1、目录摘 要 1ABSTRACT2第 1章绪论 11.1温度控制系统的研究背景 11.2温度控制系统的研究现状 11.3温度控制系统的基本控制要求 21.4本论文的主要内容 3第 2章 系统硬件设计 42.1系统总体方案设计 42.2系统硬件设计 4第 3章系统软件设计 103.1模糊控制器设计 103.2程序流程图 143.3程序设计 15第 4章组态设计 254.1OPC与 PLC连接 254.2WinCC组态软件 264.3 系统测试结果 30第 5章总结与展望 335.1总结 335.2展望 33参考文献 34致 谢 35河南工程学院本科毕业设计1摘 要在工业控制的各个领域，温度控制都有
2、着广泛的应用。如钢铁厂、火电厂、化工厂等锅炉的温度控制系统。由于控制过程复杂且干扰多，具有大时滞性，不确定性，因此，要求有先进的控制系统和理论。常用的控制算法有 PID 算法，但它适用于线性的控制系统，需要不断调整参数。智能控制算法对于非线性的控制系统控制效果比较好，例如模糊 PID算法。通过计算偏差与偏差变化率，查询模糊规则表，得出 PID 控制器的参数。本文就是采用这种控制算法对温度进行控制。本文基于西门子 S7-200 PLC，设计了一个温度自动控制系统。利用 OPC 技术实现了PLC 和 WinCC 组态软件的数据通信和控制，对温度控制过程进行实时监控、报警和分析。本文主要完成以下方面
3、的工作。首先介绍了温度控制系统的研究背景和研究现状，然后介绍了模糊 PID 算法，最后介绍了本系统的硬件系统和软件系统的设计、组装和配置过程，以 PLC 为控制核心，PT100温度传感器测量温度，通过变送器转换为电流信号，输入模拟量模块。经过模糊 PID 程序运算得出 PID 参数，占空比输出控制中间继电器接通，实现对温度精确控制的目的。本系统将 PLC、WinCC 组态软件和实物模型三者结合在一起，通过这三者之间的通讯和监控，实现了对温度的自动控制，增强了系统的自动化水平，具有重要的实际意义。关键词：温度控制；模糊 PID；S7-200 PLC ；WinCC河南工程学院本科毕业设计2ABST
4、RACTIn all areas of industrial control, temperature control has a wide range of applications. Such as steel plants, thermal power plants, chemical plants and other boiler temperature control system. As the control process is complex and interference, with large delay, uncertainty, therefore, require
5、s advanced control systems and theory. Commonly used control algorithms have PID algorithms, but it is suitable for linear control systems and requires constant adjustment of parameters. Intelligent control algorithm for non-linear control system control effect is better, such as fuzzy PID algorithm
6、. By calculating the deviation and deviation rate of change, query fuzzy rules table, obtained PID controller parameters. This paper is to use this control algorithm to control the temperature.Based on Siemens S7-200 PLC, this paper designs a temperature automatic control system. Using OPC technolog
7、y to achieve the PLC and WinCC configuration software data communication and control, the temperature control process for real-time monitoring, alarm and analysis. This article mainly completes the following work.Firstly, the research background and research status of the temperature control system
