智能溫控水壺

255.06目 錄 II引 言 31 緒論 41.1 課程設(shè)計(jì)的意義 41.2 課程設(shè)計(jì)的目的 . 51.3 溫控水壺的研究背景 . 52 方案的確立 5、'丿戶，2.1 方案一 52.2 方案二 63 系統(tǒng)硬件介紹及其設(shè)計(jì) 63.1 CPM1A-MAD02-C模擬量輸入/輸出單元模塊介紹 63.2 熱電偶測(cè)溫 104 系統(tǒng)軟件介紹 124.1 PLC的特點(diǎn) 124.2 PLC的主要技術(shù)指標(biāo) 124.3 PLC的基本組成及工作原理 134.4 組態(tài)軟件特點(diǎn) 154.5 使用組態(tài)王軟件開(kāi)發(fā)的優(yōu)點(diǎn) 165.1 模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換 175.2 溫度選擇功能的實(shí)現(xiàn) 175.3 組態(tài)編程 185.4 程序現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試 206 實(shí)習(xí)總結(jié) . 21致 謝 23參考文獻(xiàn) 242629附錄 附錄二引言現(xiàn)在大多數(shù)電熱水壺只能把水加熱至沸騰，不能保證熱水溫度，但人們常用的熱水的 溫度根據(jù)用途不同溫度也不相同，現(xiàn)在新的電熱水壺能設(shè)定水壺中的溫度，具體如下：設(shè) 定一個(gè)需要的溫度值（可設(shè)定 4 個(gè)默認(rèn)的溫度按鍵和一個(gè)確認(rèn)按鍵或者增加一個(gè)數(shù)碼管顯 示實(shí)時(shí)溫度和溫度增加減小按鍵） ，然后啟動(dòng)加熱，水沸騰后，停止加熱，水放熱降溫至設(shè) 定溫度時(shí)蜂鳴器播放音樂(lè)提示；降溫至設(shè)定溫度以下2C啟動(dòng)加熱，當(dāng)高于設(shè)定溫度 2C停止加熱，溫度保持在設(shè)定值附近。本課程設(shè)計(jì)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)的微機(jī)控制技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論，加 以綜合運(yùn)用，進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初等訓(xùn)練，掌握運(yùn)用微機(jī)控制技術(shù)的原理、設(shè)計(jì)內(nèi) 容和設(shè)計(jì)步驟，為從事相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)或今后的工作需要打下良好的基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)中用 PLC 編程，通過(guò)組態(tài)軟件模擬實(shí)現(xiàn)對(duì)水壺溫度的控制，盡可能地滿足被控對(duì)象的控制要求；在滿足控制的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，保證控制系統(tǒng)安全 可靠；最后，在該設(shè)計(jì)過(guò)程中給予極大鼓勵(lì)和幫助的老師、同學(xué)，在此表示衷心的感謝。由 于在設(shè)計(jì)過(guò)程中存在許多不足，希望老師同學(xué)指正。1 緒論熱水壺是人們?nèi)粘Ｖ胁豢扇鄙俚挠闷罚珎鹘y(tǒng)的熱水壺只能對(duì)水進(jìn)行加熱，不能更好的去保溫，使壺內(nèi)的水維持在一定溫度范圍內(nèi)。通過(guò) PLC 技術(shù)我們可以使設(shè)計(jì)一種溫控水壺，它 有幾個(gè)溫度檔位，我們可以通過(guò)設(shè)定使水溫保持在這個(gè)溫度內(nèi)，從而給我們的生活帶來(lái)更多 的方便。所以我們更應(yīng)借助自動(dòng)化技術(shù)，而隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，用 PLC作為控制器，就能很好地滿足溫控水壺對(duì)自動(dòng)化的要求，并且控制方式靈活多樣，并且我們可以同時(shí)通過(guò)組態(tài) 軟件模擬熱水壺的工作過(guò)程，使我們更直觀的感受先進(jìn)技術(shù)所給我們帶來(lái)的收獲。1.1 課程設(shè)計(jì)的意義微機(jī)控制技術(shù)全面系統(tǒng)地介紹了微型計(jì)算機(jī)在工業(yè)控制中的各種應(yīng)用技術(shù)。主要內(nèi)容包括：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述；微機(jī)控制系統(tǒng)中的輸入 / 輸出通道接口技術(shù)；人機(jī)交互接口技術(shù)； 常用控制程序的設(shè)計(jì)方法；微機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理；數(shù)字PID 控制；工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及組 態(tài)控制軟件；微機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)；微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐。通過(guò)微機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)我們能更好的應(yīng)用我們所學(xué)的知識(shí)，同時(shí)也使我們對(duì) PLG組態(tài)王軟件的進(jìn)一步學(xué)習(xí)，同時(shí)把三門(mén)課進(jìn)行一起結(jié)合及應(yīng)用。