的快速應用設計的工具，便利的集成開發環境。（2）強大通訊功能 “組態王”把每一臺與之通訊的設備看作是外部設備，目前能連接PLC、智能儀表、板卡、模塊、變頻器等幾百種外部設備，為實現和外部設備的通訊，組態王內置了大量設備的驅動作為組態王與外部設備的通訊接口。見圖2-1。在運行期間，組態王就可通過驅動接口和外部設備交換數據，包括采集數據和發送數據指令。 圖2-1 計算機與外部設備通訊組態王的大部分驅動程序采用組件（COM

19、 ）技術,這種方式驅動和組態王構成一個完整的系統，即保證了運行系統的高效率，也使系統有很強的擴展性。組態王與I/O設備之間的數據交換采用五種方式：串行通訊方式、DDE方式、板卡方式、網絡節點方式、人機接口卡方式。由于本次畢業設計使用的是串行通訊方式，所以支隊串行通訊方式作介紹。串行通訊方式是組態王與I/O設備之間最常用的一種數據交換方式。串行方式使用“組態王計算機”的串口，I/O設備通過RS-232串行通訊電纜連接到“組態王計算機”的串口。如果計算機擁有多個串口，就可以同時與多個I/O設備進行連接。組態王最多可與32個串口設備相連。 2.2 PLC 簡介可編程控制器（PLC）一種在繼電器基礎上

20、發展起來的數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計；它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算，順序控制，定時，計數和算術操作等面向用戶的指令；并通過數字式或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外部設備，都按易于與工業控制系統聯成一個整體，易于擴充其功能的原則設計?？删幊炭刂破鞯闹饕攸c是：可靠性高、編程方便、易于使用、控制能力強、擴展及外部連接極為方便。目前，PLC的使用已經成為了現代化設備的象征，成為工業控制的主要手段和重要的基礎控制設備之一，在未來的工業生產中，PLC技術、機器人和計算機輔助設計、制造技術（CAD/CAM）技術將成為

21、實現工業自動化的三大支柱?？删幊炭刂破鲗嵸|是一種工業控制專用計算機，其組成與一般計算機基本相同。PLC主要有中央處理器，存儲器，輸入單元，輸出單元，電源等部分組成。對于整體式結構PLC，所有部件都封裝在同一機箱內；對于組合式結構PLC，各功能部件獨立封裝，通過總線相互連接，安裝在機架的插槽內。被 控對象采樣設備檢測裝置執行裝置編程器計算機可編程終端或外圍設備開關量輸入模塊開關量輸出模塊模擬量輸入模塊其他模塊如（溫控模塊）模擬量輸出模塊系統總線主控模塊（CPU、存儲器、用戶存儲器、通信接口等）電源模塊圖2-2 可編程控制器硬件框圖第3章 爐溫監測與控制系統方案3.1爐溫監測與控制系統功能要求目前

22、，我們學院自動控制系專業實驗室所使用的計算機控制技術實驗箱是使用單片機和生產廠商自行設計開發的系統來實現實驗功能的。由生產商場自行設計開發的系統是運行在DOS環境下的。對于廣大接觸計算機都是從Windows視窗界面開始的人來說，他們已經習慣于“一鼠走天下”，而DOS環境下，都是鍵盤操作 ，勢必會帶來諸多的不便之處。所使用的軟件是用VB語言編寫的，畫面上不太美觀，且不便于直觀的觀測。且,目前流行監測軟件是組態軟件.組態軟件之所以流行,就是因為他克服了以上所舉出的這些不便之處?？删幊炭刂破鳎≒LC）具有編程軟件采自易學易懂的梯形圖語言、控制靈活方便、抗干擾能力強、運行穩定可靠等特點。綜上所述，采用

23、使用組態軟件監測、PLC控制的方式來實現對溫度模塊的監測與控制。能夠實現對溫度模塊的即時溫度進行顯示和對其進行一定精度的控制。在組態畫面上，能夠隨時監測溫度的變化并采用曲線顯示。使其能夠直觀的表示出來，方便于使用者的觀測。3.2系統開發環境分析3.2.1 組態軟件目前的計算機監控系統中，制作上位機的監控程序方法有很多種，如VB、VC等可視化編程工具制作控制界面，調用MSCOMM控件或利用WindowsAPI函數進行上下位機串口通訊：或直接利用工業組態軟件來制作上位機程序。雖然本系統涉及的變量不是很多，但因為工業組態軟件有很多其他方法所不具備的優點，所以，選用工業組態軟件來開發。當今流行的組態軟

