基于WinCC和S7-200的温度测控系统
目录
1 设计任务书 (1)
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 (3)
3 方案设计 (4)
3.1 现场总线概述 (4)
3.2 WinCC+S7-200温度控制系统的硬件组成 (5)
3.3 WinCC+S7-200温度控制系统的软件配置 (7)
3.4 WinCC+S7-200温度控制系统的网络结构 (8)
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 (12)
4.2 温度采集程序设计 (12)
4.3 数字滤波程序设计 (13)
4.4 PID控制程序设计 (14)
5 WinCC组态 (17)
5.1 变量组态 (17)
5.2 画面组态 (18)
5.3 变量连接 (19)
6 程序调试 (21)
6.1 PLC程序调试方法与结果 (21)
6.2 WinCC组态调试方法与结果 (21)
7 PID参数的整定 (22)
7.1 整定方法 (22)
7.2 整定结果及分析 (22)
8 技术小结 (23)
参考文献 (24)
附录1：S7-200控制程序清单 (25)
1 设计任务书
设计题目：基于WinCC和S7-200的温度测控系统学生姓名
课程名称现场总线测控系统设计专业班级地点起止时间
设计内容及要求使用WinCC和S7-200 PLC系统设计一套加热炉温度控制系统。内容及要求如下：
1. 接线图设计：S7-200和加热炉控制对象之间的接线图设计。
2. 程序设计
(1)PLC控制程序设计
包括温度采集程序，标度换算、数字滤波程序、PID控制程序、D/A输出程序设计等内容。
(2)WinCC组态设计
包括通信连接、变量组态、画面组态（温度控制回路相关参数的显示画面，温度趋势的显示画面，参数修改画面），变量连接等内容。
3. 温度PID控制参数的整定
整定PID参数，分析不同PID对温度控制精度的影响。
设计参数技术指标：
1. 温度采集精度：0.5%
2. 温度控制精度：1%
进度要求第1天：选题、讲解任务、S7-200基本应用；第2天：温度控制回路接线图设计、S7-200编程；第3天：数据采集程序、换算程序、数字滤波程序、输出程序设计与调试；第4天：PID程序设计与调试；第5天：WinCC基本应用培训与训练；第6-7天：WinCC温度控制变量组态、画面设计、通信连接等；第8-9天：温度控制系统WinCC与PLC联调；第10天：撰写设计报告和检查设计结果
参考资料1. 廖常初.S7-200/400 PLC应用技术（第2版）[M].机械工业出版社.2008
2. 西门子自动化与驱动集团. 深入浅出西门子WinCC V6[M].北京航空航天大学出版社,2005.9
其它
说明１.本表应在每次实施前一周由负责教师填写二份，院系审批后交院系办备案，一份由负责教师留用。２.若填写内容较多可另纸附后。3.一题多名学生共用的，在设计内容、参数、要求等方面应有所区别。
教研室主任：指导教师：
2010 年 11月 26 日
2 温度控制对象概述
温度控制系统广泛应用于工业控制领域，如钢铁厂、化工厂、火电厂等锅炉
的温度控制系统，电焊机的温度控制系统等。
2.1 功能特点与技术参数
S7—200系列CPU224部分编程元件的编号范围与功能说明如下表所示:
表2.1 CPU224部分编程元件的编号范围与功能特点
元件名称符号编号范围功能说明
输入寄存器I I0.0 ～ I1.5共14点接受外部输入设备的信号
输出寄存器Q Q0.0～ Q1.1共10点输出程序执行结果并驱动外部设备位存储器M M0.0 ～ M31.7 在程序内部使用，不能提供外部输出
定时器
256
（T0 ～
Ｔ255）
T0,T64 保持型通电延时1ms T1 ～ T4,T65 ～ T68 保持型通电延时10ms
T5 ～T31，T69 ～T95 保持型通电延时100ms
T32，T96 ON/OFF延时，1ms T33 ～T36，T9～ T100 ON/OFF延时，10ms
T37～T63，T101～ T255 ON/OFF延时，100ms
