1、 大學機械與電氣工程學院畢業(yè)設計(論文) 課 題： 基于s7-200 PLC的溫度控制系統(tǒng)設計 專 業(yè)： 自 動 化 建筑大學機械與電氣工程學院 二一三年六月35 / 39摘要 隨著科學技術不斷進步和社會飛速發(fā)展，熱水器成為人民日常生活息息相關的電器產(chǎn)品；。設計方法也開始多種多樣，從而使全自動熱水機顯得更加智能化?？删幊炭刂破?PLC)以微處理器為核心，普遍采用依據(jù)繼電接觸器控制系統(tǒng)電氣原理圖編制的梯形圖語言進行程序設計，編程容易，功能擴展方便，修改靈活而且結構簡單，抗干擾能力強。 S7-200系列可編程控制器指令豐富，可以接各種輸出、輸入擴充設備，有豐富的特殊擴設備，其中的模擬輸入設備和通信

2、設備更是符合全自動洗衣機控制系統(tǒng)的要求與特點。 本設計選擇S7-200為核心部件，著重進行硬件接口設計，利用梯形圖和指令表進行編程，實現(xiàn)了水的加熱控制系統(tǒng)的自動化。在整個設計程序以與程序結束的處理操作過程中，更快捷?？傊?，整體梯形圖的設計簡練，有很強的可讀性與操作性。關鍵字：PLC、繼電接觸器、可編程控制器、自動化ModelAlong with the constant progress of science and technology and the social rapid development, the water heater become People's Daily l

3、ife is closely linkedElectrical products; . Design method are also beginning to varied, so that the automatic hot water machine appear more intelligent. Programmable controller (PLC) in the microprocessor as the core, the widely used electrical principle diagram based on relay contactor control syst

4、em establishment of ladder diagram programming language, programming easy, convenient function extension and modification flexible and simple structure, strong anti-jamming capability.S7-200 series programmable controller instruction is rich, can meet various output and input expansion equipment, ha

5、s a lot of special equipment, and the analog input equipment and communication equipment is in accordance with the requirements and features of fully automatic washing machine control system.This design choose S7-200 as the core part, emphatically carries on the hardware interface design and program

6、ming using ladder diagram and instruction list, automate the water heating control system. Throughout the design process, in the process of the processing operations by the end of the program and more quickly. In a word, the whole ladder diagram design concise, has the very strong readability and op

7、erability.Key words: PLC, relay contactor, PLC, automation1緒論12 系統(tǒng)的介紹32.1系統(tǒng)的描述32.2系統(tǒng)的功能32.3 系統(tǒng)的流程圖43 硬件設計53.1 溫度變送器53.3PLC的簡介103.3.1 PLC主機的選型103.3.2 PLC的輸入和輸出模塊的選型113.4 PID123.4.1 PID在PLC中的回路指令143.4.2 回路輸入輸出變量的數(shù)值轉(zhuǎn)換方法153.4.3 實數(shù)歸一化處理153.4.4 PID參數(shù)整定153.5可控硅164 軟件設計17.1軟件的設計174.2 程序的編寫18致23參考文獻24附錄25附錄2

8、281外文文獻281緒論溫度與濕度的測量和控制對人類日常生活、工業(yè)生產(chǎn)、氣象預報、物資倉儲等都起著極其重要的作用。在許多場合，與時準確獲得目標的溫度、濕度信息是十分重要的，近年來，溫濕度測控領域發(fā)展迅速，并且隨著數(shù)字技術的發(fā)展，溫濕度的測控芯片也相應的登上歷史的舞臺，能夠在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各領域中廣泛使用。自70年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在微電子技術和計算機技術的迅猛發(fā)展以與自動控制理論和設計方法發(fā)展的推動下，國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在職能化、自適應、參數(shù)自整定等方面取得成果，在這方面，一日本、美國、德國、瑞典等國技術領先，都產(chǎn)生了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器與儀器儀表，并

9、在各行各業(yè)廣泛應用。其中PLC的快速發(fā)展使得各種控制系統(tǒng)更加的簡潔，效率更高，而且系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。S7-200是西門子公司開發(fā)的一種可編程控制器。PLC（Programmable Logic Controller）可編程邏輯控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領域極為廣泛，

10、覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關的工業(yè)與民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環(huán)境保護設備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調(diào)，電梯控制，運動系統(tǒng)。 溫度控制系統(tǒng)在國各行各業(yè)的應用雖然十分廣泛，但從國生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進國家相比仍然有著較大的差距。目前，我國在這方面總體水平處于20實際80年代中后期水平，成熟產(chǎn)品主要以“點位”控制與常規(guī)的PID控制器為主，它只能適應一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后、復雜、時變溫度系統(tǒng)控制。而適應于較高控制場合的智能化、自適應控制儀表，國技術還不十分成熟。形成商品化并在儀表控制系統(tǒng)