8、are introduced. Then the fuzzy PID algorithm is introduced. Finally, the hardware system and the software system are designed, assembled and configured. The PLC is the control core and the PT100 temperature sensor measures the temperature , Through the transmitter into a current signal, enter the an
9、alog module. After the fuzzy PID program to calculate the PID parameters, duty cycle output control intermediate relay connected to achieve the purpose of precise temperature control.The system combines the PLC, the WinCC configuration software and the physical model together to realize the automati
10、c control of the temperature through the communication and monitoring between the three, and enhance the automation level of the system, which is of great practical significance.Key words: temperature control, fuzzy PID, S7-200 PLC, WinCC河南工程学院本科毕业设计1第 1章绪论温度作为一种非常重要的参数，与科学实验和工业生产都紧密相连，具有不可忽略的影响，发挥着
11、重要作用；对温度进行精确的控制，不仅影响到工业生产过程的质量，还对试验结果的好坏起着不可忽略的关键作用，特别是在机械加工、食品生产、石油勘探、冶金冶炼等行业中；温度控制系统的工艺过程一般都是复杂多变的，影响因素很多，易干扰等特点，因此急需研究先进的控制理论，幵发更为智能化的控制技术 1。1.1温度控制系统的研究背景可编程逻辑控制器 PLC 是一种数字运算操作的电子系统，专为工业应用而设计。它性能卓越，满足各种各样的要求。组态软件是数据采集监控系统 SCADA 的软件平台，是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统；它操作简单、功能强大，可以设置多种多样的项目类别；组态方式灵活，可以为用户快
12、速方便的构成自动控制系统的数据采集和监控功能 2。西门子视窗控制中心 WinCC 是上个世纪九十年代进入市场的 HMI/SCADA 软件，它可以为用户提供适用于工业自动化控制的图像显示、数据归档、报表以及报警等功能；WinCC 内包含 PLC 驱动程序，与上位机连接方便。它可以方便的建立模拟工业现场的独特人机界面，满足各种不同的需要。1.2温度控制系统的研究现状温度控制存在于生产生活的方方面面，在很多领域发挥着重要的作用。温度控制系统经过两百多年的发展，人们对温度控制系统的研究越来越深入，对控制性能的要求越来越高，比如精度高，稳定性好，因此，温度控制技术飞速发展。对于温度控制系统，目前常用的包
13、括以下 5 类：基于单片机的温度控制系统，基于IPC（工控机）的温控系统，DCS （集散控制系统） ，FCS（现场总线控制系统）以及基于 PLC 的温度控制系统：单片机应用广泛，功耗较低，控制能力强，方便灵活的扩展能力，体积小，可靠性高等优点。但单片机中断源少，响应速度偏慢，不能直接与传感器对接，不适河南工程学院本科毕业设计2用于复杂的环境中。工控机（IPC ）是一种可以用于工业或相关场合下的工业级 PC 机。它具有抗高温、抗振动等特性，可以在工业恶劣的环境中使用。但 IPC 也有自身的局限性，譬如较差的数据处理能力和较低的数据安全性，如果仅仅用 IPC，会导致抗干扰能力弱，可靠性差。DCS