计数器 C C0～ C255 加法计数器，触点在程序内部使用高速计数器HC HC0～HC5 用来累计比CPU扫描速率更快的事件顺控继电器S S0.0～S31.7 提供控制程序的逻辑分段
变量存储器V VB0.0～ VB5119.7 数据处理用的数值存储元件
局部存储器L LB0.0 ～ LB63.7 使用临时的寄存器，作为暂时存储器特殊存储器SM SM0.0～ SM549.7 CPU与用户之间交换信息
特殊存储器SM（只读）SM0.0 ～SM29.7 接受外部信号
累加寄存器AC AC0～ AC3 用来存放计算的中间值温度控制对象所要求的技术参数有如下所述：
①控温精度高: ±1℃、操作简单方便
②全量程万能输入、适合各种温度传感器
③输出电压、电流显示、直观方便
④可进行单点控温或 50 段可编程曲线控温
⑤内置报警蜂鸣器、超温时自动鸣响
⑥可选配 WIN-CT 温度控制系统专用软件
⑦通讯功能强大、轻松实现远程控制
2.2 控制手段
温度是由PID控制器中的闭环控制器的反馈值通过温度传感器测得，并经A/D变换转换为数字量；目标设定值与温度传感器的反馈信号相减，其差送入PID 控制器，经比例、积分、微分运算，得到叠加的一个数字量；该数字量经过上限、下限限位处理后进行D/A变换，输出一个电压信号去控制固态继电器，以控制加热炉的温度。它的控制技术参数指标为：
①温度采集精度：0.5%
②温度控制精度：1%
3 方案设计
3.1 现场总线概述
现场总线就是安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。
按传输速率，现场总线可分为低速（传输速率31.25kbit/s）和高速（传输速率1Mbit/s和2.5Mbit/s）两类；按是否可使用于本安场所，现场总线可分为本安型和非本安型两类；按供电来源，现场总线可分为独立电源总线和自带电源总线两类；也可按电源类型分为交流和直流；按电平类型可分为电压和电流等。
国际通用的有9种重要的现场总线：控制层现场总线ControlNet、设备层现场总线DeviceNet、Profibus协议、FF总线、CAN总线、LonWorks总线、DCS 现场总线、PLC现场总线、FCS现场总线。
S7-200CPU支持以下通讯协议中的一种或多种，它允许配置网络，实现应用要求：
●点对点接口（PPI）
●多点接口（MPI）
●PROFIBUS-DP
在开放系统互联（OSI）七层模式通讯结构的基础上，这些协议在一个令牌环网络上实现。这些协议是非同步的字符协议，有1位起始位、8位数据位、偶校验和1位停止位。通讯结构信赖于特定的起始字符和停止字符、源和目的地，报告文长度和数据校验和。如果使用相同的波特率，这些协议可以在同一个网络中同时运行而互不干扰。
PPI协议
PPI是一种主-从协议：主站设备发送要求到从站设备，从站设备响应，从站不发出信息，只是等待主站的要求和对主站的要求做出响应。主站靠一个PPI 协议管理起来的共享连接来与从站通讯。PPI并不限制于任意一个从站通讯的主站个数。但是在一个网络中，主站的个数不能超过32个。选择PPI高级允许网络设备建立一个设备和一个设备之间的逻辑连接。对于PPI高级，每个设备的连接个数是有限制的。
表3.1 S7-200支持的连接个数
模块波特率连接数
S7-200CPU通讯口0 9.6K、19.2K、187.5K 4
S7-200CPU通讯口1 9.6K、19.2K、187.5K 4
EM277 9.6K到12M 6（每个模块）如果在用户程序中使用PPI主站模式。S7-200CPU在运行模式下可以做主站。在使用PPI主站模式之后，可以使网络读写指令来读写另外的一个S7-200。当S7-2000作PPI主站时，他仍然可以做从站来响应其他主站的请求。可以使用所有的PPI协议和所有的S7-200CPU通讯，当与EM277通讯时，必须使用PPI高级。
MPI协议
MPI允许主-主通讯和主-从通讯，与一个S7-200CPU通讯，STEP7-Micro/WIN 建立主-从连接。MPI协议不能和一个作为主站的S7-200CPU通讯。网络设备通过任意的两个设备之间的连接通讯（由MPI协议管理），设备之间的通讯连接受S7-200或者EM277模式所支持的连接个数限制。对于MPI协议，S7-300和S7-4000PLC可以有XGET和XPUT指令来读写S7-200的数据（指令信息参考S7-300和S7-400的编程手册）