11、參數(shù)的自整定方面，還沒開發(fā)性能可靠的自整定軟件。參數(shù)大多靠人工經(jīng)驗與我國現(xiàn)場調(diào)試來確定。隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們對溫度控制系統(tǒng)的要求越來越高，因此，高精度、智能化、人性化的溫度控制系統(tǒng)是國外必然發(fā)展趨勢。本次設計即是利用溫度控制硬件設備、計算機與PLC相結合，實現(xiàn)對水箱溫度自行控制的測量。 本裝置主要由電源、S7-200 PLC，模擬量輸入模塊，模擬量輸出模塊，計算機，溫度傳感器與變送器，電力調(diào)整器、水箱構成。本次設計設計以上各個部分。本論文主要完成溫度的采集，溫度的調(diào)節(jié)以與水加熱系統(tǒng)的設計。2 系統(tǒng)的介紹2.1系統(tǒng)的描述本系統(tǒng)為基于PLC的水箱溫度控制系統(tǒng)。開始的時候打開入口電磁閥箱水箱

12、中加水，在水箱中放置一個浮球用來測試水面的高度。系統(tǒng)開始工作時，將水箱中得水溫通過傳感器傳送給PLC主機，主機再通過控制加熱器來加熱水箱中的水，當水箱中的水溫達到設定值時，就自動減少功率加熱。當熱水層中的水量少于一半時，停止加熱，加熱層在自動補水，補滿后繼續(xù)加熱，以此往復的工作。2.2系統(tǒng)的功能本系統(tǒng)中所使用的有溫度傳感器用來實現(xiàn)對溫度的數(shù)據(jù)的采集，所采集的數(shù)據(jù)通過溫度變數(shù)器傳送給PLC，中間有個數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，我們所使用的溫度傳感器是Pt100，它主要是受溫度的變化是的電阻也發(fā)生變化，根據(jù)這個原理來采集溫度數(shù)據(jù)，因為直接采集的不是溫度的具體值，所以要通過溫度變送器來轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)，然后通過PLC的程序

13、來調(diào)節(jié)。這個被采集的數(shù)據(jù)不能直接送到PLC中，需要一個輸入模塊，通過輸入模塊把數(shù)據(jù)送到PLC中，因為對數(shù)直接加熱而不經(jīng)過調(diào)節(jié)會使得誤差較大，所以在這個系統(tǒng)中用了PID控制，它可以使得誤差更小，對水溫的調(diào)節(jié)更加的精確。經(jīng)過CPU處理后，輸出的數(shù)據(jù)通過PLC的輸出模塊，來控制可控硅的偏轉(zhuǎn)角，從而控制加熱器。當達到所要求的水溫時，因為水箱會散熱，所以加熱器不能停止加熱，而是小功率的在加熱。2.3 系統(tǒng)的框圖 電源開關量輸入模塊輸出模塊 加熱器PLC主機 水箱3 硬件設計3.1 溫度變送器工作原理: 溫度變送器采用熱電偶、熱電阻作為測溫元件，從測溫元件輸出信號送到變送器模塊，經(jīng)過穩(wěn)壓濾波、運算放大、非

14、線性校正、V/I轉(zhuǎn)換、恒流與反向保護等電路處理后，轉(zhuǎn)換成與溫度成線性關系的420mA電流信號輸出。 作用: 將物理測量信號或普通電信號轉(zhuǎn)換為標準電信號輸出或能夠以通訊協(xié)議方式輸出的設備。溫度變送器是將溫度變量轉(zhuǎn)換為可傳送的標準化輸出信號的儀表，主要用于工業(yè)過程溫度參數(shù)的測量和控制。電流變送器是將被測主回路交流電流轉(zhuǎn)換成恒流環(huán)標準信號，連續(xù)輸送到接收裝置。溫度電流變送器是把溫度傳感器的信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?，連接到二次儀表上，從而顯示出對應的溫度。比如，溫度傳感器的型號為PT100，那么溫度電流變送器的作用就是把電阻信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?，輸入儀表，顯示溫度。性能指標: * 執(zhí)行標準：IEC688：19

