现场总线测控系统目录
目录
1课程设计任务书 ···································································································错误！未定义书签。
2 温度控制对象概述 (2)
2.1 功能特点与技术参数 (2)
2.2 控制手段 (2)
3 方案设计 (3)
3.1 现场总线概述 (3)
3.1.1最常用的有一下几种： (3)
3.1.2现场总线的特点及优点： (5)
3.2 Wincc+S7-200温度控制系统的硬件组成 (6)
3.2.1 S7-200PLC选型 (6)
3.2.2 温度传感器 (7)
3.3 Wincc+S7-200温度控制系统的软件配置 (8)
3.4 S7-200温度控制系统的网络结构 (9)
3.5 温度控制算法 (9)
4 S7-200 PLC控制程序的设计 (11)
4.1 控制程序的组成 (11)
4.2 温度采集程序设计 (11)
4.3 数字滤波程序设计 (12)
4.4 PID控制程序设计 (12)
4.4.1 PID控制算法 (12)
4.4.2 PID回路算法 (12)
4.4.3 回路输入输出变量的数值转换方法 (13)
5 Wincc组态 (15)
5.1 变量组态 (18)
5.2 画面组态 (19)
5.3变量连接 (21)
6 程序调试 (23)
6.1 PLC程序调试方法与结果 (23)
6.2 Wincc组态调试方法与结果 (25)
7 PID参数的整定 (26)
7.1 整定方法 (26)
8 技术小结 (28)
9参考文献 (29)
附录：S7-200控制程序清单 (30)
- I -
现场总线测控系统任务书
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现场总线测控系统温度控制对象概述
2 温度控制对象概述
温度控制系统由被控对象、测量装置、调节器和执行机构等部分构成。被控对象是一个装置或一个过程，它的温度是被控制量。测量装置对被控温度进行测量，并将测量值与给定值比较，若存在偏差便由调节器对偏差信号进行处理，再输送给执行机构来增加或减少供给被控对象的热量，使被控温度调节到整定值。在定量地设计和分析控制系统时，控制对象必须用有关参数随时间的变化规律来表述，一般采用微分方程或状态方程的形式。这种用数学方程式定量地表示对象动态特性的形式称控制对象的数学模型。控制机理不同，对象的数学模型也不同。
2.1 功能特点与技术参数
本设计是由WinCC和S7-200 PLC系统组合而成的一套加热炉温度控制系统。加热炉是由实验室提供的模拟真实锅炉的温度检测和控制模块，可通过热电偶将温度信号转换成热电动势信号，再转换为标准的4～20mA电信号，从而对温度进行测量。控制模块由PLC输出的1～5V控制信号对锅炉进行加热。
2.2 控制手段
运用了Wincc和S7-200设计了温度测控系统，系统采用位置式PID控制，结合了粗调和微调思想，得到了一个反应迅速，控制精度高、稳定可靠的温度测控系统。实验表明，使用粗调和微调程序控制的系统比只使用单一PID参数控制的系统性能更为优越，它具有更小的最大超调量和调节时间。Wincc操作方便，功能强大，为我们在调试程序和系统测试的时候提供了很大的帮助。通过实时趋势曲线和棒图可以很好地了解系统的动态特性。
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现场总线测控系统 方案设计
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3 方案设计
根据系统具体指标要求，可以对每一个具体部分进行分析设计。整个控制系统分为硬件电路的配置和组成以及软件程序设计两部分。
系统硬件框图结构如图所示:
图3.1系统硬件框图
被控对象为炉内温度，温度传感器检测炉内的温度信号，经温度变送器将温度值转换成0～10V 的电压信号送入PLC 模块。PLC 把这个测量信号与设定值比较得到偏差，经PID 运算后，发出控制信号，经调压装置输出交流电压用来控制电加热炉的端电压，从而实现炉温的连续控制。
3.1 现场总线概述
现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA 模拟信号及普通开关量信号的传输。其定义是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问。
3.1.1最常用的有一下几种：
①基金会现场总线（FoundationFieldbus 简称FF ）
这是以美国Fisher-Rousemount 公司为首的联合了横河、ABB 、西门子、英维斯等80家公司制定的ISP 协议和以Honeywell 公司为首的联合欧洲等地150余家公司制定的
温度值
加热炉
PID 运算
设定温度
S7-200PLC
CPU 运算处理
现场总线测控系统方案设计
WorldFIP协议于1994年9月合并的。该总线在过程自动化领域得到了广泛的应用，具有良好的发展前景。
基金会现场总线采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型（1，2，7层），即物理层、数据链路层、应用层，另外增加了用户层。FF分低速H1和高速H2两种通信速率，前者传输速率为31.25Kbit/秒，通信距离可达1900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。后者传输速率为1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距离为750m和500m，支持双绞线、光缆和无线发射，协议符号IEC1158-2标准。FF的物理媒介的传输信号采用曼切斯特编码。
②CAN（ControllerAreaNetwork 控制器局域网）
最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。CAN支持多主工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设置优先级来避免冲突，通讯距离最远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达40M /1Mbp/s，网络节点数实际可达110个。目前已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片。
③Lonworks
它由美国Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡导。它采用ISO/OSI 模型的全部７层通讯协议，采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质，通讯速率从300bit/s至1.5M/s不等，直接通信距离可达2700m（78Kbit/s），被誉为通用控制网络。Lonworks技术采用的LonTalk协议被封装到Neuron（神经元）的芯片中，并得以实现。采用Lonworks技术和神经元芯片的产品，被广泛应用在楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、交通运输、工业过程控制等行业。
④DeviceNet
DeviceNet是一种低成本的通信连接也是一种简单的网络解决方案，有着开放的网络标准。DeviceNet具有的直接互联性不仅改善了设备间的通信而且提供了相当重要的设备级阵地功能。DebiceNet基于CAN技术，传输率为125Kbit/s至500Kbit/s,每个网络的最大节点为64个，其通信模式为：生产者/客户（Producer/Consumer），采用多信道广播信息发送方式。位于DeviceNet网络上的设备可以自由连接或断开，不影响网上的其他设备，而且其设备的安装布线成本也较低。DeviceNet总线的组织结构是Open DeviceNet Vendor Association。
⑤PROFIBUS
PROFIBUS是德国标准（DIN19245）和欧洲标准（EN50170）的现场总线标准。由PROFIBUS--DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA系列组成。DP用于分散外设间高速数据
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现场总线测控系统方案设计
传输，适用于加工自动化领域。FMS适用于纺织、楼宇自动化、PLC、低压开关等。PA 用于过程自动化的总线类型，服从IEC1158－２标准。PROFIBUS支持主-从系统、纯主