1.2 課程設(shè)計(jì)的目的本課程設(shè)計(jì)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)的微機(jī)控制技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論，加以 綜合運(yùn)用，進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初等訓(xùn)練，掌握運(yùn)用微機(jī)控制技術(shù)的原理、設(shè)計(jì)內(nèi)容和 設(shè)計(jì)步驟，為從事相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)或今后的工作需要打下良好的基礎(chǔ)。同時(shí)把幾門(mén)學(xué)科結(jié)合 起來(lái)應(yīng)用。1.3 溫控水壺的研究背景現(xiàn)在大多數(shù)電熱水壺只能把水加熱至沸騰，不能保證熱水溫度，但人們常用的熱水的溫 度根據(jù)用途不同溫度也不相同，現(xiàn)在新的電熱水壺能設(shè)定水壺中的溫度，具體如下：設(shè)定一 個(gè)需要的溫度值（可設(shè)定 4 個(gè)默認(rèn)的溫度按鍵和一個(gè)確認(rèn)按鍵或者增加一個(gè)數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí) 溫度和溫度增加減小按鍵），然后啟動(dòng)加熱，水沸騰后，停止加熱，水放熱降溫至設(shè)定溫度 時(shí)蜂鳴器播放音樂(lè)提示；降溫至設(shè)定溫度以下2C啟動(dòng)加熱，當(dāng)高于設(shè)定溫度2C停止加熱,溫度保持在設(shè)定值附近。這樣可以滿足我們更多的生活需求，例如我們可以通過(guò)調(diào)溫來(lái)泡茶， 也可以通過(guò)保溫選擇適合我們喝水的溫度，從而個(gè)我們的生活帶來(lái)更多的方便。2 方案的確立2.1 方案一通過(guò)編輯單片機(jī)程序來(lái)完成溫控水壺的內(nèi)部程序，用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱上的相應(yīng)芯片及自己設(shè) 計(jì)電路連線實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。在單片機(jī)的數(shù)碼顯示管上顯示溫度變化情況，通過(guò)按單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱上 的相應(yīng)按鈕來(lái)完成溫控水壺的基本操作。圖1-12.2 方案二運(yùn)用PLC和組態(tài)王編程，在組態(tài)軟件上模擬溫控水壺的工作過(guò)程。同時(shí)SS1798型可跟蹤直流穩(wěn)定電源的電壓信號(hào)作為溫度信號(hào)，通過(guò)模擬塊MAD02把整個(gè)控制系統(tǒng)更好的呈現(xiàn)出來(lái)。在模擬過(guò)程中，我們可以通過(guò)改變電壓信號(hào)來(lái)改變溫度，同時(shí)組態(tài)軟件能直觀的把工作過(guò)程 呈現(xiàn)給我們。0V10v電壓信號(hào)模擬量數(shù)子量PL控制器組態(tài)王圖1-2方案比較結(jié)果通過(guò)比較我們發(fā)現(xiàn)方案二更能達(dá)到我們這次課程設(shè)計(jì)的目的，同時(shí)我們能同時(shí)學(xué)習(xí)好幾種 軟件，并把他們更好的結(jié)合應(yīng)用。所以我選定方案二。3系統(tǒng)硬件介紹及其設(shè)計(jì)3.1 CPM1A-MAD02-CH模擬量輸入/輸出單元模塊介紹F圖1-3為外部端子分布圖1 H .it H. .UU. HiI,U未使用14公共輸入412 j電壓輸入410電流輸入38公共輸入26電壓輸入24電流輸入1213未使用11電流輸入49公共輸入37電壓輸入35電流輸入23公共輸入11電壓輸入1未使用14公共輸入412電壓輸入410電流輸入38公共輸入26電壓輸入24電流輸入1213未使用1:11電流輸入4|9公共輸入3:7電壓輸入35電流輸入23公共輸入11電壓輸入1:(a)(b)圖1-3產(chǎn)品規(guī)格輸入通道數(shù)4輸入信號(hào)范圍010V15V420mA分辨率010V8位15V8位420mA8位輸入形式差動(dòng)輸入輸入阻抗電壓輸入1MD電流輸入250Q最大輸入信號(hào)電壓輸入+ 15V電流輸入±30mA輸出通道數(shù)1輸出信號(hào)范圍-1010V010V420mA分辨率-1010V9位010V8位420mA8位最大輸岀電流電壓輸出5mA最大負(fù)載阻抗電流輸岀350Q總輸岀電流21mA共有精度±.0%（滿量程）隔離方式模擬量輸入、輸岀端子之間無(wú)隔離模擬量輸入/ 輸出端子和CPU之間DC500V轉(zhuǎn)換速率最大十毫秒一個(gè)單元（見(jiàn)注）外部連接端子兩個(gè)14腳端子臺(tái)（不可拆卸）電流消耗5V 最大60mA(CPIMA 5V 最大提供 150mA)24V 最大 80mA重量最大250g尺寸86(W) X50(H) >90(D)mm注：這個(gè)時(shí)間是指整個(gè)模塊的輸入輸出完成一次刷新所需要的時(shí)間。只要總電流小于或等于 21mA,電壓輸出和電流輸出可以同時(shí)使用。啟動(dòng)電壓或電流輸出時(shí)，寫(xiě)入輸出通道的數(shù)據(jù)有效。啟動(dòng)電壓或電流輸入時(shí)，從輸入通道讀數(shù)據(jù)有效。不用的輸入回路，將其電壓輸入端子短接。輸入/輸出范圍設(shè)置設(shè)置字（“ MAD02輸出通道n” + “1”）位76543210輸入4輸入3輸入2輸入1啟動(dòng)量程啟動(dòng)量程啟動(dòng)量程啟動(dòng)量程設(shè)置字（“ MAD02輸出通道n” + “1”）位15141312111098不使用輸入 4輸入 3輸入2輸入 1輸岀111平均值啟動(dòng)量程設(shè)定值項(xiàng)目?jī)?nèi)容輸入量程0:010V1:15V/420mA啟動(dòng)位0：不使用1：使用平均值0：不使用1：使用輸出量程0:010V/420mA 1:-10+10V/420mA啟動(dòng)位0：不使用1：使用注：設(shè)定通道只能用于量程設(shè)定 ，不能作它用。