15、92，QB/LF系列20071* 輸入圍：-60175* 精度等級：0.5%.F.S* 整機功耗：0.5VA* 絕緣電阻：20M(DC500V)* 響應時間：350mS* 工作環(huán)境：-1050，20%90%無凝露* 貯存環(huán)境：-40100，20%95%無凝露* 將被測環(huán)境溫度隔離轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的單路標準直流電壓或直流電流；* 低功耗、可靠性高；* 優(yōu)良的抗干擾能力；* 拔插端子接口、標準導軌（35mm）安裝；* 體積小、外型尺寸(mm)：95(L)×37(W)×32(H)；技術參數(shù):1、熱電偶溫度變送器技術指標輸入輸入類型：K、E、S、B、T、J等型熱電偶溫度量程圍：

16、（如下圖）輸入阻抗：20K冷端溫度補償：0100輸出輸出電流：420mA輸出回路供電：1230VDC最小工作電壓：12VDC負載電阻與供電電源的關系：綜合參數(shù)標準精度：±0.2%溫度漂移：基本誤差/10熱電阻引線補償：±0.1%（010）負載變化影響：±0.1%（允許負載圍）電源變化影響：±0.1%（1230V）開機響應時間：<1S（090%）工作環(huán)境溫度：0+100防護等級：IP00/IP54（傳感器防護等級決定）電磁兼容：符合IEC61000,EN610002、熱電阻溫度變送器技術指標輸入溫度量程圍：Pt100：-200850 Cu50：-50

17、150最小溫度量程：100引線電阻：10輸出輸出電流：420mA輸出回路供電：1230VDC最小工作電壓：12VDC負載電阻與供電電源的關系：負載電阻（包括引線電阻）=供電電源（V）-12（V）/0.02A綜合參數(shù)標準精度：±0.2%（參見選型表）注：需要高精度可訂制溫度漂移：基本誤差/10熱電阻引線補償：±0.1%（010）負載變化影響：±0.1%（允許負載圍）電源變化影響：±0.1%（1230V）開機響應時間：<1S（090%）工作環(huán)境溫度：0+100防護等級：IP00/IP54（傳感器防護等級決定）電磁兼容：符合IEC61000,EN6100

18、03.2 PT100溫度傳感器溫度傳感器種類繁多,但最符合要求的PT100溫度傳感器. PT100是鉑熱電阻，它的阻值會隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在0時阻值為100歐姆，在100時它的阻值約為138.5歐姆。經(jīng)過仔細的網(wǎng)上搜尋,我覺得中亞傳感器的產(chǎn)品性能較好.以下是對它的一些簡單的介紹:它的工作原理：當PT100在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆，它的阻值會隨著溫度上升而成近似勻速的增長。但他們之間的關系并不是簡單的正比的關系，而更應該趨近于一條拋物線。鉑電阻的阻值隨溫度的變化而變化的計算公式：-200<t<0 Rt=R01+At+Bt*t+C(t-100)t*

19、t*t （1）0t<850 Rt=R0（1+At+Bt2） （2）Rt為t時的電阻值，R0為0時的阻值。公式中的A,B,系數(shù)為實驗測定。這里給出標準的DIN IEC751系數(shù)：A=3.9083E-3、 B=-5.775E-7、 C=-4.183E-12根據(jù)韋達公式求得阻值大于等于100歐姆的Rt -t的換算公式：0t<850 t=(sqrt(A*R0)2-4*B*R0*(R0-Rt)-A*R0)/2/B/R0PT100溫度感測器是一種以白金(Pt)作成的電阻式溫度檢測器,屬于正電阻系數(shù),其電阻和溫度變化的關系式如下：R=Ro(1+T)其中=0.00392,Ro為100(在0的電阻值

20、),T為攝氏溫度<br>因此白金作成的電阻式溫度檢測器,又稱為PT100。1：Vo=2.55mA ×100(1+0.00392T)=0.255+T/1000 。2：量測Vo時,不可分出任何電流,否則測量值會不準。電路分析由于一般電源供應較多零件之后,電源是帶雜訊的,因此我們使用齊納二極體作為穩(wěn)壓零件,由于7.2V齊納二極體的作用,使得1K電阻和5K可變電阻之電壓和為6.5V,靠5K可變電阻的調(diào)整可決定電晶體的射(集極)極電流,而我們須將集極電流調(diào)為2.55mA,使得量測電壓V如箭頭所示為0.255+T/1000。其后的非反向放大器,輸入電阻幾乎無限大,同時又放大10倍,使

21、得運算放大器輸出為2.55+T/100。6V齊納二極體的作用如7.2V齊納二極體的作用,我們利用它調(diào)出2.55V,因此電壓追隨器的輸出電壓V1亦為2.55V。其后差動放大器之輸出為Vo=10(V2-V1)=10(2.55+T/100-2.55)=T/10,如果現(xiàn)在室溫為25,則輸出電壓為2.5V。PT100鉑電阻RT曲線圖表溫度(度)阻值(歐姆)010010103.920107.7930111.6740115.5450119.460123.2470127.0780130.8990134.7100138.5Pt100分度表3.3PLC的簡介PLC是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電

22、子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC與其有關的外圍設備都應按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。PLC= Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。3.

