煤氣爐爐底飽和溫度 控制

1、第 1 頁摘摘 要要組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)正以標準的工業(yè)計算機軟、硬件平臺構成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。具有適應性強、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、管理層三個層次結構。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

2、功能，方便地構成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢 曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。關鍵詞關鍵詞：溫度控制，可編程控制器， 人機界面， 組態(tài)王第 2 頁目目 錄錄第一章 前 言 .31.1 項目背景、意義 .31.2 課程設計研究內(nèi)容 .4第二章 基于組態(tài)王的 HMI 設計 .52.1 人機界面（HMI）設計.52.2 監(jiān)控主界面 .72.3 實時趨勢曲線 .82.4 歷史趨勢曲線 .92.5 報警窗口 .102.6 設定畫面 .112.6.1 變量設置.112.6.2 動畫連接.142.7 工藝流程圖.17

3、結 論 .18參考文獻 .19第一章 前 言第 3 頁1.1 項目背景、意義溫度控制在電子、冶金、機械等工業(yè)領域應用非常廣泛。由于其具有工況復雜、參數(shù)多變、運行慣性大、控制滯后等特點，它對控制調(diào)節(jié)器要求極高。目前,仍有相當部分工業(yè)企業(yè)在用窯、爐等烘干生產(chǎn)線，存在著控制精度不高、爐內(nèi)溫度均勻性差等問題,達不到工藝要求，造成裝備運行成本費用高，產(chǎn)出品品質(zhì)低下，嚴重影響企業(yè)經(jīng)濟效益，急需技術改造。 近年來，國內(nèi)外對溫度控制器的研究進行了廣泛、深入的研究，特別是隨著計算機技術的發(fā)展，溫度控制器的研究取得了巨大的發(fā)展，形成了一批商品化的溫度調(diào)節(jié)器，如:職能化 PID、模糊控制、自適應控制等，其性能、控制

4、效果好,可廣泛應用于溫度控制系統(tǒng)及企業(yè)相關設備的技術改造服務。 在工業(yè)自動化領域內(nèi),PLC（可編程控制器） 以其可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、功能強大、性價比高、體積小、能耗低等顯著特點廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)的自動控制之中。目前的工業(yè)控制中,常常選用 PLC 作為現(xiàn)場的控制設備,用于數(shù)據(jù)采集與處理、邏輯判斷、輸出控制；而上位機則是利用 HMI 軟件來完成工業(yè)控制狀態(tài)、流程和參數(shù)的顯示,實現(xiàn)監(jiān)控、管理、分析和存儲等功能 。這種監(jiān)控系統(tǒng)充分利用了 PLC 和計算機各自的特點,得到了廣泛的應用。在這種方式的基礎上設計了一套溫度控制系統(tǒng)。以基于 PLC 的下位機和完成HMI 功能的上位機相結合,構建成

5、分布式控制系統(tǒng),實現(xiàn)了溫度自動控制。PLC 不僅具有傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的控制功能，而且能擴展輸入輸出模塊，特別是可以擴展一些智能控制模塊，構成不同的控制系統(tǒng)，將模擬量輸入輸出控制和現(xiàn)代控制方法融為一體，實現(xiàn)智能控制、閉環(huán)控制、多控制功能一體的綜合控制?，F(xiàn)代PLC 以集成度高、功能強、抗干擾能力強、組態(tài)靈活、工作穩(wěn)定受到普遍歡迎，在傳統(tǒng)工業(yè)的現(xiàn)代化改造中發(fā)揮越來越重要的作用,尤其適合溫度控制的要求。此外，隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高，用戶對控制系統(tǒng)的過程監(jiān)控要求第 4 頁越來越高，人機界面（HMI）的出現(xiàn)正好滿足了用戶這一需求。人機界面可以對控制系統(tǒng)進行全面監(jiān)控，包括參數(shù)監(jiān)測、信息處理、在線優(yōu)化

