基于PLC的溫度監(jiān)測(cè)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 PAGE 36目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc138572527 目 錄 PAGEREF _Toc138572527 h 1 HYPERLINK l _Toc138572528 第1章 概述 PAGEREF _Toc138572528 h 1 HYPERLINK l _Toc138572529 1 課題的背景 PAGEREF _Toc138572529 h 1 HYPERLINK l _Toc138572530 2 國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc138572530 h 1 HYPERLINK l _Toc138572531 第2

2、章 背景知識(shí) PAGEREF _Toc138572531 h 3 HYPERLINK l _Toc138572532 2.1 組態(tài)軟件簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc138572532 h 3 HYPERLINK l _Toc138572533 2.1.1 組態(tài)王（Kingview）軟件的功能 PAGEREF _Toc138572533 h 4 HYPERLINK l _Toc138572534 2.2 PLC 簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc138572534 h 5 HYPERLINK l _Toc138572535 第3章 爐溫監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)方案 PAGEREF _Toc138572535

3、h 7 HYPERLINK l _Toc138572536 3.1爐溫監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)功能要求 PAGEREF _Toc138572536 h 7 HYPERLINK l _Toc138572537 3.2.1 組態(tài)軟件 PAGEREF _Toc138572537 h 7 HYPERLINK l _Toc138572538 3.2.2 可編程控制器（PLC） PAGEREF _Toc138572538 h 7 HYPERLINK l _Toc138572539 3.2.3 爐溫模塊 PAGEREF _Toc138572539 h 11 HYPERLINK l _Toc138572540 第四章

4、爐溫監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc138572540 h 14 HYPERLINK l _Toc138572541 4.1監(jiān)測(cè)部分的實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc138572541 h 14 HYPERLINK l _Toc138572542 4.1.1 用組態(tài)王建立應(yīng)用程序項(xiàng)目的一般過(guò)程 PAGEREF _Toc138572542 h 14 HYPERLINK l _Toc138572543 4.1.2 計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc138572543 h 16 HYPERLINK l _Toc138572544 4.2控制部分的實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc13

5、8572544 h 18 HYPERLINK l _Toc138572545 4.2.1可編程控制器概述 PAGEREF _Toc138572545 h 18 HYPERLINK l _Toc138572550 4.2.2 可編程控制器各部分的作用 PAGEREF _Toc138572550 h 20 HYPERLINK l _Toc138572551 4.2.3 PLC特殊內(nèi)部繼電器列表 PAGEREF _Toc138572551 h 23 HYPERLINK l _Toc138572552 4.2.4 可編程控制器PID算法 PAGEREF _Toc138572552 h 26 HYPER

6、LINK l _Toc138572553 4.2.5 可編程控制器部分語(yǔ)句介紹 PAGEREF _Toc138572553 h 27 HYPERLINK l _Toc138572554 4.3爐溫模塊與PLC的通訊 PAGEREF _Toc138572554 h 30 HYPERLINK l _Toc138572555 4.3.1 A/D轉(zhuǎn)換電路 PAGEREF _Toc138572555 h 30 HYPERLINK l _Toc138572556 第5章 系統(tǒng)測(cè)試與展望 PAGEREF _Toc138572556 h 34 HYPERLINK l _Toc138572557 51 系統(tǒng)測(cè)試

7、 PAGEREF _Toc138572557 h 34 HYPERLINK l _Toc138572558 52 對(duì)系統(tǒng)的評(píng)價(jià) PAGEREF _Toc138572558 h 34 HYPERLINK l _Toc138572559 結(jié) 論 PAGEREF _Toc138572559 h 36 HYPERLINK l _Toc138572560 致 謝 PAGEREF _Toc138572560 h 37 HYPERLINK l _Toc138572561 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc138572561 h 38第1章 概述1 課題的背景 計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)是指具有數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)、控制功

8、能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，加上監(jiān)測(cè)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與被監(jiān)測(cè)控制的對(duì)象（生產(chǎn)過(guò)程）共同構(gòu)成的系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)直接參與被控對(duì)象的檢測(cè)（monitor）、監(jiān)督（supervise）、控制（control）。計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、化工、環(huán)保、國(guó)防、航天技術(shù)、工業(yè)水處理、工礦企業(yè)、商業(yè)、金融機(jī)構(gòu)、政府機(jī)關(guān)及教育、衛(wèi)生、住宅小區(qū)等重大領(lǐng)域，幾乎所有行業(yè)都不同程度在采用各種監(jiān)測(cè)、監(jiān)控設(shè)備，有的監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)技術(shù)已相當(dāng)先進(jìn)，設(shè)備十分完善。有人說(shuō)：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)已滲透到每個(gè)國(guó)家的政治、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的一切領(lǐng)域，甚至管理國(guó)家的事務(wù)，監(jiān)測(cè)全球范圍內(nèi)某些參數(shù)或現(xiàn)象。當(dāng)然，溫度作為一個(gè)在國(guó)民生產(chǎn)過(guò)程的重要參數(shù)，就不可

9、避免的需要對(duì)其進(jìn)行控制。對(duì)溫度值精度的控制直接影響到所生產(chǎn)的產(chǎn)品的質(zhì)量。所以，對(duì)溫度的控制是個(gè)不可忽視的問(wèn)題。本課題研究的目的就是要應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制。本課題研究的基本思想是，采用可編程控制器PLC、工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件技術(shù)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室條件，設(shè)計(jì)出一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)，以期達(dá)到對(duì)溫度模塊的溫度值的監(jiān)測(cè)與控制的目的。2 國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀PLC，CAD/CAM和機(jī)器人被稱為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱。20世紀(jì)80年代美國(guó)的工業(yè)市場(chǎng)調(diào)查報(bào)告中指出，在常規(guī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，批量過(guò)程控制有91%采用PLC，計(jì)算機(jī)控制中有79%采用PLC，單元控制器中有92%采用PLC，在高技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，機(jī)器人

10、中有29%用PLC，人工智能系統(tǒng)有21%用PLC，可編程運(yùn)動(dòng)控制中有45%用PLC，自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)檢索系統(tǒng)有21%用PLC，視覺(jué)檢驗(yàn)系統(tǒng)有30%采用PLC。另有一份關(guān)于美國(guó)1989年分散控制系統(tǒng)（DCS）的調(diào)研報(bào)告指出，以PLC為基礎(chǔ)的DCS占整個(gè)DCS銷售額的20.9%，僅次于典型意義的DCS系統(tǒng)（占57.3%），而以較多的百分點(diǎn)領(lǐng)先于以PC（個(gè)人計(jì)算機(jī)）為基礎(chǔ)的DCS系統(tǒng)（占7.4%）。由上述數(shù)字可以看出：PLC作為通用型工業(yè)控制裝置，從20世紀(jì)80年代中期開始就已跨越其替代繼電控制設(shè)計(jì)思想的初衷，向更廣泛意義的工業(yè)自動(dòng)化方向、向過(guò)程控制領(lǐng)域，以及許多高新技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展。我國(guó)在PLC的應(yīng)用方面

11、已經(jīng)取得了一些可喜的成績(jī)，如上海寶鋼一、二期工程中就PLC使用達(dá)857臺(tái)，武鋼和首鋼等大型鋼鐵企業(yè)也都使用了許多臺(tái)PLC。此外，PLC在舊設(shè)備的技術(shù)改造方面也應(yīng)用廣泛，單是經(jīng)濟(jì)效益就已十分可觀。在產(chǎn)品的引進(jìn)消化方面，隨著我國(guó)改革開放政策的實(shí)施，從1982年開始，先后有天津、廈門、無(wú)錫、大連、上海、北京等地的儀表廠、無(wú)線電廠和研究所等單位和美國(guó)、德國(guó)、日本等PLC的制造廠商進(jìn)行了合資或引進(jìn)技術(shù)、生產(chǎn)線等，在仿制和國(guó)產(chǎn)化方面已經(jīng)做了大量的工作，并努力開發(fā)符合中國(guó)國(guó)情的新產(chǎn)品，滿足國(guó)內(nèi)對(duì)PLC的需求。應(yīng)該清楚地意識(shí)到，與國(guó)外PLC技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家相比，我國(guó)PLC的研制水平還較低，特別是要在提高器件的生