14、即集散型控制系统，它具有监控功能丰富，管理协调灵活多变的优点，这种系统的控制单元通常采用双冗余的结构，性能很稳定。将 DCS 应用于温度控制领域，能提高自动化水平，同时具有灵活的管理能力及高可靠性，由于 DCS 良好的扩展性，系统的抗干扰能力和工作效率也能达到满意效果。但也不是完美的、最为理想的控制方法，主要是由于它的幵放性不高，还需要与第三方仪表或控制系统通信，而实现正常通讯的硬件成本又过高。现场总线控制系统（FCS）是一种融合了多种先进技术的综合系统，由于 FCS的自主化程度高，高开放性、高智能性及集成性，不仅使用户易于安装，使用方便，节省了投资费用和维护开销，还便于用户集中管理，同时便于
15、远程维护、诊断。将FCS 应用于温度控制领域，不仅系统的智能化程度高，同时可以使系统具有更高的精度，管理方便；当然，FCS 也存在不足，由于发展时间较短，目前还处在发展初期， FCS 的国际标准很多，简单统计约有 12 种之多，众多的标准导致各个厂商不知道究竟该遵循或使用哪一种标准，限制了 FCS 的广泛应用。PLC 是一种微处理器，同时综合计算机、自控以及通信技术等先进技术的控制专用计算机，它可以与 HMI 结合，做成非常友好的界面，PLC 性能强大，有较强的抗干扰性，编程使用梯形图简单易学，方便用户扩充，在工业上有广泛的应用。相对于 IPC、DCS、FCS 等系统而言，PLC 性能优越，价
16、格实惠，尤其在发达的工业国家，PLC 在各个领域都有应用 3。这 5 种控制系统各有优缺点，考虑到稳定性通用性，本实验采用 PLC 进行温度控制。1.3温度控制系统的基本控制要求温度信号经过 PT100，温度变送器，变成电流信号，输入 PLC。经过 PLC 内部模糊 PID 程序运算得到输出，占空比输出控制两个中间继电器线圈的通断。一个中间继电器 KA1 控制电阻炉加热，另一个中间继电器 KA2 控制电风扇降温。比例河南工程学院本科毕业设计3Kp，积分 Ti，微分 Td 三个值由偏差 E 和偏差变化率 EC 查表得出，使之动态变化。设定温度为 50C，温度偏差 E, 偏差变化率 EC 较大时，
17、在一个周期内电阻炉加热时间长，随着温度偏差 E 变小，偏差变化率 EC 变小，在一个周期内电阻炉加热时间逐渐变短。快到达 50C 时不再加热，防止超调量过大。电风扇开始工作，使温度稳定在 50C 左右。1.4本论文的主要内容本文主要内容就是设计，实现电阻炉的恒温控制，以及系统中硬件和软件的调试工作。第 1 章是绪论，对国内外温度控制的发展情况进行介绍，并说明研究温度控制系统的意义和目的。第 2 章阐述该控制系统的总体控制框图，对其中的温度检测框图和中间继电器控制框图进行分析，介绍系统的硬件，包括 PLC，输入输出各种元器件的选型，温度传感器，变送器的基本结构。第 3 章阐述电阻炉温度控制方面应
18、用的模糊算法，对算法的基本意义和应用进行分析，并绘制系统控制算法的框图。并介绍系统的梯形图。包括启动，停止的编程，查表程序等。第 4 章主要介绍 WinCC 组态的设计。包含按钮，指示灯，输入/输出域的调试，整体画面的搭建。并总结这次实验，分析温度曲线。第 5 章主要是总结与展望，总结完成的工作，不足的地方。第 2章系统硬件设计2.1系统总体方案设计根据整体的控制系统的组成部分，可分为 PLC、PLC 模拟量模块、中间继电器、温度变送器、温度传感器 PT100、电阻炉、风扇、按钮、指示灯、上位机。温度模拟量作为 PLC的输入量进行采集，通过 PLC程序运算输出信号控制中间继电器，组成整个控制系
19、统，如图 1所示。河南工程学院本科毕业设计4图 1 控制系统框图PLC是整个控制系统的核心，给 PLC写入模糊控制程序，通过温度传感器 PT100和温度变送器把温度信号输入 PLC。通过模糊程序运算，使 PLC输入控制中间继电器。从而控制电阻炉的温度，使系统稳定运行。由 PLC输出控制中间继电器线圈，中间继电器线圈控制触点，完成小负载拖动大负载。温度低于设定温度时 PLC控制中间继电器 KA1的输出闭合，KA1 线圈得电，触点闭合，电阻炉工作。温度高于设定温度时 PLC控制中间继电器 KA2的输出闭合，KA2线圈得电，触点闭合，电扇工作。从而控制温度的变化。2.2系统硬件设计2.2.1 PLC