23、3.1 PLC主機的選型S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關的工業(yè)與民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環(huán)境保護設備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調(diào)，電梯控制，運動系統(tǒng)。CPU單元設計：集成的24V負載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器）， CPU 224，輸出280，可用作負載電源。CPU 224具有14個輸入點和10個輸出點。本次選用的PLC的CPU是CPU 224。 S7-200 Cpu2243.3.2 PLC的輸入和

24、輸出模塊的選型PLC有多種輸出和輸入模塊，本系統(tǒng)中的輸入信號是溫度信號，所以選擇EM231作為它的輸入模塊，總共有四個模擬量輸入。EM232作為它的輸出模塊，有兩個模擬量輸出。 熱電偶選型：熱電阻選用Pt100，其溫度測量圍為0100，測量精度為0.1攝氏度。水箱中的溫度一般在：20100，不超過100，控制恒溫水供很多恒溫裝置實用。 EM231的模塊設定如下： SW1/SW2/SW3/=010 (熱電偶選型為T型熱電偶) 。 SW4=0（OFF）狀態(tài)。 SW5=0 正向斷線檢查。 SW6=0 斷線檢查使能，模塊向輸入端加入20uA的檢測電流，判斷模塊是否斷線。 SW7=0 溫度單位選為（）。

25、 SW8=0 冷端補償使能。型號名稱主要參數(shù)DC5V消耗功耗EM231模擬量輸入4點，DC010V/020mA輸入，12位20mA2W2點，熱電阻輸入，16位87 mA1.8W4點，熱電偶輸入，16位87 mA1.8W型號名稱主要參數(shù)DC5V消耗功耗EM232模擬量輸出2點，-10V+10V/020mA，12位20mA2W3.4 PID模擬量閉環(huán)控制較好的方法之一是PID控制，PID在工業(yè)領域的應用已經(jīng)有60多年，現(xiàn)在依然廣泛地被應用。人們在應用的過程中積累了許多的經(jīng)驗，PID的研究已經(jīng)到達一個比較高的程度。比例控制(P)是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。其特點是

26、具有快速反應，控制與時，但不能消除余差。在積分控制(I)中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。積分控制可以消除余差，但具有滯后特點，不能快速對誤差進行有效的控制。在微分控制(D)中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。微分控制具有超前作用，它能猜測誤差變化的趨勢。避免較大的誤差出現(xiàn)，微分控制不能消除余差。PID控制，P、I、D各有自己的長處和缺點，它們一起使用的時候又和互相制約，但只有合理地選取PID值，就可以獲得較高的控制質(zhì)量。圖3.1 閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖3.1所示，PID控制器可調(diào)節(jié)回路輸出，使系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。偏差e和輸入量r、輸出量c的關系: （3-1

27、）控制器的輸出為： （3-2）-PID回路輸出-比例系數(shù)P-積分系數(shù)I-微分系數(shù)DPID調(diào)節(jié)的傳輸函數(shù)為 （3-3）數(shù)字計算機處理這個函數(shù)關系式，必須將連續(xù)函數(shù)離散化，對偏差周期采樣后，計算機輸出值。其離散化的規(guī)律。表3.1 模擬與離散形式模擬形式離散化形式所以PID輸出經(jīng)過離散化后，它的輸出方程為: （3-4）式中， 稱為比例項 稱為積分項稱為微分項上式中，積分項是包括第一個采樣周期到當前采樣周期的所有誤差的累積值。計算中，沒有必要保留所有的采樣周期的誤差項，只需要保留積分項前值，計算機的處理就是按照這種思想。故可利用PLC中的PID指令實現(xiàn)位置式PID控制算法量。3.4.1PID在PLC中

28、的回路指令西門子S7-200系列PLC中使用的PID回路指令，見表3.2表3.2 PID回路指令名稱PID運算指令格式PID指令表格式PID TBL,LOOP梯形圖使用方法：當EN端口執(zhí)行條件存在時候，就可進行PID運算。指令的兩個操作數(shù)TBL和LOOP，TBL是回路表的起始地址，本文采用的是VB100，因為一個PID回路占用了32個字節(jié)，所以VD400到VD432都被占用了。LOOP是回路號，可以是07，不可以重復使用。PID回路在PLC中的地址分配情況如表3.3所示。表3.3PID指令回路表偏移地址名稱數(shù)據(jù)類型說明0過程變量（PVn）實數(shù)必須在0.01.0之間4給定值（SPn）實數(shù)必須在0