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现场总线测控系统方案设计
站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。PROFIBUS的传输速率为9.6Kbit/s
至12Mbit/s，最大传输距离在9.6Kbit/s下为1200m，在12Mbit/s小为200m，可采用中继器延长至10km，传输介质为双绞线或者光缆，最多可挂接127个站点。
⑥HART
HART是Highway Addressable Remote Transducer的缩写，最早由Rosemount公司开发。其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变的过渡产品。其通信模型采用物理层、数据链路层和应用层三层，支持点对点主从应答方式和多点广播方式。由于它采用模拟数字信号混和，难以开发通用的通信接口芯片。HART能利用总线供电，可满足本质安全防爆的要求，并可用于由手持编程器与管理系统主机作为主设备的双主设备系统。
⑦CC-Link
CC-Link是Control&Communication Link（控制与通信链路系统）的缩写，在1996年11月，由三菱电机为主导的多家公司推出，其增长势头迅猛，在亚洲占有较大份额。在其系统中，可以将控制和信息数据同是以10Mbit/s高速传送至现场网络，具有性能卓越、使用简单、应用广泛、节省成本等优点。其不仅解决了工业现场配线复杂的问题，同时具有优异的抗噪性能和兼容性。CC-Link是一个以设备层为主的网络，同时也可覆盖较高层次的控制层和较低层次的传感层。2005年7月CC-Link被中国国家标准委员会批准为中国国家标准指导性技术文件。
⑧WorldFIP
WorkdFIP的北美部分与ISP合并为FF以后，WorldFIP的欧洲部分仍保持独立，总部设在法国。其在欧洲市场占有重要地位，特别是在法国占有率大约为60%。WorldFIP 的特点是具有单一的总线结构来适用不同的应用领域的需求，而且没有任何网关或网桥，用软件的办法来解决高速和低速的衔接。WorldFIP与FFHSE可以实现“透明联接”，并对FF的H1进行了技术拓展，如速率等。在与IEC61158第一类型的连接方面，WorldFIP 做得最好，走在世界前列。
⑨INTERBUS
INTERBUS是德国Phoenix公司推出的较早的现场总线，2000年2月成为国际标准IEC61158。INTERBUS采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型（1，2，7层），即物理层、数据链路层、应用层，具有强大的可靠性、可诊断性和易维护性。其采用集总帧型的数据环通信，具有低速度、高效率的特点，并严格保证了数据传输的同步性和周期性；该总线的实时性、抗干扰性和可维护性也非常出色。INTERBUS广泛地应用到汽车、烟草、仓储、造纸、包装、食品等工业，成为国际现场总线的领先者。
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现场总线测控系统方案设计
3.1.2现场总线的特点及优点：
1.现场控制设备具有通信功能，便于构成工厂底层控制网络。
2.通信标准的公开、一致，使系统具备开放性，设备间具有互可操作性。
3.功能块与结构的规范化使相同功能的设备间具有互换性。
4.控制功能下放到现场，使控制系统结构具备高度的分散性。
5.现场总线使自控设备与系统步入了信息网络的行列，为其应用开拓了更为广阔的领域。
6.一对双绞线上可挂接多个控制设备，便于节省安装费用。
7.节省维护开销。
8.提高了系统的可靠性。
9.为用户提供了更为灵活的系统集成主动权。
3.2 Wincc+S7-200温度控制系统的硬件组成
3.2.1 S7-200PLC选型
S7-200 系列 PLC 是由德国西门子公司生产的一种超小型系列可编程控制器，它能够满足多种自动化控制的需求，其设计紧凑，价格低廉，并且具有良好的可扩展性以及强大的指令功能，可代替继电器在简单的控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。由于它具有极强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥作用[2] S7-200系列可以根据对象的不同, 可以选用不同的型号和不同数量的模块。并可以将这些模块安装在同一机架上
S7-200 主要功能模块介绍：
(1)CPU 模块S7-200的CPU 模块包括一个中央处理单元,电源以及数字I/O 点,这些都被集成在一个紧凑,独立的设备中。CPU 负责执行程序,输入部分从现场设备中采集信号,输出部分则输出控制信号,驱动外部负载.从 CPU 模块的功能来看, CPU 模块为CPU22*,它具有如下五种不同的结构配置CPU 单元：①CPU221 它有 6 输入/4 输出,I/0 共计 10 点.无扩展能力,程序和数据存储容量较小,有一定的高速计数处理能力,非常适合于少点数的控制系统。②CPU222 它有8 输入/6 输出，I/0 共计 14 点，和 CPU 221 相比,它可以进行一定的模拟量控制和2个模块的扩展,因此是应用更广泛的全功能控制器。③CPU224 它有 14 输入/10 输出，I/0 共计 24 点，和前两者相比,存储容量扩大了一倍,它可以有 7 个扩展模块,有内置时钟,它有更强的模拟量和高速计数的处理
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现场总线测控系统方案设计
能力,是使用得最多 S7-200 产品。④CPU226 它有24输入/16 输出,I/0 共计 40 点,和 CPU224 相比,增加了通信口的数量,通信能力大大增强。它可用于点数较多,要求较高的小型或中型控制系统。⑤CPU226XM 它在用户程序存储容量和数据存储容量上进行了扩展,其他指标和 CPU226相同。
(2)开关量 I/O 扩展模块当 CPU 的 I/0 点数不够用或需要进行特殊功能的控制时,就要进行 I/O 扩展,I/O 扩展包括 I/O 点数的扩展和功能模块的扩展。通常开关量 I/O 模块产品分 3 种类型:输入模块,输出模块以及输入/输出模块。为了保证 PLC 的工作可靠性,在输入模块中都采用提高可靠性的技术措施。如光电隔离,输入保护(浪涌吸收器,旁路二极管,限流电阻),高频滤波,输入数据缓冲器等。由于 PLC 要控制的对象有多种,因此输出模块也应根据负载进行选择,有直流输出模块, 交流输出模块和交
直流输出模块。按照输出开关器件种类不同又分为 3 种：继电器输出型,晶体管输出型和双向晶闸管输出型。这三种输出方式中,从输出响应速度来看，晶体管输出型最快，继电器输出型最差，晶闸管输出型居中；若从与外部电路安全隔离角度看,继电器输出型最好。在实际使用时，亦应仔细查看开关量 I/O 模块的技术特性，按照实际情况进行选择。
在S7-200中，单极性模拟量的输入/输出信号的数值范围是0~32000，双极性模拟信号的数值范围是-32000~+32000[1]
3.2.2 温度传感器
传感器检测到温度转换成4~20MA的电流信号，系统需要配置模拟量输入模块把电流信号转换成数字信号再送到PLC中进行处理。本次设计系统中传感器和温度变送器都集成在电阻炉内，我们所采用的就是一个集成了温度变送器和传感器的电阻炉。
3.3 Wincc+S7-200温度控制系统的软件配置
本次设计的温度控制系统是通过Wincc来监控S7-200。由于SIMATIC Wincc是采用了最新的32位技术的过程监控软件，具有良好的开放性和灵活性，所以无论是单用户系统，还是冗余多服务器/多用户系统，Wincc均是较好的选择。但由于西门子公司S7-200系列PLC比监控组态软件Wincc推出晚，Wincc中没有集成S7-200系列PLC的通信驱动程序，因此需通过OPC与S7-200通讯。采用OPC方式简单，只需要有一个OPC Server，这可以通过S7-200 PC Access软件来实现。
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现场总线测控系统方案设计
3.4 S7-200温度控制系统的网络结构
S7200 CPU支持多种通讯协议。使用S7-200 CPU，可以支持一个或多个以下协议：第一种是点到点(Point-to-point)接口即PPI方式。第二种是多点(Multi-Point)接口即MPI方式。笫三种是过程现场总线PROFIBUS即PROFIBUS-DP方式。笫四种是用户自定义协议即自由口方式。