6、、報警提示、數(shù)據(jù)記錄等功能，從而使控制系統(tǒng)變得簡單易懂、操作人性化，深受廣大用戶的喜歡。人機界面（HMI）在自動控制領域的作用日益顯著。HMI正在成為引導工業(yè)生產(chǎn)制造走向成功的重要因素，因為這些系統(tǒng)越來越多的用于監(jiān)控生產(chǎn)過程，讓過程變得更加準確、簡潔和快速。 HMI 其實廣義的解釋就是“使用者與機器間溝通、傳達及接收信息的一個接口” 。舉個例子來說，在一座工廠里頭，我們要搜集工廠各個區(qū)域的溫度、濕度以及工廠中機器的狀態(tài)等等的信息透過一臺主控器監(jiān)視并記錄這些參數(shù)，并在一些意外狀況發(fā)生的時候能夠加以處理。這便是一個很典型的 SCADA/HMI的運用，一般而言，HMI 系統(tǒng)必須有幾項基本的能力：實時

7、的資料趨勢顯示把擷取的資料立即顯示在屏幕上。自動記錄資料自動將資料儲存至數(shù)據(jù)庫中，以便日后查看。歷史資料趨勢顯示把數(shù)據(jù)庫中的資料作可視化的呈現(xiàn)。報表的產(chǎn)生與打印能把資料轉(zhuǎn)換成報表的格式，并能夠打印出來。圖形接口控制操作者能夠透過圖形接口直接控制機臺等裝置。 警報的產(chǎn)生與記錄使用者可以定義一些警報產(chǎn)生的條件。比方說溫度過度或壓力超過臨界值，在這樣的條件下系統(tǒng)會產(chǎn)生警報，通知作業(yè)員處理1。1.2 課程設計研究內(nèi)容本文研究的是 PLC 技術在溫度監(jiān)控系統(tǒng)上的應用。從整體上分析和研究了控制系統(tǒng)的硬件配置、電路圖的設計、程序設計，控制對象數(shù)學模型的建立、控制算法的選擇和參數(shù)的整定，人機界面的設計等。本文

8、通過德國西門子公司的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)字量信號并送到第 5 頁PLC中進行PID調(diào)節(jié)，PID控制器輸出量轉(zhuǎn)化成占空比，通過固態(tài)繼電器控制爐子加熱的通斷來實現(xiàn)對爐子溫度的控制。同時利用亞控公司的組態(tài)軟件“組態(tài)王”設計一個人機界面（HMI） ，通過串行口與可編程控制器通信，對控制系統(tǒng)進行全面監(jiān)控，從而使用戶操作更方便?？傮w上包括的技術路線：硬件設計，軟件編程，參數(shù)整定等。第二章 基于組態(tài)王的 HMI 設計隨著自動化技術迅猛發(fā)展，控制系統(tǒng)功能越來越強大，控制過程也變得越來越復雜，系統(tǒng)操作最大透明化已經(jīng)成為一種需要。人機

9、界面（HMI Human Machine Interface）以其過程可視化、操作員對操作過程可方便的控制等顯著特點，很好的滿足了這種需求而得到廣泛的應用。工業(yè)HMI又稱觸摸屏監(jiān)控器，是一種智能化操作控制顯示裝置。它一般與PLC等工業(yè)控制設備，利用顯示屏顯示，通過輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標等）寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實現(xiàn)人與機器信息交互。HMI的主要功能有：數(shù)據(jù)的輸入與顯示；系統(tǒng)或設備的操作狀態(tài)方面的實時信息顯示；報警處理及打??；數(shù)據(jù)歸檔和報表系統(tǒng)。此外，新一代工業(yè)人機界面還具有簡單的編程、對輸入的數(shù)據(jù)進行處理、數(shù)據(jù)登錄及配方等智能化控制功能19。2.1 人機界面（HMI）設計 HMI

10、 監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控主畫面及相應的功能子畫面組成，HMI 畫面設計對于HMI 來說是非常關鍵的。HMI 畫面是用組態(tài)軟件來做的，常見的組態(tài)軟件有西門子公司的 Wincc、羅克韋爾公司的 RsView 及國產(chǎn)的組態(tài)王、力控等。在本溫度控制系統(tǒng)設計中，我們選擇了組態(tài)王來完成監(jiān)控畫面的設計。組態(tài)王和其他組態(tài)軟件相比最大的優(yōu)勢是它操作方便，提供了資源管理器式的操作主界面，并且提供了以漢字作為關鍵字的腳本語言支持，對于新手來說很容易上手。我們從北京亞控公司的主頁上下載了組態(tài)王 6.5.3 演示版，安裝好以后。第 6 頁雙擊桌面圖標，打開工程管理器，建立工程。如圖 5-1 所示，最下面的一行是我們新建的工程，

