基于PLC的城市供熱鍋爐水溫控制系統(tǒng)設(shè)計【實用文檔】doc文檔可直接使用可編輯，歡迎下載

基于PLC的城市供熱鍋爐水溫控制系統(tǒng)設(shè)計【實用文檔】doc文檔可直接使用可編輯，歡迎下載基于PLC的城市供熱鍋爐水溫控制系統(tǒng)設(shè)計作者姓名葉凱專業(yè)自動化指導(dǎo)教師姓名劉光亞專業(yè)技術(shù)職務(wù)教授目錄TOC\o＂1-3”\u摘要１第一章緒論PAGEREF＿Ｔoc170１1451３\ｈ31。1課題背景及研究目的和意義PAGＥREF＿Ｔoｃ17０１14514\h3１。2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀3１.３項目研究內(nèi)容4第二章PLC和組態(tài)軟件基礎(chǔ)5２．1可編程控制器基礎(chǔ)52。１.１可編程控制器的產(chǎn)生和應(yīng)用5２．1.2可編程控制器的組成和工作原理PAGEＲEF_Toc1７0１1452０\h５2。1．3可編程控制器的分類及特點７2.2組態(tài)軟件的基礎(chǔ)8２。２.１組態(tài)的定義82.2.2組態(tài)王軟件的特點82.2.3組態(tài)王軟件仿真的基本方法8第三章ＰLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計93．1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則和步驟93。1．1PＬＣ控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則93。1。2PLＣ控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟93.1.3PＬC程序設(shè)計的一般步驟1０3。2ＰLC的選型和硬件配置113。2．1ＰＬC型號的選擇１13．２。2S7—200CＰU的選擇123。２．3EＭ2３5模擬量輸入/輸出模塊123。2.4熱電式傳感器１２3.2.５可控硅加熱裝置簡介1２3.3系統(tǒng)整體設(shè)計方案和電氣連接圖１33。４PＬC控制器的設(shè)計１4３.4。1控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立1４3.４.2PID控制及參數(shù)整定１4第四章PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計164.1PLC程序設(shè)計的方法164．2編程軟件STEP７—－Micro/ＷIN概述1７4．2．1ＳＴEP７-－Ｍicrｏ／WIN簡單介紹17４.2。2計算機與PLC的通信184.３程序設(shè)計18４.３.1程序設(shè)計思路１84．3．2PID指令向?qū)?94。3。3控制程序及分析25第五章組態(tài)畫面的設(shè)計29５．1組態(tài)變量的建立及設(shè)備連接２９5.1。1新建項目295。2創(chuàng)建組態(tài)畫面335.2。1新建主畫面335.2。2新建ＰＩＤ參數(shù)設(shè)定窗口３４5．2。3新建數(shù)據(jù)報表34５.２.4新建實時曲線3５5.2．5新建歷史曲線３55.２．6新建報警窗口3６第六章系統(tǒng)測試376.1啟動組態(tài)王３７6。2實時曲線觀察３８6。３分析歷史趨勢曲線38６．４查看數(shù)據(jù)報表40６．5系統(tǒng)穩(wěn)定性測試42結(jié)束語43參考文獻４４致謝4５摘要從上世紀80年代至90年代中期，PＬＣ得到了快速的發(fā)展,在這時期，PＬC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高,ＰLＣ逐漸進入過程控制領(lǐng)域,在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DＣS系統(tǒng)。ＰLＣ具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。本文介紹了以鍋爐為被控對象,以鍋爐出口水溫為主被控參數(shù)，以爐膛內(nèi)水溫為副被控參數(shù)，以加熱爐電阻絲電壓為控制參數(shù),以ＰLC為控制器，構(gòu)成鍋爐溫度串級控制系統(tǒng)；采用PID算法，運用PＬＣ梯形圖編程語言進行編程，實現(xiàn)鍋爐溫度的自動控制。電熱鍋爐的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，在相當(dāng)多的領(lǐng)域里，電熱鍋爐的性能優(yōu)劣決定了產(chǎn)品的質(zhì)量好壞。目前電熱鍋爐的控制系統(tǒng)大都采用以微處理器為核心的計算機控制技術(shù),既提高設(shè)備的自動化程度又提高設(shè)備的控制精度.本文分別就電熱鍋爐的控制系統(tǒng)工作原理,溫度變送器的選型、PＬC配置、組態(tài)軟件程序設(shè)計等幾方面進行闡述。通過改造電熱鍋爐的控制系統(tǒng)具有響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、可靠性高,控制精度好等特點，對工業(yè)控制有現(xiàn)實意義。關(guān)鍵詞：電熱鍋爐的控制系統(tǒng)溫度控制串級控制PLＣＰＩDＡBSTRACＴＦromtｈｅｌａstcentｕｒｙto90intheｍid80＇s,PＬChasｂeenrapiddｅｖelｏpmeｎｔinthiｓperiｏd，PLCcapabilityiｎdealingwithanalｏｇanddigitalｃomｐutiｎgpower,man-mａｃhiｎｅinterfaｃecapabiｌitiｅｓaｎdnｅtworｋcapａbilitiesａreｇreａt(yī)lyimpｒｏved，PLCgradｕalｌyeｎteriｎgｔhefiｅlｄofpｒｏｃｅsscontroｌ,ｒeplacｅdinsomeaｐplicatｉｏnsｉｎｔhefｉeldofprocesｓcoｎｔｒｏldoｍinａntDCS．PLＣhａsｔｈeverｓatilｉty,ｅasｅofuse，ｗideａｄａｐtation，higｈreｌiabｉlitｙａｎdsｔｒonganti-intｅrference,simpletｏｐroｇramaｎdsoon．ＰLＣｃoｎtｒｏl，ｅspeciallyintheindustrｉalautomａt(yī)ioｎｓｅqｕencecontroltheposｉｔｉon，iｎtheforeseeａbleｆuture,iｓnosuｂstiｔutｅ．ＴｈispapｅｒiｎtrodｕｃesｔｈeｂoileraｓtheｃhａrｇedｏbjｅctｔｏtｈｅbｏiｌerｗaterｔempｅｒatｕreoftｈemaiｎacｃｕsedｏｆtheｅxｐoｒtpａrａmeterｓtofｕrnａceｔempeｒａｔｕｒｅasdｅpｕｔyａccｕsｅdofparａmeterstoｃontｒｏlｔｈeｈeaｔinｇresｉstaｎcewirｅvoltageparameｔerstｏPLC,coｎtrolleｒ，ｃonsｔiｔutｅｓaserｉesoｆbｏｉlerｔeｍpｅｒatｕrelｅvｅｌcｏntrolsyｓteｍ;uｓinｇPIDaｌgorｉｔhm,theｕseofＰLＣｌaddｅrprogｒaｍminｇlａnｇuａｇe,pｒogramｍｉng,ｂoilerｔemｐerａｔurecoｎｔrol．Electｒicboilerｓaｗiｄerangeofａｐｐlｉcations，inaｃｏｎsidｅrablｅnｕｍberｏｆfield,theｅlecｔriｃｂoilerｐeｒｆormaｎceaｄvａntａｇesanddisadｖantａgeｓofthｅdecisionTheｑｕａlityoｆtheproduct.Eｌectｒicboｉlercontrolsysteｍscurｒentlyusedmostｌyｆｏrcomｐutercontrolｍiｃroprocｅｓsｏｒcoretechｎoｌogy，ｂoｔhtoiｍpｒovetｈeａutomatiｏnequipmｅｎtｈａｖeｉｍprovedtheｃoｎｔrolprecisioneｑｕipｍeｎt。Thispａperｏntheｈeａｔingbｏｉｌercontrｏlsystemwoｒkｓ，ｓeleｃtiｏnofteｍpeｒatuｒetransmitｔer,PLCcoｎfiguratioｎs，tｈeconfiguratｉｏnｓoｆtwareｄｅsiｇｎａspectsweredescrｉbed。Thｒoughｔhetransformatｉｏnofelectricboｉlｅｒcｏntrolsｙsｔemhaｓfastresｐｏｎse，goodstａbiliｔy,hiｇhreliaｂiliｔy，ｃontrolａccuraｃyaｎdgoodfeatｕres,ｐrａｃtiｃalsiｇniｆｉcancｅfoｒindusｔｒiａlｃontｒol.Kｅyｗｏrｄs:heatiｎgboilercontｒoｌｓｙsｔeｍtempeｒatｕrecoｎtrolcascaｄecoｎtｒolPＬCＰID第一章緒論1.1課題背景及研究目的和意義基于PLC的城市供熱鍋爐水溫控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛,電熱鍋爐的性能優(yōu)劣決定了產(chǎn)品的質(zhì)量好壞.目前電熱鍋爐的控制系統(tǒng)大都采用以微處理器為核心的計算機控制技術(shù)，既提高設(shè)備的自動化程度又提高設(shè)備的控制精度。ＰＬC的快速發(fā)展發(fā)生在上世紀80年代至90年代中期。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到了很大的提高和發(fā)展。PＬC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PＬC具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。［４]電熱鍋爐是機電一體化的產(chǎn)品,可將電能直接轉(zhuǎn)化成熱能，具有效率高，體積小，無污染，運行安全可靠，供熱穩(wěn)定，自動化程度高的優(yōu)點，是理想的節(jié)能環(huán)保的供暖設(shè)備。加上目前人們的環(huán)保意識的提高,電熱鍋爐越來越受人們的重視,在工業(yè)生產(chǎn)和民用生活用水中應(yīng)用越來越普及。電熱鍋爐目前主要用于供暖和提供生活用水.主要是控制水的溫度,保證恒溫供水。PＩＤ控制是迄今為止最通用的控制方法之一。