12、產(chǎn)質(zhì)量上下大功夫。因此，借鑒國(guó)際先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)我國(guó)盡快研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、多品種、高檔次的PLC是提高我國(guó)的工業(yè)控制水平的迫切任務(wù)。 第2章 背景知識(shí)2.1 組態(tài)軟件簡(jiǎn)介組態(tài)軟件是利用系統(tǒng)軟件提供的工具，用戶通過(guò)簡(jiǎn)單的形象組織組合工作，即可實(shí)現(xiàn)所需的軟件功能。組態(tài)（Configuration）為模塊化任意組合。通用組態(tài)軟件特點(diǎn)：延續(xù)性和可擴(kuò)充性。用通用組態(tài)軟件開發(fā)的應(yīng)用程序，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)（包括硬件設(shè)備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）或用戶需求發(fā)生改變時(shí)，不需要做很多修改而方便地完成軟件的更新和升級(jí)；封裝性（易學(xué)易用），通過(guò)組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來(lái)，對(duì)于用戶，不需要掌握太多的編程語(yǔ)言技術(shù)

13、（甚至不需要編程技術(shù)），就能很好地完成一個(gè)復(fù)雜工程所要求的所有功能；通用性，每個(gè)用戶根據(jù)工程實(shí)際情況，利用通用組態(tài)軟件提供的底層設(shè)備（PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的I/O Driver、開放式的數(shù)據(jù)庫(kù)和畫面制作工具，就能完成一個(gè)具有動(dòng)畫效果、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線共存。具有多媒體功能和網(wǎng)絡(luò)功能的工程，不受行業(yè)限制。 “組態(tài)王6.5”計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件，它是在PC機(jī)上流行的建立工業(yè)控制對(duì)象人機(jī)接口的一種智能軟件包，它以Windows98/Windows2000/WindowsNT4.0中文操作系統(tǒng)作為其操作平臺(tái)，充分利用了Windows圖形功能完備，界面一致性好，易學(xué)易用的特點(diǎn)

14、，與其它工業(yè)自動(dòng)化軟件相比，在許多方面更加適合中國(guó)用戶的特點(diǎn)和需求。它采用PC機(jī)開發(fā)的系統(tǒng)工程比以往使用專用機(jī)開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更有通用性，大大減少了工控軟件開發(fā)者的重復(fù)性工作，并可運(yùn)用PC機(jī)豐富的軟件資源進(jìn)行二次開發(fā)。組態(tài)王6.5完全基于網(wǎng)絡(luò)的概念，支持真正客戶-服務(wù)模式和Internet/Intranet瀏覽器技術(shù)，并且是一種可伸縮的柔性結(jié)構(gòu)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大小，可以將不同站點(diǎn)設(shè)計(jì)成I/O服務(wù)器、報(bào)警服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、登陸服務(wù)器、校時(shí)服務(wù)器、客戶機(jī)等，在系統(tǒng)擴(kuò)展和變化時(shí)，有著極大的靈活性。組態(tài)王6.5設(shè)計(jì)成全冗余結(jié)構(gòu)。在五個(gè)層面上提供了冗余：IO通訊冗余、雙設(shè)備冗余、雙網(wǎng)冗余、雙機(jī)冗余、雙

15、系統(tǒng)冗余。組態(tài)王6.5為一個(gè)完全意義上的軟件平臺(tái)，允許用戶進(jìn)行功能擴(kuò)展和發(fā)揮，它是一個(gè)ActiveX容器，無(wú)須編程即可將第三方控件直接連入組態(tài)王中；組態(tài)王6.5不僅是OPC客戶，還是OPC客戶，還是OPC服務(wù)器，可向任意支持OPC客戶的軟件提供數(shù)據(jù)；組態(tài)王6.5中的報(bào)警信息可直接輸出到帶ODBC接口的數(shù)據(jù)庫(kù)中，如Acess、SQL Sever等。組態(tài)王6.5設(shè)計(jì)了報(bào)表系統(tǒng)和圖庫(kù)系統(tǒng)。可與Excel相媲美的內(nèi)嵌式報(bào)表，功能強(qiáng)大，使用方便；所有圖庫(kù)全部更新。具有動(dòng)態(tài)改變圖形外觀的動(dòng)畫精靈；圖形系統(tǒng)增加了無(wú)限色彩和過(guò)渡色；通訊系統(tǒng)中 增加在線連接；故障診斷、過(guò)程撥號(hào)以及許多使用的輔助工具。組態(tài)王6.

16、5已達(dá)到或超過(guò)國(guó)外高檔進(jìn)口軟件幾乎所有的功能，而且在許多方面更加適合中國(guó)用戶的特點(diǎn)和需求?！敖M態(tài)王6.5”軟件包由工程瀏覽器（TouchExplorer）、工程管理器（ProjManager）和畫面運(yùn)行系統(tǒng)（TouchView）三部分組成。在工程瀏覽器中可以查看工程的各個(gè)組成部分，也可以完成數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)造、定義外部設(shè)備等工作；工程管理起內(nèi)嵌畫面管理系統(tǒng)，用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理，畫面的開發(fā)和運(yùn)行由工程瀏覽器調(diào)用畫面制作系統(tǒng)(TOUCHMAK)和工程運(yùn)行系統(tǒng)(TOUCHVIEW)來(lái)完成的。(TOUCHMAK)是應(yīng)用工程的開發(fā)環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境中完成畫面設(shè)計(jì)、動(dòng)畫連接等工作。(TOUCHMAK

17、)具有先進(jìn)完善的圖形生成功能；數(shù)據(jù)庫(kù)提供多種數(shù)據(jù)類型，能合理的提取控制對(duì)象的特性；對(duì)變量報(bào)警、趨勢(shì)曲線、過(guò)程記錄、安全防范等重要功能都有簡(jiǎn)潔的操作方法。PROJMANAGER是應(yīng)用程序的管理系統(tǒng)。PROJMANAGER具有很強(qiáng)的管理功能，可用于新工程的創(chuàng)建及刪除，并能對(duì)已有工程進(jìn)行搜索、備份及有效恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入和導(dǎo)出。TOUCHVIEW是“組態(tài)王6.5”軟件的實(shí)施運(yùn)行環(huán)境，在應(yīng)用工程的開發(fā)環(huán)境中建立的圖形畫面只有在TOUCHVIEW中才能運(yùn)行。TOUCHVIEW從控制設(shè)備中采集數(shù)據(jù)，并存在于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。它還負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)的變化以動(dòng)畫的形式形象表示出來(lái)，同時(shí)可以完成變量報(bào)警、操作記錄、趨

