基于組態(tài)王軟件的溫度控制-系統(tǒng)控制

沈陽理工大學課程設(shè)計PAGE2目錄一組態(tài)王與無線通信網(wǎng)絡(luò)的簡介……1二無線通信溫度控制…………………12.1實驗目的………12.2實驗儀器………12.3實驗內(nèi)容………12.4實驗電路………1三溫度控制系統(tǒng)硬件電路……………23.1溫度自動控制…………………23.2溫度控制箱主要部件說明……23.3溫度傳感器……………………33.4無線通信網(wǎng)絡(luò)模塊……………4四溫度控制系統(tǒng)軟件實現(xiàn)過程………54.1組態(tài)王主畫面設(shè)計……………54.2組態(tài)王主要軟件程序及實驗時所需變量的定義……………8五運行結(jié)果……………9六結(jié)論…………………9參考文獻………………10基于組態(tài)王軟件的溫度控制——系統(tǒng)控制一組態(tài)王與無線通信網(wǎng)絡(luò)的簡介組態(tài)王是運行于MicrisoftWindows98/NT/2000中文平臺的中文界面的人機界面軟件，采用多線程，COM組件等新技術(shù)，實現(xiàn)了實時多任務(wù)，軟件運行穩(wěn)定可靠。目前組態(tài)王常用的版本為“組態(tài)王6.3”軟件包，它由工程瀏覽器、工程管理器和畫面運行系統(tǒng)三部分組成。在工程那瀏覽器中可以查看工程的各個組成部分，也可以完成數(shù)據(jù)庫的構(gòu)造，定義外圍設(shè)備等工作。工程管理器內(nèi)嵌入畫面管理系統(tǒng)，用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理。畫面的開發(fā)和運行是調(diào)用畫面制作系統(tǒng)“TouchMake”和工程運行系統(tǒng)“Touchview”來完成。無線通信(Wirelesscommunication)是利用電磁波信號可以在自由空間中傳播的特性進行信息交換的一種通信方式，近些年信息通信領(lǐng)域中，發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的就是無線通信技術(shù)。無線通信網(wǎng)絡(luò)，由于其特有的非接線通信方式的優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于特定地理位置（如山區(qū)、油田和水利設(shè)施等）的現(xiàn)場遙測遙控領(lǐng)域。尤其在分布距離較遠且數(shù)據(jù)傳輸量不大時，無線通信控制網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢更為明顯。典型無線通信網(wǎng)絡(luò)分布式控制系統(tǒng)見圖1所示。PCPC無線模塊無線模塊+控制模塊232測控對象1Com口測控對象n無線模塊+控制模塊圖1.典型無線通信控制網(wǎng)絡(luò)圖1中，采用臺灣威達（ICP）無線通信模塊SST900EXT，通信距離1km;波特率最大19200；232/485通信接口。二無線通信溫度控制2.1實驗目的（1）掌握電熱爐溫度控制的原理及方法。（2）掌握基于組態(tài)王軟件的電熱爐溫度控制的系統(tǒng)控制原理。2.2實驗儀器微機、溫度自動控制實驗箱、無線通信網(wǎng)絡(luò)（泓格i7000系列）2.3實驗內(nèi)容（1）利用組態(tài)王軟件和無線通信控制網(wǎng)絡(luò)來設(shè)計模擬加熱爐的溫度控制實驗。（2）通過組態(tài)王實驗界面，調(diào)節(jié)PID實現(xiàn)對模擬加熱爐溫度的實時控制。2.4實驗電路圖2溫度自動控制實驗連接圖三溫度控制系統(tǒng)硬件電路3.1溫度自動控制本設(shè)計的溫度控制是由全隔離單向交流調(diào)壓一體化模塊TY-280D15P-220（雙向硅控制電壓）、電流源HF10W-D、溫度控制儀表XMT602、數(shù)顯表HB5135B組成。其電路示意圖如下圖所示：3.2溫度控制箱主要部件說明全隔離單向交流調(diào)壓一體化模塊TY-H380D15P-220是集隨即型固態(tài)繼電器、隨機型SSR移相觸發(fā)器和同步變壓器（兼作模塊內(nèi)部電源變壓器）于一體而成，其工作原理是：在同步變壓器的電壓作用下（此同步電壓在模塊內(nèi)部經(jīng)整流后還作為模塊工作電源）模塊內(nèi)部的移相觸發(fā)器會根據(jù)控制電壓的大小在輸出端產(chǎn)生與電網(wǎng)電壓同步的雙倍電網(wǎng)頻率的180°-0°范圍內(nèi)移相的寬脈沖，從而驅(qū)動隨機型SSR，以達到移相調(diào)壓的目的。