通道分配CPU輸岀1輸入4輸入3輸入2輸入130CDR12CH低八位03CH高八位03CH低八位02CH高八位02CH低八位40CDR12CH低八位03CH高八位03CH低八位02CH高八位02CH低八位輸入通道的IR位分配“輸入通道1”1514131211109876543210ddDddddddddddddd輸入4輸入3輸出通道的IR位分配 輸出通道0:正電壓輸出1 :負(fù)電壓輸出注：只有當(dāng)使用土 10V量程時(shí)，符號(hào)位才有用。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 輸出輸入輸出輸出數(shù)據(jù)（十六進(jìn)制）輸入輸入數(shù)據(jù)（十六進(jìn)制）3.2熱電偶測(cè)溫什么叫熱電偶？這就要從熱電偶測(cè)溫原理說(shuō)起,熱電偶是一種感溫元件，是一次儀表，它直接測(cè)量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào),通過(guò)電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。熱電偶測(cè)溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí),回路中就會(huì)有電流通過(guò)，此時(shí)兩端之間就存在Seebeck電動(dòng)勢(shì)一一熱電動(dòng)勢(shì)，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個(gè)恒定的溫度下。根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的函數(shù)關(guān)系，制成熱電偶分度表；分度表是自由端溫度在 0C時(shí)的條件下得到的， 不同的熱電偶具有不同的分度表。 在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí)，只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同 ，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此，在熱電偶測(cè)溫時(shí)，可接入測(cè)量?jī)x表，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)后，即可知道被測(cè)介質(zhì)的溫度。兩種不同成份的導(dǎo)體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當(dāng)接合點(diǎn)的溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測(cè)量的，其中，直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測(cè)量端），另一端叫做冷端（也稱為補(bǔ)償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。熱電偶實(shí)際上是一種能量轉(zhuǎn)換器，它將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢(shì)測(cè)量溫度，對(duì)于熱電偶的熱電勢(shì)，應(yīng)注意如下幾個(gè)問(wèn)題：1:熱電偶的熱電勢(shì)是熱電偶兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶兩端溫度差的函數(shù)；2 :熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)的大小，當(dāng)熱電偶的材料是均勻時(shí)，與熱電偶的長(zhǎng)度和直徑無(wú)關(guān)，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān)；3 :當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢(shì)的大小，只與熱電偶的溫 度差有關(guān)；若熱電偶冷端的溫度保持一定，這進(jìn)熱電偶的熱電勢(shì)僅是工作端溫度的單值函數(shù)。 熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)電路圖如下圖所示圖1-44 系統(tǒng)軟件介紹4.1 PLC 的特點(diǎn)PLC 是傳統(tǒng)的繼電器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物， 所以要工業(yè)控制方面， 它具有繼電 器或通用計(jì)算機(jī)所無(wú)法比擬的特點(diǎn)。1) 高可靠性PLC的高可靠性主要表現(xiàn)在硬件和軟件兩個(gè)方面：在硬件方面，由于采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源，并 且對(duì)選用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選，加上合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，最后加固、簡(jiǎn)化安裝，因此PLC具有很強(qiáng)硬的 抗振動(dòng)沖擊性能；無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，就不會(huì)出現(xiàn)繼電器系統(tǒng)中的器件老化、 脫焊、觸點(diǎn)電弧等問(wèn)題；所有的輸入/輸出接口都采用光電隔離措施，使外部電路和PLC內(nèi)部電路能有 效的進(jìn)行隔離；PLC莫塊式的結(jié)構(gòu)，可以在其中一個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)迅速地判斷出故障的模塊并進(jìn)行更 換，這樣就能盡量的縮短系統(tǒng)的維修時(shí)間。