因為其可靠性高、算法簡單、魯棒性好，所以被廣泛應(yīng)用于過程控制中，尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性系統(tǒng)。PID控制的效果完全取決于其四個參數(shù),即采樣周期ts、比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Kｉ、微分系數(shù)Ｋｄ。因而，ＰIＤ參數(shù)的整定與優(yōu)化一直是自動控制領(lǐng)域研究的重要課題.ＰID在工業(yè)過程控制中的應(yīng)用已有近百年的歷史,在此期間雖然有許多控制算法問世，但由于PIＤ算法以它自身的特點,再加上人們在長期使用中積累了豐富經(jīng)驗，使之在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。在PＩD算法中,針對Ｐ、I、D三個參數(shù)的整定和優(yōu)化的問題成為關(guān)鍵問題。[5]１．2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀自７0年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要,特別是微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動控制理論和設(shè)計方法發(fā)展的推動下,國內(nèi)外溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展迅速,并在智能化，自適應(yīng)、參數(shù)整定等方面取得成果，在這方面，以日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先,都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行各業(yè)廣泛應(yīng)用。它們主要有以下特點:1)適應(yīng)于大慣性、大滯后等復(fù)雜的溫度控制體統(tǒng)的控制。2)能適應(yīng)于受控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制。3）能適用于受控系統(tǒng)過程復(fù)雜、參數(shù)時變的溫度控制系統(tǒng)的控制.4)這些溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論及計算機技術(shù)，運用先進的算法，適應(yīng)范圍廣泛。5)溫度控制器普遍具有參數(shù)整定功能.借助于計算機軟件技術(shù)，溫度控制器具有對控制參數(shù)及特性進行自整定的功能。有的還具有自學(xué)習(xí)功能。６）溫度控制系統(tǒng)既有控制精度高、抗干擾能力強、魯棒性好的特點。目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方向發(fā)展。隨溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然應(yīng)用很廣泛，但從國內(nèi)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世紀８０年代中后期的水平,成熟產(chǎn)品主要以“點位”控制及常規(guī)的PＩD控制器為主，它只能適用于一般的溫度系統(tǒng)的控制,難以控制滯后、復(fù)雜、時變溫度系統(tǒng)控制。能適應(yīng)于較高的控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國內(nèi)還不十分成熟.隨著科學(xué)技術(shù)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)是國內(nèi)外必然發(fā)展的趨勢。１。3項目研究內(nèi)容以鍋爐為被控對象，以鍋爐出口水溫為主被控參數(shù)，以爐膛內(nèi)水溫為副被控參數(shù)，以加熱爐電阻絲電壓為控制參數(shù),以PLC為控制器,構(gòu)成鍋爐溫度串級控制系統(tǒng);采用PID算法,運用PLＣ梯形圖編程語言進行編程,實現(xiàn)鍋爐溫度的自動控制?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒ＬC）是集計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動控制裝置。其性能優(yōu)越，已被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，并已經(jīng)成為工業(yè)自動化的三大支柱(PLC、工業(yè)機器人、CAD／CAM）之一。PLC技術(shù)在溫度監(jiān)控系統(tǒng)上的應(yīng)用從整體上分析和研究了控制系統(tǒng)的硬件配置、電路圖的設(shè)計、程序設(shè)計，控制對象數(shù)學(xué)模型的建立、控制算法的選擇和參數(shù)的整定、人機界面的設(shè)計等。論文通過對德國西門子公司的S7-２00系列ＰLC控制器，溫度傳感器將檢測到的實際爐溫轉(zhuǎn)化為電壓信號，經(jīng)過模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到PＬC中進行PID調(diào)節(jié)，PID控制器輸出轉(zhuǎn)化為０-1０mA的電流信號輸入控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變可控硅管導(dǎo)通角的大小來調(diào)節(jié)輸出功率。對于監(jiān)控畫面,利用亞控公司的組態(tài)軟件“組態(tài)王“串級系統(tǒng)是由調(diào)節(jié)器串聯(lián)起來工作,其中一個調(diào)節(jié)器的輸出作為另一個調(diào)節(jié)器的給定值的系統(tǒng)。整個系統(tǒng)包括兩個控制回路,主回路和副回路.副回路由副變量檢測變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過程構(gòu)成;主回路由主變量檢測變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過程和主過程構(gòu)成。一次擾動:作用在主被控過程上的，而不包括在副回路范圍內(nèi)的擾動.二次擾動：作用在副被控過程上的，即包括在副回路范圍內(nèi)的擾動。在串級控制系統(tǒng)中，由于引入了一個副回路，不僅能及早克服進入副回路的擾動，而且又能改善過程特性。副調(diào)節(jié)器具有“粗調(diào)"的作用,主調(diào)節(jié)器具有“細調(diào)"的作用，從而使其控制品質(zhì)得到進一步提高.［７]第二章PLC和組態(tài)軟件基礎(chǔ)可編程控制器是是一種工業(yè)控制計算機,簡稱PＬＣ(ProgｒａｍmaｂlelogicＣontrｏller）,它使用可編程序的記憶以存儲指令,用來執(zhí)行邏輯、順序、計時、計數(shù)、和演算等功能，并通過數(shù)字或模擬的輸入輸出,以控制各種機械或生產(chǎn)過程。2。1可編程控制器基礎(chǔ)2．1。1可編程控制器的產(chǎn)生和應(yīng)用19６9年美國數(shù)字設(shè)備公司成功研制世界第一臺可編程序控制器ＰDP-1４，并在GM公司的汽車自動裝配線上首次使用并獲得成功。19７1年日本從美國引進這項技術(shù)，很快研制出第一臺可編程序控制器ＤSC－１8。１97３年西歐國家也研制出他們的第一臺可編程控制器.我國從1974年開始研制,1977年開始工業(yè)推廣應(yīng)用。進入20世紀7０年代，隨著電子技術(shù)的發(fā)展,尤其是ＰLC采用通訊微處理器之后,這種控制器功能得到更進一步增強。進入20世紀80年代,隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以16位和少數(shù)３２位微處理器構(gòu)成的微機化PLC，使PLＣ的功能增強,工作速度快，體積減小，可靠性提高,成本下降，編程和故障檢測更為靈活，方便.目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。2．1．2可編程控制器的組成和工作原理可編程控制器的組成：ＰLＣ包括CＰU模塊、I／O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架。１。CＰUCPU是PLC的核心,它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLＣ內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CＰＵ單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PＬC不可缺少的組成單元。CＰＵ速度和內(nèi)存容量是PＬＣ的重要參數(shù)，它們決定著ＰLＣ的工作速度，ＩO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模.2．I/O模塊PLＣ與電氣回路的接口,是通過輸入輸出部分（I／Ｏ）完成的。Ｉ/O模塊集成了PLＣ的Ｉ/O電路,其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài),輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài).輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng),輸出模塊相反。I/Ｏ分為開關(guān)量輸入（DＩ)，開關(guān)量輸出（DO）,模擬量輸入（AI），模擬量輸出(AO)等模塊。常用的I/O分類如下:開關(guān)量：按電壓水平分，有２20VＡC、110VAＣ、24VDＣ，按隔離方式分,有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分,有電流型（４—20mＡ，0-20mＡ)、電壓型（0—１０V，0—５Ｖ,—１0—10V）等,按精度分,有12ｂit,14ｂit，16bｉt等。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/Ｏ點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量,I／O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。