29、.01.0之間8輸出值（Mn）實數(shù)必須在0.01.0之間12增益（Kc）實數(shù)比例常數(shù)，可正可負16采樣時間（Ts）實數(shù)單位為s，必須是正數(shù)20采樣時間（Ti）實數(shù)單位為min，必須是正數(shù)24微分時間（Td）實數(shù)單位為min，必須是正數(shù)28積分項前值（MX）實數(shù)必須在0.01.0之間32過程變量前值（PVn-1）實數(shù)必須在0.01.0之間3.4.2 回路輸入輸出變量的數(shù)值轉(zhuǎn)換方法本文中，設定的溫度是給定值SP，需要控制的變量是水箱的溫度。但它不完全是過程變量PV，過程變量PV和PID回路輸出有關。在本文中，經(jīng)過測量的溫度信號被轉(zhuǎn)化為標準信號溫度值才是過程變量，所以，這兩個數(shù)不在同一個數(shù)量值，需要

30、他們作比較，那就必須先作一下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。傳感器輸入的電流信號經(jīng)過EM231轉(zhuǎn)換后，是一個整數(shù)值，但PID指令執(zhí)行的數(shù)據(jù)必須是實數(shù)型，所以需要把整數(shù)轉(zhuǎn)化成實數(shù)。使用指令DTR就可以了。如本設計中，是從AIW0讀入溫度被傳感器轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。3.4.3 實數(shù)歸一化處理因為PID中除了采樣時間和PID的三個參數(shù)外，其他幾個參數(shù)都要求輸入或輸出值0.01.0之間，所以，在執(zhí)行PID指令之前，必須把PV和SP的值作歸一化處理。使它們的值都在0.01.0之間。單極性的歸一化的公式：3.4.4 PID參數(shù)整定PID參數(shù)整定方法就是確定調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)P、積分時間Ti和和微分時間Td，改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性，

31、使系統(tǒng)的過渡過程達到最為滿意的質(zhì)量指標要求。一般可以通過理論計算來確定，但誤差太大。目前，應用最多的還是工程整定法：如經(jīng)驗法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應曲線法。經(jīng)驗法又叫現(xiàn)場湊試法，它不需要進行事先的計算和實驗，而是根據(jù)運行經(jīng)驗，利用一組經(jīng)驗參數(shù)，根據(jù)反應曲線的效果不斷地改變參數(shù)，對于溫度控制系統(tǒng)，工程上已經(jīng)有大量的經(jīng)驗。3.5可控硅可控硅，是可控硅整流元件的簡稱，是一種具有三個PN 結的四層結構的大功率半導體器件，亦稱為晶閘管。具有體積小、結構相對簡單、功能強等特點，是比較常用的半導體器件之一。該器件被廣泛應用于各種電子設備和電子產(chǎn)品中，多用來作可控整流、逆變、變頻、調(diào)壓、無觸點開關等。

32、家用電器中的調(diào)光燈、調(diào)速風扇、空調(diào)機、電視機、電冰箱、洗衣機、照相機、組合音響、聲光電路、定時控制器、玩具裝置、無線電遙控、攝像機與工業(yè)控制等都大量使用了可控硅器件?？煽毓栌址Q晶閘管（Silicon Controlled Rectifier,SCR）。自從20世紀50年代問世以來已經(jīng)發(fā)展成了一個大的家族，它的主要成員有單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導晶閘管、可關斷晶 閘管、快速晶閘管，等等?？煽毓杩煽毓枵髌骷且环N非常重要的功率器件，可用來做高電壓和高電流的控制?？煽毓杵骷饕迷陂_關方面，使器件從關閉或是阻斷的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為開啟或是導通的狀態(tài)，反之亦然?？煽毓杵骷c雙極型晶體管有密切的

33、關系，二者的傳導過程皆牽涉到電子和空穴，但可控硅的開關機制和雙極晶體管是不同的，且因為器件結構不同，可控硅器件有較寬廣圍的電流、電壓控制能力?，F(xiàn)今的可控硅器件的額定電流可以從幾毫安到5000A以上，額定電壓可以超過10000V。下面將討論基本可控硅器件的工作原理，然后給出一些高功率和高頻率的可控硅器件。本設計所使用是1216A 的可控硅，可控硅的電流留有一倍的流量這樣使用起來比較安全，型號： BTA12G， 最大電流12A， 擊穿電壓600 V；4 軟件設計.1軟件的設計 首先計算溫度值，因為溫度的變化是從0100，而模塊中的是640032000，所以設輸入的溫度是X，則轉(zhuǎn)化的溫度是Y，計算公