18、勢(shì)曲線等監(jiān)視功能，并按實(shí)際需求記錄在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中。2.1.1 組態(tài)王（Kingview）軟件的功能（1）基本人機(jī)界面功能 組態(tài)王作為一種應(yīng)用軟件，有很好的人機(jī)界面，為客戶提供了豐富的快速應(yīng)用設(shè)計(jì)的工具，便利的集成開發(fā)環(huán)境。（2）強(qiáng)大通訊功能 “組態(tài)王”把每一臺(tái)與之通訊的設(shè)備看作是外部設(shè)備，目前能連接PLC、智能儀表、板卡、模塊、變頻器等幾百種外部設(shè)備，為實(shí)現(xiàn)和外部設(shè)備的通訊，組態(tài)王內(nèi)置了大量設(shè)備的驅(qū)動(dòng)作為組態(tài)王與外部設(shè)備的通訊接口。見圖2-1。在運(yùn)行期間，組態(tài)王就可通過(guò)驅(qū)動(dòng)接口和外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)，包括采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)指令。 圖2-1 計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備通訊組態(tài)王的大部分驅(qū)動(dòng)程序采用組件（COM

19、 ）技術(shù),這種方式驅(qū)動(dòng)和組態(tài)王構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，即保證了運(yùn)行系統(tǒng)的高效率，也使系統(tǒng)有很強(qiáng)的擴(kuò)展性。組態(tài)王與I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換采用五種方式：串行通訊方式、DDE方式、板卡方式、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)方式、人機(jī)接口卡方式。由于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使用的是串行通訊方式，所以支隊(duì)串行通訊方式作介紹。串行通訊方式是組態(tài)王與I/O設(shè)備之間最常用的一種數(shù)據(jù)交換方式。串行方式使用“組態(tài)王計(jì)算機(jī)”的串口，I/O設(shè)備通過(guò)RS-232串行通訊電纜連接到“組態(tài)王計(jì)算機(jī)”的串口。如果計(jì)算機(jī)擁有多個(gè)串口，就可以同時(shí)與多個(gè)I/O設(shè)備進(jìn)行連接。組態(tài)王最多可與32個(gè)串口設(shè)備相連。 2.2 PLC 簡(jiǎn)介可編程控制器（PLC）一種在繼電器基礎(chǔ)上

20、發(fā)展起來(lái)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)；它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令；并通過(guò)數(shù)字式或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?？删幊炭刂破鞯闹饕攸c(diǎn)是：可靠性高、編程方便、易于使用、控制能力強(qiáng)、擴(kuò)展及外部連接極為方便。目前，PLC的使用已經(jīng)成為了現(xiàn)代化設(shè)備的象征，成為工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)控制設(shè)備之一，在未來(lái)的工業(yè)生產(chǎn)中，PLC技術(shù)、機(jī)器人和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造技術(shù)（CAD/CAM）技術(shù)將成為

21、實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱?？删幊炭刂破鲗?shí)質(zhì)是一種工業(yè)控制專用計(jì)算機(jī)，其組成與一般計(jì)算機(jī)基本相同。PLC主要有中央處理器，存儲(chǔ)器，輸入單元，輸出單元，電源等部分組成。對(duì)于整體式結(jié)構(gòu)PLC，所有部件都封裝在同一機(jī)箱內(nèi)；對(duì)于組合式結(jié)構(gòu)PLC，各功能部件獨(dú)立封裝，通過(guò)總線相互連接，安裝在機(jī)架的插槽內(nèi)。被 控對(duì)象采樣設(shè)備檢測(cè)裝置執(zhí)行裝置編程器計(jì)算機(jī)可編程終端或外圍設(shè)備開關(guān)量輸入模塊開關(guān)量輸出模塊模擬量輸入模塊其他模塊如（溫控模塊）模擬量輸出模塊系統(tǒng)總線主控模塊（CPU、存儲(chǔ)器、用戶存儲(chǔ)器、通信接口等）電源模塊圖2-2 可編程控制器硬件框圖第3章 爐溫監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)方案3.1爐溫監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)功能要求目前

22、，我們學(xué)院自動(dòng)控制系專業(yè)實(shí)驗(yàn)室所使用的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱是使用單片機(jī)和生產(chǎn)廠商自行設(shè)計(jì)開發(fā)的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)功能的。由生產(chǎn)商場(chǎng)自行設(shè)計(jì)開發(fā)的系統(tǒng)是運(yùn)行在DOS環(huán)境下的。對(duì)于廣大接觸計(jì)算機(jī)都是從Windows視窗界面開始的人來(lái)說(shuō)，他們已經(jīng)習(xí)慣于“一鼠走天下”，而DOS環(huán)境下，都是鍵盤操作 ，勢(shì)必會(huì)帶來(lái)諸多的不便之處。所使用的軟件是用VB語(yǔ)言編寫的，畫面上不太美觀，且不便于直觀的觀測(cè)。且,目前流行監(jiān)測(cè)軟件是組態(tài)軟件.組態(tài)軟件之所以流行,就是因?yàn)樗朔艘陨纤e出的這些不便之處。可編程控制器（PLC）具有編程軟件采自易學(xué)易懂的梯形圖語(yǔ)言、控制靈活方便、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。綜上所述，采用

23、使用組態(tài)軟件監(jiān)測(cè)、PLC控制的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度模塊的監(jiān)測(cè)與控制。能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫度模塊的即時(shí)溫度進(jìn)行顯示和對(duì)其進(jìn)行一定精度的控制。在組態(tài)畫面上，能夠隨時(shí)監(jiān)測(cè)溫度的變化并采用曲線顯示。使其能夠直觀的表示出來(lái)，方便于使用者的觀測(cè)。3.2系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境分析3.2.1 組態(tài)軟件目前的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，制作上位機(jī)的監(jiān)控程序方法有很多種，如VB、VC等可視化編程工具制作控制界面，調(diào)用MSCOMM控件或利用WindowsAPI函數(shù)進(jìn)行上下位機(jī)串口通訊：或直接利用工業(yè)組態(tài)軟件來(lái)制作上位機(jī)程序。雖然本系統(tǒng)涉及的變量不是很多，但因?yàn)楣I(yè)組態(tài)軟件有很多其他方法所不具備的優(yōu)點(diǎn)，所以，選用工業(yè)組態(tài)軟件來(lái)開發(fā)。當(dāng)今流行的組態(tài)軟

24、件很多，如INTOUCH、FIX組態(tài)王、虎翼、開物2000等，其中組態(tài)王6.5性價(jià)比高，網(wǎng)絡(luò)通訊功能比較完善，能滿足本系統(tǒng)要求，故采用之。3.2.2 可編程控制器（PLC）可編程控制器（PLC）一種在繼電器基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)；它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令；并通過(guò)數(shù)字式或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 可編程控制器特點(diǎn)如下：可靠性高；編程方便、易于使用；控制能力強(qiáng)；

25、擴(kuò)展及與外部連接極為方便。一體化的可編程控制器在硬件結(jié)構(gòu)上通常分為三大部分：CPU板、I/O板和電源，此外還有系統(tǒng)軟件和外圍接口。 可編程控制器的軟件分兩大部分：系統(tǒng)軟件與用戶程序。系統(tǒng)軟件由PLC制造商固化在機(jī)內(nèi)。用以控制可編程控制器本身的運(yùn)作。用戶程序由可編程控制器的使用者編制并輸入，用于控制外部被控對(duì)象的運(yùn)行。 目前應(yīng)用中常見的可編程控制器有歐姆龍OMRON系列、西門子S7-400系列、三菱FX2系列、松下FP2系列、松下FP3系列、松下FPE系列、松下FPX系列、東芝EX系列等。本系統(tǒng)采用松下公司的FPX系列，其硬件可靠、穩(wěn)定性好、性價(jià)比高。 (1)通用串行通信時(shí)通信環(huán)境的設(shè)定 編程口