24、件很多，如INTOUCH、FIX組態王、虎翼、開物2000等，其中組態王6.5性價比高，網絡通訊功能比較完善，能滿足本系統要求，故采用之。3.2.2 可編程控制器（PLC）可編程控制器（PLC）一種在繼電器基礎上發展起來的數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計；它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算，順序控制，定時，計數和算術操作等面向用戶的指令；并通過數字式或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外部設備，都按易于與工業控制系統聯成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。 可編程控制器特點如下：可靠性高；編程方便、易于使用；控制能力強；

25、擴展及與外部連接極為方便。一體化的可編程控制器在硬件結構上通常分為三大部分：CPU板、I/O板和電源，此外還有系統軟件和外圍接口。 可編程控制器的軟件分兩大部分：系統軟件與用戶程序。系統軟件由PLC制造商固化在機內。用以控制可編程控制器本身的運作。用戶程序由可編程控制器的使用者編制并輸入，用于控制外部被控對象的運行。 目前應用中常見的可編程控制器有歐姆龍OMRON系列、西門子S7-400系列、三菱FX2系列、松下FP2系列、松下FP3系列、松下FPE系列、松下FPX系列、東芝EX系列等。本系統采用松下公司的FPX系列，其硬件可靠、穩定性好、性價比高。 (1)通用串行通信時通信環境的設定 編程口

26、初始設定為計算機鏈接模式。通信時，對于編程口的速率或者傳送格式的設定要通過編程工具FPWIN GR來進行。選擇菜單欄的選項（O）PLC系統寄存器設置，單擊編程口設置。 圖3-1(2)計算機鏈接時的通信環境設定 對于USB端口的通信設置要通過編程工具FPWIN GR來進行。選擇菜單欄的選項（O）P系統寄存器設置，單擊COM2口設置。 PLC系統寄存器設置對話框 圖3-2使用FPX的COM1口與組態王通訊時，還可采用PPI協議，通過編程軟件搜索通訊參數為：9600,8,1，偶校驗。組態王中通訊參數設置與其一致。在組態王中定義設備時選擇：松下FP3,設備地址與PLC中一致。一般來講，當PLC與計算機

27、串口RS232相連接后，組態王會自動進行連接。所以，也可以不對組態王設備COM1進行設置。串行通訊方式任何具有串行通訊接口的I/O設備都可以采用此方式。大多數的可編程控制器(PLC)、智能模塊、智能儀表采用此方式。串行口是計算機與外部設備進行數據交換的重要介質，其具有連接簡單、使用方便、數據傳輸可靠等優點，因此在工業監控、數據采集和實時控制系統中得到了廣泛的應用。在進行串行通訊設計時，為了保證通信的正常工作，因此很有必要對RS-232協議進行簡單的介紹。RS-232協議并未定義連接器的物理特性，目前常用的連接器主要有DB-25和DB-9。圖3-3最簡單的情況下，組態王計算機與一個I/O設備相連

28、，I/O設備使用標準的RS-232電纜與計算機主機后面的串口連接。圖3-4 串行通訊方式是組態王與I/O設備之間最常用的一種數據交換方式。串行通訊方式使用“組態王計算機”的串口，I/O設備通過RS232串行通訊電纜連接到“組態王計算機”的串口，組態王最多可與32個串口設備相連。圖3-5 串行通訊方式串口類邏輯設備實際上是組態王內嵌的串口驅動程序的邏輯名稱，內嵌的串口驅動程序不是一個獨立的Windows應用程序，而是以DLL形式供組態王調用，這種內嵌的串口驅動程序對應著實際與計算機串口相連的I/O設備，因此，一個串口邏輯設備也就代表了一個實際與計算機串口相連的I/O設備。組態王與串口類邏輯設備之