34、式是：根據(jù)這個公式可以得出溫度的具體值。設定：水箱溫度入口電磁閥.出口電磁閥.啟動變頻器.報警器.控制加熱量大小設定溫度溫度輸入4.2 程序的編寫主程序，初始化并且啟動電磁閥將采集到的水箱的溫度和設定的溫度進行對比，要是大于這個溫度值，報警器就動作主程序，將采集到的溫度通過程序運算抓換得出真實的溫度值。主程序，將采集的溫度通過程序調(diào)節(jié)加熱器加熱量的大小。子程序，把輸出的控制量放到AQW0子程序，復位入口電磁閥。子程序，把設定的溫度放到中。子程序，將輸入的溫度值進行轉(zhuǎn)化致 本課題的研究是在我的導師老師的悉心指導下完成的，老師學識淵博、治學態(tài)度嚴謹、工作一絲不茍，更有誨人不倦的師者風，在此謹向老師

35、致以誠摯的意和崇高的敬意！此外，衷心感本組的其他成員，若是沒有他們，也就不會有這篇論文的產(chǎn)生。畢業(yè)在即，衷心感指導過我的各位老師，特別是畢業(yè)設計的指導老師為松老師。大學生涯是人生中的一筆寶貴財富；感0級自動化欒慶磊老師，四年的大學生活對我們關懷備至；感相伴度過四年的舍友、感同窗四年的同學、感幫助關心過我的學長，感默默關心我支持我的朋友們，祝大家在今后的生活中幸?？鞓罚∽詈蟾泻寥憧鄵狃B(yǎng)我的父母，感他們多年來的支持與付出！參考文獻1SIMATIC S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊M.:機械工業(yè),2002.2Frank.D.Petruzella.PLC教程（第三版）M.:人民郵電,2007.3

36、西門子（中國）.深入淺出西門子S7-200PLC（第三版）M.: 航空航天大學,2007.4 建明.電氣控制與PLC應用M.:電子工業(yè),2009.5鳳翼,金沙.圖解西門子S7-200系列PLC應用88例J.:電子工業(yè)出 版社,2009.6 袁任光.可編程序控制器選用手冊M.:機械工業(yè),2002.7 戴仙金.西門子S7-200系列PLC應用與開發(fā)M.中國水利水電,2007.8 柳梁.編程控制器（PLC）入門PLC與其硬件組成J.計算機時代,1996（5）.9 毛聯(lián)杰.S7-300系列PLC與組態(tài)軟件Wincc實現(xiàn)通信的方法J.國外機電 一體化技術,2006（4）.10 曲還波.有效擴展可編程控制

37、器I/O的實用方法J.設備管理與維修,2007.11 焦海生.可編程程序控制器梯形圖的順序控制設計J.電大學 刊,2006（6）.12 玉英.可編程控制器在電器控制系統(tǒng)中的應用J.科技學院學報,2006（3）.13 侖.可編程序控制器中PID控制的研究J.電子電氣教學學報,200514 克明,夏路易.可編程控制器原理與程序設計M.:電子工業(yè)出版 社,2002.附錄附錄21外文文獻在現(xiàn)代制造業(yè)中，系統(tǒng)是用過程和結果的革新來描述的，并且因此不得不改變系統(tǒng)性能以快速做出反應。因此，一個大的挑戰(zhàn)是提供技術以限制自動控制系統(tǒng)對變化需要和新機會的反應，所以，設計和操作知識可以實時的被再次利用，在工業(yè)實踐中

38、提供了一個重要的競爭面。 研究表明，在自動化系統(tǒng)中，程序?qū)崿F(xiàn)的方法已經(jīng)與計算機資源應用的急速增長不能匹配。例如，可編程邏輯控制器（）程序仍然依靠一種方便的有邏輯梯形圖的程序?qū)崿F(xiàn)模式。結果，程序上的延遲和資源成了生產(chǎn)工業(yè)過程的主要絆腳石。在可編程邏輯控制器程序設計過程中，測試和調(diào)試可能會占用超過百分之五十的人力。在發(fā)展和傳播“”已經(jīng)形成標準IEC 60848, 1999; IEC-61131-3, 1993; IEC 61499, 1998; ISO 15745-1, 1999，但是，基本上這些標準都不能參與有效的程序和系統(tǒng)設計方面知識的革新。 系統(tǒng)的方法通過使用原有的軟件模塊，有助于增加設計自