本次设计主要采用PPI协议，PPI是一个主／从协议。在这个协议中，主站（其它CPU、编程器或文本显示器TD200）给从站发送申请，从站进行响应。从站不初始化信息，当主站发出申请或查询时，从站才响应。一般情况下，网络上的所有S7-200CPU都为从站。如果在用户程序中允许选用PPI主站模式，一些S7-200CPU在运行模式下可以作为主站。一旦选用主站模式，就可以利用网络读(NETR)和网络写(NETW)指令读/写其它CPU。当S7-200 CPU作PPI主站时，它还可以作为从站响应来自其它主站的申请。对于一个从站有多少个主站和它通讯，PPI没有限制，但是在网络中最多只有32个主站。PPI通讯协议是SIEMENS公司专为S7-200系列PLC开发的一个通讯协议。PPI方式可以用普通的两芯电缆进行通讯，从而完成工程的运行和监控。PPI方式传送的波特率为9.6kbt／s、19.2kbt／s和187.5kbt／s。200系列CPU上集成的编程口同时就是PPI通讯联网接口。利用PPI通讯协议进行通讯非常简单方便，只用NETR和NETW两条语句传递。不需额外再配置模块或软件。PPI通讯网络是个令牌传递网，可以由CPU200系列PLC、TD200文本显示器、OP操作面板或上位PC机（插MPI卡）为站点，就可以构成PPI网。最简单的PPI网络的例子是一台上位PC机和一台PLC通讯，如图2-4-l所示。S7-200系列PLC的编程就可以用这种方式实现。这时上位机有两个作用，编程时起编程器作用，运行时又可以监控程序的运行，起监视器作用。多个S7-200系列PLC和上位机也可以组成PPI网络。在这个网络中，上位机和各个PLC各自都有自己的站地址，通讯时，各个PLC和上位机的区别是它们的站地址不同。此外，各个站还有主站和从站之别。图2-4-2给出一个PPI网络的例子，在这个网络中，个人计算机可以和各个PLC进行通讯。网络是由个人计算机作为０号站，三台S7-200CPU分别作为２号、３号和４号站，组成的PPI 网络。这个网络中，个人计算机是主站。所有的可编程序控制器可以是从站也可以是主站。建立S7-200的分布式I/O方式也是一种PPI通讯网络。S7-200（CPU22X）可以安装2个CP243-2通讯处理器。CP243-2通讯处理器是S7-200（CPU22X）的AS-I主站。每个CP243-2最多可以连接62个AS-I从站。AS-I接口是执行器／传感器接口。AS-I 接口用于较低层现场区域内简单的传感器和执行器。通常用简单的双线电缆连接，造价很低，使用很方便。AS-I接口按主／从原则工作。中央控制器（比如可编程序控制器）包含一个主模块。通过AS-I接口电缆连接的传感器／执行器作为从设备受主设备的驱动。每个AS-I接口从设备可以编址４个二位输入元件或输出元件。这样一来S7-200（CPU22X）最大可以达到248点输入和186点输出。通过连接AS-I可以显著地增加
S7-200的数字量输入和输出的点数。
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现场总线测控系统方案设计
3.5 温度控制算法
温度控制算法主要是采用PID控制调节。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
比例（P）控制：比例控制是一种最简单,最常用的控制方式[4]。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。
积分（I）控制：在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
微分（D）控制：在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性环节或有滞后，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
模拟PID控制系统框图：
图3.5.1 PID模拟控制系统框图
PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其输入e (t)与输出u (t)的关系为。
u(t)=kp(e((t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt) 式中积分的上下限分别是0和t
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现场总线测控系统方案设计
因此它的传递函数为：G(s)=U(s)/E(s)=kp(1+1/(TI*s)+TD*s) 其中kp为比例系数； TI 为积分时间常数；TD为微分时间常数。
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4 S7-200 PLC 控制程序的设计
PLC 运行时，通过特殊继电器SM0.0产生初始化脉冲进行初始化，将温度设定值，
PID 参数值等存入有关的数据寄存器，使定时器复位；按PLC 启动按钮，打开电阻炉开关，系统开始进行温度采样，采样周期为25600ms ；模拟量输入通道AIW0通过读入模拟电压量送入PLC ；经过程序计算得出实际的测量值温度PV ，将PV 和温度设定值SP 比较，根据偏差计算调整量，发出调节命令。
4.1 控制程序的组成
控制程序由温度采集程序、数字滤波程序以及PID 控制程序三部分组成。
4.2 温度采集程序设计
梯形图程序如下：
该网络的程序功能是把PID 回路的输出转换成占空比。因为PID 回路的输出PID-EN0为0-1之间的实数值，又因为我们设置的采样时间为
25600ms ，所以第二个指
现场总线测控系统 控制程序设计
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令MUL-R 中INT2为25600.0。ROUND 是将实数转换成双整数，DI-I 是将双整数转换成整数。ACO 和AC3分别是采样周期内的加热时间和非加热时间。
4.3 数字滤波程序设计
采集多个数值，然后去掉最大跟最小值，取其平均值，就达到了数字滤波的效果，取平均值就是滤除任何有具有频率的变化分量的信号。
4.4 PID 控制程序设计
模拟量闭环控制较好的方法之一是PID 控制，PID 在工业领域的应用已经有60多年，现在依然广泛地被应用。人们在应用的过程中积累了许多的经验，PID 的研究已经到达一个比较高的程度。
比例控制(P)是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。其特点是具有快速反应，控制及时，但不能消除余差。
在积分控制(I)中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。积分控制可以消除余差，但具有滞后特点，不能快速对误差进行有效的控制。
在微分控制(D)中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。微分控制具有超前作用，它能预测误差变化的趋势。避免较大的误差出现，微分控制不能消除余差。
PID 控制，P 、I 、D 各有自己的优点和缺点，它们一起使用的时候又和互相制约，但只有合理地选取PID 值，就可以获得较高的控制质量。
4.4.1 PID 控制算法
图4.4.1 带PID 控制器的闭环系统框图
C(t)
u(t) e(t) r(t) + -
PID 控制环节 被控对象 反馈环节
现场总线测控系统 控制程序设计
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PID 控制器的微分方程和传递函数形式为:
]/)(*)(/1)([t u 0
dt t de Td dt t e Ti t r Kp t
?++=）（
)/11()(/)(U Tds Tis Kp s E s ++=
4.4.2 PID 回路算法
S7-200 CPU 提供PID 回路指令（比例、积分、微分回路），执行PID 计算。PID 回路操作取决于存储在36个字节回路表中的9个参数。
在稳定状态操作中，PID 控制器管理输出数值，以便将错误（e ）驱动为零。错误测量由设定值（所需的操作点）和进程变量（实际操作点）之间的差别决定。PID 控制原则基于以下公式，其中将输出M(t)
表示为比例项、积分项和微分项的函数：
式中：M(t)为控制器输出；Mo 为输出的初始值；e(t)=sp(t)-pv(t)为误差信号；Kc 为比例系数；T1为积分时间常数，TD 为微分时间常数。等号右边前三项分别是比例、积分、微分部分，它们分别与误差、误差的积分和微分成正比。如果取其中的1项或2项，可以组成P ，PD 或PI 控制器。