29、間的關系如圖3-8所示圖3-63.2.3 爐溫模塊實驗室使用的計算機控制技術實驗箱所帶的爐溫模塊，其溫度檢測檢測元件采用熱敏電阻電阻Rt，其阻值變化由雙臂電橋變換成電壓信號，經放大電路為05V信號，送A/D轉換器（ADC0809）轉化成數字信號。系統采用雙向可控硅應用過零觸發方式，在每個周期（與采用周期相等），控制輸入電阻絲的正弦波個數，即通過控制輸入電阻絲平均功率的大小來達到控制溫度的目的。其電路原理圖如下圖。圖3-7 爐溫模塊電路原理圖溫控爐的爐溫信號采集主要靠熱敏電阻來實現的。熱敏電阻是用金屬氧化物或半導體材料作為電阻體的溫敏元件。熱敏電阻由正溫度系數（PTC）、負溫度系數（NTC）和臨

30、界溫度（CTR）熱敏電阻三種。它們的溫度特性曲線如下圖所示：圖3-8 各種熱敏電阻特性溫度檢測用的熱敏電阻主要是負溫度系數熱敏電阻，PTC和CTR熱敏電阻則利用在特定溫度下電阻值急劇變化的特性構成溫度開關器件。1、 測溫原理負溫度系數熱敏電阻的阻值與溫度的關系近似表示為： 公式 3-1式中R(T)、R()為熱敏電阻在溫度為T、時的電阻值；B為取決于半導體材料和結構的常數。熱敏電阻值變化由雙臂電壓變換成電流信號，經放大電路05V為信號，送A/D轉換器(ADC0809)轉化為數字信號。系統采用雙向可控硅應用過零觸發方式，在每個控制周期（與采樣周期相等），控制輸入電阻絲的正弦波個數，即通過控制輸入電

31、阻絲平均功率的大小來達到控制溫度的目的。第四章 爐溫監測與控制系統實現4.1監測部分的實現 （1）工程管理器主要用于組態王工程的管理，如新建工程、搜索工程、工程的備份、工程的恢復、變量的導入導出、定義工程的屬性等。、 （2）工程瀏覽器是“組態王”軟件的核心部分和管理開發系統，它將畫面制作系統中已設計的圖形畫面、命令語言、設備驅動程序管理、配方管理、數據報告等工程資源進行集中管理，并在一個窗口中進行樹形結構排列，這種功能與Windows98操作系統中的資源管理器的功能相似。 （3）組態王畫面開發系統是應用程序的集成開發環境。工程人員在這個環境中完成界面的設計、動畫連接的定義等。畫面開發系統具有先

32、進完善的圖形生成功能；數據庫中有多種數據類型，能合理的抽象控制對象的特性，對數據的報警、趨勢曲線、過程記錄、安全防范等重要功能有簡單的操作方法。利用組態王豐富的圖庫，用戶可以大大減少設計界面的時間，從整體上提高工控軟件的性能。 （4）畫面運行系統TOUCHVIEW是組態王軟件的實時運行環境，用于顯示畫面開發系統中建立的動畫圖形畫面，并負責數據庫與I/O服務程序（數據采集組件）的數據交換。它通過實時數據庫管理從一組工業控制對象采集到的各種數據，并把數據的變化用動畫的形式形象的表示出來，同時完成報警、歷史記錄、趨勢曲線等監視功能，并可生成歷史數據文件。 （5）“組態王信息窗口”是一個獨立的Wind

33、ows應用程序，用來記錄、顯示組態王開發和運行系統在運行時的狀態信息。信息窗口中顯示的信息可以作為一個文件存于指定的目錄中或是用打印機打印出來，供用戶查閱。當工程瀏覽器、TouchView、I/O設備等啟動時，一般會自動啟動信息窗口。4.1.1 用組態王建立應用程序項目的一般過程（1）制作圖形畫面用戶可以為每個應用程序建立數目不限的畫面，在每個畫面上生成相互關聯的靜態或動態圖形對象。組態王提供類型豐富的繪圖工具，還提供按鈕、實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線、報警窗口等復雜的圖形對象。組態王采用面向對象的編程技術，使用戶可以方便地建立畫面的圖形界面。用戶構圖時可以象搭積木那樣利用系統提供的圖形對象完成