39、動化的水平，同時也將提供一種可管理的大規(guī)模系統(tǒng)設計的方法。同樣的，它也將改善軟件的質(zhì)量的可靠性，以與關系到系統(tǒng)的較高安全標準，尤其是這些對環(huán)境有危害影響的，比如：機場控制、公共鐵路運輸。 軟件工業(yè)被認為是系統(tǒng)性能的破壞者和系統(tǒng)復雜性的產(chǎn)生者。逐漸下降的硬件價格，破壞了對通過優(yōu)化程序獲得的軟件性能的需要。其結果是，一方面造成了大量而低效率的程序代碼，另一方面并沒有獲得高的硬件性能。其次，軟件變得難以掌握其程度的復雜；在現(xiàn)代自動化系統(tǒng)中，軟件設計和保持系統(tǒng)本質(zhì)幾乎變得不可能。尤其是，可編程邏輯控制器（）程序設計從二十五年前的兩條主線，發(fā)展到現(xiàn)在的成千上萬條。現(xiàn)在安全性增加了，例如，關于防火的新措施

40、，以與現(xiàn)代自動化系統(tǒng)的柔韌性增加了程序設計過程的復雜性。因此，軟件的使用周期花費是總共花費的一個固定不變的增長部分。百分之八十到九十的花費用于軟件維護、調(diào)試、優(yōu)化（改進）、和擴展以滿足不斷變換的需求。 目前，大部分設計研究的主要焦點都集中在機械和電子產(chǎn)品上。這種有目的性的研究產(chǎn)生了一個副產(chǎn)品，就是通過推廣這中研究到系統(tǒng)工程設計領域，從而加固了我們對設計理論和技巧的基本理解。針對大規(guī)模和復雜系統(tǒng)的系統(tǒng)設計理論并沒有成熟。尤其是，對如何簡化一個繁冗而復雜的設計任務這一問題，仍然沒有被科學的處理。而且，正在設計理論和代表計算機科學與運籌學研究的認識論結果之間構建一條橋梁，這樣的具體應該是邏輯硬件電路

41、設計。 從邏輯學的角度來看，可編程邏輯控制器（PLC）的軟件設計類似與集成電路的硬件設計?，F(xiàn)代超大規(guī)模集成電路設計（Very Large Scale Integration-VLSI）是與其復雜的，一個集成電路一般有幾百萬個晶體管，而且產(chǎn)品開發(fā)周期大都三年左右。設計過程一般都分成局部功能塊設計和系統(tǒng)設計兩個階段。在局部功能塊設計階段，單個功能將被設計出來，并予以驗證。在系統(tǒng)設計階段，所有功能塊都將被整合起來，整個系統(tǒng)行為特性和功能將會通過仿真形式加以測試。一般來說，所有部分都完全的驗證是不可能的。因此，統(tǒng)計學可以作為可編程邏輯控制器（PLC）設計的一個例子，并有可能影響邏輯硬件設計。 2、SI

42、EMENS可編程序控制器 SIMATIC S7-300 系列PLC適用于各行各業(yè)、各種場合中的檢測、監(jiān)測與控制的自動化，其強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能。 該產(chǎn)品具有光電隔離，高電磁兼容；具有很高的工業(yè)適用性，允許的環(huán)境溫度達60；具有很強的抗干擾、抗振動與抗沖擊性能，因此在嚴酷的工作環(huán)境中得到了廣泛的應用。 自由通訊口方式也是 S7-300 型PLC的一個很有特色的功能，它使 S7-300型PLC可以與任何通訊協(xié)議公開的其它設備、控制器進行通訊，即 S7- 300 型PLC可以由用戶自己定義通訊協(xié)議（例 ASCII 協(xié)議），波特率為1。5Mbit/s（可調(diào)整）

43、。因此使可通訊的圍大大增加，使控制系統(tǒng)配置更加靈活、方便。任何具有串行接口的外設，例如：打印機或條形碼閱讀器、變頻器、調(diào)制解調(diào)器（Modem）、上位PC 機等都可連接使用。用戶可通過編程來編制通訊協(xié)議、交換數(shù)據(jù)（例如：ASCII碼字符），具有RS232接口的設備也可用PC/PPI 電纜連接起來進行自由通訊方式通訊。 當上位機脫機時，在下位機控制下，整個系統(tǒng)能正常運行。 上位機即圖文控制中心，主要由 PC機和激光打印機組成，采用 SIMATIC WINCC軟件平臺，采用全中文操作界面，人機對話友好。管理人員和操作者，可以通過觀察PC機所顯示的各種信息來了解當前和以往整個冰蓄冷自控系統(tǒng)的運行情況和

