1、I基于组态的试验机温度监控系统设计摘 要试验机是工业装置，工业炉是依靠其它能源对工件进行加热，以达到对工件进行处理的标准。与其他相比，其温度方便控制，炉内情况易掌握，热效率高，实现生产过程的机械化和自动化。随着自动化程度的迅速提高，用户对控制系统的过程监控要求越来越高，人机界面的出现正好满足了用户这一需求。人机界面可以对控制系统进行全面监控，包括过程监测、报警提示、数据记录等功能，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。显然，系统正常运行还需要可编程控制器进行控制，可编程控制器是一种应用很广泛的自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体
2、，具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性高、适宜长期连续工作的特点，非常适合温度控制的要求 1。 本文完成了基于亚控公司的组态王和西门子公司 S7-200 系列的可编程控制器的炉温控制系统的设计方案。利用组态软件组态王设计人机界面，实现控制系统的实时监控、数据的实时采样与处理。编程时调用了编程软件 STEP 7 -Micro WIN中自带的 PID 控制模块，使得程序更为简洁，运行速度更为理想。实验证明，此系统具有快、准、稳等优点，在工业温度控制领域能够广泛应用。关键词：温度控制，可编程控制器，人机界面，组态王IIBased on the Configuration of the Tester
3、Temperature Monitoring SystemAbstractThe Testing machine is an industrial equipment, industrial furnaces is to rely on other energy heating the workpiece, the workpiece processing standards. Compared with other stoves, convenient to control the temperature, the furnace is easy to master, high therma
4、l efficiency, realize the production process of mechanization and automation.In the industrial field, with the rapid increase in the degree of automation, it is more and more important to monitor the process of control system for the users. The emergence of human-machine interface meets the needs of
5、 users. Man-machine interface can comprehensively monitor the control system, including process monitoring, alarm, data logging and other functions, so that the control systems have become user-friendly operation, the process of visualization and it will play more and more important part in the fiel
6、d of automatic control.Programmable Logic Controller (PLC) is a kind of automatic control equipment which is widely used in the industrial manufacture. It merges the traditional control technology, computer and communication technologies with a strong ability to control, flexible operation, high rel
7、iability and suitable for long-term characteristics of continuous work. It is very suitable for temperature control requirements.This essay mainly introduces configuration software Kingview which is developed by Beijing Yakong Company and a design of temperature control system with SIMATIC programma
8、ble logic controller (PLC) .When programming, we use the PID control arithmetic software module which is contained in the program software STEP 7 -Micro WIN so that the program looks easier and operates more quickly. In order to monitor the IIIcontrol system and process data in actual time, we desig
9、ned Human Machine Interface（HMI）with the configuration software Kingview. The result of experiment proves that this temperature control system could run quickly, accurately and have good stability, which is the advantage of the control system. This control system has been widely used in the industri
10、al temperature control field.Keywords: Temperature Control;PLC;HMI;KingviewIV目录摘 要 .IAbstract .II第 1 章 绪论 .11.1 项目背景、意义 .11.2 温控系统的现状 .1第 2 章 试验机的概述 .错误！未定义书签。2.1 试验机类型 .错误！未定义书签。2.2 试验机工作原理 .错误！未定义书签。2.3 试验机特点及控制要求 .4第 3 章 PLC 控制系统硬件设计 .53.1 PLC 控制系统设计的基本原则 .53.2 PLC 控制系统设计的一般步骤 .53.3 PLC 的选型与硬件配置