３．編程器編程器的作用是用來供用戶進行程序的輸入、編輯、調(diào)試和監(jiān)視的。編程器一般分為簡易型和智能型兩類。簡易型只能聯(lián)機編程,且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機器語言助記符后才能送入。而智能型編程器（又稱圖形編程器）,不但可以連機編程，而且還可以脫機編程。操作方便且功能強大.4．電源ＰＬC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時,有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VＡC），直流電源（常用的為24ＶDC）。[6］可編程控制器的工作原理：PＬC的工作方式是一個不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期。CＰU從第一條指令開始,按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束,然后返回第一條指令開始新的一輪掃描.PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。ＰLC工作的全過程可用圖２－1所示的運行框圖來表示。圖2-1可編程控制器運行框圖2。１。3可編程控制器的分類及特點（一）小型PＬC小型PLC的I/O點數(shù)一般在12８點以下,其特點是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個硬件融為一體,除了開關(guān)量I/O以外，還可以連接模擬量I／O以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術(shù)、運算數(shù)據(jù)處理和傳送通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。（二）中型PLＣ中型PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，其I／O點數(shù)一般在２56～1０24點之間,I/O的處理方式除了采用一般ＰLＣ通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式即在掃描用戶程序的過程中直接讀輸入刷新輸出，它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快.（三）大型PLC一般I/O點數(shù)在1024點以上的稱為大型PLＣ，大型PLC的軟硬件功能極強,具有極強的自診斷功能、通訊聯(lián)網(wǎng)功能強，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng)實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化,大型PLＣ還可以采用冗余或三CPＵ構(gòu)成表決式系統(tǒng)使機器的可靠性更高2。２組態(tài)軟件的基礎(chǔ)2．2。1組態(tài)的定義組態(tài)就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一具體任務(wù)的過程.組態(tài)軟件是有專業(yè)性的,一種組態(tài)軟件只能適合某種領(lǐng)域的應(yīng)用。組態(tài)的概念最早出現(xiàn)在工業(yè)計算機控制中,如ＤCＳ（集散控制系統(tǒng)）組態(tài),ＰLC梯形圖組態(tài)。人機界面生成軟件就叫工控組態(tài)軟件。工業(yè)控制中形成的組態(tài)結(jié)果是用在實時監(jiān)控的。從表面上看，組態(tài)工具的運行程序就是執(zhí)行自己特定的任務(wù).工控組態(tài)軟件也提供了編程手段，一般都是內(nèi)置編譯系統(tǒng)，提供類BASＩC語言，有的支持VＢ，現(xiàn)在有的組態(tài)軟件甚至支持C＃高級語言.在當(dāng)今工控領(lǐng)域,一些常用的大型組態(tài)軟件主要有：ABB-OpｔiＭax,ＷinCＣ，iFｉx,Inｔoｕch，組態(tài)王，力控,易控，MCGS等。本設(shè)計采用亞控的組態(tài)王軟件進行組態(tài)的設(shè)計.２。2.2組態(tài)王軟件的特點組態(tài)王軟件具有適應(yīng)性強、開放性好、易于擴展、經(jīng)濟、開發(fā)周期短等優(yōu)點。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層,它不但實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測與控制,且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫.通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實現(xiàn)功能的分析,采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)計。組態(tài)軟件也為試驗者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗者實時現(xiàn)場監(jiān)控。而且,它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面,并以動畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能[８］。2.２。3組態(tài)王軟件仿真的基本方法(1）圖形界面的設(shè)計圖形，是用抽象的圖形畫面來模擬實際的工業(yè)現(xiàn)場和相應(yīng)的工控設(shè)備。（２）構(gòu)造數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，就是創(chuàng)建一個具體的數(shù)據(jù)庫,并用此數(shù)據(jù)庫中的變量描述工控對象的各種屬性,比如水位、流量等.建立動畫連接連接，就是畫面上的圖素以怎樣的動畫來模擬現(xiàn)場設(shè)備的運行，以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。運行和調(diào)試第三章PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計本章主要從系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計的角度，介紹該項目的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟、PLC的硬件配置、外部電路設(shè)計以及PLＣ控制器的設(shè)計參數(shù)的整定。３。1ＰLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則和步驟3.1。1ＰLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則1.充分發(fā)揮PLＣ功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求。２。在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便.3．保證控制系統(tǒng)安全可靠。4。應(yīng)考慮生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，在選擇PLC的型號、I／O點數(shù)和存儲器容量等內(nèi)容時，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，以利于系統(tǒng)的調(diào)整和擴充。3.1.２ＰＬＣ控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟設(shè)計PＬC應(yīng)用系統(tǒng)時,首先是進行PＬC應(yīng)用系統(tǒng)的功能設(shè)計，即根據(jù)被控對象的功能和工藝要求，明確系統(tǒng)必須要做的工作和因此必備的條件。然后是進行ＰLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能分析，即通過分析系統(tǒng)功能，提出ＰLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,控制信號的種類、數(shù)量，系統(tǒng)的規(guī)模、布局。最后根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果,具體的確定PＬC的機型和系統(tǒng)的具體配置。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計可以按以下步驟進行：1．熟悉被控對象,制定控制方案分析被控對象的工藝過程及工作特點,了解被控對象機、電、液之間的配合，確定被控對象對ＰLＣ控制系統(tǒng)的控制要求。2。確定I／Ｏ設(shè)備根據(jù)系統(tǒng)的控制要求,確定用戶所需的輸入（如按鈕、行程開關(guān)、選擇開關(guān)等）和輸出設(shè)備（如接觸器、電磁閥、信號指示燈等)由此確定PＬＣ的I／Ｏ點數(shù).3.選擇ＰLＣ選擇時主要包括PLC機型、容量、I／Ｏ模塊、電源的選擇.4．分配PLC的Ｉ／O地址根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場需要,確定控制按鈕，選擇開關(guān)、接觸器、電磁閥、信號指示燈等各種輸入輸出設(shè)備的型號、規(guī)格、數(shù)量；根據(jù)所選的PLC的型號列出輸入/輸出設(shè)備與PLC輸入輸出端子的對照表，以便繪制PLC外部I/O接線圖和編制程序。5.設(shè)計軟件及硬件進行PＬＣ程序設(shè)計,進行控制柜（臺）等硬件的設(shè)計及現(xiàn)場施工。由于程序與硬件設(shè)計可同時進行，因此，PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計周期可大大縮短，而對于繼電器系統(tǒng)必須先設(shè)計出全部的電氣控制線路后才能進行施工設(shè)計。6.