26、初始設(shè)定為計(jì)算機(jī)鏈接模式。通信時(shí)，對(duì)于編程口的速率或者傳送格式的設(shè)定要通過(guò)編程工具FPWIN GR來(lái)進(jìn)行。選擇菜單欄的選項(xiàng)（O）PLC系統(tǒng)寄存器設(shè)置，單擊編程口設(shè)置。 圖3-1(2)計(jì)算機(jī)鏈接時(shí)的通信環(huán)境設(shè)定 對(duì)于USB端口的通信設(shè)置要通過(guò)編程工具FPWIN GR來(lái)進(jìn)行。選擇菜單欄的選項(xiàng)（O）P系統(tǒng)寄存器設(shè)置，單擊COM2口設(shè)置。 PLC系統(tǒng)寄存器設(shè)置對(duì)話框 圖3-2使用FPX的COM1口與組態(tài)王通訊時(shí)，還可采用PPI協(xié)議，通過(guò)編程軟件搜索通訊參數(shù)為：9600,8,1，偶校驗(yàn)。組態(tài)王中通訊參數(shù)設(shè)置與其一致。在組態(tài)王中定義設(shè)備時(shí)選擇：松下FP3,設(shè)備地址與PLC中一致。一般來(lái)講，當(dāng)PLC與計(jì)算機(jī)

27、串口RS232相連接后，組態(tài)王會(huì)自動(dòng)進(jìn)行連接。所以，也可以不對(duì)組態(tài)王設(shè)備COM1進(jìn)行設(shè)置。串行通訊方式任何具有串行通訊接口的I/O設(shè)備都可以采用此方式。大多數(shù)的可編程控制器(PLC)、智能模塊、智能儀表采用此方式。串行口是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的重要介質(zhì)，其具有連接簡(jiǎn)單、使用方便、數(shù)據(jù)傳輸可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。在進(jìn)行串行通訊設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證通信的正常工作，因此很有必要對(duì)RS-232協(xié)議進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。RS-232協(xié)議并未定義連接器的物理特性，目前常用的連接器主要有DB-25和DB-9。圖3-3最簡(jiǎn)單的情況下，組態(tài)王計(jì)算機(jī)與一個(gè)I/O設(shè)備相連

28、，I/O設(shè)備使用標(biāo)準(zhǔn)的RS-232電纜與計(jì)算機(jī)主機(jī)后面的串口連接。圖3-4 串行通訊方式是組態(tài)王與I/O設(shè)備之間最常用的一種數(shù)據(jù)交換方式。串行通訊方式使用“組態(tài)王計(jì)算機(jī)”的串口，I/O設(shè)備通過(guò)RS232串行通訊電纜連接到“組態(tài)王計(jì)算機(jī)”的串口，組態(tài)王最多可與32個(gè)串口設(shè)備相連。圖3-5 串行通訊方式串口類邏輯設(shè)備實(shí)際上是組態(tài)王內(nèi)嵌的串口驅(qū)動(dòng)程序的邏輯名稱，內(nèi)嵌的串口驅(qū)動(dòng)程序不是一個(gè)獨(dú)立的Windows應(yīng)用程序，而是以DLL形式供組態(tài)王調(diào)用，這種內(nèi)嵌的串口驅(qū)動(dòng)程序?qū)?yīng)著實(shí)際與計(jì)算機(jī)串口相連的I/O設(shè)備，因此，一個(gè)串口邏輯設(shè)備也就代表了一個(gè)實(shí)際與計(jì)算機(jī)串口相連的I/O設(shè)備。組態(tài)王與串口類邏輯設(shè)備之

29、間的關(guān)系如圖3-8所示圖3-63.2.3 爐溫模塊實(shí)驗(yàn)室使用的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱所帶的爐溫模塊，其溫度檢測(cè)檢測(cè)元件采用熱敏電阻電阻Rt，其阻值變化由雙臂電橋變換成電壓信號(hào)，經(jīng)放大電路為05V信號(hào)，送A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0809）轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)。系統(tǒng)采用雙向可控硅應(yīng)用過(guò)零觸發(fā)方式，在每個(gè)周期（與采用周期相等），控制輸入電阻絲的正弦波個(gè)數(shù)，即通過(guò)控制輸入電阻絲平均功率的大小來(lái)達(dá)到控制溫度的目的。其電路原理圖如下圖。圖3-7 爐溫模塊電路原理圖溫控爐的爐溫信號(hào)采集主要靠熱敏電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的。熱敏電阻是用金屬氧化物或半導(dǎo)體材料作為電阻體的溫敏元件。熱敏電阻由正溫度系數(shù)（PTC）、負(fù)溫度系數(shù)（NTC）和臨

30、界溫度（CTR）熱敏電阻三種。它們的溫度特性曲線如下圖所示：圖3-8 各種熱敏電阻特性溫度檢測(cè)用的熱敏電阻主要是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，PTC和CTR熱敏電阻則利用在特定溫度下電阻值急劇變化的特性構(gòu)成溫度開關(guān)器件。1、 測(cè)溫原理負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值與溫度的關(guān)系近似表示為： 公式 3-1式中R(T)、R()為熱敏電阻在溫度為T、時(shí)的電阻值；B為取決于半導(dǎo)體材料和結(jié)構(gòu)的常數(shù)。熱敏電阻值變化由雙臂電壓變換成電流信號(hào)，經(jīng)放大電路05V為信號(hào)，送A/D轉(zhuǎn)換器(ADC0809)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。系統(tǒng)采用雙向可控硅應(yīng)用過(guò)零觸發(fā)方式，在每個(gè)控制周期（與采樣周期相等），控制輸入電阻絲的正弦波個(gè)數(shù)，即通過(guò)控制輸入電

31、阻絲平均功率的大小來(lái)達(dá)到控制溫度的目的。第四章 爐溫監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)4.1監(jiān)測(cè)部分的實(shí)現(xiàn) （1）工程管理器主要用于組態(tài)王工程的管理，如新建工程、搜索工程、工程的備份、工程的恢復(fù)、變量的導(dǎo)入導(dǎo)出、定義工程的屬性等。、 （2）工程瀏覽器是“組態(tài)王”軟件的核心部分和管理開發(fā)系統(tǒng)，它將畫面制作系統(tǒng)中已設(shè)計(jì)的圖形畫面、命令語(yǔ)言、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序管理、配方管理、數(shù)據(jù)報(bào)告等工程資源進(jìn)行集中管理，并在一個(gè)窗口中進(jìn)行樹形結(jié)構(gòu)排列，這種功能與Windows98操作系統(tǒng)中的資源管理器的功能相似。 （3）組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)是應(yīng)用程序的集成開發(fā)環(huán)境。工程人員在這個(gè)環(huán)境中完成界面的設(shè)計(jì)、動(dòng)畫連接的定義等。畫面開發(fā)系統(tǒng)具有先

32、進(jìn)完善的圖形生成功能；數(shù)據(jù)庫(kù)中有多種數(shù)據(jù)類型，能合理的抽象控制對(duì)象的特性，對(duì)數(shù)據(jù)的報(bào)警、趨勢(shì)曲線、過(guò)程記錄、安全防范等重要功能有簡(jiǎn)單的操作方法。利用組態(tài)王豐富的圖庫(kù)，用戶可以大大減少設(shè)計(jì)界面的時(shí)間，從整體上提高工控軟件的性能。 （4）畫面運(yùn)行系統(tǒng)TOUCHVIEW是組態(tài)王軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境，用于顯示畫面開發(fā)系統(tǒng)中建立的動(dòng)畫圖形畫面，并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)與I/O服務(wù)程序（數(shù)據(jù)采集組件）的數(shù)據(jù)交換。它通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理從一組工業(yè)控制對(duì)象采集到的各種數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)的變化用動(dòng)畫的形式形象的表示出來(lái)，同時(shí)完成報(bào)警、歷史記錄、趨勢(shì)曲線等監(jiān)視功能，并可生成歷史數(shù)據(jù)文件。 （5）“組態(tài)王信息窗口”是一個(gè)獨(dú)立的Wind