在軟件方面，PLC的監(jiān)控定時(shí)器可用于監(jiān)視執(zhí)行用戶程序的專用運(yùn)行處理器的延遲，保證在程序出現(xiàn)錯(cuò)誤和程序調(diào)試時(shí)，避免因程序錯(cuò)誤而出現(xiàn)死循環(huán)；當(dāng)CPU電池、I/O 口、通信等出現(xiàn)異常時(shí)，PLC的自診斷功能可以檢測(cè)到這些錯(cuò)誤，并采取相應(yīng)的措施，以防止故障擴(kuò)大；停電時(shí)，后電池和正常工作時(shí)一樣，進(jìn)行對(duì)用戶程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的保護(hù)，確保信息不丟失。2) 應(yīng)用靈活、使用方便模塊化的PLC設(shè)計(jì)，使用戶能根據(jù)自己系統(tǒng)的大小、工藝流程和控制要求等來(lái)選擇自己 所需要的PLC模塊并進(jìn)行資源配置和 PLC編程。這樣，控制系統(tǒng)就不需要大量的硬件裝置， 用戶只需根據(jù)控制需要設(shè)計(jì) PLC的硬件配置和I/O的外部接線即可。3) 面向控制過(guò)程的編程語(yǔ)言，容易掌握PLC的編程語(yǔ)言采用繼電器控制電路的梯形圖語(yǔ)言，清晰直觀。雖然PLC 是以微處理器為核心 的控制裝置，但是它不需要用戶有很強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)能力， 只在用戶具備一定的計(jì)算機(jī)軟、 硬件知識(shí)和電 器控制方面的知識(shí)即可。4.2 PLC 的主要技術(shù)指標(biāo)1) 存儲(chǔ)器容量存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)程序和系統(tǒng)參數(shù)等，其容量是由用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組成的。程序存儲(chǔ)器容量大小決定了用戶所能編寫(xiě)程序的長(zhǎng)度。一般中小型PLC的存儲(chǔ)器容量在16KB以下，大型的 PLC可達(dá)到2MB左右。2) 輸入 / 輸出點(diǎn)數(shù)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)是指根據(jù)工業(yè)系統(tǒng)控制要求所得到的對(duì)應(yīng)于PLC的輸入/輸出端的個(gè)數(shù)。I/O點(diǎn)數(shù)越多，說(shuō)明需要控制的器件和設(shè)備就越多。3) 掃描時(shí)間掃描時(shí)間是指CPU內(nèi)部根據(jù)用戶程序，按邏輯順序，從開(kāi)始到結(jié)束掃描一次所需的時(shí)間。PLC用戶手冊(cè)一般給出執(zhí)行指令所用的時(shí)間。4) 指令種類和數(shù)量指令的種類和數(shù)量決定了用戶編制程序的方式和PLC的處理能力和控制能力。5) 內(nèi)部寄存的種類和數(shù)量?jī)?nèi)部寄存器主要包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、中間繼電器、數(shù)據(jù)寄存器和特殊寄存器等。它們 主要用來(lái)完成計(jì)時(shí)、技術(shù)、中間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)還有其他一些功能。種類和數(shù)量越多， PLC的功能就越強(qiáng)大。6) 擴(kuò)展能力PLC擴(kuò)展能力是指 PLC是否能具有I/O點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展、功能擴(kuò)展、聯(lián)網(wǎng)等一些功能。7) 智能模塊的種類和數(shù)量智能模塊是指能完成模擬量控制、遠(yuǎn)程控制以及通信等功能模塊。智能模塊種類和數(shù)量越 多，說(shuō)明PLC功能越強(qiáng)大。4.3 PLC 的基本組成及工作原理PLC的基本組成PLC的主機(jī)由微處理器(CPU、存儲(chǔ)器(EPROM RAM、輸入/輸出模塊、外設(shè)I/O接口、 通信接口及電源組成。對(duì)于整體式的PLC這些部件都在同一個(gè)機(jī)殼內(nèi)。而對(duì)于模塊式結(jié)構(gòu)的PLC各部件獨(dú)立封裝，稱為模塊，各模塊通過(guò)機(jī)架和電纜連接在一起。主機(jī)內(nèi)的各個(gè)部分均通過(guò)電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接。根據(jù)實(shí)際控制對(duì)象的需要配備一定主機(jī)用戶輸入設(shè)備用戶輸出設(shè)備外圍設(shè)備*計(jì)算機(jī)或其他-PLC圖1-51) PLC的基本工作原理PLC 是一種存儲(chǔ)程序的控制器。用戶根據(jù)某一對(duì)象的具體控制要求，編制好控制程序后， 用編程器將程序鍵入到 PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中寄存。PLC的控制功能就是通過(guò)運(yùn)行用戶程序 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PLC掃描工作方式主要分三個(gè)階段：輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。輸入采樣PLC在開(kāi)始執(zhí)行程序之前，首先掃描輸入端子，按順序?qū)⑺斎胄盘?hào)，讀入到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，這個(gè)過(guò)程稱為輸入采樣。PLC在運(yùn)行程序時(shí)，所需的輸入信號(hào)不是現(xiàn)時(shí)取輸入端子上的信息，而是取輸入映像寄存器中的信息。在本工作周期內(nèi)這個(gè) 采樣結(jié)果的內(nèi)容不會(huì)改變，只有到下一個(gè)掃描周期輸入采樣階段才被刷新。程序執(zhí)行PLC完成了采樣工作后，按順序從0000號(hào)地址開(kāi)始的程序進(jìn)行掃描執(zhí)行，并分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中獲得所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理。