聯(lián)機調(diào)試聯(lián)機調(diào)試是指將模擬調(diào)試通過的程序進行在線統(tǒng)調(diào)。3。1。3PLC程序設(shè)計的一般步驟1．繪制系統(tǒng)的功能圖。2.設(shè)計梯形圖程序。３．根據(jù)梯形圖編寫指令表程序。４.對程序進行模擬調(diào)試及修改，直到滿足控制要求為止。調(diào)試過程中，可采用分段調(diào)試的方法，并利用編程器的監(jiān)控功能。ＰLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟可參考圖3-1：圖3-1PLＣ控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟３.2PLC的選型和硬件配置3。2．１PLC型號的選擇本溫度控制系統(tǒng)采用德國西門子S7－200ＰLC。S7-２0０是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè),各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化.S7-2０0系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。3．２.2S7—200CＰU的選擇Ｓ7-200系列的PLＣ有CPU２21、CPＵ22２、CPU22４、CPU226等類型。此系統(tǒng)選用的S7-２００CＰU226,ＣPU226集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O點.可連接7個擴展模塊，最大擴展至24８路數(shù)字量I／O點或35路模擬量I/O點.13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的3０kHz高速計數(shù)器,2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。２個RS４８5通訊／編程口，具有PＰＩ通訊協(xié)議、MＰI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。Ｉ/O端子排可很容易地整體拆卸。3.2。3EＭ235模擬量輸入/輸出模塊在溫度控制系統(tǒng)中，傳感器將檢測到的溫度轉(zhuǎn)換成4-２0mA的電流信號，系統(tǒng)需要配置模擬量的輸入模塊把電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再送入PLC中進行處理.在這里我們選擇西門子的ＥＭ23５模擬量輸入/輸出模塊。EM23５模塊具有4路模擬量輸入/一路模擬量的輸出。它允許S７-２０0連接微小的模擬量信號，±８０mV范圍。用戶必須用DIP開關(guān)來選擇熱電偶的類型,斷線檢查，測量單位，冷端補償和開路故障方向:ＳＷ１～SＷ3用于選擇熱電偶的類型,SＷ4沒有使用,SW５用于選擇斷線檢測方向,SW6用于選擇是否進行斷線檢測,ＳW7用于選擇測量方向,SW8用于選擇是否進行冷端補償。所有連到模塊上的熱電偶必須是相同類型。3.2．4熱電式傳感器熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)化為電量變化的裝置。在各種熱電式傳感器中，以將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢和電阻的方法最為普遍。其中最為常用于測量溫度的是熱電偶和熱電阻,熱電偶是將溫度轉(zhuǎn)化為電勢變化，而熱電阻是將溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化。這兩種熱電式傳感器目前在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)需要的傳感器是將溫度轉(zhuǎn)化為電流,且水溫最高是1０0℃，所以選擇Pt1０0鉑熱電阻傳感器。P1０0鉑熱電阻，簡稱為:ＰT100鉑電阻，其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。它的工作原理:當(dāng)PT1００在0攝氏度的時候他的阻值為10０歐姆，它的的阻值會隨著溫度上升它的阻值成勻速增長［3]。３。2。5可控硅加熱裝置簡介對于要求保持恒溫控制而不要溫度記錄的電阻爐采用帶ＰＩD調(diào)節(jié)的數(shù)字式溫度顯示調(diào)節(jié)儀顯示和調(diào)節(jié)溫度，輸出0～10ｍＡ作為直流信號輸入控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變可控硅管導(dǎo)通角的大小來調(diào)節(jié)輸出功率,完全可以滿足要求,投入成本低，操作方便直觀并且容易維護。溫度測量與控制是熱電偶采集信號通過PＩD溫度調(diào)節(jié)器測量和輸出0～１０ｍA或4~20ｍA控制觸發(fā)板控制可控硅導(dǎo)通角的大小,從而控制主回路加熱元件電流大小，使電阻爐保持在設(shè)定的溫度工作狀態(tài)?？煽毓铚囟瓤刂破饔芍骰芈泛涂刂苹芈方M成。主回路是由可控硅，過電流保護快速熔斷器、過電壓保護ＲＣ和電阻爐的加熱元件等部分組成。3．３系統(tǒng)整體設(shè)計方案和電氣連接圖系統(tǒng)選用了PLCＣPU226為控制器，PＴ1０0型熱電阻將檢測到的實際鍋爐水溫轉(zhuǎn)化為電流信號,經(jīng)過EM231模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)化成數(shù)字量信號并送到ＰLＣ中進行PＩD調(diào)節(jié)，ＰID控制器輸出轉(zhuǎn)化為０～１0mA的電流信號輸入控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變可控硅管導(dǎo)通角的大小來調(diào)節(jié)輸出功率，從而調(diào)節(jié)電熱絲的加熱。PLC和組態(tài)王連接，實現(xiàn)了系統(tǒng)的實時監(jiān)控。整體設(shè)計方案如圖３-３:EM235鍋爐PT100EM235鍋爐PT100PLC計算機可控硅可控硅圖3－3整體設(shè)計方案TT1TT224VTT1TT2系統(tǒng)硬件連線圖如圖3-4:RAA+A-RBB+B-RCC+C-RDD+D-EM235輸入ML+DCCPU226COM1COM2輸出RAA+A-RBB+B-RCC+C-RDD+D-EM235輸入ML+DCCPU226COM1COM2輸出MOVOIOML+1MI0.0I1.42MI1.5I2.7ML+MOVOIOML+1MI0.0I1.42MI1.5I2.7ML+電源負載載電源負載載圖3-4系統(tǒng)硬件連線圖3。４ＰＬC控制器的設(shè)計控制器的設(shè)計是整個控制系統(tǒng)設(shè)計中最重要的一步.首先要根據(jù)受控對象的數(shù)學(xué)模型和它的各特性以及設(shè)計要求,確定控制器的結(jié)構(gòu)以及和受控對象的連接方式。最后根據(jù)所要求的性能指標確定控制器的參數(shù)值。3.４．１控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立在本控制系統(tǒng)中,ＴT1（出口溫度傳感器）將檢測到的出口水溫度信號轉(zhuǎn)化為電流信號送入EM23５模塊的A路,TT2（爐膛溫度傳感器）將檢測到的出口水溫度信號轉(zhuǎn)化為電流信號送入EM235模塊的B路.兩路模擬信號經(jīng)過EM２35轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號送入PLC，PLＣ再通過PIＤ模塊進行ＰID調(diào)節(jié)控制。具體流程在第四章程序編寫的時候具體論述.由ＰLＣ的串級控制系統(tǒng)框圖如圖３—５:圖中輸入輸出分別為？圖中輸入輸出分別為？主調(diào)節(jié)器爐膛可控硅鍋爐出口副調(diào)節(jié)器主調(diào)節(jié)器爐膛可控硅鍋爐出口副調(diào)節(jié)器副變送器副變送器主變送器主變送器如圖3－5串級控制系統(tǒng)框圖3.4.２ＰIＤ控制及參數(shù)整定１.PID控制器的組成PＩＤ控制器由比例單元(P)、積分單元(I）和微分單元（D）組成.其數(shù)學(xué)表達式為：公式（3－1）（１)比例系數(shù)KC對系統(tǒng)性能的影響：比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小。Kc偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時間加長。Kc太大時，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定.Kｃ太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢。Ｋc可以選負數(shù),這主要是由執(zhí)行機構(gòu)、傳感器以控制對象的特性決定的。如果Ｋc的符號選擇不當(dāng)對象狀態(tài)(ｐv值)就會離控制目標的狀態(tài)（sv值)越來越遠，如果出現(xiàn)這樣的情況Kc的符號就一定要取反。（2)積分控制Ti對系統(tǒng)性能的影響:積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降,Ｔｉ?。ǚe分作用強)會使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。（3)微分控制Ｔd對系統(tǒng)性能的影響:微分作用可以改善動態(tài)特性，Td偏大時,超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時間較短。Td偏小時,超調(diào)量也較大,調(diào)節(jié)時間也較長。只有Td合適，才能使超調(diào)量較小,減短調(diào)節(jié)時間。2.主、副回路控制規(guī)律的選擇采用串級控制，所以有主副調(diào)節(jié)器之分。主調(diào)節(jié)器起定值控制作用，副調(diào)節(jié)器起隨動控制作用，這是選擇規(guī)律的基本出發(fā)點.主參數(shù)是工藝操作的重要指標，允許波動的范圍較小,一般要求無余差,因此，主調(diào)節(jié)器一般選ＰI或PIＤ控制,副參數(shù)的設(shè)置是為了保證主參數(shù)的控制質(zhì)量,可允許在一定范圍內(nèi)變化,允許有余差，因此副調(diào)節(jié)器只要選P控制規(guī)律就可以。