33、ows應(yīng)用程序，用來(lái)記錄、顯示組態(tài)王開發(fā)和運(yùn)行系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)信息。信息窗口中顯示的信息可以作為一個(gè)文件存于指定的目錄中或是用打印機(jī)打印出來(lái)，供用戶查閱。當(dāng)工程瀏覽器、TouchView、I/O設(shè)備等啟動(dòng)時(shí)，一般會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)信息窗口。4.1.1 用組態(tài)王建立應(yīng)用程序項(xiàng)目的一般過(guò)程（1）制作圖形畫面用戶可以為每個(gè)應(yīng)用程序建立數(shù)目不限的畫面，在每個(gè)畫面上生成相互關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)圖形對(duì)象。組態(tài)王提供類型豐富的繪圖工具，還提供按鈕、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線、歷史趨勢(shì)曲線、報(bào)警窗口等復(fù)雜的圖形對(duì)象。組態(tài)王采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，使用戶可以方便地建立畫面的圖形界面。用戶構(gòu)圖時(shí)可以象搭積木那樣利用系統(tǒng)提供的圖形對(duì)象完成

34、畫面的生成。（2）構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù) 數(shù)據(jù)庫(kù)的作用 數(shù)據(jù)庫(kù)是“組態(tài)王”最核心的部分。在TOUCHVIEW運(yùn)行時(shí)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況要以動(dòng)畫的形式反映在屏幕上，操作者在計(jì)算機(jī)前發(fā)布的指令也要迅速的送達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，所有這一切都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為中介環(huán)節(jié)，所以說(shuō)數(shù)據(jù)庫(kù)是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。數(shù)據(jù)庫(kù)中變量的集合形象成為“數(shù)據(jù)詞典”，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息。在組態(tài)王軟件中數(shù)據(jù)庫(kù)分為：有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)詞典中變量的類型數(shù)據(jù)庫(kù)中存放的是在制作時(shí)定義的變量以及系統(tǒng)與定義的變量。變量可以分為基本類型和特殊類型兩大類?；绢愋偷淖兞坑址譃椤皟?nèi)存變量”和“I/O變量”兩類。“I/O變量”

35、指的是需要“組態(tài)王”和其它應(yīng)用程序（包括I/O服務(wù)程序）交換數(shù)據(jù)的變量。這種數(shù)據(jù)交換是雙向的、動(dòng)態(tài)的，就是說(shuō)：在“組態(tài)王”系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，每當(dāng)I/O變量的值改變時(shí)，該值就會(huì)自動(dòng)寫入遠(yuǎn)程程序；每當(dāng)遠(yuǎn)程應(yīng)用程序中的值改變時(shí)，“組態(tài)王”系統(tǒng)中的變量值也會(huì)自動(dòng)更新。所以，那些從下位機(jī)采集來(lái)的數(shù)據(jù)、發(fā)送給下位機(jī)采集來(lái)的數(shù)據(jù)、發(fā)送給下位機(jī)的指令，比如“溫度”需要設(shè)置成“I/O變量”。那些不需要和其他應(yīng)用程序交換、只在“組態(tài)王”內(nèi)需要的變量，比如計(jì)算過(guò)程的中間變量，就可以設(shè)置成“內(nèi)存變量”。基本類型的變量也可以按照數(shù)據(jù)類型分為離散型、模擬型、長(zhǎng)整數(shù)型和字符串型。內(nèi)存離散變量、I/O離散變量：類似一般程序設(shè)計(jì)

36、語(yǔ)言中的布爾（BOOL）變量，只有0、1兩種取值，用于表示一些開關(guān)量。內(nèi)存型變量、I/O實(shí)型變量：類似一般程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中的浮點(diǎn)型變量，用于表示浮點(diǎn)數(shù)據(jù)，取值范圍10E-3810E+38，有效值7位。 內(nèi)存整數(shù)變量、I/O整數(shù)變量：類似一般程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中的有符號(hào)長(zhǎng)整形變量，用于表示帶符號(hào)整型數(shù)據(jù)，取值范圍-21474836482147483647。內(nèi)存字符串型變量、I/O字符串型變量：類似一般程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中的字符串變量，可用于記錄一些有特定含義的字符串，如名稱，密碼等，該類型變量可以進(jìn)行比較運(yùn)算和賦值運(yùn)算。特殊變量類型有報(bào)警窗口變量、報(bào)警組變量、歷史趨勢(shì)曲線變量、時(shí)間變量四種。這幾種特殊類型的變

37、量正式體現(xiàn)了“組態(tài)王”系統(tǒng)面向工控軟件、自動(dòng)生成人機(jī)接口的特色。在本系統(tǒng)中，定義了內(nèi)存整形變量“溫度遞增”用于追蹤顯示溫度。定義了I/O整數(shù)“Kp”，其具體設(shè)置：連接新I/O設(shè)備，寄存器D110，數(shù)據(jù)類型SHORT。定義了I/O整數(shù)“Ti”，其具體設(shè)置：連接新I/O設(shè)備，寄存器D112，數(shù)據(jù)類型SHORT。定義了I/O整數(shù)“Td”，其具體設(shè)置：連接新I/O設(shè)備，寄存器D114，數(shù)據(jù)類型SHORT。（3）定義動(dòng)畫連接 動(dòng)畫連接時(shí)在畫面的圖形對(duì)象與數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)變量之間建立一種關(guān)系，當(dāng)變量的值改變時(shí)，在畫面上以圖形對(duì)象的動(dòng)畫效果表示出來(lái)；或者由軟件使用者通過(guò)圖形對(duì)象改變數(shù)據(jù)變量的值。 組態(tài)王提供了2

38、1種動(dòng)畫連接方式。一個(gè)圖形對(duì)象可以同時(shí)定義多個(gè)連接，組合成復(fù)雜的效果，以便滿足實(shí)際中任意的動(dòng)畫顯示需要。 （4）運(yùn)行和調(diào)試 在組態(tài)王軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境TOUCHVIEW中，運(yùn)行和調(diào)試畫面在換面制作系統(tǒng)中建立的動(dòng)畫圖形畫面。4.1.2 計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介（1）主界面 圖4-1（2）部分介紹圖4-2這個(gè)畫面是用來(lái)直觀的表示設(shè)定值與實(shí)際值的比較。 （a） (b)圖4-3這兩個(gè)畫面是用來(lái)對(duì)溫度設(shè)定的。系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)后，可以點(diǎn)擊“設(shè)定值”設(shè)定一個(gè)初值。在“實(shí)測(cè)值”上會(huì)顯示一個(gè)當(dāng)前的溫度值。圖4-5這是一個(gè)實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線，用來(lái)實(shí)時(shí)顯示溫度的變化值。 4.2控制部分的實(shí)現(xiàn)4.2.1可編程控制器概述可編程控制器（

39、PLC）一種在繼電器基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)；它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令；并通過(guò)數(shù)字式或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?？删幊炭刂破髦栽絹?lái)越受到控制界人士的重視，是由于它具有令通用計(jì)算機(jī)望塵莫及的特點(diǎn)。 應(yīng)用簡(jiǎn)便： 安裝簡(jiǎn)便。標(biāo)準(zhǔn)的積木式硬件結(jié)構(gòu)與模塊化的軟件設(shè)計(jì)，使PLC不僅適應(yīng)大小不同、功能繁雜的系統(tǒng)控制要求，而且適應(yīng)工藝流程變更較多的場(chǎng)合。它的安裝和現(xiàn)場(chǎng)接線簡(jiǎn)