20、选型根据输入输出点数，本设计控制核心采用西门子公司的 S7-200系列 PLC。该系列 PLC为小型 PLC，有各种功能模块，便于扩展，功能也很强大。它采用晶体管输出，响应时间很快 4。PLC 如图 2所示。河南工程学院本科毕业设计5图 2 S7-200 PLC模拟量模块选用 S7-200 系列的 EM235 模块，为四通道模拟量输入，一通道模拟量输出。模拟量输入量程有 020mA,010V,0 5V 等多种模式，便于用户选择 5。模拟量模块如图 3 所示。图 3 模拟量模块2.2.2温度检测系统设计根据温度控制的要求，我制定了两种控制方案。方案一：温度传感器 PT100 检测温度，经过变送器
21、把信号转换为 PLC 模拟量模块能识别的电流信号，输入 PLC。方案二：AD590 作为温度传感器，设计电路，进行焊接，再把信号输入 PLC。因为PT100 性能稳定，便于接线，维护。工业上大多数使用 PT100（或 PT1000）作为温度传感器。综上所述，我选用方案一，以 PT100 作为温度传感器，组成温度控制系河南工程学院本科毕业设计6统的信号输入。PT100 温度传感器，在 0C 时电阻大约 100，在 100C 时电阻大约 138.5，可以近似的看成线性变化 6。温度曲线如图 4 所示。图 4 PT100 温度曲线但电阻信号 PLC 模块 EM235 无法识别，需要经过转换。温度变送
22、器就是把电阻信号转换为 420mA 电流或者 05V/010V 的电压信号，能被 PLC 模块识别。本设计采用的温度变送器为 0100C,420mA 输出的电流。采用 420mA 输出，而不采用 020mA,是为了当电流输出为 0 时，无法判断是硬件故障还是输出为最小值。420mA 输出就不会出现这个问题。4mA 对应 0C，20mA 对应 100C，线性变化 7。所以用电流可以计算出温度。温度变送器如图 5 所示。图 5PT100 温度变送器温度信号需要经过传感器测量，转换成 PLC 能识别的信号才能输入 PLC。河南工程学院本科毕业设计7PT100 插入电阻炉中检测温度，电阻信号送给温度变
23、送器，通过变送器外接电源，转换为 PLC 可以识别的电流信号（420mA） ，输入到 PLC 模拟量模块。完成温度信号的输入 8。2.2.3温度控制系统设计温度控制由 PLC 触点接通，使中间继电器线圈得电，常开触点得电闭合，从而控制电阻炉和风扇的接通和闭合，使温度变化。温度控制系统硬件接线图如图 6 所示。图 6 温度控制系统硬件接线图中间继电器如图 7 所示。图 7 中间继电器电阻炉如图 8 所示。河南工程学院本科毕业设计8图 8 电阻炉PT100 插入铁心进行温度测量。2.2.4 输入输出地址与接线图PLC 输入地址的分配如表 1 所示，输出地址的分配如表 2 所示。表 1 输入地址地址
24、 元器件 功能I0.0 SB3 加热I0.1 SB4 降温I0.3 SB1 停止按钮I0.5 SB2 启动按钮表 2 输出地址地址 元器件 功能Q0.0 KA2,HL2 风扇Q0.1 KA1,HL1 电阻炉Q0.3 HL3 高温报警灯Q0.4 HL4 低温报警灯PLC 的接线图如图 9 所示。河南工程学院本科毕业设计9图 9 系统硬件接线图第 3章系统软件设计3.1模糊控制器设计本章重点介绍模糊控制理论在电阻炉温度控制中的可行性，先对模糊控制简要描述，其次确定该理论能用在温度控制中，然后采用专家经验法得出的模糊规则表，确定模糊控制为控制核心，模糊控制对数学模型没有太高的要求，通过模糊判据就能实
25、现温度控制。3.1.1模糊控制理论简介河南工程学院本科毕业设计10经典控制和现代控制的传统自动控制理论都有一个共同点，就是有准确的被控数学模型，才能设计，建立控制器。但是有很多复杂的因素会阻碍数学模型的构建 9。在这种情况下，模糊控制理论有着极大的优势，模糊控制其实就是依据具体操作人员长期积累的工作经验，来实时实地的模拟操作控制系统的实际运行状态。模糊理论是在 20 世纪 60 年代 L.A.zadeh 教授创立的模糊集合理论的数学基础上发展起来的。上个世纪 70 年代，Mamdani 将模糊控制应用在了蒸汽机上，模糊控制开始在实践中运行。因为模糊控制不需要知道被控对象精确的数学模型，而且操作
26、过程中系统的稳定性即鲁棒性很强，可以参考专家经验和实际数据来控制系统，这使得模糊控制在各个领率得到了快速的发展 10。3.1.2 模糊控制系统组成与原理模糊控制系统由模糊控制器、输入/输出接口、执行机构、被控对象和测量装置等五部分组成。如图 10 所示。图 10 模糊控制系统结构图被控对象就是电阻炉，检测装置是 PT100 温度传感器，模糊控制器就是输入PLC 中的模糊程序。执行机构是中间继电器。模糊控制有两个重要的参数：e 和 ec。设定温度为 (50C)，输出温度为 ,其0 1偏差量为：e= - 偏差模糊化，设偏差量 e 的模糊子集为 e=负大，负小，零，正01小，正大 设定它对应的语言变