它的型號為TY-380D25P-220,其中TY表示單相調(diào)壓模塊，中間部分表示模塊內(nèi)部相應(yīng)的隨即型固態(tài)繼電器型號即輸出觸點是曾強型或者普通型，電壓、電流等級等，后面部分表示同步變壓器初級電壓。該產(chǎn)品廣泛運用于溫度的自動控制，點擊調(diào)速等場合。本模塊具有輸入端與輸出端光隔離，以便于實現(xiàn)弱電對強電的控制，由于輸入端電壓（0-5V）的高低變化實現(xiàn)對輸出端負載功率的控制，輸入阻抗搞，可直接通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器與計算機，數(shù)字程控電路接口，不必再外配電源同步電路，十分方便地實現(xiàn)了對輸出端負載電壓功率的無級調(diào)節(jié)，廣泛用于照明設(shè)備，控溫設(shè)備交流電機軟啟動，交流串波調(diào)速等功率自動調(diào)節(jié)場合。其技術(shù)指標如下：輸出額定電壓220VAC輸出額定電流10A-240A輸入控制信號0-5VDC輸出電壓變化范圍0-220VAC輸出端與底板間、輸入與輸出電路間介質(zhì)耐壓2500VACmin/50Hz其內(nèi)部電路如下圖所示：3.3溫度傳感器采用PT100作為溫度傳感器。鉑電阻溫度傳感器的特點是：精度高，穩(wěn)定性可靠。鉑電阻在氧化環(huán)境中，甚至在高溫下的物理和化學性質(zhì)都非常穩(wěn)定。因此鉑電阻被公認為是目前制造熱電阻的最好材料。鉑電阻主要作為標準電阻溫度計使用，也常被用在工業(yè)測量中。此外，還被廣泛地應(yīng)用于溫度的基準和標準的傳遞。鉑電阻溫度計是目前測溫重復性最好的一種，其信號采集方式采用電橋。由于熱電阻安裝的地方距離測量模塊比較遠，當環(huán)境的溫度變化時其連接導線電阻也要變化。因為它與熱電阻Rt是串聯(lián)的，也就是電橋臂的一部分，所以會造成測量誤差。采用三線制接線法就可以避免這種誤差的產(chǎn)生，鉑電阻溫度傳感器是利用金屬鉑在溫度變化時自身電阻值也隨之改變的特性來測量溫度的，顯示儀表將會指示出鉑電阻的電阻值所對應(yīng)的溫度值。3.4無線通信網(wǎng)絡(luò)模塊牛頓模塊（NUDAMMODULES）具有組態(tài)簡單、采集的信號穩(wěn)定、抗干擾能力強、編程容易等眾多優(yōu)點，它被廣泛地應(yīng)用于工場、礦山、學校、車間等需要數(shù)據(jù)采集的場合。每一單一的牛頓模塊都是地址可編程的。無線通信控制網(wǎng)絡(luò)由于其特有的非界限通信方式的優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于特定地理位置（如山區(qū)、油田和水利設(shè)施等）的現(xiàn)場遙測遙控領(lǐng)域。尤其在分布距離較遠且數(shù)據(jù)傳輸量不大時，無線通訊控制網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢更為明顯。目前，采用無線通信技術(shù)的工控產(chǎn)品很多，有的采用RF調(diào)頻通訊遠離；有的采用擴頻通信原理；根據(jù)發(fā)射功率的不同，無線通訊的距離也各不相同，也有很多公司開發(fā)出了應(yīng)用于不同場合的無線數(shù)據(jù)傳送模塊，大大方便了無線通信測控系統(tǒng)的設(shè)計?？紤]到實驗系統(tǒng)的要求及實際應(yīng)用情況，本次設(shè)計選用了臺灣威達（ICP）公司，是著名的工控產(chǎn)片研發(fā)和生產(chǎn)公司，其公司生產(chǎn)的工業(yè)控制計算機、數(shù)據(jù)采集卡和工控模塊都是目前工控行業(yè)的主要產(chǎn)品。尤其是工控模塊產(chǎn)品，由于性價比高、組合使用方便，深受用戶好評。典型無線通訊網(wǎng)絡(luò)分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：系統(tǒng)各部分說明如下：（1）SST900EXT:無線接收/發(fā)送模塊，232/485接口；速率最高19.2Kbps；距離200M，加放大天線可達1KM,本設(shè)計系統(tǒng)速率設(shè)為9.6Kbps（2）7012：模擬量輸入模塊，16位隔離；485接口；地址設(shè)為2；電壓輸入0-10W對應(yīng)0-10（3）7021：模擬量輸出模塊，16位隔離；485接口；地址設(shè)為1；電壓輸出：0-10對應(yīng)0-10v。