44、所有參數(shù)，并且通過鼠標進行設備管理和執(zhí)行打印任務。WINCC軟件在自動化領域中可用于所有的操作員控制和監(jiān)控任務。可將過程控制中發(fā)生的事件清楚地顯示出來，可顯示當前狀態(tài)并按順序記錄，所記錄的數(shù)據(jù)可以全部顯示或選擇簡要形式顯示，可連續(xù)或按要求編輯，并可輸出打印報表和趨勢圖。 WINCC 能夠在控制過程中危急情況的初發(fā)階段進行報告，發(fā)出的信號既可以在屏幕上顯示出來，也可以用聲音表現(xiàn)出來。它支持用在線幫助和操作指南來消除故障。某一 WINCC 工作站可專門用于過程控制以使那些重要的過程信息不被屏蔽。軟件輔助操作策略保證過程不被非法訪問，并提供用于工業(yè)環(huán)境中的無錯操作。 WINCC 是MICRSOFT

45、WINDOWS98 或WINDOWS NT4。0 操作系統(tǒng)下，在PC機上運行的面向?qū)ο蟮囊涣?2 位應用軟件，通過 OLE 和ODBC 視窗標準機制，作為理想的通訊伙伴進入WINDOWS 世界，因此WINCC 可容易地結合到全公司的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中。 3、通信 通信對于個人自動單元是很重要的。在過去的幾年里，我們聽到許多關于生產(chǎn)自動化協(xié)議的事情，并且許多公司已經(jīng)加入大有成功希望的事業(yè)。然而，當一個完整的生產(chǎn)自動化協(xié)議說明書沒有與時出現(xiàn)時許多公司都很失望。Larry Kotare 說:”現(xiàn)在，生產(chǎn)自動化協(xié)議仍然是生產(chǎn)中一個發(fā)展的對象，一個說明書并不是最終的結果。例如，雖然當新的生產(chǎn)自動化協(xié)議 MA

46、P3.0 版本使用之時以MAP2.1 版本為基礎的產(chǎn)品將會被汰，但是現(xiàn)在人們?nèi)匀粚a(chǎn)品用于 MAP2.1版?！庇捎谶@些原因，許多 PLC廠家緊盯著MAP 的最新結果。如歐姆龍公司正在進行一個有關MAP 兼容性的項目。但是歐姆龍生產(chǎn)部門總經(jīng)理 Frank Newborn說由于缺少一個固定的標準，歐姆龍的產(chǎn)品并不涉與到 MAP。由于工業(yè)PLC無論何時不可能廣泛的涉與到 MAP，生產(chǎn)廠家正在考慮專用網(wǎng)絡。根據(jù)Sal Probanzano 說法，用戶擔心如果他們廣泛的應用生產(chǎn)廠家將會收回MAP，這樣將會留下一個不支持通信的交流框架。 1、PLC design criteria In modern ma

47、nufacturing, systems are characterized by product and process innovation, become customer-driven and thus have to respond quickly to changing system requirements. A major challenge is therefore to provide enabling technologies that can economically reconfigure automation control systems in response

48、to changing needs and new opportunities. Design and operational knowledge can be reused in real-time, therefore, giving a significant competitive edge in industrial practice. Studies have shown that programming methodologies in automation systems have not been able to match rapid increase in use of

49、computing resources. For instance, the programming of PLCs still relies on a conventional programming style with ladder logic diagrams. As a result, the delays and resources in programming are a major stumbling stone for the progress of manufacturing industry. Testing and debugging may consume over

50、50% of the manpower allocated for the PLC program design. Standards IEC 60848, 1999; IEC-61131-3, 1993; IEC 61499, 1998; ISO 15745-1, 1999 have been formed to fix and disseminate state-of-the-art design methods, but they normally cannot participate in advancing the knowledge of efficient program and

51、 system design. A systematic approach will increase the level of design automation through reusing existing software components, and will provide methods to make large-scale system design manageable. Likewise, it will improve software quality and reliability and will be relevant to systems high secu

52、ritystandards, especially those having hazardous impact on the environment such as airport control, and public railroads. The software industry is regarded as a performance destructor and complexity generator. Steadily shrinking hardware prices spoils the need for software performance in terms of co

53、de optimization and efficiency. The result is that massive and less efficient software code on one hand outpaces the gains in hardware performance on the other hand. Secondly, software proliferates into complexity of unmanageable dimensions; software redesign and maintenance-essential in modern auto

54、mation systems-becomes nearly impossible. Particularly, PLC programs have evolved from a couple lines of code 25 years ago to thousands of lines of code with a similar number of 1/O points. Increased safety, for instance new policies on fire protection, and the flexibility of modern automation systems