11、.63.3.1 PLC 型号的选择 .63.3.2 S7-200 CPU 的选择 .73.3.3 EM231 模拟量输入模块 .73.3.4 热电式传感器 .93.4 I/O 点分配及电气连接图 .93.5 PLC 控制器的设计 .103.5.1 控制系统数学模型的建立 .103.5.2 PID 控制及参数整定 .11第 4 章 基于组态王的监控界面设计 .14V4.1 组态设备连接及变量的建立 .144.1.1 组态设备连接 .144.1.2 组态变量的建立 .174.2 创建组态画面 .184.2.1 主画面 .184.2.2 实时趋势曲线 .194.2.3 报警窗口 .194.2.4 报
12、表窗口 .204.3 PLC 程序设计 .204.3.1 设计思路 .204.3.2 PID 指令向导的运用 .214.3.3 梯形图程序 .234.4 系统测试 .264.4.1 启动组态王 .264.4.2 实时曲线观察 .274.4.3 历史数据报表观察 .28第 5 章 总结 .30谢 辞 .31参考文献 .321第 1 章 绪论1.1 项目背景、意义近年来，国内外对温度控制器的研究进行了广泛、深入的研究，特别是随着计算机技术的发展，温度控制器的研究取得了巨大的发展，形成了一批商品化的温度调节器，可广泛应用于温度控制系统及企业相关设备的技术改造服务。随着工业自动化水平的迅速提高，用户对
13、控制系统的过程监控要求越来越高，人机界面的出现正好满足了用户这一需求。人机界面可以对控制系统进行全面监控，包括参数监测、信息处理、在线优化、报警提示、数据记录等功能，从而使控制系统变得简单易懂、操作人性化，深受广大用户的喜欢。人机界面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。HMI 系统必须有几项基本的能力：实时的资料趋势显示，自动记录资料，历史资料趋势显示，报表的产生与打印，图形接口控制，警报的产生与记录 2。此外，在工业自动化领域内，PLC 以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、
14、功能强大、性价比高、体积小、能耗低等显著特点广泛应用于工业自动化之中。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。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。1.2 温控系统的现状自 70 年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国内外温度控制系统发展迅速，并在职能化、自
15、适应、参数自整定等方面取得成果 3。目前，国外温度2控制系统及仪表正朝着高精度、智能话、小型化等方面快速发展。温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比仍然有着较大的差距。随着我国加入 WTO，我国政府及企业对此非常重视，对相关企业资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，并通过合资、技术合作等方式，组建了一批合资、合作及独资企业，使我国温度仪表等工业得到迅速的发展。3第 2 章 试验机的概述2.1 试验机类型试验机的类型，有多种不同的分类方法，下面简单列举几个常见的分类：1按照传统分类方法可
16、以分为：金属材料试验机、非金属材料试验机、动平衡试验机、振动台和无损探伤机等五大类。2按加荷方法分类：静负荷试验机(静态)和动负荷试验机(动态)。3按用途分类： 测定机械性能用试验机和工艺试验用试验机，包装物试验机，汽车检测仪器，力和重量、长度基准测量仪器，各种试验机附件（夹具、环境箱） 。4按传动方式分类：机械传动，电气传动，气压传动和液压传动等。2.2 试验机工作原理试验机是利用电流使其内电热元件或加热介质发热，从而对工件加热。试验机以电为热源，通过电热元件将电能转化为热能，对金属进行加热。试验机热源和火焰比，热效率高，可达 50，热工制度容易控制，劳动条件好，炉体寿命长，适用于要求较严的
17、工件的加热，但耗电费用高。本论文是试验机的温度控制系统为研究对象，其中一部分为硬件设计，主要PLC 硬件，温度传感器和 EM231 模拟量输入模块选型等。从硬件上保证了测温精度，为提高控制精度打下了基础。控制采用比较成熟的 PID 算法，并且通过 PLC进行参数控制，通过组态进行实时监控。试验机温主控系统基本构成如图 2.1 所示，它由监控系统组态王、PLC 主控系统、固态继电器、试验机、温度传感器（热电偶）等 5 个部分组成。4图 2.1 试验机温控系统制基本组成试验机温度控制实现过程是：首先温度传感器将试验机的温度化为电压信号，EM231 模块将传送进来的电压信号转化为 PLC 可识别的数
18、字量，然后将系统给定温度值与反馈回来的温度值进行比较并经过 PID 运算处理后，给固态继电器输入一个控制信号，控制固态继电器的输出端导通与否，从而使试验机开始加热或停止加热。即试验机温度控制得到实现 4。2.3 试验机特点及控制要求试验机特点：1品种多，量小，计量仪，高科技产品（随工业发展质量要求高，范围广） 。2除纵向外，两维、三维测试。3温度环境模拟， （模拟化向真实真实微度发展） 。4系列化，动功能化，组合化系统的主要功能要求：试验机采用 380V 三相交流电供电，用热电偶作温度传感器，每个炉中共设多个检测点,以计算炉内的平均温度。配置的温度传感器越多，平均温度的精度越好，温度范围在 0
19、1000控制内。 1实时控制、检测与显示炉内温度；2具有自诊断实时检测功能，检测各通道是否正常，当发生故障时进行声音和视觉报警并显示故障点。5第 3 章 PLC 控制系统硬件设计3.1 PLC 控制系统设计的基本原则1充分发挥 PLC 功能，最大限度地满足被控对象的控制要求。2在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。3保证控制系统安全可靠。4应考虑生产的发展和工艺的改进，在选择 PLC 的型号、IO 点数和存储器容量等内容时，应留有适当的余量，以利于系统的调整和扩充。3.2 PLC 控制系统设计的一般步骤设计 PLC 应用系统时，首先是进行 PLC 应用系统的功能设计，即根据被控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。然后是进行PLC 应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出 PLC 控制系统的结构形式，控制信号的种类、数量、系统的规模、布局。最后根据系统分析的结果，具体的确定 PLC 的机型和系统的具体配置 5。PLC 控制系统的设计步骤可参考图 3.1 。
