利用组态王模拟温度控制

前言

可编程控制器是一种应用很广泛的自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性高、适宜长期连续工作的特点，非常适合温度控制的要求。

在工业领域，随着自动化程度的迅速提高，用户对控制系统的过程监控要求越来越高，人机界面的出现正好满足了用户这一需求。人机界面可以对控制系统进行全面监控，包括过程监测、报警提示、数据记录等功能，从而使控制系统变得操作人性化、过程可视化，在自动控制领域的作用日益显著。

本文主要介绍了基于三菱公司FX2N系列的可编程控制器和亚控公司的组态软件组态王的某一对象温度控制系统的设计方案。编程时调用了编程软件STEP 7 -Micro WIN中自带的PID控制模块，使得程序更为简洁，运行速度更为理想。利用组态软件组态王设计人机界面，实现控制系统的实时监控、数据的实时采样与处理。

目录第一章概述··2

第二章总方案··3

2.1 系统框图··3

2.2 下位机设计··4

2.2.1 元件选择··6

2.3 上位机设计··8

2.3.1 监控主界面··9

2.3.2 实时趋势曲线··10

2.3.3 历史趋势曲线··11

2.3.4 报警窗口··11

2.3.5 设定画面··12

2.3.6 变量设置··13

2.3.7 动画连接··15

第三章总结··17

第四章参考文献··17

第一章概述

温度控制在电子、冶金、机械等工业领域应用非常广泛。由于其具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点，它对控制调节器要求极高。目前,仍有相当部分工业企业在用窑、炉等烘干生产线，存在着控制精度不高、炉内温度均匀性差等问题,达不到工艺要求，造成装备运行成本费用高，产出品品质低下，严重影响企业经济效益，急需技术改造。

近年来，国内外对温度控制器的研究进行了广泛、深入的研究，特别是随着计算机技术的发展，温度控制器的研究取得了巨大的发展，形成了一批商品化的温度调节器，如:职能化PID、模糊控制、自适应控制等，其性能、控制效果好,可广泛应用于温度控制系统及企业相关设备的技术改造服务。

在工业自动化领域内,PLC（可编程控制器）以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、性价比高、体积小、能耗低等显著特点广泛应用于现代工业的自动控制之中。目前的工业控制中,常常选用PLC 作为现场的控制设备,用于数据采集与处理、逻辑判断、输出控制；而上位机则是利用HMI 软件来完成工业控制状态、流程和参数的显示,实现监控、管理、分析和存储等功能。这种监控系统充分利用了PLC 和计算机各自的特点,得到了广泛的应用。在这种方式的基础上设计了一套温度控制系统。以基于PLC 的下位机和完成HMI功能的上位机相结合,构建成分布式控制系统,实现了温度自动控制。

此外，随着工业自动化水平的迅速提高，用户对控制系统的过程监控要求越来越高，人机界面（HMI）的出现正好满足了用户这一需求。人机界面可以对控制系统进行全面监控，包括参数监测、信息处理、在线优化、报警提示、数据记录等功能，从而

使控制系统变得简单易懂、操作人性化，深受广大用户的喜欢。人机界面（HMI）在自动控制领域的作用日益显著。HMI正在成为引导工业生产制造走向成功的重要因素，因为这些系统越来越多的用于监控生产过程，让过程变得更加准确、简洁和快速。

第二章总方案

2.1系统框图

系统整体设计方案及硬件连接图。系统选用FX2NPLC为控制器，Pt100型热电偶将检测到的实际炉温转化为电压信号，经过FX2N-4AD模拟量输入模块转换成数字量信号并送到PLC中进行PID调节，PID控制器输出量转化成占空比，通过固态继电器控制炉子加热的通断来实现对炉子温度的控制。PLC和HMI相连接，实现了系统的实时监控。整个硬件连接图如图2-1所示。

2.2下位机设计

根据对系统设计内容的分析，确定控制系统所需要的输入输出点数为1/3点。选用FX2N系列PLC, 输入输出点数的分配如表2-1所示，由于系统必须对温度信号进行采集和控制，还必须使用到模拟量输入/输出模块FX2N-4AD模块、晶闸管跳功模块、温度变送器。整个硬件系统的原理图2-2如下:

下位机总框图2-2

分析简述工作流程:通过热电偶对被测对象进行温度测量，将测量的结果送到温度变送器，通过温度变送器将模拟量转换为标准1-5V的电压信号。转换后的标准电压信号通过FX2N-4AD的A/D器转换为PLC可以识别的数字量。FX2NPLC检测到来自A/D 转换后的信号，通过内部的程序进行比较和运算将所得的控制信号输出给固态继电器。固态继电器按照原先设定的准则进行工作从而控制阀门的开或关，以实现蒸汽量的进或出从而使被控对象得到预期的控制。

下位机设计接线原理图

2.2.1 元件的选型

1. 温度传感器

温度传感器是用来检测水温的，他将温度信号转换为电信号，再送到变送器。本次设计选用Pt100铂电阻作温度传感器，铂电阻的阻值变化范围为100.0-138.5欧，经变送器转换后输出4-20mA电流。

2. 温度变送器

温度变送器，专应于热电阻或热点偶，将温度转换成4-20MA 的电流信号。本次选用WZPB一体化温度变送器，WZPB一体化温度变送器是温度传感器与变送器的完美结合，以十分简捷的方式把-200~+1600 ℃范围内的温度信号转换为二线制

4~20mA DC 的电信号传输给显示仪、调节器、记录仪、DCS 等，实现对温度的精确测量和控制。一体化温度变送器是现代工业现场、科研院所温度测控的更新换代产品，是集散系统、数字总线系统的必备产品。

3. PLC控制器

本次设计中，我们将采用FX2n系列PLC,FX系列PLC为单元型，内含CPU、电源和固定搭配的输入/输出。Q4AR系列为双机热备系列，最大输入输出点数为8192点。A系列PLC的最大输入输出点数为2048点。F系列程控器的最大输入输出点数为256点。三菱小型FX 2（N）系列程控器的输入输出点最大不超过256点。每台主机可连模入、模出、高速记数、定位等特殊功能模块，不超过8个。FX系列在日本三菱的姬路制作所生产。目前FX系列PLC为中国内地销量最多的小型PLC。FX2n系列PLC 是该系列中功能最强、速度最快的微型PLC。有RAM, EPROM和EEPROM FX2N系列PLC 的特点超高速的运算速度0.08微秒. 比FX2的0.48微秒快六倍.容量极大8K步(最大16K步).比FX2大四倍.机体小型化比FX2小50% .兼容FX2的编程设计.备有多种不同的FX2N扩展单元及特殊模块.

输入输出点数的分配表

表2-1