PROFIBUS协议
PROFIBUS协议通常用于实现与分布式I/O（远程I/O）的高速通讯。可以使用不同厂家的PROFIBUS设备。这些设备包含普通的输入/输出模式、电机控制器和PLC。PROFIBUS网络通常有一个主站若干个I/O从站，从站的类型和站号由主站初始化，使网络上的从站设备与配置相匹配。主站不断地读写从站的数据。当一个DP主站成功的配置了一个DP从站之后。他就拥有了这个从站设备。如果在网络上有第二个主站设备，他对第一个主站的从站访问将受到限制。
3.2 WinCC+S7-200温度控制系统的硬件组成
WinCC+S7-200温度控制系统的硬件主要包括：PLC、上位机、电源、CPU、地址接口等。
上位机
数字量/模拟量输入数字量/模拟量输出
图3.1 温度控制系统的硬件组成
PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。PLC的硬件系统结构如下图所示：
图3.2 PLC的硬件系统结构
各个部分介绍如下：
1、主机
主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。
2、输入/输出（I/O）接口
I/O接口的PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如
按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。
3、电源
图中电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。
4、编程
编程是PLC利用外部设备，用户用来输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。通过专用的PC/PPI与电缆线将PLC与电脑联接，并利用专用的软件进行电脑编程和监控。
5、输入/输出扩展单元
I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起。
6、外部设备接口
此接口可将打印机、条码扫描仪、变频器等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。
实验装置提供的主机型号有西门子S7—200系列的；CPU224（AC/DC/RELAY），输入点数为14，输出点数为10。
3.3 WinCC+S7-200温度控制系统的软件配置
WinCC+S7-200温度控制系统的软件配置主要包括: SIMATIC WinCC Explorer 软件、V1.0 PC Access SP3软件和V1.0 S7-200 Explorer软件三大类。SIMATIC WinCC Explorer是西门子的数据采集与监控软件，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。。用来组态上位机（监控用的电脑）。可以画出工业上的工艺图等，然后显示出PLC等控制器传输来的数据，这样就相当于监控生产画面了。画图的原理跟其他画图软件类似，复制、黏贴、属性等等而已。
V1.0 PC Access SP3是一个实时数据库，它供上位机其它程序访问，是上位机与PLC相互联系的桥梁、中转站。
?仅用于 S7-200 及S7-200 CN PLCPC Access 是专为连接S7-200/S7-200 CN PLC 和 S7-200/S7-200 CN 通信模块而设计的OPC 服务器。它支持所有的S7-200/S7-200 CN 数据形式，STEP 7-Micro/WIN PLC编程软件中的符号都可以
轻松移植到PC Access 项目中。
?具有多语言安装选件：软件安装过程中，您可以选择安装多达6 种语言形式（英、德、法、西班牙、意大利及中文）。整个应用包括帮助系统以所选语言形式来显示。