在本控制系統(tǒng)中,我們將鍋爐出口水溫度作為主參數(shù)，爐膛溫度為副參數(shù).主控制采用PI控制,副控制器采用P控制。3.主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的確定副調(diào)節(jié)器作用方式的確定：首先確定調(diào)節(jié)閥,出于生產(chǎn)工藝安全考慮,可控硅輸出電壓應(yīng)選用氣開式,這樣保證當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障使調(diào)節(jié)閥損壞而處于全關(guān)狀態(tài)，防止燃料進入加熱爐,確保設(shè)備安全,調(diào)節(jié)閥的Kv〉0.然后確定副被控過程的K0２，當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度增大，電壓增大,爐膛水溫度上升，所以K0２>0。最后確定副調(diào)節(jié)器,為保證副回路是負反饋,各環(huán)節(jié)放大系數(shù)（即增益)乘積必須為負，所以副調(diào)節(jié)器K2〈0,副調(diào)節(jié)器作用方式為反作用方式.主調(diào)節(jié)器作用方式的確定:爐膛水溫度升高，出口水溫度也升高,主被控過程K0１〉0。為保證主回路為負反饋，各環(huán)節(jié)放大系數(shù)乘積必須為負，所以主調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)K1＜0，主調(diào)節(jié)器作用方式為反作用方式[７].4。采樣周期的分析采樣周期Ts越小，采樣值就越能反應(yīng)溫度的變化情況。但是，Ｔs太小就會增加CPＵ的運算工作量，相鄰的兩次采樣值幾乎沒什么變化,將是PID控制器輸出的微分部分接近于0，所以不應(yīng)使采樣時間太小.，確定采樣周期時，應(yīng)保證被控量迅速變化時，能用足夠多的采樣點，以保證不會因采樣點過稀而丟失被采集的模擬量中的重要信息。因為本系統(tǒng)是溫度控制系統(tǒng),溫度具有延遲特性的慣性環(huán)節(jié)，所以采樣時間不能太短，一般是1５s~20s，本系統(tǒng)采樣１7s經(jīng)過上述的分析，該溫度控制系統(tǒng)就已經(jīng)基本確定了，在系統(tǒng)投運之前還要進行控制器的參數(shù)整定。常用的整定方法可歸納為兩大類，即理論計算整定法和工程整定法。理論計算整定法是在已知被控對象的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)選取的質(zhì)量指標，經(jīng)過理論的計算（微分方程、根軌跡、頻率法等)，求得最佳的整定參數(shù).這類方法比較復(fù)雜,工作量大，而且用于分析法或?qū)嶒灉y定法求得的對象數(shù)學(xué)模型只能近似的反映過程的動態(tài)特征，整定的結(jié)果精度不是很高，因此未在工程上受到廣泛的應(yīng)用.對于工程整定法,工程人員無需知道對象的數(shù)學(xué)模型,無需具備理論計算所學(xué)的理論知識，就可以在控制系統(tǒng)中直接進行整定，因而簡單、實用,在實際工程中被廣泛的應(yīng)用常用的工程整定法有經(jīng)驗整定法、臨界比例度法、衰減曲線法、自整定法等.在這里，我們采用經(jīng)驗整定法整定控制器的參數(shù)值。整定步驟為“先比例，再積分,最后微分”.（1）整定比例控制將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。(２)整定積分環(huán)節(jié)若在比例控制下穩(wěn)態(tài)誤差不能滿足要求，需加入積分控制。先將步驟（1)中選擇的比例系數(shù)減小為原來的50～８0％，再將積分時間置一個較大值,觀測響應(yīng)曲線。然后減小積分時間,加大積分作用，并相應(yīng)調(diào)整比例系數(shù),反復(fù)試湊至得到較滿意的響應(yīng)，確定比例和積分的參數(shù)。（３）整定微分環(huán)節(jié)若經(jīng)過步驟（２），PI控制只能消除穩(wěn)態(tài)誤差，而動態(tài)過程不能令人滿意，則應(yīng)加入微分控制，構(gòu)成PID控制.先置微分時間TD=0，逐漸加大TD，同時相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時間，反復(fù)試湊至獲得滿意的控制效果和ＰID控制參數(shù).第四章PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計主要包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分本在硬件基礎(chǔ)上,詳細介紹本項目的軟件設(shè)計，主要包括軟件設(shè)計的基本步驟、方法、編程軟件STEＰ7－Mｉｃro／WIN的介紹以及本項目的程序設(shè)計.4.1PLC程序設(shè)計的方法PLＣ程序設(shè)計常用的方法:主要有經(jīng)驗設(shè)計法、繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法、順序控制設(shè)計法、邏輯設(shè)計法等.1.經(jīng)驗設(shè)計法：經(jīng)驗設(shè)計法即在一些典型的控制電路程序的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控制對象的具體要求，進行選擇組合，并多次反復(fù)調(diào)試和修改梯形圖，有時需增加一些輔助觸點和中間編程環(huán)節(jié)，才能達到控制要求。這種方法沒有規(guī)律可遵循,設(shè)計所用的時間和設(shè)計質(zhì)量與設(shè)計者的經(jīng)驗有很大的關(guān)系，故稱為經(jīng)驗設(shè)計法。2。繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法：用PLC的外部硬件接線和梯形圖軟件來實現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)的功能。3。順序控制設(shè)計法：根據(jù)功能流程圖,以步為核心，從起始步開始一步一步地設(shè)計下去，直至完成。此法的關(guān)鍵是畫出功能流程圖。4.邏輯設(shè)計法:通過中間量把輸入和輸出聯(lián)系起來.實際上就找到輸出和輸入的關(guān)系，完成設(shè)計任務(wù)。４。２編程軟件SＴEP7—-Miｃｒo／WＩN概述STEＰ7-Ｍicro/WIN編程軟件是基于Windowｓ的應(yīng)用軟件，由西門子公司專為S7—200系列可編程控制器設(shè)計開發(fā)，它功能強大,主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時也可以實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。４。2。1ＳTEP7—－Ｍicｒｏ/WIN簡單介紹以STEＰ7-Micｒo/WＩN創(chuàng)建程序,為接通STEP7—Mｉcro／WIN,可雙擊SＴEP7－Miｃｒｏ/WIＮ的圖標,如圖4—1所示，STEP7-Micro／WIN項目窗口將提供用于創(chuàng)建程序的工作空間.瀏覽條給出了多組按鈕,用于訪問ＳTEP7—-Ｍｉcrｏ/WIN的不同編程特性。指令樹將顯示用于創(chuàng)建控制程序的所有項目對象指令。程序編輯器包括程序邏輯和局部變量表，可在其中分配臨時局部變量的符號名。子程序和中斷程序在程序編輯器窗口的的底部按標簽顯示。圖4-１STEP7—-Ｍｉcrｏ／WＩN項目窗口本項目中我們利用ＳTEP7--Micro／ＷINV4.0SP５編程軟件，其界面如圖4—1所示.項目包括的基本組件：程序塊、數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊、符號表、狀態(tài)表、交叉引用表。4．2。2計算機與PLC的通信在STEP7—Micrｏ/WIN中雙擊指令樹中的“通信”圖標，或執(zhí)行菜單命令的“查看”/“組件"/“通信”，將出現(xiàn)“通信”對話框,見圖4－2。在將新的設(shè)置下載到S7－20０之前，應(yīng)設(shè)置遠程站的地址，是它與S7—２00的地址。雙擊“通信”對話框中“雙擊刷新”旁邊的藍色箭頭組成的圖標,編程軟件將會自動搜索連接在網(wǎng)絡(luò)上的S7-２0０,并用圖標顯示搜索到的S7—200。圖4-2PLC通信窗口４.3程序設(shè)計4。３。１程序設(shè)計思路PＬＣ運行時,通過特殊繼電器ＳM0．0產(chǎn)生初始化脈沖進行初始化,將溫度設(shè)定值，PID參數(shù)值等存入數(shù)據(jù)寄存器，隨后系統(tǒng)開始溫度采樣，采樣周期是17秒,TT1(出口水溫溫度傳感器)將采集到的出口水溫度信號轉(zhuǎn)換為電流信號，電流信號在通過ＡIW0進入PLＣ，作為主回路的反饋值，經(jīng)過主控制器（PID0）的PＩ運算產(chǎn)生輸出信號,作為副回路的給定值。TT2（爐膛水溫傳感器)將采集到的爐膛水溫度信號轉(zhuǎn)換為電流信號，電流信號在通過AIW2進入PLC，作為副回路的反饋值,經(jīng)過副控制器(PＩD1）的P運算產(chǎn)生輸出的信號,由AQW0輸出,輸出的4-2０mA電流信號控制可控硅的導(dǎo)通角，從而控制電熱絲的電壓，完成對溫度的控制。4．3．2PIＤ指令向?qū)Ь帉慞ID控制程序時，首先要把過程變量（PV）轉(zhuǎn)化為0.00—1．00之間的標準實數(shù)。PIＤ運算結(jié)束之后，需要把回路輸出(0.00－—1。００之間的標準化實數(shù)）轉(zhuǎn)換為可以送給模擬量輸出模塊的整數(shù)。圖4—３PＩD初始化指令如圖4-3，PV_I是模擬量輸入模塊提供的反饋值的地址，Setpoiｎt_Ｒ是以百分比為單位的實數(shù)給定值（SP)，Outpuｔ是PID控制器的INT型的輸出地址。HｉｇｈAlarｍ和LowAｌaｒm分別是超過上限和下限的報警信號輸出，ModuｌeErr是模擬量模塊的故障輸出信號。主回路PIＤ指令向?qū)?如圖４—4圖４-4主回路用０號PIＤ回路設(shè)置PID參數(shù)，如圖4－5:圖4－5設(shè)置PＩD參數(shù)給定值的范圍是０.0--100.0，比例增益Kｃ為—3．0，積分時間Ｔi=7min，因為主控制器采用PI控制,所以微分時間Td＝0。2.