再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫(xiě)入寄存執(zhí)行結(jié)果的輸出映像寄存器中保存。但這個(gè)結(jié)果在全部程序未 被執(zhí)行完畢之前不會(huì)送到輸出端子上。PLC將輸出映像寄存輸出刷新在執(zhí)行到END的命令時(shí)，即執(zhí)行完用戶所有的程序后， 器中的內(nèi)容送到輸出鎖存器中進(jìn)行輸出，驅(qū)動(dòng)用戶設(shè)備。4.4 組態(tài)軟件特點(diǎn)組態(tài)軟件，又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。譯自英文SCADA即卩Supervisory Co ntrol andData Acquisition（ 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制 ） 。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專用軟件。它 們處在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供 快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域很廣， 可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過(guò)程控制等 諸多領(lǐng)域。在電力系統(tǒng)以及電氣化鐵道上又稱遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng) （RTU System,Remote Terminal Unit）組態(tài)軟件在國(guó)內(nèi)是一個(gè)約定俗成的概念，并沒(méi)有明確的定義，它可以理解為“組態(tài)式監(jiān)控軟件”?！敖M態(tài)（Configure） ”的含義是“配置”、“設(shè)定”、“設(shè)置”等意思，是指用戶通過(guò)類似“搭積木”的簡(jiǎn)單方式來(lái)完成自己所需要的軟件功能，而不需要編寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序， 也就是所謂的“組態(tài)”。它有時(shí)候也稱為“二次開(kāi)發(fā)”，組態(tài)軟件就稱為“二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)”?！氨O(jiān)控（ Supervisory Control ）”，即“監(jiān)視和控制”，是指通過(guò)計(jì)算機(jī)信號(hào)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備 或過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視、控制和管理組態(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(jì)算機(jī)控制中。如DCS集散控制系統(tǒng)）組態(tài)，PLC（可編程控制器）梯形圖組態(tài)。人機(jī)界面生成軟件就叫工控組態(tài)軟件。在其他行業(yè)也有組態(tài)的概念，如AutoCAD， PhotoShop 等。不同之處在于，工業(yè)控制中形成的組態(tài)結(jié)果是用在實(shí)時(shí)監(jiān)控的。從表面上看，組態(tài)工具的運(yùn) 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(yǔ)言，有的支持 VB,現(xiàn)在有的組態(tài)軟件甚至支持C#高級(jí)語(yǔ)言。組態(tài)軟件大都支持各種主流工控設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對(duì)應(yīng)于原有的HMI （人機(jī)接口軟件， Human Mach ine In terface ）的概念，組態(tài)軟件還是一個(gè)使用戶能快速建立自己的 HMI 的軟件工具或開(kāi)發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前， 工控領(lǐng)域的用戶通過(guò)手工或委托第三方編寫(xiě) HMI 應(yīng)用，開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，效率低，可靠性差；或 者購(gòu)買(mǎi)專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界 進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級(jí)和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)使用戶可以利用組態(tài)軟 件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)控制、SCADA通訊及聯(lián)網(wǎng)、開(kāi)放數(shù)據(jù)接口、對(duì)I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容監(jiān)控組態(tài)軟件將會(huì)不斷被賦予新的內(nèi)容。隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的迅速提高，計(jì)算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)工業(yè)自動(dòng)化的 要求越來(lái)越高，種類繁多的控制設(shè)備和過(guò)程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的工業(yè)控 制軟件已無(wú)法滿足用戶的各種需求。