假设采样周期为TS ，系统开始运行的时刻为t=0，用矩形积分来近似精确积分，用差分近似精确微分，将式1离散化，第n 次采样时控制器的输出如下式所示：
式中：en-1为第n-1次采样时的误差值；K1为积分系数；KD 为微分系数。
4.4.3 回路输入输出变量的数值转换方法
本文中，设定的温度是设定值SP ，需要控制的变量是炉子的温度。但它不完全是测量值PV ，测量值PV 和PID
回路输出有关。在本文中，经过测量的温度信号被转化为标准信号温度值才是测量值，所以，这两个数不在同一个数量值，需要他们作比较，那就
现场总线测控系统控制程序设计
必须先作一下数据转换。但PID指令执行的数据必须是实数型，所以需要把整数转化成实数。使用指令DTR就可以了。如本设计中，是从AIW0读入温度被传感器转换后的数字量。其转换程序如下:
LD SM0.0
ITD AIW0, AC0
DTR AC0, AC0
-R 6400.0, AC0
/R 25600.0, AC0
MOVR AC0, VD500
梯形图如下：
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现场总线测控系统Wincc组态
5 Wincc组态
一种组态软件只能适合某种领域的应用。组态的概念最早出现在工业计算机控制中。如DCS(集散控制系统)组态，PLC（可编程控制器）梯形图组态。人机界面生成软件就叫工控组态软件。SIMATIC Wincc是第一个使用最新的32位技术的过程监视系统，具有良好的开放性和灵活性。使用Wincc来开发和组态的步骤如下：
1.启动Wincc
2.建立一个项目选择以及安装通讯驱动程序；
第一次打开Wincc就会出现如下图5.1画面，我们选择默认项目：单用户项目。
图5.1
为了使wicc能够访问PLC的当前过程值，则在Wincc与PLC之间必须组态一个通讯连接，通讯将由专门的通讯驱动程序控制。右击Wincc资源管理器的左边子窗口的“变量管理器”，在弹出的快捷菜单中选“添加新的驱动程序”选项。
3.定义变量
在Wincc中，用变量表示真实值。或者表示在Wincc中用来计算后模拟的内部值，变量分为过程变量位于PLC或类似驱动器的存储器中；内部变量位于Wincc内，提供与PLC相同功能的存储单元，可以在计算中修改内部变量。右击“变量管理”选择OPC，单击变量前面的“+”，展开后右击添加各个变量。如图5.2所示。
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现场总线测控系统 Wincc 组态
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图5.2
4.建立和编辑过程画面
在Wincc 资源管理器中，右击“画面编辑器”，在弹出的菜单中，单击“新建画面”选项，选择新建画面，默认画面名为“NewPdl.pdl ”，显示在Wincc 资源管理器的右边子窗口中。双击该文件名进入编辑画面如下图5.3。
现场总线测控系统 Wincc 组态
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图5.3
5.运行Wincc 画面
单击保存编辑完的Wincc 画面，并运行。过段时间装载完毕后出现刚才编辑的Wincc 显示画面，如下图5.4。
现场总线测控系统 Wincc 组态
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图5.4
5.1 变量组态
当创建变量时，将变量分配某种数据类型取决于我们自己将怎么样用该变量。Wincc 中通过PC Access 使变量与通讯驱动程序连接起来，双击点开PC Access 软件，右击Microwin （OPC/PPI cable/(PPI)），创建NewPLC ，继续右击创建所需的变量如下图5.1.1所示。完成后保存并编译，通过即可。
目录摘要2 1.设计目的3 2.设计要求和设计指标3 3. 总体方案设计 3 4.硬件选择以及相关电路设计3 温度传感器的选择3 模数转换器4 内部结构4 信号引脚5 工作时序与使用说明6 控制器89C51 7 数码管显示电路8 LED数码管的组成8 数码管显示方式9 控制算法10 6. 各子程序流程图11 PID控制程序流程图11 A/D转换程序流程图11 显示程序流程图11 温度控制总程序流程图12 心得体会12
参考文献13 附录1：温度控制系统总电路图14 附录2：温度控制系统程序清单16 摘要 温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本设计介绍了以AD590集成温度传感器为采集器、AT89C51为控制器、ADC0809为A/D转换器对温度进行智能控制的温度控制系统。其主要过程如下：利用传感器对将非电量信号转化成电信号，转换后的电信号再入A/D转换成数字量，传递给单片机进行数据处理，并向外围设备发出控制信号。 论文首先介绍了单片机控制系统的整体方案设计及原理，然后具体介绍了控制系统的温度传感器部分、A/D转换部分、控制器89C51部分以及数码管显示和键盘控制部分，接着相信介绍了温度控制系统各个单元电路的设计，最后阐述了温度控制系统软件设计的主程序和各个子程序。 关键字：单片机89C51 温度传感器A/D转换器温度控制
计算机温度测控系统 1.设计目的 设计制作和调试一个由工业控制机控制的温度测控系统。通过这个过程学习温度的采样方法，A/D变换方法以及数字滤波的方法。通过实践过程掌握温度的几种控制方法，了解利用计算机进行自动控制的系统结构。 2.设计要求和设计指标 1、每组4～5同学，每个小组根据设计室提供的设备及设计要求，设计出实际电路组成一个完整的计算机温度测控系统。 2、根据设备情况以及被控对象，选择1～2种合适的控制算法， 框图和源程序，并进行实际操作和调试通过。 编制程序温度指标：60～80℃之间任选；偏差：1℃。 总体方案设计 本系统主要由数据采集、信号放大、模数转换等模块构成。设计思想是通过温度传感器将温度信号转变为电流（电压）信号，但我们要知道经温度变化引起电流（电压）信号的改变是非常小的，此时如果被模数转换器采集的话效果是非常不明显的，因此我们将其通过一个信号放大模块进行放大。再通过模数转换器后送入单片机AT89C51，而单片机通过PID算法控制烘箱的电炉加热，并且使数码管显示实时温度，从而实现温度的高精度控制。 4.硬件选择以及相关电路设计 温度传感器的选择 传感器的选取目前市场上温度传感器繁多就此我们提出了以下三种选取方案：方案一：选用铂电阻温度传感器，此类温度传感器在各方面特性都比较优秀，但其成本较高。 方案二：采用热敏电阻，选用此类元器件有价格便宜的优点，但由于热敏电阻的非线性特性会影响系统的精度。 方案三：选用美国Analog Devices 公司生产的二端集成电流传感器AD590，此器件具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点。其测量范围在-50℃--+150℃，满刻度范围误差为±℃，当电源电压在5—10V之间，稳定度为1﹪时，误差只有±℃，其各方面特性都满足此系统的设计要求。 比较以上三种方案，方案三具有明显的优点，因此此次设计选用方案三。
基于STC单片机的温度测量系统的研究 摘要：本文针对现有温度测量方法线性度、灵敏度、抗振动性能较差的不足，提出了一种基于STC单片机，采用Pt1000温度传感器，通过间接测量铂热电阻阻值来实现温度测量的方案。重点介绍了，铂热电阻测量温度的原理，基于STC实现铂热电阻阻值测量，牛顿迭代法计算温度，给出了部分硬件、软件的设计方法。实验验证，该系统测量精度高，线性好，具有较强的实时性和可靠性，具有一定的工程价值。 关键词：STC单片机、Pt1000温度传感器、温度测量、铂热电阻阻值、牛顿迭代法。 