34、畫面的生成。（2）構造數據庫 數據庫的作用 數據庫是“組態王”最核心的部分。在TOUCHVIEW運行時，工業現場的生產狀況要以動畫的形式反映在屏幕上，操作者在計算機前發布的指令也要迅速的送達生產現場，所有這一切都是以實時數據庫為中介環節，所以說數據庫是聯系上位機和下位機的橋梁。數據庫中變量的集合形象成為“數據詞典”，數據詞典記錄了所有用戶可使用的數據變量的詳細信息。在組態王軟件中數據庫分為：有實時數據庫和歷史數據。數據詞典中變量的類型數據庫中存放的是在制作時定義的變量以及系統與定義的變量。變量可以分為基本類型和特殊類型兩大類?；绢愋偷淖兞坑址譃椤皟却孀兞俊焙汀癐/O變量”兩類?！癐/O變量”

35、指的是需要“組態王”和其它應用程序（包括I/O服務程序）交換數據的變量。這種數據交換是雙向的、動態的，就是說：在“組態王”系統運行過程中，每當I/O變量的值改變時，該值就會自動寫入遠程程序；每當遠程應用程序中的值改變時，“組態王”系統中的變量值也會自動更新。所以，那些從下位機采集來的數據、發送給下位機采集來的數據、發送給下位機的指令，比如“溫度”需要設置成“I/O變量”。那些不需要和其他應用程序交換、只在“組態王”內需要的變量，比如計算過程的中間變量，就可以設置成“內存變量”?；绢愋偷淖兞恳部梢园凑諗祿愋头譃殡x散型、模擬型、長整數型和字符串型。內存離散變量、I/O離散變量：類似一般程序設計

36、語言中的布爾（BOOL）變量，只有0、1兩種取值，用于表示一些開關量。內存型變量、I/O實型變量：類似一般程序設計語言中的浮點型變量，用于表示浮點數據，取值范圍10E-3810E+38，有效值7位。 內存整數變量、I/O整數變量：類似一般程序設計語言中的有符號長整形變量，用于表示帶符號整型數據，取值范圍-21474836482147483647。內存字符串型變量、I/O字符串型變量：類似一般程序設計語言中的字符串變量，可用于記錄一些有特定含義的字符串，如名稱，密碼等，該類型變量可以進行比較運算和賦值運算。特殊變量類型有報警窗口變量、報警組變量、歷史趨勢曲線變量、時間變量四種。這幾種特殊類型的變

37、量正式體現了“組態王”系統面向工控軟件、自動生成人機接口的特色。在本系統中，定義了內存整形變量“溫度遞增”用于追蹤顯示溫度。定義了I/O整數“Kp”，其具體設置：連接新I/O設備，寄存器D110，數據類型SHORT。定義了I/O整數“Ti”，其具體設置：連接新I/O設備，寄存器D112，數據類型SHORT。定義了I/O整數“Td”，其具體設置：連接新I/O設備，寄存器D114，數據類型SHORT。（3）定義動畫連接 動畫連接時在畫面的圖形對象與數據庫的數據變量之間建立一種關系，當變量的值改變時，在畫面上以圖形對象的動畫效果表示出來；或者由軟件使用者通過圖形對象改變數據變量的值。 組態王提供了2

38、1種動畫連接方式。一個圖形對象可以同時定義多個連接，組合成復雜的效果，以便滿足實際中任意的動畫顯示需要。 （4）運行和調試 在組態王軟件的實時運行環境TOUCHVIEW中，運行和調試畫面在換面制作系統中建立的動畫圖形畫面。4.1.2 計算機監測系統簡介（1）主界面 圖4-1（2）部分介紹圖4-2這個畫面是用來直觀的表示設定值與實際值的比較。 （a） (b)圖4-3這兩個畫面是用來對溫度設定的。系統運行起來后，可以點擊“設定值”設定一個初值。在“實測值”上會顯示一個當前的溫度值。圖4-5這是一個實時趨勢曲線，用來實時顯示溫度的變化值。 4.2控制部分的實現4.2.1可編程控制器概述可編程控制器（

39、PLC）一種在繼電器基礎上發展起來的數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計；它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算，順序控制，定時，計數和算術操作等面向用戶的指令；并通過數字式或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外部設備，都按易于與工業控制系統聯成一個整體，易于擴充其功能的原則設計?？删幊炭刂破髦栽絹碓绞艿娇刂平缛耸康闹匾?，是由于它具有令通用計算機望塵莫及的特點。 應用簡便： 安裝簡便。標準的積木式硬件結構與模塊化的軟件設計，使PLC不僅適應大小不同、功能繁雜的系統控制要求，而且適應工藝流程變更較多的場合。它的安裝和現場接線簡