27、量，写成：NB(Negative Big)= 负大NS(Negative Small)=负小Z0(Zero)=零PS（Positive Small）=正小PB（ Positive Big）=正大E 和 EC 的基本论域为-3,+3，并均匀分成 7 档，为模糊集上的论域： -3，-河南工程学院本科毕业设计112，-1,0,1,2,3，模糊子集元素对应为NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB。掌握了对应的 E 和 EC，模糊规则语言可以表示为：if E is and EC is then U is 11。3.1.3控制器的设计目前温度的控制大多数采用 PID 控制，这种控制方法简单、便于实现，但
28、对其参数整定比较难，现实中我们只能根据经验来手动调整参数，且一组参数不能完全适应过程中各个阶段，还容易产生较大的超调。因此在实际生产中常规的 PID 控制器不能达到理想的控制效果，而模糊控制却可以。应对处理此类繁杂体系中的非线性与模型非精确性的特点，模糊控制获得了很大的市场。所以本文章采用模糊控制PID 进行电阻炉温度控制，用 PLC 作为控制核心。由模糊控制器得出参数，输入 PID 控制器，完成对温度的控制。如图 11 所示。图 11 模糊 PID 控制结构图控制系统采用 2 输入 3 输出的模糊控制器。温度设定值与测量值的偏差 e 和偏差变化率 ec 作为输入量,Kp 、Ti、Td 作为输
29、出量。控制过程为控制器计算出温度值偏差 e 以及偏差变化率 ec,并以此作为 PLC 的输入变量,经模糊控制器输出Kp、Ti 、Td 给 PID 控制器进行调节 12,通过中间继电器控制电阻炉和风扇。Kp、Ti、Td 论域等级为 Kp=Ti=Td=-3,-2,-1,0,1,2,3,模糊化子集为KP=TI=TD=NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB。根据控制经验，得出控制规则表。如表 3、4、5 所示。表 3Kp 的模糊规则e /ec NB NM NS ZE PS PM PB河南工程学院本科毕业设计12NB PB PB PM PM PS ZE ZENM PB PB PM PS PS ZE N
30、SNS PM PM PM PS ZE NS NSZE PM PM PS ZE NS NM NMPS PS PS ZE NS NS NM NMPM PS ZE NS NM NM NM NBPB ZE ZE NM NM NM NB NB表 4 Ti 的模糊规则e /ec NB NM NS ZE PS PM PBNB NB NB NM NM NS ZE ZENM NB NB NM NM NS ZE ZENS NB NM NS NS ZE PS PSZE NM NM NS ZE PS PM PBPS NM NS ZE PS PS PM PBPM ZE ZE PS PS PM PB PBPB ZE ZE
31、 PS PM PM PB PB表 5 Td 的模糊规则e /ec NB NM NS ZE PS PM PBNB PS NS NB NB NB NM PSNM PS NS NB NM NM NS ZENS ZE NS NM NM NS NS ZEZE ZE NS NS NS NS NS ZEPS ZE ZE ZE ZE ZE ZE ZEPM PB NB PS PS PS PS PB河南工程学院本科毕业设计13PB PB PM PM PM PS PS PB由表的模糊规则可写成条件语句，即If e=A iand ec= B i then Kp or Ti or Td =C i其中 A i、 B i
32、是定义在 e、ec 上的 X、Y 上的模糊集，C i 是定义在Kp、Ti 、Td 上 Z 的模糊集，共有 49 条规则，根据输入 e、ec 模糊量化后得到的X、Y 可计算出 Kp、Ti、Td 13。如表 6 所示。表 6 X、Y 查询表X/Y -3 -2 -1 0 1 2 3-3 Z0 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6-2 Z7 Z8 Z9 Z10 Z11 Z12 Z13-1 Z14 Z15 Z16 Z17 Z18 Z19 Z200 Z21 Z22 Z23 Z24 Z25 Z26 Z271 Z28 Z29 Z30 Z31 Z32 Z33 Z342 Z35 Z36 Z37 Z38 Z39 Z4