?支持多 PLC 的连接：PC Access 支持所有的S7-200/S7-200 CN 协议。通过S7-200PC Access 服务器可同时连接和监控多达8 个PLC。使用CP卡时，连接PLC 的数目小于4。PLC 的在线连接可通过PC中STEP 7-Micro/WIN 编程软件来设置。
?支持任何一种标准的 OPC 客户机：S7-200 PC Access 已经通过OPC 机构的认证，可以支持任何一种标准的OPC 客户机。利用通用的客户机程序建立的示例可由PC Access 软件支持。
?支持所有的S7-200/S7-200 CN 协议：PC Access 服务器支持整套的S7-200/S7-200 CN 协议包。
V1.0 S7-200 Explorer是上载S7-200 数据归档的软件。而TD Keypad Designer是设计TD200C和TD400C前面板的软件。
3.4 WinCC+S7-200温度控制系统的网络结构
STEP 7-Micro/WIN32 V4.0 SP3 编程软件可以对所有的CPU 221 和CPU 222 CN/224 CN/224XP CN/226 CN 功能进行编程。同时也可以使用STEP 7-Micro/WIN16 V2.1软件包，但是它只支持对S7-21X
同样具有的功能进行编程。STEP 7-Micro/DOS 不能对CPU 221和CPU 222 CN/224 CN/224XP CN/226 CN 编程。如果使用PG/PC的串口编程，则需要使用PC/PPI电缆。
如果使用STEP 7-Micro/WIN32V4.0 SP3 编程软件，则也可以通过SIMATIC CP 5511 或CP 5611编程。在这种情况下，通讯速率可高达187.5kbit/s。
图3.3 温度控制系统的网络结构
3.5 温度控制算法
这次实验用到的温度控制算法是PID 控制算法。温度控制采用PID 控制中的闭环控制法，PLC 中的信号0～32000转换为模拟量0～20mA ，如若是装置的话就是把0～100转换为4～20mA ，它们是由数字量转换为温度，它的算法为（K ×
6.25/32000×20－4）100/16，所以温度T=6.25K/16000-25。 在过程控制中，按偏差的比例（P ）、积分（I ）和微分（D ）进行控制的PID 控制器（亦称PID 调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象──“一阶滞后＋纯滞后”与“二阶滞后＋纯滞后”的控制对象，PID 控制器是一种最优控制。PID 调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活（PI 、PD 、…）。
PID 控制器本身是一种基于对“过去”、“现在”和“未来”信息估计的简单控制算法。
图3.4 PID 控制系统原理框图 该系统主要由PID 控制器和被控对象组成。作为一种线性控制器，它根据设定值r(t)和实际输出值y(t)构成控制偏差e(t)，将偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量u(t)，对被控对象进行控制。控制器的输入输出关系可描述为:
()()()()01t
de t u t Kp e t e t dt Td Ti dt ??=++????? (3.1)
式中:e(t)=r(t)-u(t), K 为比例系数T,为积分时间常数、T 为微分时间常数。以上是我们在各种文献中最经常看到的形式,各种控制作用的实现方式在函数表达式中表达得非常清楚。这三个参数的取值优劣将影响到PID 控制系统的控制效果好坏，下面介绍这三个参数对控制性能的影响。
u1(t) u(t) -
+
+
+
++r(t) 积分 比例 微分
被控对象 c(t) +y(t)
v(t)
(1) 比例作用对控制性能的影响
比例作用的引入是为了及时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，系统偏差一旦产生，调节器立即产生与其成比例的控制作用，以减小偏差。比例控制反映快，但对某些系统，可能存在稳态误差，加大比例系数k,，系统的稳态误差减小，但稳定性可能变差。
(2) 积分作用对控制性能的影响