40、便，可按積木式擴充或縮減其系統規模，組合成靈活的控制系統。 程序簡化。PLC采用電氣操作人員習慣的梯形圖形式編程，直觀易懂。因此，程序開發速度快，而且程序的可讀性強，軟件維護方便。 操作方便，維修容易。工程師編好的程序十分清晰直觀，只要寫好操作說明書，操作人員經短期培訓，就可以操控PLC系統。另外，PLC具有完善的監視和診斷功能，對其內部工作狀態、通訊狀態、I/O狀態和異常狀態等均有醒目的提示。因此，操作和維修人員可以及時、準確地了解機器的故障點，迅速替換故障模塊或插件，使系統恢復正常。 可靠性高：PLC的可靠性高，主要是因為它在硬件及軟件兩方面都采取了嚴格的措施。在硬件設計方面，首先是選用優

41、質器件，再者是合理的系統結構，加固簡化安裝，使它具有較強的震動沖擊功能。對印刷電路板的設計、加工及焊接都采取了極為嚴格的工藝措施，而且在電路、結構及工藝上采取了一些獨特的方式。例如，在輸入、輸出電路中都采用光電隔離措施，做到電浮空，既方便接地，又提高了抗干擾性能，各個I/O端口除采用常規模擬器濾波以外，還加上數字濾波器；內部采用了電磁屏蔽措施，防止輻射干擾；采用了先進的電源電路，以防止由電源回路串入的干擾信號；采用了較合理的電路結構方式，一旦某模塊出現故障，可以在線插拔，調試時不會影響PLC的正常運行。在軟件設計方面也采取了很多特殊措施，設置了警戒時鐘WDT。系統運行時對WDT定時刷新，一旦程

42、序出現了死循環，使之能立即跳出，重新啟動并發出報警信號。為了避免由于程序出錯而導致的錯誤運行，每次掃描都對程序進行檢查和校驗，一旦程序出錯立即發出報警信號并停止運行。對程序及動態數據進行掉電保護，隨時對CPU等內部電路進行檢測，一旦出錯，立即報警。程序中還設置 對用戶程序電路查錯和報錯的程序，錯誤的程序和參數不能運行。上述有效措施，保證了PLC的高可靠性。所以PLC的平均無故障時間（MTBF）超過45萬小時，有些品牌的產品高達十幾萬小時以上。此外，模塊化插接方便、自診斷功能強等特點也使PLC的平均修復時間（MTTR）縮短，再加上采取了一些特殊的系統設計思想（如大中型可編程控制器可以在線更換I/

43、O模塊，不致影響整個系統運行），使得以PLC為基礎的控制系統的可靠性大大提高。 抗電磁干擾性能好，環境適應性強：PLC是直接針對工業環境而設計的，產品在相當寬的環境溫度（055或060）、濕度（相對濕度90%），以及規定的機械振動沖擊下，在規定的電源電壓與頻率變化、電源瞬時中斷、電源電壓降低等因素作用下，均能正常工作。因此，可直接安裝在工業現場，不必采取另外的特殊措施。另外由于其結構精巧，所以耐熱、防潮、抗震等性能也很好。 功能完善：PLC的基本功能包括邏輯運算、定時、計數、數制換算，步進控制等。其擴展功能還有A/D和D/A轉換、PID閉環回路控制、高速計數、通信聯網、中斷控制及特殊功能函數運

44、算等功能，可以通過上位機進行顯示、報警、記錄、人機對話，使控制水平大大提高。PLC的主要功能如下： 條件控制：PLC具有邏輯運算功能，可以代替繼電器進行開關量控制。 限時控制：PLC具有定時功能，為用戶提供由定時指令控制的若干個定時器進行限時控制和延時控制。 計數控制：PLC具有計數功能，它為用戶提供了可用指令設置計數值的若干的計數器。計數值可在運行中讀出和更改。 步進控制：PLC具有步進控制功能，只有在前道工序完成后才能轉入下道工序，實現步進控制。 A/D和D/A轉換：完成對模擬量的控制和PID回路調節。 數據處理：PLC具有數據處理功能，如并行運算、并行數據傳送、十進制碼的算術運算等。 通