Study of Temperature Measurement System based on STC single chip computer Zhang Yapeng,Wang Xiangting,Xu Enchun,Wei Maolin Abstract:A method to achieve temperature Measurement by the Indirect Measurement the resistance of platinum thermistor is proposed. It is realized by the single chip computer STC with Pt1000temperature sensor.The shortcomings of available methods whose Linearity, Sensitivity, and vibration resistance are worse are overcame by the proposed method. This paper emphasizes on the following aspects:the principle of temperature measurement by using platinum thermistor , the measurement of platinum thermistor’s resistance based on STC single chip computer, the calculating temperature by Newton Iteration Method. Parts of hardware and software are given. The experimental results demonstrate that the precision and linearity of the method is superior. It is also superior in real-time character and reliability and has a certain value in engineering application. Keywords: STC single chip computer，Pt1000temperature sensor，platinum thermistor’s resistance，Newton Iteration Method 0 引言 精密化学、生物医药、精细化工、精密仪器等领域对温度控制精度的要求极高，而温度控制的核心正是温度测量。 目前在国内，应用最广泛的测温方法有热电偶测温、集成式温度传感器、热敏电阻测温、铂热电阻测温四种方法。 (1) 热电偶的温度测量范围较广，结构简单，但是它的电动势小，灵敏度较差，误差较大，实际使用时必须加冷端补偿，使用不方便。 (2) 集成式温度传感器是新一代的温度传感器，具有体积小、重量轻、线性度好、性能稳定等优点，适于远距离测量和传输。但由于价格相对较为昂贵，在国内测温领域的应用还不是很广泛。 (3) 热敏电阻具有灵敏度高、功耗低、价格低廉等优点，但其阻值与温度变化成非线性关系，在测量精度较高的场合必须进行非线性处理，给计算带来不便，此外元件的稳定性以及互换性较差，从而使它的应用范围较小。 （4）铂热电阻具有输出电势大、线性度好、灵敏度高、抗振性能好等优点。虽然它 的价格相对于热敏电阻要高一些，但它的综合性能指标确是最好的。而且它在0~200°C范
计算机硬件（嵌入式）综合实践 设计报告 温度检测系统设计与制作
一．系统概述 1. 设计内容 本设计主要从硬件和软件部分介绍了单片机温度控制系统的设计思路，简单说明如何实现对温度的控制，并对硬件原理图和程序框图作了简洁的描述。还介绍了在单片机控制系统的软硬件设计中的一些主要技术关键环节，该系统主要以AT89S52单片机为核心, 同时利用DS18B20温度传感器采集温度，采用4位LED 显示管实施信息显示。 AT89S52单片机设计的温度检测电路是本次设计的主要内容，是整个单片机温度控制系统设计中不可缺少的一部分，该系统对温度进行实时采集与检测。本设计介绍的单片机自动控制系统的主要内容包括：系统概述、元器件选择、系统理论分析、硬件设计、部分软件设计及主要技术性能参数。 2. 元器件选择 单片机AT89S52：1个 22uF电容：2个 电阻：1个 万能板：1个 杜邦线：若干 单排排针：若干
DS18B20温度传感器：2个 4位LED显示管：1个 二．软件功能设计及程序代码 1.总体系统设计思想框图如下： 单片机应用 软件调试 软件编程 系统测试和调试 系统集成 硬件调试 选择单片机芯片 定义系统性能指标 硬件设计 2.主程序流程图 3.DS18B20数据采集流程图
4.程序代码 ①、温度记录仪 #include<> #include<> #include<> #include<> #include<> #include<> bit rec_flag=0;.",1); display(l2," ",1); eeprom_format(); display(l1,"Format Successed",1); longdelay(3); break; } if(ser_rec=='N') break; if(autobac_tim>10) break; } autobac_tim=0; break; case 'D':",1); display(l2," ",1); RDTP=512;",1); display(l2," ",1);
毕业设计方案 题目基于Proteus的多路温 度测控系统设计 学院自动化与电气工程 专业自动化 班级1001 学生xxxxxxx 学号xxxxxxxxxxx 指导教师xxxxxx 二〇一四年三月三十一日
学院自动化与电气工程专业自动化 学生xxxxxxx 学号xxxxxxxxxxx 设计题目基于Proteus的多路温度测控系统设计 一、选题背景与意义 1.课题背景及研究意义 随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。温度是工业对象中的一个重要的被控参数。然而所采用的测温元件和测量方法也不相同；产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同。因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同。传统的控制方式以不能满足高精度，高速度的控制要求，如温度控制表温度接触器，其主要缺点是温度波动范围大，由于他主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的，受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制，通断频率很低。近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式，如：PID控制，模糊控制，神经网络及遗传算法控制等。这些控制技术大大的提高了控制精度，不但使控制变得简便，而且使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效率。本系统所使用的加热器件是电炉丝，功率为三千瓦，要求温度在400～1000℃。静态控制精度为2.43℃。 本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。 2.国内外现状 温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它们只能适应一般温度系统控制，而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。随着我国经济的发展及加入WTO，我国政府及企业对此都非常重视，对相关企业资源进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，开展创新性研究，使我国仪表工业得到了迅速的发展。 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大 - 1 - 济南大学
目录 一、实验目的---------------------------------2 二、预习与参考------------------------------- 2 三、实验（设计）的要求与数据------------------- 2 四、实验（设计）仪器设备和材料清单-------------- 2 五、实验过程---------------------------------2 （一）硬件的连接- --------- ----------------------- 2 （二）软件的设计与测试结果--------------------------3 六、实验过程遇到问题与解决--------------------11 七、实验心得--------------------------------12 八、参考资料-------------------------------12
一、实验目的 设计制作和调试一个由工业控制机控制的温度测控系统。通过这个过程学习温度的采样方法，A/D变换方法以及数字滤波的方法。通过时间过程掌握温度的几种控制方式，了解利用计算机进行自动控制的系统结构。 二、预习与参考 C语言、计算机控制技术、自动控制原理 三、实验（设计）的要求与数据 温度控制指标：60～80℃之间任选；偏差：1℃。 1．每组4~5同学，每个小组根据实验室提供的设备及设计要求，设计并制作出实际电路组成一个完整的计算机温度控制测控系统。 2．根据设备情况以及被控对象，选择1~2种合适的控制算法，编制程序框图和源程序，并进行实际操作和调试通过。 四、实验（设计）仪器设备和材料清单 工业控制机、烘箱、温度变送器、直流电源、万用表、温度计等 五、实验过程 （一）.硬件的连接 图1 硬件接线图