回路輸入量的極性與范圍,如圖４—5：圖4－５輸入輸出量的設(shè)置ＰＩD指令的參數(shù)表占用的Ｖ存儲區(qū)的起始地址如圖4-6:圖4-6地址設(shè)置4．向?qū)瓿?如圖4－7圖4－7向?qū)瓿筛被芈稰IＤ指令向?qū)В焊被芈凡捎?號PＩＤ回路,如圖４—8:圖４-8副回路PID回路設(shè)置1.新建PＩＤ配置,如圖4-９：圖4－9ＰID配置新建２．設(shè)置PID參數(shù),如圖４-1０圖4-10副回路PＩＤ設(shè)置因為副回路主要起到“粗調(diào)”、“快調(diào)"的作用，所以我們采用P調(diào)節(jié)作用，比例增益Ｋc=-4.0,Ti無窮大,Td＝0;3。副回路輸入量的極性與范圍,如圖４—１1如圖4—１1副回路輸入輸出設(shè)置4.ＰID指令的參數(shù)表占用的Ｖ存儲區(qū)的起始地址，如圖4-１2:圖4-12副回路存儲區(qū)設(shè)置5。向?qū)瓿?，如圖4—1３圖４—13副回路向?qū)瓿?.3.3控制程序及分析因為由AIW0和AＩW２輸入的是640０－—３2000的數(shù)字量，所以要轉(zhuǎn)換為實際的溫度要進行運算，運算公式為:公式（4—１）其中，T為實際溫度,D為AIＷO和ＡIＷ2輸入的數(shù)字量。PLC的內(nèi)存地址分配見表４－1地址說明ＶＤ250鍋爐出口水溫度存放地址VD260爐膛水溫存放地址VＤ270主控制器ＰID輸出存放地址VD３0０目標設(shè)定溫度存放地址VD304主控制器Kｃ存放地址VD3０8主控制器Ti存放地址ＶD3１2主控制器Tｄ存放地址VD320副調(diào)節(jié)器Kc存放地址表4—1內(nèi)存地址分配PID指令表見表４—2：地址名稱說明VＤ０主調(diào)節(jié)器過程變量(ＰVｎ)必須在0.0～1。0之間VD４主調(diào)節(jié)器給定值（SPn）必須在0．０～１.0之間VD8主調(diào)節(jié)器輸出值（Ｍｎ)必須在０．0~１。0之間ＶD12主調(diào)節(jié)器增益（Ｋc)比例常數(shù),可正可負ＶD16主調(diào)節(jié)器采樣時間（Ｔs)單位為ｓ，必須是正數(shù)VD20主調(diào)節(jié)器積分時間（Ｔi）單位為ｍiｎ,必須是正數(shù)VD２4主調(diào)節(jié)器微分時間（Td)單位為miｎ,必須是正數(shù)VD1２0副調(diào)節(jié)器過程變量（PVn）必須在0.０~1。0之間VD124副調(diào)節(jié)器給定值（SPｎ）必須在０。0～1．0之間VD128副調(diào)節(jié)器輸出值（Mn)必須在0．0～1.０之間VD132副調(diào)節(jié)器增益（Kｃ)比例常數(shù)，可正可負VD136副調(diào)節(jié)器采樣時間（Ts）單位為ｓ，必須是正數(shù)ＶD140副調(diào)節(jié)器積分時間(Ｔｉ)單位為ｍin，必須是正數(shù)VD144副調(diào)節(jié)器微分時間（Ｔd)單位為ｍin，必須是正數(shù)表4-2PIＤ指令回路表控制程序如圖4-１4—圖4-所示：主程序:圖4－14控制程序1主調(diào)節(jié)器程序：圖4-1５控制程序2圖４－1６控制程序3圖４—17控制程序4副調(diào)節(jié)器程序:圖4—18控制程序５圖4—1９控制程序6圖4-20控制程序７第五章組態(tài)畫面的設(shè)計本章詳細的講解一個組態(tài)系統(tǒng)的建立和設(shè)計.5.１組態(tài)變量的建立及設(shè)備連接5.１。1新建項目雙擊組態(tài)王的快捷方式，出現(xiàn)組態(tài)王的工程管理器窗口，雙擊新建按扭,按照彈出的建立向?qū)?填寫工程名稱。然后打開剛建立的工程。進入組態(tài)畫面的設(shè)計，如圖５-1：圖５—1新建工程１。新建畫面進入工程管理器后，在畫面右方雙擊“先建”,新建畫面，并設(shè)置畫面屬性，圖5—2所示：圖5—２畫面新建2。新建設(shè)備因為組態(tài)畫面要與西門子S7-２00PLC連接之后才能使用,所以要新建Ｓ7-2０0的連接，具體步驟如圖5-3：圖5-3步驟1圖5—4步驟2圖5－5步驟3圖５-6步驟4３．新建變量要實現(xiàn)組態(tài)王對S７-20０的在線監(jiān)控，就先必須建立兩者之間的聯(lián)系，那就需要建立兩者間的數(shù)據(jù)變量?；绢愋偷淖兞靠梢苑譃椤皟?nèi)存變量”和Ｉ/O變量兩類。內(nèi)存變量是組態(tài)王內(nèi)部的變量，不跟被監(jiān)控的設(shè)備進行交換.而I/O變量是兩者之間互相交換數(shù)據(jù)的橋梁，S7—２０0和組態(tài)王的數(shù)據(jù)交換是雙向的.如圖５-7所示：圖5—7新建變量項目中所用到的變量見圖5-8：圖5－8變量表５.2創(chuàng)建組態(tài)畫面５。２。1新建主畫面如圖5—9所示，高溫報警用來顯示當(dāng)溫度高于95°C的時候，等會變紅閃爍，加熱爐上的指示燈用來指示加熱爐的加熱狀態(tài)。圖5－９控制系統(tǒng)主畫面5。2．2新建PID參數(shù)設(shè)定窗口圖5-1０PIＤ參數(shù)設(shè)定窗口如圖５—10所示，PIＤ參數(shù)設(shè)定窗口，用來設(shè)定主控制器和副控制器的ＰID參數(shù)值，可與PID參數(shù)的整定.5．２.３新建數(shù)據(jù)報表數(shù)據(jù)報表是反應(yīng)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)、狀態(tài)等,并對數(shù)據(jù)進行記錄的一種重要形式。數(shù)據(jù)報表有實時數(shù)據(jù)報表和歷史數(shù)據(jù)報表,既能反應(yīng)系統(tǒng)實時的運行情況，也能監(jiān)測長期的系統(tǒng)運行狀況,如圖5－1１所示:圖5-1１數(shù)據(jù)報表窗口5。２。4新建實時曲線實時趨勢曲線可在工具箱中雙擊后在畫面直接獲得.實時趨勢曲線隨時間變化自動卷動,可快速反應(yīng)變量的新變化。如圖５－1２所示:圖５－12實時曲線窗口5。2．5新建歷史曲線歷史趨勢曲線可在圖庫管理器中得到。歷史趨勢曲線可以查詢查詢過去的情況。歷史趨勢曲線需要事先建立兩個內(nèi)存變量，分表是調(diào)整跨度和舉動百分比。圖5-１3歷史曲線窗口5.２.６新建報警窗口在工具箱中選用報警窗口工具，在面板中繪制報警窗口,添加文本等就可。如圖5-１4所示。由于前面已經(jīng)設(shè)置了報警變量，所以當(dāng)變量值超過所設(shè)置的溫度85度時,那就會在報警畫面中被記錄。如圖5-14所示：圖5－14歷史報警窗口其制作過程和歷史報警窗口類似,不同的是，實時報警畫面是要彈出來的,所以必須在新建畫面的時候,把大小調(diào)好，并選擇是“覆蓋式".畫面的自動彈出，在事件命令語言中,輸入showpicｔuｒe（＂實時報警窗口＂);\\本站點＼＄新報警=０;,這樣每次新報警有產(chǎn)生，就會立刻出報警畫面。如圖5—１５所示。圖5-１5實時報警窗口第六章系統(tǒng)測試組態(tài)王和PＬC編程軟件不能同時啟動，因為他們使用的是同一個端口，要想在線利用組態(tài)王監(jiān)控程序,那就先必須在關(guān)閉組態(tài)王的情況下，先把PLC程序下載到PＬC中,并且運行程序，再把編程軟件關(guān)閉，才可以啟動組態(tài)王，這樣就可以利用組態(tài)王在線監(jiān)控了。6。1啟動組態(tài)王打開組態(tài)王的項目工程管理器，點擊窗口欄中“WIEW”或者在畫面中點擊右鍵，選擇“切換到VIEW”，啟動組態(tài)王，進入主畫面。這個時候，系統(tǒng)會自動打開一個信息窗口,可以通過信息窗口來知道，組態(tài)王的運行情況以及和PＬC的連接是否成功。如果連接不成功，會出現(xiàn)通信失敗的提示語言，那就要查明原因，否則不能監(jiān)控.如果提示連接設(shè)備成功，窗口會顯示開始記錄數(shù)據(jù)，那就表示可以開始系統(tǒng)的運行了.組態(tài)監(jiān)控啟動之后,會自動顯示組態(tài)畫面,如圖6－1所示：圖6-1監(jiān)控主畫面６。2實時曲線觀察點擊組態(tài)畫面的實時曲線按鈕,可以觀察,在自PID參數(shù)的作用下，控制效果的情況。如圖圖６－3所示：圖6－2溫度實時曲線6。３分析歷史趨勢曲線點擊主畫面上的歷史趨勢曲線按鈕，可以顯示,溫度控制的曲線記錄,由此可以分析ＰＩD參數(shù)的作用效果，從而完成ＰID參數(shù)的整定。圖6-3溫度歷史曲線如圖６-3所示，控制器起到了調(diào)節(jié)作用，最后溫度穩(wěn)定在了設(shè)定溫度上，但是調(diào)節(jié)時間太長，大約10min左右，所以,我們需要增大Kc。點擊主控控制畫面的參數(shù)設(shè)定窗口,可以顯示PID參數(shù)設(shè)定界面。參數(shù)設(shè)置如圖6-4所示：圖６—4ＰID參數(shù)設(shè)置PID參數(shù)修改后的的控制曲線如圖6—５所示：圖6-5響應(yīng)曲線1如圖６—5所示，曲線的響應(yīng)時間增快了，約5min。但是曲線穩(wěn)定后總是存在穩(wěn)定誤差,所以我們應(yīng)減小主控制器的積分時間，把Ｔi設(shè)為3mｉn，控制曲線如圖6—6所示：圖6-6響應(yīng)曲線２如圖6－6所示,主控制器Kc＝4，Ti=3ｍｉn，副控制器Kc=6得到了控比較理想的控制曲線。６．４查看數(shù)據(jù)報表點擊主畫面的數(shù)據(jù)報表窗口,出現(xiàn)報表窗口,點擊報表查詢,可以查看報表記錄的數(shù)據(jù)。如圖６-7所示：圖6-7報表查詢記錄的數(shù)據(jù)如圖6-8所示:圖６—8數(shù)據(jù)記錄6.5系統(tǒng)穩(wěn)定性測試為了測試系統(tǒng)的的穩(wěn)定性，我們把溫度設(shè)定為8０°C，所得到的控制曲線如圖6－9所示：圖６—9６0-80時的控制曲線如圖所示，當(dāng)設(shè)定溫度改變時,系統(tǒng)是比較穩(wěn)定的。當(dāng)實際溫度超過85°Ｃ時,會出現(xiàn)報警畫面,如圖6－10所示:圖6－10報警畫面系統(tǒng)報警在工業(yè)生產(chǎn)中有著重要的作用.結(jié)束語本文成功的運用了西門子Ｓ7—200ＰLC和組態(tài)王設(shè)計了一個人機監(jiān)控的溫度控制系統(tǒng).系統(tǒng)采用串級PID控制,利用粗調(diào)和細調(diào),得到了一個反應(yīng)比較迅速,控制精度比較高的溫度控制系統(tǒng)。組態(tài)王操作方便,有利于我們比較直觀的觀看控制曲線和溫度的變化。其中的報表、歷史曲線和報警顯示都是在當(dāng)今工業(yè)控制中常用的。當(dāng)然，本控制系統(tǒng)還有很多不足的地方。例如,系統(tǒng)的自適應(yīng)能力不強,因為是利用散熱來降溫的,所以與外界溫度環(huán)境密接相關(guān)，在不同的溫度環(huán)境下控制精度和控制能力是不同的。參考文獻［１］邵裕森，巴筱云.過程控制及儀表．機械工業(yè)出版社,1999[2］邵裕森,戴先中.過程控制工程。機械工業(yè)出版社，2000[3］中國電子學(xué)會.20０0／2０01傳感器與執(zhí)行器大全.電子工業(yè)出版社,2001[4］柴瑞娟,陳海霞。西門子ＰLC編程技術(shù)及工程應(yīng)用．機械工業(yè)出版社,2０06[５]文鋒，陳青。自動控制理論．中國電力出版社.2００８[6]廖常初。ＰLＣ編程及應(yīng)用。機械工業(yè)出版社，２009[7］林德杰．過程控制儀表及控制系統(tǒng)。機械工業(yè)出版社，20０8[８]組態(tài)王.組態(tài)王使用說明書.北京亞控,２006致謝通過這一階段的努力，我的畢業(yè)論文《基于PLC的鍋爐溫度控制系統(tǒng)》終于完成了,這意味著大學(xué)生活即將結(jié)束。在大學(xué)階段，我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益非淺，這除了自身的努力外,與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵是分不開的。