33、0 Z413 Z42 Z43 Z44 Z45 Z46 Z47 Z48研究系统的稳定性，当温度值很低（低于目标值） ，且温度值有更快降低的趋势时，比例系数 Kp 增大，应加大电阻炉加热的占空比。用模糊语句（ If e=NB and ec=NB then Kp=PB） 。共有 49 条规则。计算时公式为 7（X+3）+（Y+3） ，即知道X（e） ，Y（ ec） ，即可求出对应的 Kp、Ti、Td。PID 控制器用试凑法整定参数，PID 凑试法：先采用先比例，后积分，再微分。首先设定比例系数 Kp，适当增大比例系数，使系统输出震荡增大，减小比例系数，使输出震荡减弱；减小积分时间常数，使输出修正变快
34、。若输出波动周期很长，即不稳定，则需增大积分时间常数；若输出快速震荡，则需要将微分时间常数降低，若波动缓慢而误差较大，则需增大微分时间常数。最后试凑出 PID 参数：=3=7.6=5.3河南工程学院本科毕业设计143.2程序流程图程序流程图如图 12 所示。开始将模糊控制查询表置入 PLC 的VD500-VD548(Kp),VD600-VD648(Ti),VD700-VD748(Td)中是否到采样时间？到？N将 A/D 设定的采样值和实际值分别放入 VD250 和 VD255 中Y河南工程学院本科毕业设计15图 12 程序流程图3.3程序设计3.3.1主程序设计程序由一个主程序，5 个子程序组
35、成。主程序里面包括 PID 模块，输入，输出控制，以及五个子程序的合集。五个子程序为 E、 EC、KP、TI、TD。E 子程序求出e，赋值给 vw200。EC 子程序求出 ec，赋值给 VW300。KP 子程序算出具体的 Kp数值赋值给 VD800。TI 子程序算出具体的 Ti 数值赋值给 VD804。TD 子程序算出具体的 Td 数值赋值给 VD808。子程序如图 13 所示。将 e 和 ec 分别存入VD270 和 VD370中将输入量分别量化到输入模糊量化的论域-3,-2,-1,0,1,2,1中对应的元素，置入 VW200 和 VW300中查询模糊控制表，得到输出量 Kp,Ti,Td 置
36、入VD800,VD804,VD808中中PID 输出数值，占空比输出。结束河南工程学院本科毕业设计16图 13 子程序块3.3.2 系统的启动和停止系统分为物理按钮控制和 WinCC 上位机控制，不会出现干扰和影响。按下 SB2按钮即 I0.5， M9.0 得电，进行自锁。程序启动，开始检测温度，进行输出。需要停止时按下 SB1 按钮即 I0.3，断开 M9.0，程序停止。启动停止程序如图 14 所示。图 14 启动停止程序3.3.3 PID设定程序S7-200 系列 PLC 编程软件自带 PID 编程向导，方便用户编写 PID 控制程序。按照向导，一步步完成 PID 设定。根据第 2 章的计
37、算，比例增益设置为 3，积分时河南工程学院本科毕业设计17间设置为 7.6，微分时间设置为 5.3。如图 15 所示。因为是 420mA 的电流输入，需要偏移量 20%，输出设置为占空比输出，如图 16 所示。PID 的参数地址设置为从VB1000 开始，如图 17 所示。图 15PID 参数设置图 16 输入输出设置河南工程学院本科毕业设计18图 17 PID 参数地址编好的 PID 子程序如图，VD800、VD804、VD808 为模糊控制器算出的比例增益、积分时间、微分时间。分别赋值给 VD1012、VD1020、VD1024，实现模糊控制器的输出赋值给 PID 控制器。赋值程序如图 1
38、8 所示。图 18 PID 参数赋值程序3.3.4手动控制程序设计与温度报警河南工程学院本科毕业设计19当按下 SB3 按钮即 I0.0， M6.1 置位，M6.0 接通。即 Q0.1 闭合，开始加热。再按一下 SB3 按钮，M6.1 复位， M6.0 复位。加热停止。即用一个按钮 SB3 控制加热的启动停止。降温程序和这个类似。控制程序如图 19 所示。图 19 强制加热程序当温度低于 49C，Q0.4 接通，HL4 灯亮，表示低温报警。当温度高于 51C，Q0.3 接通，HL3 灯亮，表示高温报警。温度报警程序如图 20 所示。图 20 温度报警程序3.3.5 e和 ec子程序设计西门子