基于8086的温度测控系统设计 摘 要 本文介绍了一种基于8086微处理器的温度测控系统，采用温度传感器AD590采集温度数据，用CPU 控制温度值稳定在预设温度。当温度低于预设温度值时系统启动电加热器，当这个温度高于预设温度值时断开电加热器。 关键词：微处理器 温度传感器 A/D 转换器 控制系统 1温度控制系统的总体结构概况 温度信息由温度传感器测量并转换成微安级的电流信号，经过运算放大电路将温度传感器输出的小信号进行跟随放大，输入到A/D 转换器（ADC0809）转换成数字信号输入主机。数据经过标度转换后，一方面通过数码管将温度显示出来；另一方面，将该温度值与设定的温度值进行比较，调整电加热炉的开通情况，从而控制温度。在断开电加热器，温度仍然异常，报警器发出声音报警，提示采取相应的调整措施。其温度控制系统的原理框图如图1-1所示。 图 1-1 系统原理框图 电压跟随器 运算放大电温度传感器 A\D 转换器 微 处 理 器 加热控制电报警 译码 显示
2系统器件选择 2.1 系统扩展接口的选择 本次设计采用的是8086微处理器，选择8255A可编程并行接口作为系统的扩展接口，8255A的通用性强，适应灵活，通过它CPU可直接与外设相连接。 2.2温度传感器与A\D转换器的选择 本系统选用温度传感器AD590构成测温系统。AD590是一种电压输入、电流输出型集成温度传感器，测温范围为0℃~200℃，非线性误差在±1℃，其输出电流与温度成正比，温度没升高1K（K为开尔文温度），输出电流就增加1uA。其输出电流I=(273+T)u A。本 =(2730 + 10T)MV.另外，为满足系统设计中串联电阻的阻值选用2KΩ，所以输出电压V + 输入模拟量进行处理的功能，对其再扩展一片ADC0809，以进行模拟—数字量转化。 2.3显示接口芯片 为满足本次设计温度显示的需要，我们选择了8279芯片，INTEL8279芯片是一种通用的可编程的键盘、显示接口器件，单个芯片就能完成键盘键入和LED显示控制两种功能。 备注：系统硬件接线应尽量以插接形式连接，这样便于多用途使用和故障的检查和排除。 2.4 8086微处理器及其体系结构 2.4.1 8086CPU的编程结构 编程结构：是指从程序员和使用者的角度看到的结构，亦可称为功能结构。从功能上来看，8086CPU可分为两部分，即总线接口部件BIU（Bus Interface Unit）和执行部件EU （Execution Unit）。8086CPU的内部功能结构如图2－1所示:
WinCC-STEP7仿真 一、描述 通常我们做项目的过程中有PLC编程（STEP7平台），上位组态监控（WinCC），WinCC与PLC通过以太网方式通讯实现监控；项目编程工作完成后，为了安全起见，我们通常会通过仿真的方式测试程序，检查错误，本文介绍仿真建立的过程； 二、材料 WinCC v7.5，STEP7 v5.6，S7-PLCSIM V5.4+SP8 三、STEP7仿真步骤 在Step7中打开项目如图1所示，点击选项（Options）显示下拉窗口，选中“设置PG/PC接口”进入图2； 图1 选择PLCSIM.TCPIP.1 以太网方式通讯，点击确定； 返回Step7如图3所示，打开仿真器如图4所示； 在图4中可看到PLCSIM（TCP/IP）协议，对应PG/PC接口；
图2 图3 图4
PLC处于STOP模式见图4，如图5所示下载程序到仿真器（全部内容）； 打开OB1如图7，点击在线如图8所示，且在状态栏可知PLC状态为STOP； 图5 图6
图7 图8
打开仿真器，将PLC状态调整为RUN-P如图9，至此STEP7仿真成功； 图9 图10
四、WinCC仿真步骤 打开WinCC项目如图10所示，点击“变量管理”->“SIMATIC”-> “TCP/IP”-> “系统参数” 在“系统参数-TCP/IP”->“逻辑设备名称”设置为PLCSIM.TCPIP.1 图11 在“变量管理”->“SIMATIC”-> “TCP/IP”-> “PLC1”中右击连接参数-TCPIP 如图12所示，在IP地址栏需要输入PLC的IP地址； 如何查看PLC的IP地址： 在STEP7中选择图13中hardware，进入图14，点击硬件CP443-1的属性即可查看PLC的IP地址； 注：WinCC修改变量管理中的通讯参数之后再重新启动WinCC
实用温度监测系统 学院：电子信息工程学院专业：通信工程1303 学生姓名：张艺 学号：13211075 任课教师：刘颖 2015年06 月10 日
目录 实验题目：失真放大电路 .............. 错误！未定义书签。 1 实验题目及要求 (2) 2 实验目的与知识背景 (2) 2.1 实验目的 (2) 2.2 知识点 (2) 3 实验过程 (4) 3.1 选取的实验电路及输入输出波形 (4) 3.2 每个电路的讨论和方案比较 (16) 3.3 分析研究实验数据............. 错误！未定义书签。 4 总结与体会 (20) 4.1 通过本次实验那些能力得到提高，那些解决的问题印象深刻， 有那些创新点。 (20) 4.2 对本课程的意见与建议......... 错误！未定义书签。 5 参考文献 (21)
目录 1.电路设计及原理分析 (3) 1.1设计任务 (4) 1.2技术指标 (4) 1.3电路原理图 (5) 1.4基本原理 (5) 2.电路模拟与仿真 (6) 2.1仿真软件 (6) 2.2创建电路模拟图 (9) 2.3元件列表 (9) 2.4仿真记录与结果分析 (10) 3.实际电路的安装调试 (15) 3.1 元件参数确定 (15) 3.2 电路板布线设计 (15) 3.3 焊接 (15) 3.4调试与测量 (15) 3.5分析结果及改进 (16) 4.总结 (176) 5.心得体会 (177) 6.参考文献 (198)
1.电路设计及原理分析 1.1设计任务 通过Proteus软件仿真精密双限温度报警仪设计，在老师点拨我们自学的基础上了解了运放的作用，用了比较器，震荡电路等知识，根据找到的电路图进行仿真，调试电路，明白了温度报警的意义。 通过比较器产生“数字模拟信号”，使得在信号产生的时候，震荡电路工作产生震荡信号驱动扬声器报警。 1.2技术指标 a.当温度在设定范围内时报警电路不工作； b.当温度低于下限值或高于上限值时，声光报警； c.上下限低于报警led用不同颜色； d.上下限可调； e.控温精度度 1℃ f.监测范围0.5℃
课程设计报告 课题多路温度检测、显示与报警系统设计小组成员 指导老师
目录 一、前言2222222222222222222222222222222222222222222222221 二、方案论证222222222222222222222222222222222222222222221 2.1测温元件的选择2222222222222222222222222222222222221 2.1.1热电偶和热电阻的选择222222222222222222222222221 2.1.2热电偶的分类22222222222222222222222222222222222 2.2采集模块的选择2222222222222222222222222222222222223 2.2.1多功能采集卡22222222222222222222222222222222223 2.2.2 USB采集卡2222222222222222222222222222222222224 2.2.3采集模块ADAM-4000系列2222222222222222222222224 2.2.4采集模块ADAM-5000系列2222222222222222222222225 三、硬件电路设计22222222222222222222222222222222222222222226 3.1系统结构方框图2222222222222222222222222222222222227 3.2采集模块与主机电路222222222222222222222222222222227 3.3采集模块与设备电路222222222222222222222222222222228 四、软件设计222222222222222222222222222222222222222222222229 4.1组态界面的设计2222222222222222222222222222222222229 4.2报警系统的设计2222222222222222222222222222222222229 4.3实时温度数据曲线的设计22222222222222222222222222211