在開(kāi)發(fā)傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件時(shí)，當(dāng)工業(yè)被控對(duì)象一旦有 變動(dòng)，就必須修改其控制系統(tǒng)的源程序，導(dǎo)致其開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)；已開(kāi)發(fā)成功的工控軟件又由于每個(gè)控制項(xiàng)目的不同而使其重復(fù)使用率很低，導(dǎo)致它的價(jià)格非常昂貴；在修改工控軟件的源程序時(shí)，倘若原來(lái)的編程人員因工作變動(dòng)而離去時(shí)，則必須同其他人員或新手進(jìn)行源程序的修改，因而更是相當(dāng)困難。通用工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件的出現(xiàn)為解決上述實(shí)際工程問(wèn)題提供了一種嶄新的方法，因?yàn)樗軌蚝芎玫亟鉀Q傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問(wèn)題，使用戶能根據(jù) 自己的控制對(duì)象和控制目的的任意組態(tài)，完成最終的自動(dòng)化控制工程。組態(tài)( Configuration )為模塊化任意組合。通用組態(tài)軟件主要特點(diǎn)：( 1)延續(xù)性和可擴(kuò)充性。用通用組態(tài)軟件開(kāi)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)，不需作很多修改而方便地完成軟件的更新和升級(jí)；( 2)封裝性(易學(xué)易用) ，通用組態(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，不需掌握太多的編程語(yǔ)言技術(shù)(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；(3)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(kāi)放式的數(shù)據(jù)庫(kù)和畫(huà)面制作工具，就 能完成一個(gè)具有動(dòng)畫(huà)效果、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有多媒體功能和網(wǎng)絡(luò)功 能的工程，不受行業(yè)限制。4.5 使用組態(tài)王軟件開(kāi)發(fā)的優(yōu)點(diǎn)(1) 實(shí)驗(yàn)全部用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn) , 只需利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)就可完成自動(dòng)控制系統(tǒng)課程的實(shí)驗(yàn) , 從而大大減少購(gòu)置儀器的經(jīng)費(fèi)。(2) 該系統(tǒng)是中文界面 , 具有人機(jī)界面友好、結(jié)果可視化的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)用戶而言, 操作簡(jiǎn)單易學(xué)且編程簡(jiǎn)單 , 參數(shù)輸入與修改靈活 ,具有多次或重復(fù)仿真運(yùn)行的控制能力 , 可以 實(shí)時(shí)地顯示參數(shù)變化前后系統(tǒng)的特性曲線, 能很直觀地顯示控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線,這些很強(qiáng)的交互能力使其在自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)揮理想的效果。 在采用組態(tài)王開(kāi)發(fā)系統(tǒng)編制應(yīng)用程序過(guò)程中要考慮以下三個(gè)方面:(1) 圖形 , 是用抽象的圖形畫(huà)面來(lái)模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和相應(yīng)的工控設(shè)備。(2) 數(shù)據(jù) ,就是創(chuàng)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫(kù) , 并用此數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量描述工控對(duì)象的各種屬性 , 比如水位、流量等。(3) 連接 ,就是畫(huà)面上的圖素以怎樣的動(dòng)畫(huà)來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行, 以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。圖1-6按下時(shí)本站點(diǎn) baowen<5)5 系統(tǒng)調(diào)試5.1模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換本設(shè)計(jì)通過(guò) SS1798型可跟蹤直流穩(wěn)定電源的電壓信號(hào)作為溫度信號(hào)的模擬量，我們把電壓設(shè)置范圍為1-10V,據(jù)系統(tǒng)要求，所要測(cè)量的溫度量程為0-100C.找出被測(cè)物理量與A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，由此可得公式：測(cè)量溫度=（本站點(diǎn)AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字量*10/255*10）其在PLC中的程序如下所示<200.000.i'l ±04 a''5aD9mirmSi則通過(guò)此程序便可以將我們輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的溫度信號(hào)，使我們的設(shè)計(jì) 更加的直觀。