四溫度控制系統(tǒng)軟件實現(xiàn)過程4.1組態(tài)王主畫面設(shè)計4.1.1主畫面模塊登錄畫面主畫面現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集畫面實時曲線趨勢4.1.2各模塊畫面及功能介紹4.1.2.1登錄畫面在登陸界面中輸入正確的用戶名和密碼，點擊登錄即可進入本系統(tǒng)的主畫面，否則重置，會將用戶名和密碼清零，重新輸入正確的用戶名和密碼。4.1.2.2主畫面在主畫面中，點擊數(shù)據(jù)采集可通過ShowPicture("現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集")轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)采集畫面;點擊實時曲線可通過ShowPicture("歷史曲線")轉(zhuǎn)到實時曲線趨勢畫面;點擊退出可通過ShowPicture("登錄")轉(zhuǎn)到登陸畫面;4.1.2.3現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集畫面此畫面中設(shè)計了一個模擬加熱爐，當運行此系統(tǒng)時，此溫度與溫度自動上控制實驗箱上的溫度數(shù)據(jù)保持一致，并在溫度變化中顯示，以便于觀察。點擊返回可通過ShowPicture("菜單")返回到主畫面;4.1.2.4實時曲線趨勢畫面此畫面中設(shè)計了畫面自動切換按鈕、實測溫度曲線、設(shè)定溫度曲線、PID顯示模塊等窗口。通過友好的用戶界面，用戶可隨意在設(shè)定溫度范圍內(nèi)設(shè)定任意溫度，同時實現(xiàn)溫度曲線的在線顯示，通過動態(tài)的畫面更新，可以實時、直觀地觀察到爐內(nèi)溫度的變化，對于控制過程中的溫度以及控制參數(shù)進行實時記錄并存儲，通過歷史數(shù)據(jù)管理模塊對數(shù)據(jù)信息進行分析，以更好地掌握加熱爐的控制特性。4.2組態(tài)王主要軟件程序及實驗時所需變量的定義組態(tài)王軟件設(shè)計包括各部分（登陸程序、重置程序、PID控制程序、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集程序、實時趨勢曲線程序、退出程序、輸出電壓值、實測溫度值、設(shè)定溫度值、返回程序）程序的編寫與變量的定義。4.2.1登陸程序if(\\本站點\用戶名=="07030201"&&\\本站點\密碼=="123"){ShowPicture("菜單");}else{ShowPicture("登錄");}4.2.2重置程序\\本站點\用戶名="";\\本站點\密碼="";4.2.3PID控制程序\\本站點\前二溫度差=\\本站點\前一溫度差;\\本站點\前一溫度差=\\本站點\當前溫度差;\\本站點\當前溫度差=\\本站點\新設(shè)定溫度-\\本站點\顯示溫度;\\本站點\變化的電壓=\\本站點\I*(\\本站點\當前溫度差)+\\本站點\P*(\\本站點\當前溫度差-\\本站點\前一溫度差);\\本站點\電壓=\\本站點\變化的電壓+\\本站點\電壓;4.2.4現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集程序ShowPicture("現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集");4.2.5實時趨勢曲線程序ShowPicture("歷史曲線");4.2.6退出程序ShowPicture("登錄");\\本站點\用戶名="";\\本站點\密碼="";4.2.7設(shè)定溫度值（模擬值輸出表達式）\\本站點\新設(shè)定溫度4.2.8實測溫度值（模擬值輸出表達式）\\本站點\新設(shè)定溫度4.2.9輸出電壓值模擬值輸出表達式為\\本站點\電壓，模擬值輸入表達式為\\本站點\電壓4.2.10返回程序ShowPicture("菜單");4.2.11所需變量的定義如下：五運行結(jié)果運行本系統(tǒng)，將設(shè)定溫度定為35度，通過PID調(diào)節(jié)得到如下曲線圖：運行結(jié)果：運行本系統(tǒng)觀察，當設(shè)定溫度為35度、PID參數(shù)分別為0.05、0.002、0.0001時，電壓由零開始增加，溫度逐漸上升；當溫度超過35度時，PID參數(shù)開始調(diào)節(jié)停止加熱使溫度下降，回到設(shè)定值附近。六結(jié)論該系統(tǒng)可以通過調(diào)節(jié)PI