45、信和聯網：PLC采用通信技術，實現遠程I/O控制和PLC之間的同級鏈接，以及與上位機的上位鏈接，構成一臺計算機與多臺PLC的“集中管理、分散控制”的分布控制網絡，完成大規模的復雜控制。 對控制系統進行監控：操作人員可以通過監控命令監控系統的運行狀況，調整定時器計數器設定值。此外，還有報警功能，所以它的適用性強。 自診斷功能：PLC可以在線診斷本系統的軟硬件狀況，診斷機器和生產過程的狀況。 存儲功能：PLC具有較強的存儲功能。在PLC中，存儲器件一般都采用氧化物半導體器件，容量可從幾KB到幾MB，程序存儲器和部分數字存儲器具有掉電保護數據的功能。此外，PLC還具有智能外圍接口：大中型PLC具有功

46、能很強的智能外圍接口，這些接口具有獨立的處理器和存儲器。作為專用的工業外圍接口，它們具有某種特殊功能，例如，獨立進行閉環調節，可用于溫度控制、位置控制，也可以用于連接顯示終端、打印機等。有了智能外圍接口，可以大大地增強單臺機器的功能。 易于實現網絡化：可編程控制器可連成功能很強的網絡系統。網絡可分為兩類：一類是低速網絡，采用主從式通信，傳輸速率從幾Kbps到幾Mbps，傳輸距離5002500m；另一類是高速網絡，采用令牌傳送方式通信，傳輸速率110Mbps，傳輸距離5001000m，網上結點可達1024個。這兩類網絡可以級連，網上可兼容不同類型的PLC和計算機，從而組成控制范圍很大的局部管控網

47、絡。 4.2.2 可編程控制器各部分的作用 1. 中央處理器CPU和一般微機一樣，CPU是PLC的運算和控制核心，控制其他所有部件的運行，功能相當于人的大腦。CPU有運算器，控制器和寄存器等組成，通過地址總線，數據總線和控制總線與存儲器，I/O接口。CPU主要完成以下功能：(1) 從存儲器中讀取指令CPU從地址總線上給出地址，從控制總線上給出讀命令，從數據總線上得到讀出的指令，并存入CPU的指令寄存器中。(2) 執行指令對存入指令寄存器的指令操作碼進行譯碼，執行指令規定的操作，包括：用掃描工作方式采集從現場輸入裝置送來的狀態和數據，并存入輸入映象寄存器中，進行邏輯運算或算術運算；根據運算結果存

48、儲相應數據，并更新有關標志位和輸出映象寄存器；將存于數據寄存器中的數據和處理結果送至輸出接口電路；響應各種外部設備的工作請求等等。(3)處理中斷CPU除了能按順序執行程序外，還接受內部或輸入輸出接口發來的中斷請求，并進行中斷處理，當中斷處理完畢，再返回斷點地址，繼續順序執行程序。(4)自診斷功能診斷PLC電源，內部電路的工作狀態等。小型PLC一般采用8位微處理器，大型PLC很多采用16位微處理器或雙微處理器，使之工作速度更快，更可靠。2.存儲器存儲器是具有記憶功能的半導體電路，一般由存儲體，地址譯碼電路，讀寫控制電路和數據寄存器組成，用來存放系統程序和用戶程序。所謂系統程序，是指完成PLC各種

49、控制功能的程序，只和機器硬件有關，由制造廠家編寫。由于系統程序在PLC運行過程是不變動的，一般固化到只讀存儲器中；所有用戶程序，是使用者根據所控制的生產過程和工藝要求編寫的程序，由用戶通過編程裝置輸入到讀寫存儲器中，用戶程序允許修改。(1)只讀存儲器ROM中存放的系統程序主要包括以下內容：檢查程序。PLC上電后，首先由檢查程序檢查PLC各部分的運行是否正常，并將檢查結果顯示出來；鍵盤輸入處理程序。解釋，執行用戶從鍵盤上發出的命令，將用戶輸入的程序送到RAM中；程序語言翻譯程序。將用戶使用PLC編程語言編寫的控制程序翻譯成計算機能夠識別的機器代碼程序，并對用戶程序進行語法檢查；監控程序。根據實際