计算机测控系统的设计与实现 1 计算机测控系统的发展历程及其定义 在现代工业控制领域，计算机以其无以伦比的运算能力，数据处理分析能力，在测控系统中起到了很大了作用，测控系统的发展经历了五个阶段： 测控系统的发展 在20世纪50年代，测控系统处于自动测量、人工控制阶段，整个系统结构简单，操作灵活，但由人工操作，速度受到了限制，不能同时控制多个对象。 在20世纪60年代，采用电动单元组合式仪表测控系统，测控系统处于模拟式控制阶段，系统的控制精度和速度都有了提高，但抗干扰的能力比较差，且对操作人员的经验要求比较高。 直到20世纪70年代到20世纪80年代，出现的计算机集中测控系统以及分布式测控系统，才使得人类在控制领域实现了一次巨大的飞跃。 计算机测控系统的发展 首先，在60年代末期，出现了用一台计算机代替多个调节控制回路的测控系统，就是直接数字测控系统，它的特点是控制集中，便于运算的集中处理，然而这种系统的危险性过于集中，可靠性不强。 随着70年代，电子技术的飞速发展，由美国Honeywell公司推出了以微处理器为基础的总体分散型测控系统，它的含义是集中管理，分散控制，所以又称为集散测控系统。 分布式测控系统是在集散测控系统的基础上，随着生产发展的需要而产生的新一代测控系统，分布式测控系统更强调各子系统之间的协作，有明确的分解策略和算法。 因此，计算机测控系统就是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象联系，以达到一定控制目的所构成的系统 2 计算机测控系统的组成
测量设备计算机主控器执行机构 人机界面通讯模块 图1 测控系统的组成 计算机测控系统的组成如图1所示，包括计算机主控器、测量设备、执行机构、人机界面或通讯模块所组成。 测量设备 测量设备的主要作用就是向计算机主控器输入数据。一般来说，是利用传感装置将被控对象中的物理参数，如：温度、压力、液位、速度。转换为电量，如电压，电流，再将这些电量送人到输入装置中，转换为计算机可以识别的数字量， 执行机构 执行机构（例如：调节阀、电动机）接收主控器的控制信号，输出动作，完成控制目的。 人机界面 计算机系统人机界面是系统和用户进行交互和信息交换的媒介，它实现信息内部形式与人类可接受形式之间的转换。人机界面一般而言分为基于窗体的界面和基于web 的界面，基于窗体的界面它的基本特点是对动作的反应十分灵敏，能够及时响应，它是由内部的CPU 处理数据。而基于web 的界面是一个轻量型的界面，它是由远程服务器处理数据。 通讯模块 通讯模块就是通过网络，远程通信。它是计算机主控器与通讯网络之间的连接器，它可以为计算机主控器传递不同的讯号。 总而言之，一个测控系统，核心是主控器，必须有输入输出，一般而言还有人机界面或通讯模块，目的在于数据收集，参数控制。 3 主控器 主控器的结构
温室大棚温度测量系统设计 摘要 温度控制是蔬菜大棚最重要的一个管理因素，温度过高或过低，都会影响蔬菜的生长。传统的温度控制是用温度计来测量，并根据此温度人工来调节其温度。但仅靠人工控制既耗人力，又容易发生差错。为此，现代的蔬菜大棚管理常需要温度自动控制系统，以简单方便、快速的的控制大棚的温度。 本设计以STC89C52RC单片机为控制中心，用DS18B20为温度检测传感器，NRF905无线射频芯片为传述单元并用LCD1602显示。由温度测量控制电路、键盘、显示电路、报警电路等组成，实现对大棚环境温度测量与控制，用户可通过键盘设置需要报警的上下限值。文中从硬件和软件两方面介绍了温度控制系统，对硬件原理图和程序流程图进行了系统的描述。并用Keil作为软件调试界面，PROTEUS作为硬件仿真界面，实现了系统的总体调试，结果表明该系统能实现温度的自动测量和自动控制功能，可将棚的温度始终控制在适合蔬菜生长的温度围。 关键词: STC89C52RC，温度传感器，NRF905，LCD1602 ABSTRACT For the vegetable greenhouse, the most important management factor is the temperature control. If the temperature is too high or too low, the vegetables will be killed or stopped growing.Traditional temperature control is suspended a thermometer in greenhouse internal, the workers can regulate the temperature inside the greenhouse based on the temperature value. Now, the modern management of vegetable greenhouses usually uses automatic temperature to control system. The design use the STC89C52RC microcontroller as the control center, within DS18B20 for temperature detection element, including the temperature control circuit, keyboard, display circuit, alarm circuit, achieving the greenhouse environment, temperature measurement and control, the user can set the desired alarm through the keyboard. And using Keil as a software debugging interface, PROTEUS as hardware emulation and debugging interface to achieve the overall system debugging, the results show that the system can realize automatic temperature measurement and automatic control, So can always control the temperature of greenhouse for vegetable growth’s temperature range. KEY WORDS：STC89C52RC，temperature sensor，NRF905，LCD1602 1 绪论 1.1背景及意义
基于单片机的多路温湿度检测系统设计 潘磊 （天津冶金职业技术学院电气工程系，天津300400） 摘要：介绍了以C8051F120单片机和PC 机为核心的温湿度检测系统，论述了系统的组成，各模块硬件电路设计以及系统上位机、下位机的软件设计。系统下位机实时收集多路SHT71传感器采集的数据并显示上传，上位机利用VB 中MSComm 控件完成数据接收和处理，实现了对环境温湿度的现场显示和远距离控制。 关键词：温湿度检测；C8051F120；SHT71；VB 中图分类号：TP274文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2013）01-0065-02 随着社会生产的不断发展进步,许多工农业生产过程以 及民用场合都需要对环境的温度和湿度进行检测并控制，比 如：粮仓、温室蔬菜大棚、通信基站、电力变电房、药厂、图书馆、 博物馆等。为此本文设计了一个系统实现对环境温度湿度的 检测控制。 1系统结构 本系统主要由电源模块、单片机系统、键盘及LCD 显示 模块、温度湿度传感器采集模块、时钟芯片模块、语音报警模 块、通信模块以及上位机系统组成。系统能够实时采集四处 检测环境的温度和湿度，并把采集数据显示在LCD 屏上，通 过键盘预先设置温湿度上下限数值，当所检测的温度或湿度 超过所设定的数值语音报警模块报警。同时，下位机上传温 度湿度数据，上位机对数据进行存储、显示以及数据分析。系 统框图如图1 所示。 图1系统框图 2系统硬件设计 2.1单片机系统 本系统选用Cygnal 公司的C8051F120单片机作为核心 处理器，此款单片机有64位I/O 口，满足本系统外设较多的需 求，减少系统I/O 扩展，也为增加检测通路和系统扩展预留接 口。单片机峰值处理速度达到100Mips ，大大提高了系统的实 时性，内部带有128KB FLASHROM 能够满足多路实时数据 的大容量存储，集成2个UART ，1个I 2C ，1个SPI 接口便于与 外围设备及上位机传输数据。 2.2温度湿度传感器采集模块 传统模拟式温湿传感器的测量精度和分辨率很低，只有 1%左右，同时要获得高精度还需要更高精度的基准电压。另 外，所测得的模拟量还要进过A/D 转换才能送入微处理器 进行处理。为避免上述问题本系统采用全校准数字输出相 对湿度和温度传感器SHT71，与单片机接口电路图如图2所 示。图2 温度湿度传感器采集模块图3LCD 显示模块为了实现多点同时测量减少采集等待时间，同时尽量少的占用I/O 口资源，本系统将SHT71的时钟线SCK 都连接到P1.0口，数据线DATA 分别连接到P1口其他4个I/O 口上，并在数据线DATA 端加入上拉电阻。通过软件程序写入命令 即可完成温湿度数据采集，但传感器输出的测量量并不是实 际值，还需进行数据转换。２０１３年第１期 （总第１２３期）２０１３（Ｓｕｍ．Ｎｏ１２３） 信息通信INFORMATION &COMMUNICATIONS