在本論文的寫作過程中，我的導(dǎo)師李長云老師傾注了大量的心血,從選題到開題報告,從寫作提綱,到一遍又一遍地指出每稿中的具體問題,嚴格把關(guān)，循循善誘，在此我表示衷心感謝。同時我還要感謝在我學(xué)習(xí)期間給我極大關(guān)心和支持的各位老師以及關(guān)心我的同學(xué)和朋友。?寫作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過程,畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新的學(xué)習(xí)生活的開始。在今后的工作中把嚴密謹慎的優(yōu)良傳統(tǒng)發(fā)揚光大。感謝各位老師的批評指導(dǎo)。摘要近年來隨著計算機在社會領(lǐng)域的滲透,單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入,同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益的更新。本文從硬件和軟件兩方面來講述對溫度的自動控制過程,在控制過程中主要應(yīng)用AT89C5１、ADC0８０9、LＥD顯示器、LM３２4比較器,和通過DS18B20數(shù)字溫度傳感器采集環(huán)境溫度,以單片機為核心控制部件，并通過七位數(shù)碼管顯示實時溫度的一種數(shù)字溫度計。軟件方面采用匯編語言來進行程序設(shè)計，使指令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲空間。為了便于擴展和更改，軟件的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計的邏輯關(guān)系更加簡潔明了，使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運作.最后,對系統(tǒng)功能和性能進行了考核和評估,結(jié)果表明系統(tǒng)的準確度和精確度較現(xiàn)有儀器有較大提高。關(guān)鍵詞:單片機系統(tǒng)傳感器數(shù)據(jù)采集模數(shù)轉(zhuǎn)換器溫度目錄TOＣ＼o＂1－３"\h\z\u第一章緒論PAＧＥREF＿Toc4２９212224\h3１。1課題的背景及其意義PAGERＥＦ_Ｔoc4２9212225＼h31.2課題研究現(xiàn)狀ＰAGEREF_Toc4２92１2226＼h３ＨＹPERＬINＫ\l＂_Toｃ42９２１222７”１.3課題研究的內(nèi)容及要求PAGEREF＿Toc４2９21２２27＼ｈ3HYPＥRLINＫ\l”_Toc4292１2228”1.３。1課題的主要研究內(nèi)容PAＧEREF_Toc4２9２12228\h３ＨＹPERLIＮK\l"＿Toｃ42921２229＂1。3。2課題的主要研究內(nèi)容PAGERＥＦ_Toc4292１２229\h３ＨYPERLINK第二章AT8９C５1系列單片機工作原理的研究PAＧＥRＥＦ_Tｏc4２9212230\h3HYＰＥRLＩＮK\l”_Toc４2921２231”２．1ＡT89C51及8０C５1系列基本組成及特性PＡGEREF_Toc4２9２12231＼ｈ３2．2AT８9C5１及80C５1系列引腳功能ＰＡGEREF_Tｏc429212２3２＼h３ＨYＰＥＲLIＮK2。3AT89C51系列單片機的功能單元ＰAGEＲＥＦ_Toc４2921223３＼h3第三章溫度控制器的硬件設(shè)計PＡGEREF_Ｔｏc429２1223４\h3HYPERＬIＮＫ\l”＿Tｏｃ４2９２１22３５”3．1硬件設(shè)計ＰAＧＥＲEF_Toc4292１2２35\h33.2溫度采樣部分PAGEREF_Ｔoｃ4２9212２36＼ｈ3HＹＰERLINK\l"_Tｏc4２９212237＂3.3控制溫度PＡGEREＦ＿Ｔoc４2９212237＼h3HＹＰEＲＬINK\l”_Tｏc429212238”3.4模數(shù)轉(zhuǎn)換部分PAGEＲEF_Toｃ４2９21223８＼h3HYＰERLINK第四章溫度控制器的軟件設(shè)計PＡGEREF_Ｔoｃ4292１２２42＼h34．1主程序流程圖PAＧERＥF_Toc42９21２2４3\ｈ3HＹPERLINK4。５顯示流程圖PＡGＥREF_Toc４29212２４7＼ｈ３第五章結(jié)論PAGＥREＦ_Toc429212248\ｈ3致謝PAＧEREF_Toｃ42９212249\ｈ3參考文獻２921225０\ｈ３第一章緒論1．1課題的背景及其意義現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計,工程建設(shè)及日常生活中溫度控制都起著重要的作用,早期的溫度控制主要用于工廠時間生產(chǎn)中,能起到實時采集溫度數(shù)據(jù)，提高生產(chǎn)效率,產(chǎn)品質(zhì)量之用。隨著人們生活質(zhì)量的提高，現(xiàn)代社會中的溫度控制不僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面也應(yīng)用于酒店,廠房以及家庭生活中,在有些應(yīng)用中，如高精度的生產(chǎn)廠房,對溫度的要求極其嚴格，溫度的變化極有可能對生產(chǎn)的產(chǎn)品造成極大的影響.因此,這就需要一種能夠及時檢測溫度變化以及溫度變化的設(shè)備，提供溫度數(shù)據(jù)值,使人們對溫度的變化做及時的調(diào)整,多點溫度控制可根據(jù)人們不同的應(yīng)用環(huán)境自行設(shè)置該環(huán)境的溫度值,及時反映生產(chǎn)，生活中溫度變化使人們能及時看到溫度變化的第一手資料，提示人們溫度變化情況，協(xié)助人們能及時的調(diào)整，起到溫度報警作用，使溫度控制更好的服務(wù)于社會生產(chǎn)，生活。電子技術(shù)的飛速發(fā)展,給人類的生活帶來了根本的的變革，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生而出現(xiàn)了微型計算機，更是將人類社會帶入了一個新的時代。利用微機的強大功能。人們可以完成各種各樣的控制。然而，微機造價高,對于大多數(shù)的工業(yè)控制來說,也并不需要微機那樣強大的功能,于是單片機就運用而生了。單片機其實就是一個簡化的微機［1］,將微機的CＰU，存儲器,I／O接口。定時器／計數(shù)器等集成在一片芯片上就是單片機了，它主要用來完成各種控制功能［2]。相對微機來說，單片機價格低，非常適合于應(yīng)用在簡單的控制場合以降低成本。另外,單片機是按照工業(yè)控制要求設(shè)計的，其可靠性很高,可在工業(yè)現(xiàn)場復(fù)雜的環(huán)境下運行[3]。單片機依靠其高的可靠性和極高的性價比,在工業(yè)控制,數(shù)據(jù)采集，智能化儀表，家用電器等方面得到極為廣泛的應(yīng)用。溫度是表征物體冷熱程度的物理量，溫度測量則是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中一個很重要而普遍的參數(shù)。溫度的測量及控制對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進國民經(jīng)濟的發(fā)展起到非常重要的作用。由于溫度測量的普遍性,溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位。而且隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的不斷發(fā)展,溫度傳感器的種類還是在不斷增加豐富來滿足生產(chǎn)生活中的需要。在單片機溫度測量系統(tǒng)中的關(guān)鍵是測量溫度、控制溫度和保持溫度，溫度測量是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一。因此,單片機溫度測量則是對溫度進行有效的測量，并且能夠在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用,尤其在電力工程、化工生產(chǎn)、機械制造、冶金工業(yè)等重要工業(yè)領(lǐng)域中,擔(dān)負著重要的測量任務(wù)。在日常生活中，也可廣泛實用于地?zé)?、空調(diào)器、電加熱器等各種家庭室溫測量及工業(yè)設(shè)備溫度測量場合。但溫度是一個模擬量，如果采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)和元件，將模擬的溫度量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量雖不困難，但電路較復(fù)雜,成本較高。相比傳統(tǒng)溫度控制器，本次設(shè)計將有明顯的改變。不僅能實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的測量與控制,還提高了控制精度的可靠性和穩(wěn)定性.