40、便，可按積木式擴(kuò)充或縮減其系統(tǒng)規(guī)模，組合成靈活的控制系統(tǒng)。 程序簡(jiǎn)化。PLC采用電氣操作人員習(xí)慣的梯形圖形式編程，直觀易懂。因此，程序開發(fā)速度快，而且程序的可讀性強(qiáng)，軟件維護(hù)方便。 操作方便，維修容易。工程師編好的程序十分清晰直觀，只要寫好操作說(shuō)明書，操作人員經(jīng)短期培訓(xùn)，就可以操控PLC系統(tǒng)。另外，PLC具有完善的監(jiān)視和診斷功能，對(duì)其內(nèi)部工作狀態(tài)、通訊狀態(tài)、I/O狀態(tài)和異常狀態(tài)等均有醒目的提示。因此，操作和維修人員可以及時(shí)、準(zhǔn)確地了解機(jī)器的故障點(diǎn)，迅速替換故障模塊或插件，使系統(tǒng)恢復(fù)正常。 可靠性高：PLC的可靠性高，主要是因?yàn)樗谟布败浖煞矫娑疾扇×藝?yán)格的措施。在硬件設(shè)計(jì)方面，首先是選用優(yōu)

41、質(zhì)器件，再者是合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加固簡(jiǎn)化安裝，使它具有較強(qiáng)的震動(dòng)沖擊功能。對(duì)印刷電路板的設(shè)計(jì)、加工及焊接都采取了極為嚴(yán)格的工藝措施，而且在電路、結(jié)構(gòu)及工藝上采取了一些獨(dú)特的方式。例如，在輸入、輸出電路中都采用光電隔離措施，做到電浮空，既方便接地，又提高了抗干擾性能，各個(gè)I/O端口除采用常規(guī)模擬器濾波以外，還加上數(shù)字濾波器；內(nèi)部采用了電磁屏蔽措施，防止輻射干擾；采用了先進(jìn)的電源電路，以防止由電源回路串入的干擾信號(hào)；采用了較合理的電路結(jié)構(gòu)方式，一旦某模塊出現(xiàn)故障，可以在線插拔，調(diào)試時(shí)不會(huì)影響PLC的正常運(yùn)行。在軟件設(shè)計(jì)方面也采取了很多特殊措施，設(shè)置了警戒時(shí)鐘WDT。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)對(duì)WDT定時(shí)刷新，一旦程

42、序出現(xiàn)了死循環(huán)，使之能立即跳出，重新啟動(dòng)并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。為了避免由于程序出錯(cuò)而導(dǎo)致的錯(cuò)誤運(yùn)行，每次掃描都對(duì)程序進(jìn)行檢查和校驗(yàn)，一旦程序出錯(cuò)立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)并停止運(yùn)行。對(duì)程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行掉電保護(hù)，隨時(shí)對(duì)CPU等內(nèi)部電路進(jìn)行檢測(cè)，一旦出錯(cuò)，立即報(bào)警。程序中還設(shè)置 對(duì)用戶程序電路查錯(cuò)和報(bào)錯(cuò)的程序，錯(cuò)誤的程序和參數(shù)不能運(yùn)行。上述有效措施，保證了PLC的高可靠性。所以PLC的平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）超過(guò)45萬(wàn)小時(shí)，有些品牌的產(chǎn)品高達(dá)十幾萬(wàn)小時(shí)以上。此外，模塊化插接方便、自診斷功能強(qiáng)等特點(diǎn)也使PLC的平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）縮短，再加上采取了一些特殊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想（如大中型可編程控制器可以在線更換I/

43、O模塊，不致影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行），使得以PLC為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)的可靠性大大提高。 抗電磁干擾性能好，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)：PLC是直接針對(duì)工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的，產(chǎn)品在相當(dāng)寬的環(huán)境溫度（055或060）、濕度（相對(duì)濕度90%），以及規(guī)定的機(jī)械振動(dòng)沖擊下，在規(guī)定的電源電壓與頻率變化、電源瞬時(shí)中斷、電源電壓降低等因素作用下，均能正常工作。因此，可直接安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，不必采取另外的特殊措施。另外由于其結(jié)構(gòu)精巧，所以耐熱、防潮、抗震等性能也很好。 功能完善：PLC的基本功能包括邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)制換算，步進(jìn)控制等。其擴(kuò)展功能還有A/D和D/A轉(zhuǎn)換、PID閉環(huán)回路控制、高速計(jì)數(shù)、通信聯(lián)網(wǎng)、中斷控制及特殊功能函數(shù)運(yùn)

44、算等功能，可以通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行顯示、報(bào)警、記錄、人機(jī)對(duì)話，使控制水平大大提高。PLC的主要功能如下： 條件控制：PLC具有邏輯運(yùn)算功能，可以代替繼電器進(jìn)行開關(guān)量控制。 限時(shí)控制：PLC具有定時(shí)功能，為用戶提供由定時(shí)指令控制的若干個(gè)定時(shí)器進(jìn)行限時(shí)控制和延時(shí)控制。 計(jì)數(shù)控制：PLC具有計(jì)數(shù)功能，它為用戶提供了可用指令設(shè)置計(jì)數(shù)值的若干的計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)值可在運(yùn)行中讀出和更改。 步進(jìn)控制：PLC具有步進(jìn)控制功能，只有在前道工序完成后才能轉(zhuǎn)入下道工序，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)控制。 A/D和D/A轉(zhuǎn)換：完成對(duì)模擬量的控制和PID回路調(diào)節(jié)。 數(shù)據(jù)處理：PLC具有數(shù)據(jù)處理功能，如并行運(yùn)算、并行數(shù)據(jù)傳送、十進(jìn)制碼的算術(shù)運(yùn)算等。 通

45、信和聯(lián)網(wǎng)：PLC采用通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程I/O控制和PLC之間的同級(jí)鏈接，以及與上位機(jī)的上位鏈接，構(gòu)成一臺(tái)計(jì)算機(jī)與多臺(tái)PLC的“集中管理、分散控制”的分布控制網(wǎng)絡(luò)，完成大規(guī)模的復(fù)雜控制。 對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控：操作人員可以通過(guò)監(jiān)控命令監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，調(diào)整定時(shí)器計(jì)數(shù)器設(shè)定值。此外，還有報(bào)警功能，所以它的適用性強(qiáng)。 自診斷功能：PLC可以在線診斷本系統(tǒng)的軟硬件狀況，診斷機(jī)器和生產(chǎn)過(guò)程的狀況。 存儲(chǔ)功能：PLC具有較強(qiáng)的存儲(chǔ)功能。在PLC中，存儲(chǔ)器件一般都采用氧化物半導(dǎo)體器件，容量可從幾KB到幾MB，程序存儲(chǔ)器和部分?jǐn)?shù)字存儲(chǔ)器具有掉電保護(hù)數(shù)據(jù)的功能。此外，PLC還具有智能外圍接口：大中型PLC具有功

46、能很強(qiáng)的智能外圍接口，這些接口具有獨(dú)立的處理器和存儲(chǔ)器。作為專用的工業(yè)外圍接口，它們具有某種特殊功能，例如，獨(dú)立進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，可用于溫度控制、位置控制，也可以用于連接顯示終端、打印機(jī)等。有了智能外圍接口，可以大大地增強(qiáng)單臺(tái)機(jī)器的功能。 易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化：可編程控制器可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)可分為兩類：一類是低速網(wǎng)絡(luò)，采用主從式通信，傳輸速率從幾Kbps到幾Mbps，傳輸距離5002500m；另一類是高速網(wǎng)絡(luò)，采用令牌傳送方式通信，傳輸速率110Mbps，傳輸距離5001000m，網(wǎng)上結(jié)點(diǎn)可達(dá)1024個(gè)。這兩類網(wǎng)絡(luò)可以級(jí)連，網(wǎng)上可兼容不同類型的PLC和計(jì)算機(jī)，從而組成控制范圍很大的局部管控網(wǎng)