50、控制的需要調用相應的內部程序。中小型PLC多使用EEPROM做只讀存儲器。(2)讀寫存儲器讀寫存儲器又稱隨機存儲器，存儲單元中的內容可根據需要隨時讀出和寫入，讀出時，存儲內容不會丟失；寫入時，原存儲內容被新寫入的信息覆蓋。RAM中一般存放用戶程序和邏輯變量。所謂邏輯變量是指輸入寄存器，輸出寄存器，內部輔助寄存器，定時/計數器等。CPU存儲器保持CPU提供了一個EEPROM來永久保存用戶程序，選擇的數據區以及CPU的組態數據；CPU提供了一個超級電容器，在CPU掉電時保存完整的RAM存儲器。根據CPU模塊類型，超級電容器可保存RAM存儲器達幾天之久；CPU提供了一個可選的電池卡，當CPU掉電后，

51、可延長RAM存儲器保持的時間。電池卡只有在超級電容器耗盡后才提供電源。3. 輸入輸出接口輸入輸出接口是PLC主機與外部設備之間的連接電路。為了提高抗干擾能力，一般輸入，輸出接口均有光電隔離電路，即由發光二極管和光電三極管組成的光電耦合器。來自現場的檢測元件，指令元件的信號經輸入接口進入PLC。檢測元件是指傳感器，按鈕，寄存器觸點，行程開關等，利用這些元件檢測來自現場的溫度，壓力，位置，電流，電壓等物理量即是檢測元件信號；指令元件信號是指操作者在控制臺或鍵盤上發出的信號，如啟動，暫停，調整等。這些信號有的是開關量，有的是模擬量，有的是直流信號，有的是交流信號，所以要根據輸入信號的類型選擇合適的輸

52、入接口。由PLC發出的各種控制信號經輸出接口去控制和驅動負載，如控制指示燈的亮滅，電磁閥的開閉，繼電器線圈的通電和斷電，電動機的啟動，停止和正反轉等等?？刂曝撦d的輸出信號也有不同的形式，同樣要選擇合適的輸出接口。根據現場執行部件的不同需要，輸出接口的放大環節分為繼電器型，晶閘管型和晶體管型三種類型：繼電器型輸出接口為有觸點輸出，外加負載電源即可以是交流，也可以是直流，響應時間為ms量級；晶閘管型接口只能帶交流負載，響應時間為微秒量級；晶體管型接口只能帶直流負載，響應時間最短，為ns量級。4. 電源PLC的電源包括系統電源和后備電池。PLC一般使用220V交流電源，電源模塊的作用就是將外部輸入的

53、交流電經過整流，濾波，穩壓電路轉換成PLC的CPU，存儲器，I/O接口等內部電路所需要的直流電源。PLC大多使用開關型穩壓電源，其穩壓性能好，抗干擾能力強，并可為用戶提供24V電源，作為輸入傳感器或輸出負載的電源。5. 編程器可編程控制器在正式運行時，不需要編程器。編程器用作用戶程序編制、存儲、管理，并把用戶程序送入可編程控制器中，在可編程控制器調試時，編程器還可用作監控及故障檢測軟件?？删幊炭刂破鞯能浖謨纱蟛糠郑合到y軟件與用戶程序。系統軟件由PLC制造商固化在機內，用以控制可編程控制器本身的運作。用戶程序由可編程控制器的使用者編制并輸入，用于控制外部被控對一象的運行。系統軟件分為系統管理程

54、序、用戶指令解釋程序及標準程序模塊和系統調用。系統管理程序是系統軟件由最重要的部分，主管控制可編程控制器的運作。其作用包括三方面:一方面是運行管理，對控制可編程控制器何時輸入、何時輸出、何時計算、何時自檢、何時通信等作時間上的分配管理。另一方面是存儲空間管理。即生成用戶環境，由它規定各種參數、程序的存放地址。將用戶使用的數據參數、存儲地址轉化為實際的數據格式及物理存放地址，將有限的資源變為用戶可很方便地直接使用的元件。再一方面是系統自檢程序。它包括各種系統出錯檢驗，用戶程序語法檢驗，句法檢驗，警戒時鐘運行等。用戶指令程序 可編程控制器可用梯形圖語言編程，把使用者直觀易懂的梯形圖變成機器懂得的機