5.2溫度選擇功能的實(shí)現(xiàn)我們可以通過(guò)以下PLC程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫控水壺的不同溫度的選擇（見(jiàn)附錄）通過(guò)PLC程序我們就可以通過(guò)一個(gè)按鈕的按動(dòng)使系統(tǒng)在不同保溫的指示燈處閃動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)按鈕選溫的功能， 但此程序在和組態(tài)聯(lián)合中比較麻煩，我們可以直接通過(guò)組態(tài)軟件編輯實(shí)現(xiàn)此功能。其組態(tài)中程序如下：本站點(diǎn)本站點(diǎn)baowen+1;本站點(diǎn) baowen=5)本站點(diǎn) baowen=0;5.3組態(tài)編程先打開(kāi)組態(tài)軟件，建立數(shù)據(jù)字典，如下:LQ整型21IM齡出L媲型22珈I/Offit23DN1悩血。督己匚騎整型24寂保溫內(nèi)棄蔦散鬲IWBSL26ADI肚©捋就T內(nèi)矗宮散21圖1-7F圖為組態(tài)中的整體編程畫(huà)面圖1-8當(dāng)溫度設(shè)定在80時(shí)，運(yùn)行此程序，同時(shí)把溫度調(diào)到7882范圍內(nèi)，其運(yùn)行過(guò)程如下:圖1-9TWUW1fl .4.： 片乩*ff-L退出* T>S童劈二<-圖 1-10其溫度指示燈內(nèi)的程序如下本站點(diǎn)本站點(diǎn)AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字量字量 *10/255*10>=92)本站點(diǎn)本站點(diǎn)AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字量字量 *10/255*10>=82)本站點(diǎn)本站點(diǎn)AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字量字量 *10/255*10>=72)本站點(diǎn)本站點(diǎn)AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字量本站點(diǎn)AD轉(zhuǎn)換的數(shù)本站點(diǎn)AD轉(zhuǎn)換的數(shù)本站點(diǎn)AD轉(zhuǎn)換的數(shù)本站點(diǎn)AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字量 *10/255*10>=62)PLC后，首先逐條仔細(xì)檢查，并改正寫(xiě)入時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤。用戶程序5.4 程序現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試 將設(shè)計(jì)好的程序?qū)懭?，般先在?shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，在調(diào)試時(shí)應(yīng)充分考慮各種可能的情況，對(duì)系統(tǒng)各種不同的工作方式、有選擇序列的功能 表圖中的每一條支路、各種可能的進(jìn)展路線，都應(yīng)逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后應(yīng)及時(shí) 修改梯形圖和PLC中的程序以及 組態(tài)中的程序，直到組態(tài)中的運(yùn)行現(xiàn)象符合標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)和模擬調(diào)試程序的同時(shí)，可以設(shè)計(jì)、制作控制臺(tái)或控制柜，PLC 之外的其他硬件的安裝、接線工作也可以同時(shí)進(jìn)行 。完成上述的工作后，將 PLC 安裝在控制現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)總調(diào)試，在調(diào)試過(guò)程中將暴露出系 統(tǒng)中可能存在的傳感器、執(zhí)行器和硬接線等方面的問(wèn)題，以及 PLC 的外部接線圖和梯形圖程 序和組態(tài)程序設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，應(yīng)對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)加以解決。如果調(diào)試達(dá)不到指標(biāo)要求，則 對(duì)相應(yīng)硬件和軟件部分作適當(dāng)調(diào)整，通常只需要修改程序就可能達(dá)到調(diào)整的目的。全部調(diào)試 通過(guò)后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的考驗(yàn)，系統(tǒng)就可以投入實(shí)際的運(yùn)行了。6 實(shí)習(xí)總結(jié) 本課程設(shè)計(jì)緊張而又充實(shí)的結(jié)束了，通過(guò)本課程設(shè)計(jì)我運(yùn)用已學(xué)的微機(jī)控制技術(shù)的基礎(chǔ) 知識(shí)和基本理論，加以綜合運(yùn)用，進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初等訓(xùn)練，掌握運(yùn)用微機(jī)控制技 術(shù)的原理、設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)步驟，為從事相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)或今后的工作需要打下良好的基礎(chǔ)。 此次的實(shí)訓(xùn)以班級(jí)為主體， 以小組為單位而開(kāi)展的一次綜合的實(shí)踐，老師也給予我們足夠 的空間讓我們完成此次的實(shí)訓(xùn)，這讓我覺(jué)得壓力減輕不少。