47、絡(luò)。 4.2.2 可編程控制器各部分的作用 1. 中央處理器CPU和一般微機(jī)一樣，CPU是PLC的運(yùn)算和控制核心，控制其他所有部件的運(yùn)行，功能相當(dāng)于人的大腦。CPU有運(yùn)算器，控制器和寄存器等組成，通過(guò)地址總線，數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲(chǔ)器，I/O接口。CPU主要完成以下功能：(1) 從存儲(chǔ)器中讀取指令CPU從地址總線上給出地址，從控制總線上給出讀命令，從數(shù)據(jù)總線上得到讀出的指令，并存入CPU的指令寄存器中。(2) 執(zhí)行指令對(duì)存入指令寄存器的指令操作碼進(jìn)行譯碼，執(zhí)行指令規(guī)定的操作，包括：用掃描工作方式采集從現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并存入輸入映象寄存器中，進(jìn)行邏輯運(yùn)算或算術(shù)運(yùn)算；根據(jù)運(yùn)算結(jié)果存

48、儲(chǔ)相應(yīng)數(shù)據(jù)，并更新有關(guān)標(biāo)志位和輸出映象寄存器；將存于數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)和處理結(jié)果送至輸出接口電路；響應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請(qǐng)求等等。(3)處理中斷CPU除了能按順序執(zhí)行程序外，還接受內(nèi)部或輸入輸出接口發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求，并進(jìn)行中斷處理，當(dāng)中斷處理完畢，再返回?cái)帱c(diǎn)地址，繼續(xù)順序執(zhí)行程序。(4)自診斷功能診斷PLC電源，內(nèi)部電路的工作狀態(tài)等。小型PLC一般采用8位微處理器，大型PLC很多采用16位微處理器或雙微處理器，使之工作速度更快，更可靠。2.存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，一般由存儲(chǔ)體，地址譯碼電路，讀寫控制電路和數(shù)據(jù)寄存器組成，用來(lái)存放系統(tǒng)程序和用戶程序。所謂系統(tǒng)程序，是指完成PLC各種

49、控制功能的程序，只和機(jī)器硬件有關(guān)，由制造廠家編寫。由于系統(tǒng)程序在PLC運(yùn)行過(guò)程是不變動(dòng)的，一般固化到只讀存儲(chǔ)器中；所有用戶程序，是使用者根據(jù)所控制的生產(chǎn)過(guò)程和工藝要求編寫的程序，由用戶通過(guò)編程裝置輸入到讀寫存儲(chǔ)器中，用戶程序允許修改。(1)只讀存儲(chǔ)器ROM中存放的系統(tǒng)程序主要包括以下內(nèi)容：檢查程序。PLC上電后，首先由檢查程序檢查PLC各部分的運(yùn)行是否正常，并將檢查結(jié)果顯示出來(lái)；鍵盤輸入處理程序。解釋，執(zhí)行用戶從鍵盤上發(fā)出的命令，將用戶輸入的程序送到RAM中；程序語(yǔ)言翻譯程序。將用戶使用PLC編程語(yǔ)言編寫的控制程序翻譯成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的機(jī)器代碼程序，并對(duì)用戶程序進(jìn)行語(yǔ)法檢查；監(jiān)控程序。根據(jù)實(shí)際

50、控制的需要調(diào)用相應(yīng)的內(nèi)部程序。中小型PLC多使用EEPROM做只讀存儲(chǔ)器。(2)讀寫存儲(chǔ)器讀寫存儲(chǔ)器又稱隨機(jī)存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容可根據(jù)需要隨時(shí)讀出和寫入，讀出時(shí)，存儲(chǔ)內(nèi)容不會(huì)丟失；寫入時(shí)，原存儲(chǔ)內(nèi)容被新寫入的信息覆蓋。RAM中一般存放用戶程序和邏輯變量。所謂邏輯變量是指輸入寄存器，輸出寄存器，內(nèi)部輔助寄存器，定時(shí)/計(jì)數(shù)器等。CPU存儲(chǔ)器保持CPU提供了一個(gè)EEPROM來(lái)永久保存用戶程序，選擇的數(shù)據(jù)區(qū)以及CPU的組態(tài)數(shù)據(jù)；CPU提供了一個(gè)超級(jí)電容器，在CPU掉電時(shí)保存完整的RAM存儲(chǔ)器。根據(jù)CPU模塊類型，超級(jí)電容器可保存RAM存儲(chǔ)器達(dá)幾天之久；CPU提供了一個(gè)可選的電池卡，當(dāng)CPU掉電后，

51、可延長(zhǎng)RAM存儲(chǔ)器保持的時(shí)間。電池卡只有在超級(jí)電容器耗盡后才提供電源。3. 輸入輸出接口輸入輸出接口是PLC主機(jī)與外部設(shè)備之間的連接電路。為了提高抗干擾能力，一般輸入，輸出接口均有光電隔離電路，即由發(fā)光二極管和光電三極管組成的光電耦合器。來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)元件，指令元件的信號(hào)經(jīng)輸入接口進(jìn)入PLC。檢測(cè)元件是指?jìng)鞲衅?，按鈕，寄存器觸點(diǎn)，行程開關(guān)等，利用這些元件檢測(cè)來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的溫度，壓力，位置，電流，電壓等物理量即是檢測(cè)元件信號(hào)；指令元件信號(hào)是指操作者在控制臺(tái)或鍵盤上發(fā)出的信號(hào)，如啟動(dòng)，暫停，調(diào)整等。這些信號(hào)有的是開關(guān)量，有的是模擬量，有的是直流信號(hào)，有的是交流信號(hào)，所以要根據(jù)輸入信號(hào)的類型選擇合適的輸

52、入接口。由PLC發(fā)出的各種控制信號(hào)經(jīng)輸出接口去控制和驅(qū)動(dòng)負(fù)載，如控制指示燈的亮滅，電磁閥的開閉，繼電器線圈的通電和斷電，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，停止和正反轉(zhuǎn)等等。控制負(fù)載的輸出信號(hào)也有不同的形式，同樣要選擇合適的輸出接口。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行部件的不同需要，輸出接口的放大環(huán)節(jié)分為繼電器型，晶閘管型和晶體管型三種類型：繼電器型輸出接口為有觸點(diǎn)輸出，外加負(fù)載電源即可以是交流，也可以是直流，響應(yīng)時(shí)間為ms量級(jí)；晶閘管型接口只能帶交流負(fù)載，響應(yīng)時(shí)間為微秒量級(jí)；晶體管型接口只能帶直流負(fù)載，響應(yīng)時(shí)間最短，為ns量級(jí)。4. 電源PLC的電源包括系統(tǒng)電源和后備電池。PLC一般使用220V交流電源，電源模塊的作用就是將外部輸入的

53、交流電經(jīng)過(guò)整流，濾波，穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成PLC的CPU，存儲(chǔ)器，I/O接口等內(nèi)部電路所需要的直流電源。PLC大多使用開關(guān)型穩(wěn)壓電源，其穩(wěn)壓性能好，抗干擾能力強(qiáng)，并可為用戶提供24V電源，作為輸入傳感器或輸出負(fù)載的電源。5. 編程器可編程控制器在正式運(yùn)行時(shí)，不需要編程器。編程器用作用戶程序編制、存儲(chǔ)、管理，并把用戶程序送入可編程控制器中，在可編程控制器調(diào)試時(shí)，編程器還可用作監(jiān)控及故障檢測(cè)軟件?？删幊炭刂破鞯能浖謨纱蟛糠郑合到y(tǒng)軟件與用戶程序。系統(tǒng)軟件由PLC制造商固化在機(jī)內(nèi)，用以控制可編程控制器本身的運(yùn)作。用戶程序由可編程控制器的使用者編制并輸入，用于控制外部被控對(duì)一象的運(yùn)行。系統(tǒng)軟件分為系統(tǒng)管理程