39、S7-200PLC 的编程软件 STEP7-Micro/Win 可以使用子程序和中断，还有自带的 PID 编程向导，十分方便。模拟量模块输入 420mA 对应的数字量是 6400-河南工程学院本科毕业设计2032000，设定温度为 50C 即 19200。19200 存入 VD250，AIW0 是模拟量输入通道接收到的实际电流信号，不过显示为数字信号，范围是 6400-32000。设定值 VD250减去实际测量的量 VD260，即得到偏差，存入 VD270。偏差 e 的计算程序如图 21所示。图 21 e 计算程序对应的模糊化 X 论域，表示为当温度小于等于 38 度（12） ，e 赋值为-3
40、；大于38 度小于 40 度，e 赋值为 -2，依次类推。如表 7 所示。河南工程学院本科毕业设计21表 7 e 模糊化论域-3 -2 -1 0 1 2 3X12 12X10 10X8 8X6 6X4 4X2 2Xe 对应的程序如图 22 所示，根据温度偏差得出对应的数值，存入 VW200。ec的模糊化方法一样。ec 存入 VW300。河南工程学院本科毕业设计22图 22 e 赋值程序3.3.6 Kp、Ti、Td 查表程序设计第三章给出了 Kp、Ti、Td 的模糊查询表，程序用公式 7（X+3）+（Y+3） ，即知道 X（e） ， Y（ec） ，即可求出对应的 Kp、 Ti、 Td。输出的模糊
41、量 Kp 需要转 换成清晰量，采用加权平均法（重心法）解模糊化，即可求出 Kp。公式为：河南工程学院本科毕业设计23= （3.1）49=1()49=1()式中 (j=0,1,2,49)是根据当前 e 和 ec 值进行模糊化后求得的表 3(Kp)中各种 的隶属度。 Ti、 Td 的推理过程同上。 根据模糊规则表和 、 Ti、 Td，完成输出量的查询表。根据 e 和 ec 得出修 正参数，然后带入公式，完成 PID 参数整定 14。= + （3.2）= + （3.3） = + （3.4）图 23 所示为 Kp 的部分程序。7（VW200+3）+VW300+3 得出的数再加上500，与 500 到
42、548 比较，得到 Kp 存入 VD800 中。 VW200，VW300 是 e，ec 。最后赋值给 VD800，完成 Kp 的赋值。Ti，Td 方法类似。最终完成VD800,VD804,VD808 的赋值。VD800、VD804、VD808 为模糊控制器算出的比例增益、积分时间、微分时间。分别赋值给 VD1012、VD1020、VD1024，实现模糊控制器的输出赋值给 PID 控制器。河南工程学院本科毕业设计24图 23 Kp 查表程序河南工程学院本科毕业设计25第 4章 组态设计4.1 OPC与 PLC连接如今，工业生产向着自动化和集成化发展，一个大型自动化项目中，包含了不同厂家的各种设备
43、。这些设备有的提供数据采集，有的实现监控功能，不同设备标准不一样，接口也不一样。有的设备还需要安装驱动才能使用，这限制了设备之间的数据交换，限制了设备各种功能的扩展。为了实现各种设备之间无阻碍的通信和连接，OPC 技术应运而生 15。OPC 技术是用于工业自动化领域的一项技术标准。西门子推出的 PC Access 软件是用于 S7-200PLC 的 OPC 软件，用于客户机测试端，检测通信的正确性。电脑端打开 PC Access 软件，如图 24 所示。图 24 PC Access 界面将需要的地址一个一个输入，设置好，下载到 PLC，经过检测可以通信。如图25 所示。河南工程学院本科毕业设计
44、26图 25 变量设置4.2 WinCC组态软件4.2.1WinCC概述WinCC 全称是 Windows Control Center，即视窗控制中心。是西门子和微软共同研究开发的上位机组态软件，主要用于生产过程的监控。WinCC 软件开发周期短，系统的扩展性好，开放性好，运行起来稳定性很高。它可以提供强大的监控画面，有可操作性，为工业现场的监控提供了方便。它图形编辑能力强，模块丰富，可以用动画效果显示实际生产过程，也可以实时报警，调出历史趋势曲线，生成多种报表。WinCC 的基本功能如下：1.过程监控。作为通用的组态软件，WinCC 可以对工业现场进行数据采集、监控。2.与 PLC 等设备通信。 WinCC 通过与 PLC 等设备通信，实现生产监控功能。3.编程接口。WinCC 软件灵活方便，动画效果好，能实现复杂的输入输出功能。4.报警功能。当设备故障或者生产出现问题，WinCC 可以实现报警功能，及时发现问题。5.趋势功能。WinCC 能提供精确的曲线和表格，便于工作人员分析生产情况。6.报表功能。WinCC 可以生成报表和打印报表，为工业控制提供了数据记录。7.二次开发功能。WinCC 有二次开发功能，根据需要可以扩展现有的功能。本课题选用 PC/PPI 电缆（ USB 接口）连接 WinCC 和 PLC。4.2.2 WinCC和 PLC的连接设置