《计算机测控技术》综合复习资料 一.填空题 1.请在下图(典型的计算机控制系统的结构图)中方框内填入合适的内容，并将各个信号放在正确的 位置 A．DAC B. ADC C.检测装置 D.计算机 E.执行机构 F.被控对象 I.偏差e II. 被控量c III.给定值r IV.控制量u 方框中依次填B、D、A、F、C、E 乘号左侧填III，右侧填I，下侧填II，最右侧的箭头上填IV 2.采样保持器可实现以下功能：在采样时，其输出离散输入；而在保持状态时，输出值连 续。 3.相对于传统模拟控制系统，计算机控制系统是使用数字计算机替代传统控制系统中的 模拟调节器。 4.过程通道是计算机控制系统的重要组成部分，根据信号的方向和形式，过程通道可分为模拟量 输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道、数字量输出通道四种类型。 5．PC-6313 多功能模入模出接口卡基址选择DIP开关位置如下图所示：，则基址为0310H （用十六进制表示）。 6.计算机控制系统的监控过程包括以下三个步骤：监控、发现、报告。 二.问答题 1.请叙述模拟量输入通道的组成及各部分的作用。 答：（1）传感器：将其他信号转换成易检测、易传输、易处理的电流或者电压信号。 （2）量程放大器：放大由传感器传出的微弱的电信号。 （3）低通滤波器：过滤掉高频信号 （4）多路开关：控制信号传输 （P123页） （5）采样保持电路：采样，保持 （6）A/D转换器：将模拟量转换成数字量 2.在数据采样系统中，是不是所有的输入通道都需要加采样保持器？为什么？ 答：不是，对于输入信号变化很慢，如温度信号；或者A/D转换时间较快，使得在A/D转换期间输入信号变化很小，在允许的A/D转换精度内，就不必再选用采样保持器。
目录 第一章设计背景及设计意义 (2) 第二章系统方案设计 (3) 第三章硬件 (5) 3.1 温度检测和变送器 (5) 3.2 温度控制电路 (6) 3.3 A/D转换电路 (7) 3.4 报警电路 (8) 3.5 看门狗电路 (8) 3.6 显示电路 (10) 3.7 电源电路 (12) 第四章软件设计 (14) 4.1软件实现方法 (14) 4.2总体程序流程图 (15) 4.3程序清单 (19) 第五章设计感想 (29) 第六章参考文献 (30) 第七章附录 (31) 7.1硬件清单 (31) 7.2硬件布线图 (31)
第一章设计背景及研究意义 机械制造行业中，用于金属热处理的加热炉，需要消耗大量的电能，而且温度控制是纯滞后的一阶惯性环节。现有企业多采用常规仪表加接触器的断续控制，随着科技进步和生产的发展，这类设备对温度的控制要求越来越高，除控温精度外，对温度上升速度及下降速度也提出了可控要求，显而易见常规控制难于满足这些工艺要求。随着微电子技术及电力电子技术的发展，采用功能强、体积小、价格低的智能化温度控制装置控制加热炉已成为现实。 自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。对工件的处理温度要求严格控制，计算机温度控制系统使温度控制指标得到了大幅度提高。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。 ，
WinCC与Step7-300通讯 步骤如下： 1、用一根普通网线连接计算机和以太网模块。 2、启动Step 7 ，点击“选项---->设置PC/PG接口”，将通讯接口设置为ISO的那个，指向你正在使用的网卡。 3、点击“PLC--->编辑以太网节点”，输入以太网模块上的MAC 地址，以及你需要分配的IP地址，子网掩码，最后点击“分配IP组态”，IP分配完成。 4、点击“选项---->设置PC/PG接口”，将通讯接口设置成TCP/IP。 5、在PLC硬件组态中，将以太网IP地址设置成你刚才分配的那个IP。 6、现在你可以正常通过以太网下载程序了。 如果mmc卡是空的或者卡里面的硬件配置程序跟现有硬件一致，可以用mac地址下载。否则，必须先清空mmc卡或者先用mpi下载 ?三菱PLC输出指示灯安装于各自的输出模块上，PLC输出指示灯用于指示PLC输出信号的状态。当输出指示灯不亮时，检查、确定故障原因。 ?当利用编程器检查，确认PLC输出已经为“1”，且更换模块后PLC输出可以正常输出时，如对应的指示灯还是不亮，在检查输出模块安装、连接正常的基础上，可以 确认故障是PLC输出模块或对应的输出点本身不良引起的。输出模块、输出点本身 不良可能的原因有： ? 1.采用汇点输出（无源）时，可能PLC输出接口电路损坏；
? 2.采用源输出（有源）时，因输出负载过重、短路引起了三菱PLC内部电源电压的降低、保护； ? 3.当故障发生在扩展单元时，可能是基本单元与扩展单元间的连接不良； ? 4.三菱PLC输出接口电路损坏等。测量三菱PLC输出电压、检查模块安装与连接，在确认正确后，应更换输出模块或进行输出模块的维修与处理。 本章通过一个实际例子讲述WinCC与S7-300 PLC之间通过Ethernet的通讯方法。下面列举了一些在通讯中常用的术语。 4．1 通讯术语 （1）通讯 通讯用于描述两个通讯伙伴之间的数据交换。 （2）通讯伙伴 通讯伙伴是指可以相互进行通讯的模块，也可是说它们互相交换数据。它们可以是PLC中的中央处理器板和通讯处理器，也可以是PC中的通讯处理器。（3）通讯驱动程序 在WinCC中通讯驱动程序也指通道。它是一个软件组织，可在自动化系统和WinCC中的变量管理器之间设置连接，以便能向WinCC变量提供过程值。在WinCC中有很多通讯驱动程序，可通过不同的总线系统连接不同的自动化系统。（4）通道单元 通道单元指的是一种网络或连接类型。每个使用的通道单元必须分配给相关的通讯处理器。一些通道单元需要附加系统的组态。 （5）连接 连接是两个通讯伙伴组态的逻辑分配，用于执行已定意的通讯服务。每个连接有两个端点，它们包含对通讯伙伴进行寻址所必需的信息，以及用于建立连接的附件属性。 一旦WinCC与自动化建立正确的物理连接，就需要WinCC的通讯驱动程序和相关的通道单元来建立或组态与自动化系统间的逻辑连接。每个通道单元下可有多个连接。 4．2 建立WinCC与PLC间通讯的步骤 ●创建WinCC站与自动化系统之间的物理连接。 ●在WinCC项目中添加适当的通道驱动程序。 ●在通道驱动程序适当的通道单元下建立与制订通讯伙伴的连接。 ●在连接下建立变量。 WinCC变量管理器管理运行时的WinCC变量。它的任务是从过程中取出请求的变量值。 4．3 创建一个S7-300 PLC的项目 要实现WinCC与PLC间的通讯，首先要在PLC创建一个项目。 ●打开SIMATIC Manager，在File菜单下单击“New Project Wizard”，创建一个 项目名为zx的SIMATIC 300 Station。如图4-1所示。
南京工程学院 自动化学院 本科毕业设计（论文）题目：智能温度检测与显示系统的设计专业：自动化
南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） Graduation Design (Thesis) Design of Intelligent temperature examination and display system By Zhang zhe Supervised by Associate Prof. Song Lirong Department of Automation Engineering Nanjing Institute of Technology June, 2009
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