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，讓我很好的鍛煉 了理論聯(lián)系實(shí)際，與具體項(xiàng)目、課題相結(jié)合開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)產(chǎn)品的能力。既讓我們懂得了怎樣把 理論應(yīng)用于實(shí)際，又讓我們懂得了在實(shí)踐中遇到的問(wèn)題怎樣用理論去解決。在本次設(shè)計(jì)中，我們還需要大量的以前沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)，于是圖書(shū)館和INTERNET成了我們很好的助手。在查閱資料的過(guò)程中，我們要判斷優(yōu)劣、取舍相關(guān)知識(shí)，不知不覺(jué)中我們 查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉。我們學(xué)習(xí)的知識(shí)是有限的，在以后的工作中我們肯定 會(huì)遇到許多未知的領(lǐng)域，這方面的能力便會(huì)使我們受益非淺。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，總是遇到這樣 或那樣的問(wèn)題。有時(shí)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題的時(shí)候，需要做大量的工作，花大量的時(shí)間才能解決。自 然而然，我的耐心便在其中建立起來(lái)了。為以后的工作積累了經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)了信心?？傊@次的實(shí)訓(xùn)給予了我不同的學(xué)習(xí)方法和體驗(yàn)，讓我深切的認(rèn)識(shí)到實(shí)踐的重要性。 在以后的學(xué)習(xí)過(guò)程中，我會(huì)更加注重自己的操作能力和應(yīng)變能力，多與這個(gè)社會(huì)進(jìn)行接觸， 讓自己更早適應(yīng)這個(gè)陌生的環(huán)境，相信在不久的將來(lái)，可以打造一片屬于自己的天地。致謝緊張而又充實(shí)的實(shí)習(xí)即將結(jié)束了，回憶這幾天的實(shí)習(xí)感覺(jué)很充實(shí)，學(xué)到了很多課本學(xué)不 到的知識(shí)。首先我要感謝我的老師們?cè)谡n程設(shè)計(jì)上給予我的指導(dǎo)、提供給我的支持和幫助，使我能 順利完成這次課程設(shè)計(jì)，更重要的是老師幫我解決了許多技術(shù)上的難題，讓我能把系統(tǒng)做得 更加完善。在此期間，我不僅學(xué)到了許多新的知識(shí)，而且也開(kāi)闊了視野，提高了自己的設(shè)計(jì) 能力。最后再一次感謝所有在設(shè)計(jì)中幫助過(guò)我的老師和同學(xué)，本次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中得到老師們 的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他們嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作 作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。老師們不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，在此致以誠(chéng)摯的謝意 和崇高的敬意。參考文獻(xiàn)1 張鳳珊電氣控制及可編程序控制器 2 版 M 北京 : 中國(guó)輕工業(yè)出版社， 2003 2 張萬(wàn)忠可編程控制器應(yīng)用技術(shù) M 北京 : 化學(xué)工業(yè)出版社， 20013 S7-200 CN 可編程序控制器手冊(cè) M 西門(mén)子(中國(guó))有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)，20054 張萬(wàn)忠可編程控制器應(yīng)用技術(shù) M 北京 : 化學(xué)工業(yè)出版社， 20015 席裕庚 , 柴天佑 , 惲為民 . 遺傳算法綜述 J. 控制理論與應(yīng)用 , 1996, 13(06): 697704.6 陳杰, 黃鴻.傳感器與檢測(cè)技術(shù) M. 高等教育出版社， 2002.7 柴天佑 王江微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，潘新民編著，人民郵電出版社， 1999.68 林敏等 . 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及工程應(yīng)用 . 北京：國(guó)防工業(yè)出版社 ,200920049 潘新民 . 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) . 北京：電子工業(yè)出版社 ,200310 吳曉君，楊向明電氣控制與可編程控制器應(yīng)用M 北京 : 中國(guó)建材工業(yè)出版社，附錄000001<20X00* MX aM «0620000ODCOD1000004)20000200000.01止ODCOM000012)10.05燈ODCOD6000014003T卜ooaooe0DC016<20001I I1 LOOQOD7 P0CO1S20002255.05CT TcT)<T(EQ»標(biāo)志256.07P.LT 待(LT> 標(biāo)去MOVC002侗MOVOilDM1T1M<10.05>M aL23：10030D1FUMil200.01*cDM0CMPmiDMO5200 03HD200.04200 06-o-HcmICP2)【21 CRTCPU<2«i 01> M6<cBU90C0>c20 c31 c33 c3? c<l c45(CPI)<dW0C0> cl7 c31 c33 c3? c<l c5(2f<2O3i CB> a29<2W. 04>*0000008(OOOQ2A000009(000032)000011(000040(Ki附錄二