11、工程名稱為“組態(tài)王” 。雙擊工程管理器中的工程名，出現(xiàn)工程瀏覽器。在工程瀏覽器中，雙擊新建圖標，新建畫面（如圖 5-2 所示） 。在這里我們制作了監(jiān)控主界面、實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線、報警窗口等畫面。下面詳細介紹每個畫面的設計方法。圖 5-1 新建工程第 7 頁圖 5-2 新建畫面2.2 監(jiān)控主界面打開開發(fā)系統(tǒng)頁面后，點擊“圖庫” ，打開圖庫管理器，把開關、溫度儀表、鬧鐘直接拖進開發(fā)頁面，再利用工具箱做好“開始”和“停止”按鈕以及溫度顯示、設定畫面、報警窗口等按鈕。完整的主界面如圖 5-3 所示。運行組態(tài)王后，點擊“開始”按鈕，開關變綠色，系統(tǒng)開始運行，目前溫度值下面的方框和儀表上都顯示當前

12、溫度值，鬧鐘上顯示當前日期。點擊“設定畫面”會進入?yún)?shù)設定畫面，點擊“報警窗口”會進入報警畫面，實時趨勢曲線和歷史趨勢曲線也是一樣。點擊“停止”按鈕，系統(tǒng)運行結束，同時開關變紅色。第 8 頁圖 5-3 主界面2.3 實時趨勢曲線打開開發(fā)系統(tǒng)頁面后，點擊工具箱中的“實時趨勢曲線”把實時趨勢曲線放進開發(fā)頁面，然后雙擊曲線畫面，對曲線進行設置，如 X 軸和 Y 軸的設置及標示定義等，最后利用工具箱做好“返回主界面”按鈕，即可形成如圖 5-4 所示的實時趨勢曲線畫面。系統(tǒng)運行時，實時趨勢曲線會顯示當前溫度值的變化趨勢和設定溫度值。點擊“返回主界面”按鈕，就會回到主界面。第 9 頁圖 5-4 實時趨勢曲

13、線2.4 歷史趨勢曲線打開開發(fā)系統(tǒng)頁面后，點擊“圖庫” ，打開圖庫管理器，雙擊“歷史曲線”把它放進開發(fā)頁面，再雙擊歷史趨勢曲線畫面，對曲線進行設置，包括曲線定義，坐標系，操作面板和安全屬性等設置，最后利用工具箱做好“返回主界面”按鈕，即可形成如圖 5-5 所示的歷史趨勢曲線畫面。系統(tǒng)運行時，畫面上會記錄某段時間內(nèi)設定溫度值和當前溫度值的變化曲線。點擊“返回主界面”按鈕，就會回到主界面。第 10 頁2.5 報警窗口打開開發(fā)系統(tǒng)頁面后，點擊工具箱中的“報警窗口”把報警窗口放進開發(fā)頁面，然后雙擊畫面，對報警窗口進行設置，包括通用屬性、列屬性、操作屬性、條件屬性、顏色和字體屬性的設置。最后利用工具箱做

14、好“返回主界面”按鈕，即可形成如圖 5-6 所示的報警窗口畫面。系統(tǒng)運行時，報警窗口會根據(jù)當前溫度值做出適當?shù)膱缶?。此項目中我們設置當前溫度低于 55 度時， “報警類型”欄顯示當前溫度偏低。當前溫度超過 65 度時， “報警類型”欄顯示當前溫度偏高。圖 5-5 歷史趨勢曲線第 11 頁圖 5-6 報警窗口2.6 設定畫面設定畫面的設計和上面 4 個畫面類似，系統(tǒng)運行時該畫面會顯示增益 Kc、積分時間 Ti、微分時間 Td、采樣時間、設定溫度等參數(shù)的值，未運行時和圖6-2 基本一樣，只是沒有值顯示出來。2.6.1 變量設置 實際操作打開工程瀏覽器，點擊“數(shù)據(jù)詞典” ，再點擊“新建”建立“設定溫