傳統(tǒng)溫度控制器的控制精度普遍不高，不能滿足對溫度要求較為苛刻的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。目前國內(nèi)溫度監(jiān)控系統(tǒng)的研究正在飛速的發(fā)展，被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域等方面,但對溫度要求比較嚴格的場合,我國的設(shè)備根本無法勝任，更提供不了具有建設(shè)性的、有價值決策的數(shù)據(jù).而國際上新型溫度監(jiān)控器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。另一方面智能溫度監(jiān)控器正朝著低功耗、智能化、高精度、安全性及研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展.本系統(tǒng)設(shè)計一個以ＡT89C51為核心的水溫控制系統(tǒng),能在一定的范圍內(nèi)采集監(jiān)控水溫，控制精度有所提升，同時具有較好的快速性，報警,七段數(shù)碼管顯示等功能并且價格低廉,具有很高的工程應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義。１.2課題研究現(xiàn)狀溫度控制技術(shù)按照控制目標的不同可分為兩類：動態(tài)溫度跟蹤與恒值溫度控制.動態(tài)溫度跟蹤實現(xiàn)的控制目標是使被控對象的溫度值按預(yù)先設(shè)定好的曲線進行變化。恒值溫度控制的目的是使被控對象的溫度恒定在某一數(shù)值上,且要求其波動幅度(即穩(wěn)態(tài)誤差）不能超過某一給定值。20世紀8０年代開始，國外在單回路PＩD控制器中引入了參數(shù)整定和自適應(yīng)控制理論,ＰＩD控制理論從此進入了高速發(fā)展階段。人工智能是應(yīng)用除了數(shù)學(xué)式子以外的方法把人們的思維過程模型化,并利用計算機來模仿人的智能的學(xué)科.智能控制就是應(yīng)用人工智能的理論與技術(shù)和運籌學(xué)的優(yōu)化方法,并將其同控制理論方法與技術(shù)相結(jié)將智能控制與PIＤ控制相結(jié)合，實現(xiàn)溫度的智能控制。智能控溫法采用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和模糊數(shù)學(xué)為理論基礎(chǔ),并適當(dāng)加以專家系統(tǒng)來實現(xiàn)智能化.其中應(yīng)用較多的有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及專家系統(tǒng)等。尤其是模糊控溫法在實際工程技術(shù)中得到了極為廣泛的應(yīng)用.智能溫控儀表,就是指基于智能控溫技術(shù)而研制的具有自適應(yīng)ＰIＤ算法的溫度控制儀表。目前國內(nèi)溫控儀表的發(fā)展，相對國外而言在性能方面還存在一定的差距，它們之間最大的差別主要還是在控制算法方面，具體表現(xiàn)為國內(nèi)溫控儀在全量程范圍內(nèi)溫度控制精度低,自適應(yīng)性較差。這種不足的原因是多方面造成的,如針對不同的溫控對象，由于控制算法的不足而導(dǎo)致控制精度不穩(wěn)定等。1。３課題研究的內(nèi)容及要求1。3.1課題的主要研究內(nèi)容本文所要研究的課題是基于單片機控制的水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計,主要是介紹了對水箱溫度的顯示、控制及報警,實現(xiàn)了溫度的實時顯示及控制。水箱水溫控制部分，提出了用DＳ18S２0、ＡT89C51單片機及LED的硬件電路完成對水溫的實時檢測及顯示,利用DS１8S２０與單片機連接由軟件與硬件電路配合來實現(xiàn)對加熱電阻絲的實時控制及超出設(shè)定的上下限溫度的報警系統(tǒng).而爐內(nèi)溫度控制部分，采用一套PＩD閉環(huán)負反饋控制系統(tǒng)，由DS18S20檢測爐內(nèi)溫度，用中值濾波的方法取一個值存入程序存取器內(nèi)部一個單元作為最后檢測信號，并在LＥD中顯示?？刂破魇怯茫福笴51單片機,用PID算法對檢測信號和設(shè)定值的差值進行調(diào)節(jié)后輸出控制信號給執(zhí)行機構(gòu)，去調(diào)節(jié)電阻爐的加熱功率，從而控制爐內(nèi)溫度。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優(yōu)點，特別適合于構(gòu)成多點的溫度測控系統(tǒng),可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微機處理，而且每片DS１8S2０都有唯一的產(chǎn)品號,可以一并存入其ＲOM中,以便在構(gòu)成大型溫度測控系統(tǒng)時在單線上掛接任意多個DS18Ｓ20芯片。從ＤS18S2０讀出或?qū)懭隓S１8Ｓ２0信息僅需要一根口線,其讀寫及其溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，該總線本身也可以向所掛接的DS18S２0供電，而且不需要額外電源。同時DS1８Ｓ20能提供九位溫度讀數(shù)，它無需任何外圍硬件即可方便地構(gòu)成溫度檢測系統(tǒng)。而且利用本次的設(shè)計主要實現(xiàn)溫度測試，溫度顯示，溫度門限設(shè)定,超過設(shè)定的門限值時自動啟動加熱裝置等功能。而且還要以單片機為主機,使溫度傳感器通過一根口線與單片機相連接,再加上溫度控制部分和人機對話部分來共同實現(xiàn)溫度的監(jiān)測與控制。1。3。2課題的主要研究內(nèi)容⑴能夠連續(xù)測量水的溫度值,用十進制數(shù)碼管來顯示水的實際溫度.⑵能夠設(shè)定水的溫度值,設(shè)定范圍是30℃~90℃.⑶能夠?qū)崿F(xiàn)水溫的自動控制，如果設(shè)定水溫為85℃，則能使水溫保持恒定在85℃的溫度下運行。⑷用單片機AT8９C5１控制，通過按鍵來控制水溫的設(shè)定值，數(shù)值采用數(shù)碼管顯示。第二章ＡT８9C５1系列單片機工作原理的研究２.1ＡＴ89C51及8０Ｃ５1系列基本組成及特性ＡT８9Ｃ５1是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEＲOM—FalshProgramｍabｌeandEraｓａbleRｅａdOｎｌyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器,俗稱單片機。而在眾多的51系列單片機中,要算ATＭＥＬ公司的ＡT８9Ｃ５1更實用，也是一種高效微控制器，因為它不但和8051指令、管腳完全兼容,而且其片內(nèi)的4K程序存儲器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲器，用戶可以用電的方式達到瞬間擦除、改寫。而這種單片機對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。ＡＴ89C51基本功能描述如下：ＡT8９C51是一種低損耗、高性能、CMOS八位微處理器，而且在其片種還有４k字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫程序存儲器,能重復(fù)寫入/擦除１0０0次，數(shù)據(jù)保存時間為十年.它與MＣS-51系列單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替MCＳ－51系列單片機，而且能使系統(tǒng)具有許多MCS—51系列產(chǎn)品沒有的功能。AＴ89Ｃ5１可構(gòu)成真正的單片機最小應(yīng)用系統(tǒng),縮小系統(tǒng)體積,增加系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)成本。只要程序長度小于4ｋ，四個I/O口全部提供給用戶?？捎茫礦電壓編程,而且寫入時間僅10毫秒,僅為8751/８7C51的擦除時間的百分之一,與8751／87C51的１2V電壓擦寫相比,不易損壞器件,沒有兩種電源的要求，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。AT8９Ｃ5１芯片提供三級程序存儲器鎖定加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。另外，AT89C51還具有MCS—５１系列單片機的所有優(yōu)點.128×８位內(nèi)部RＡM，3２位雙向輸入輸出線，兩個十六位定時器/計時器，5個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級，一個全雙工異步串行口及時鐘發(fā)生器等。AT8９C51有間歇、掉電兩種工作模式。間歇模式是由軟件來設(shè)置的，當(dāng)外圍器件仍然處于工作狀態(tài)時，CPU可根據(jù)工作情況適時地進入睡眠狀態(tài)，內(nèi)部RAM和所有特殊的寄存器值將保持不變。這種狀態(tài)可被任何一個中斷所終止或通過硬件復(fù)位。掉電模式是VCC電壓低于電源下限，當(dāng)振蕩器停止振動時，CPＵ停止執(zhí)行指令。該芯片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器值保持不變，一直到掉電模式被終止。只有ＶＣＣ電壓恢復(fù)到正常工作范圍而且在振蕩器穩(wěn)定振蕩后,通過硬件復(fù)位、掉電模式可被終止。AＴ89C５1與AT８9S５１相比,外型管腳完全相同，AT８9Ｃ5１的HEＸ程序無須任何轉(zhuǎn)換可直接在AT８9S5１運行，結(jié)果一樣.它們之間主要區(qū)別在于以下幾點：⑴引腳功能:管腳幾乎相同,變化的有,在AT８9S５1中Ｐ1．5，Ｐ1.６，P1.7具有第二功能,即這3個引腳的第二功能組成了串行ＩSP編程的接口。⑵編程功能：AT89C51僅支持并行編程，而ＡＴ89S51不但支持并行編程還支持ISP再線編程。在編程電壓方面,AT8９C51的編程電壓除正常工作的5V外，另Vｐp需要12V，而AT8９S51僅僅需要4—5V即可.⑶燒寫次數(shù)更高:AＴ89S51標稱燒寫次數(shù)是１000次，實為1000－1０00０次，這樣更有利開始學(xué)習(xí)者反復(fù)燒寫,降低學(xué)習(xí)成本.⑷工作頻率更高：AT89C51極限工作頻率是24MHZ,而AT８9S51最高工作頻率是33MHZ,(AT89S51芯