55、器語言，由CPU執行這些任務。標準程序模塊和系統調用 由許多獨立的程序塊組成，各程序塊完成不同的功能，可編程控制器的各種具體工作都是由這部分來完成的。用戶程序 用戶程序是可編程控制器的使用者編制的針對具體控制對象的程序。有三種形式指令表（STL）梯形圖（LAD）和順序圖（SFC）。用戶程序存放在系統管理程序指定的存儲區內，其容量的大小也為系統管理程序所限制。用戶環境 用戶環境是由系統監控程序生成的，它包括用戶數據結構、用戶元件區分配、用戶程序存儲區、用戶系統參數等。6. 其他接口電路為了擴展PLC的功能，除I/O接口外，PLC還配置了其他一些接口，主要有：(1) I/O擴展接口用于擴展PLC的

56、輸入和輸出點數，需要時，它可將主機與I/O擴展單元連接起來(2) 智能I/O接口這種接口具有獨立的微處理器和控制軟件，用于適應和滿足復雜控制功能的要求，如：位置閉環控制模塊；PID調節器的閉環控制模塊；高速計數器模塊等等。(3) 通信接口用于PLC和計算機，打印機等外部設備相連；也可以構成集散型控制系統或局域網。(4) A/D，D/A接口由于CPU只能處理數字信號，當輸入輸出信號為模擬量時，則需要A/D，D/A接口來進行信號轉換。PLC高功能模塊的選用，應根據系統控制的需要進行合理的配置。7. PLC的外部設備外部設備包括編程器，打印機，外存儲器，EEPROM寫入器等等。4.2.3 PLC特殊

57、內部繼電器列表PLC說到底就是一種繼電器，所以，有必需要對其內部的繼電器進行介紹。由于其內部繼電器很多，沒必要全都作介紹。下面只對本系統用到的內部繼電器作介紹。地址名稱描述R9000自診斷錯誤標志發生自診斷錯誤時ON.自診斷的結果保存DT9000.(FP10/FP10S/FP10SH/FP2/FP2SH為DT90000).R9001未使用R9002MEWNET-TR通信異常標志適用PLC機型:FP3,FP10S,FP10SH檢測到發送主單(TransmitterMaster Unit)中MEWNET-TR網絡通信狀態異常時置ON.發生異常的主單元的插槽No.保存在DT9002及DT9003(F

58、P10S/FP10SH中為DT90002,DT90003)中.I/O異常標志適用PLC機型:FP2,FP2SH檢測到I/O單元異常時置ON.發生異常的單元的插槽No.保存在DT90002,DT90003中.R9003智能單元異常標志適用PLC機型:FP10,FP10S,FP10SH,FP2,FP2SH,FP3檢測到智能單元(板)中的異常時置ON.發生異常的智能單元的插槽No.保存在DT9006及DT9007(FP10/FP10S/FP10SH/FP2為DT90006,DT90007)中.R9004I/O校驗異常標志適用PLC機型:FP10,FP10S,FP10SH,FP2,FP2SH,FP3檢

59、測到I/O校驗異常時置ON.發生校驗異常的I/O單元的插槽No.保存在DT9010及DT9011(FP10/FP10S/FP10SH/FP2中為DT90010,DT90011)中.R9005后備電池異常標志(當前型)適用PLC機型:FP1 C24/C40/C56/C72,FP-M C20/C32,FP10,FP10S,FP10SH,FP2,FP2SH,FP3檢測到電池異常時置ON.R9006后備電池異常標志(保持型)適用PLC機型:FP1 C24/C40/C56/C72,FP-M C20/C32,FP10,FP10S,FP10SH,FP2,FP2SH,FP3檢測到電池異常時置ON.檢出一次電池

60、異常后, 即使恢復正常也仍保持ON.切斷電源或進行初始化操作后變為OFF.R9007運算錯誤標志(保持型)(ER標志)運行開始后, 如果發生錯誤即置ON, 并且在運行期間保持.此時發生錯誤的地址保存在DT9017.FP10/FP10S/FP10SH/FP2/FP2SH保存在DT90017中(顯示最初發生的運算錯誤.)R9008運算錯誤標志(最新型)(ER標志)發生運算錯誤的時刻置ON.發生錯誤的地址保存在DT9018.FP10/FP10SFP10SH/FP2/FP2SH保存在DT90018中.每次發生錯誤時更新其中的內容.R9009進位標志(CY標志)當運算結果發生上溢出或下溢出時、執行移位相