15、度” 、 “當前溫度” 、 “啟動” 、 “停止” 、 “Kc” 、 “Ti” 、 “Td” 、 “采樣時間”等變量。其中變量類型和寄存器是最關鍵的，在組態(tài)王和 PLC 之間傳輸?shù)淖兞慷际?I/O 類型的，只在組態(tài)王內(nèi)部需要的是內(nèi)存型的。寄存器和數(shù)據(jù)類型要與程序中一致，否則組態(tài)王就不能起到監(jiān)控作用了。比如“設定穩(wěn)定”的寄存器第 12 頁為 v68,數(shù)據(jù)類型為 float。 “當前穩(wěn)定”的寄存器為 v60,數(shù)據(jù)類型為 float。下面我們以當前溫度設置為例來說明變量設置的步驟和方法。圖 5-7 為變量“當前溫度”基本屬性設置圖，變量類型設置為 I/O 實數(shù)，連接設備為 PLC，寄存器為 v60，

16、數(shù)據(jù)類型是 float。圖 5-7 當前溫度基本屬性設置圖 5-8 為變量“當前溫度”報警定義設置圖，我們設置了當前溫度低于 55 度時，報警當前溫度太低。當前溫度大于 65 時，報警當前溫度偏高。第 13 頁圖 5-8 當前溫度報警定義設置圖 5-9 為變量“當前溫度”記錄和安全區(qū)設置圖，我們設置“記錄”為數(shù)據(jù)變化記錄，變化靈敏度設為 1.這個主要是為歷史趨勢曲線服務的，若不設置這個，往往歷史趨勢曲線就出不來或者效果很差。第 14 頁圖 5-9 當前溫度記錄和安全區(qū)設置2.6.2 動畫連接打開主界面，雙擊“開始”按鈕，出現(xiàn)如圖 5-10 的動畫連接畫面。在按下時左邊打溝，點擊“確定” ，出現(xiàn)

17、命令語言輸入窗口，在該窗口中輸入圖 5-11 所示的命令，再點擊“確定” ，就完成了“開始”按鈕的動畫連接設置。這樣，點擊“開始”后，系統(tǒng)就開始運行，此按鈕就相當于 PLC 硬件圖中的綠色啟動開關。 “停止”按鈕的動畫連接設置類似。第 15 頁圖 5-10 動畫連接打開主界面，雙擊目前溫度值下面的框，出現(xiàn)如圖 5-10 所示的動畫連接畫面。在模擬值輸出左邊打鉤，出現(xiàn)模擬值輸出連接畫面。點擊表達式框右邊的問號，選擇變量“當前溫度” 。輸出格式中設置整數(shù)位數(shù)為 2，小數(shù)位數(shù)為1，顯示格式設置為十進制，最后點擊“確定” 。這樣，變量“當前溫度”的動畫連接設置就完成了。打開主界面，雙擊“設定畫面”按鈕

18、，出現(xiàn)如圖 5-10 的動畫連接畫面。在按下時左邊打溝，點擊“確定” ，出現(xiàn)命令語言輸入窗口，在該窗口中輸入圖 5-12 所示的命令，再點擊“確定” ，就完成了“設定畫面”按鈕的動畫連接設置。運行時，點擊主界面中的“設定畫面”就可以進入設定畫面了。其他按鈕的動畫連接方法和“開始”按鈕類似，只是輸入的命令稍有不同。到這里，整個人機界面（HMI）就完成了。第 16 頁圖 5-11 開始按鈕命令語言輸入窗口第 17 頁圖 5-12 設定畫面命令語言輸入窗口第 18 頁2.7 工藝流程圖第 19 頁結 論本文成功的運用了西門子 S7-200PLC 和組態(tài)王設計了一個人機監(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今工業(yè)控制中常用的。當然，本控制系統(tǒng)還有很多不足的地方。例如，系統(tǒng)的自適應能力不強，因為是利用散熱