54、序、用戶指令解釋程序及標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用。系統(tǒng)管理程序是系統(tǒng)軟件由最重要的部分，主管控制可編程控制器的運(yùn)作。其作用包括三方面:一方面是運(yùn)行管理，對(duì)控制可編程控制器何時(shí)輸入、何時(shí)輸出、何時(shí)計(jì)算、何時(shí)自檢、何時(shí)通信等作時(shí)間上的分配管理。另一方面是存儲(chǔ)空間管理。即生成用戶環(huán)境，由它規(guī)定各種參數(shù)、程序的存放地址。將用戶使用的數(shù)據(jù)參數(shù)、存儲(chǔ)地址轉(zhuǎn)化為實(shí)際的數(shù)據(jù)格式及物理存放地址，將有限的資源變?yōu)橛脩艨珊芊奖愕刂苯邮褂玫脑?。再一方面是系統(tǒng)自檢程序。它包括各種系統(tǒng)出錯(cuò)檢驗(yàn)，用戶程序語(yǔ)法檢驗(yàn)，句法檢驗(yàn)，警戒時(shí)鐘運(yùn)行等。用戶指令程序 可編程控制器可用梯形圖語(yǔ)言編程，把使用者直觀易懂的梯形圖變成機(jī)器懂得的機(jī)

55、器語(yǔ)言，由CPU執(zhí)行這些任務(wù)。標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用 由許多獨(dú)立的程序塊組成，各程序塊完成不同的功能，可編程控制器的各種具體工作都是由這部分來(lái)完成的。用戶程序 用戶程序是可編程控制器的使用者編制的針對(duì)具體控制對(duì)象的程序。有三種形式指令表（STL）梯形圖（LAD）和順序圖（SFC）。用戶程序存放在系統(tǒng)管理程序指定的存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)，其容量的大小也為系統(tǒng)管理程序所限制。用戶環(huán)境 用戶環(huán)境是由系統(tǒng)監(jiān)控程序生成的，它包括用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、用戶元件區(qū)分配、用戶程序存儲(chǔ)區(qū)、用戶系統(tǒng)參數(shù)等。6. 其他接口電路為了擴(kuò)展PLC的功能，除I/O接口外，PLC還配置了其他一些接口，主要有：(1) I/O擴(kuò)展接口用于擴(kuò)展PLC的

56、輸入和輸出點(diǎn)數(shù)，需要時(shí)，它可將主機(jī)與I/O擴(kuò)展單元連接起來(lái)(2) 智能I/O接口這種接口具有獨(dú)立的微處理器和控制軟件，用于適應(yīng)和滿足復(fù)雜控制功能的要求，如：位置閉環(huán)控制模塊；PID調(diào)節(jié)器的閉環(huán)控制模塊；高速計(jì)數(shù)器模塊等等。(3) 通信接口用于PLC和計(jì)算機(jī)，打印機(jī)等外部設(shè)備相連；也可以構(gòu)成集散型控制系統(tǒng)或局域網(wǎng)。(4) A/D，D/A接口由于CPU只能處理數(shù)字信號(hào)，當(dāng)輸入輸出信號(hào)為模擬量時(shí)，則需要A/D，D/A接口來(lái)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換。PLC高功能模塊的選用，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)控制的需要進(jìn)行合理的配置。7. PLC的外部設(shè)備外部設(shè)備包括編程器，打印機(jī)，外存儲(chǔ)器，EEPROM寫入器等等。4.2.3 PLC特殊

57、內(nèi)部繼電器列表PLC說(shuō)到底就是一種繼電器，所以，有必需要對(duì)其內(nèi)部的繼電器進(jìn)行介紹。由于其內(nèi)部繼電器很多，沒(méi)必要全都作介紹。下面只對(duì)本系統(tǒng)用到的內(nèi)部繼電器作介紹。地址名稱描述R9000自診斷錯(cuò)誤標(biāo)志發(fā)生自診斷錯(cuò)誤時(shí)ON.自診斷的結(jié)果保存DT9000.(FP10/FP10S/FP10SH/FP2/FP2SH為DT90000).R9001未使用R9002MEWNET-TR通信異常標(biāo)志適用PLC機(jī)型:FP3,FP10S,FP10SH檢測(cè)到發(fā)送主單(TransmitterMaster Unit)中MEWNET-TR網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)異常時(shí)置ON.發(fā)生異常的主單元的插槽No.保存在DT9002及DT9003(F

58、P10S/FP10SH中為DT90002,DT90003)中.I/O異常標(biāo)志適用PLC機(jī)型:FP2,FP2SH檢測(cè)到I/O單元異常時(shí)置ON.發(fā)生異常的單元的插槽No.保存在DT90002,DT90003中.R9003智能單元異常標(biāo)志適用PLC機(jī)型:FP10,FP10S,FP10SH,FP2,FP2SH,FP3檢測(cè)到智能單元(板)中的異常時(shí)置ON.發(fā)生異常的智能單元的插槽No.保存在DT9006及DT9007(FP10/FP10S/FP10SH/FP2為DT90006,DT90007)中.R9004I/O校驗(yàn)異常標(biāo)志適用PLC機(jī)型:FP10,FP10S,FP10SH,FP2,FP2SH,FP3檢

59、測(cè)到I/O校驗(yàn)異常時(shí)置ON.發(fā)生校驗(yàn)異常的I/O單元的插槽No.保存在DT9010及DT9011(FP10/FP10S/FP10SH/FP2中為DT90010,DT90011)中.R9005后備電池異常標(biāo)志(當(dāng)前型)適用PLC機(jī)型:FP1 C24/C40/C56/C72,FP-M C20/C32,FP10,FP10S,FP10SH,FP2,FP2SH,FP3檢測(cè)到電池異常時(shí)置ON.R9006后備電池異常標(biāo)志(保持型)適用PLC機(jī)型:FP1 C24/C40/C56/C72,FP-M C20/C32,FP10,FP10S,FP10SH,FP2,FP2SH,FP3檢測(cè)到電池異常時(shí)置ON.檢出一次電池

60、異常后, 即使恢復(fù)正常也仍保持ON.切斷電源或進(jìn)行初始化操作后變?yōu)镺FF.R9007運(yùn)算錯(cuò)誤標(biāo)志(保持型)(ER標(biāo)志)運(yùn)行開始后, 如果發(fā)生錯(cuò)誤即置ON, 并且在運(yùn)行期間保持.此時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤的地址保存在DT9017.FP10/FP10S/FP10SH/FP2/FP2SH保存在DT90017中(顯示最初發(fā)生的運(yùn)算錯(cuò)誤.)R9008運(yùn)算錯(cuò)誤標(biāo)志(最新型)(ER標(biāo)志)發(fā)生運(yùn)算錯(cuò)誤的時(shí)刻置ON.發(fā)生錯(cuò)誤的地址保存在DT9018.FP10/FP10SFP10SH/FP2/FP2SH保存在DT90018中.每次發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)更新其中的內(nèi)容.R9009進(jìn)位標(biāo)志(CY標(biāo)志)當(dāng)運(yùn)算結(jié)果發(fā)生上溢出或下溢出時(shí)、執(zhí)行移位相