积分作用的引入是为了使系统消除稳态误差，提高系统的无差度，以保证实现对设定值的无静差跟踪。假设系统己经处于闭环稳定状态，此时的系统输出和误差量保持为常值。由式可知，只有当且仅当动态误差e(t)=0时，控制器的输出才为常数。因此，从原理上看，只要控制系统存在动态误差，积分调节就产生作用，直至无差，积分作用就停止，此时积分调节输出为一常值。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti的大小，Ti越小，积分作用越强，反之则积分作用弱。积分作用的引入会使系统稳定性下降，动态响应变慢。实际中，积分作用常与另外两种调节规律结合，组成PI控制器或者PID控制器。
(3) 微分作用对控制性能的影响
微分作用的引入，主要是为了改善控制系统的响应速度和稳定性。微分作用能反映系统偏差的变化律，预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用。直观而言，微分作用能在偏差还没有形成之前，就已经消除偏差。因此，微分作用可以改善系统的动态性能。微分作用的强弱取决于微分时间Td,的大小，Td越大，微分作用越强，反之则越弱。在微分作用合适的情况下，系统的超调量和调节时间可以被有效的减小。从滤波器的角度看，微分作用相当于一个高通滤波器，因此它对噪声干扰有放大作用，而这是我们在设计控制系统时不希望看到的。所以我们不能一味地增加微分调节，否则会对控制系统抗干扰产生不利的影响。此外，微分作用反映的是变化率，当偏差没有变化时，微分作用的输出为零。
4 S7-200 PLC控制程序的设计
编制PLC控制程序的方法很多，这里主要介绍几种典型的编程方法。
（l）图解法编程
图解法是靠画图进行PLC程序设计。常见的主要有梯形图法、逻辑流程图法、时序流程图法和步进顺控法。
·梯形图法：梯形图法是用梯形图语言去编制PLC程序。这是一种模仿继电器控制系统的编程方法。其图形甚至元件名称都与继电器控制电路十分相近。这种方法很容易地就可以把原继电器控制电路移植成PLC的梯形图语言。这对于熟悉继电器控制的人来说是最方便的一种编程方法。
·逻辑流程图法：逻辑流程图法是用逻辑框图表示PLC程序的执行过程，反应输入与输出的关系。逻辑流程图法是把系统的工艺流程，用逻辑方框图表示出来形成系统的逻辑方框图。
·时序流程图法：时序流程图法是首先画出控制系统的时序图（即到某一个时间应该进行哪项控制的控制时序图），再根据时序关系画出对应的控制任务的程序框图，最后把程序框图写成PLC程序。时序流程图法很适合于以时间为基准的控制系统的编程方法。
（2）经验法编程
经验法是运用自己的或别人的经验进行设计。多数是设计前先选择与自己工艺要求相近的程序，把这些程序看成是自己的“试验程序”。结合自己工程的情况，对这些“试验程序”逐一修改，使之适合自己的工程要求。这里所说的经验，有的是来自自己的经验总结，有的可能是别人的设计经验，有的也可能是来自其它资料的典型程序。要想使自己有更多的经验，就需要日积月累，善于总结。
（3）计算机辅助设计编程
计算机辅助设计是通过PLC编程软件在计算机上进行程序设计、离线或在线编程、离线仿真和在线调试等等。S7-200的编程软件“STEP 7-Micro/WIN 32”
3.0版本是基于Windows平台的应用软件。它支持Windows95，Windows98和WindowsNT使用环境。是S7-200系列PLC编程专用软件。使用这些编程软件可以十分方便地在计算机上离线或在线编程、在线调试，使用这些编程软件可以十分方便地在计算机上进行程序的存取、加密以及形成EXE运行文件。
4.1 控制程序的组成
由温度采集程序、数字滤波程序、PID控制程序构成了本温度控制系统的控制软件部分。温度采集程序采集温度，转换成数字量，经过数字滤波程序，再由PID控制程序控制外部控制对象，从而实现了温度的最终控制。
4.2 温度采集程序设计
MOVE指令简介：
MOVE (分配值)通过启用EN输入来激活。在IN输入端指定的值将复制到在OUT输出端指定的地址。ENO与EN的逻辑状态相同。MOVE只能复制BYTE、WORD 或DWORD数据对象。用户自定义数据类型(如数组或结构)必须使用系统功能"BLKMOVE"(SFC 20)来复制。
只有当"传送"框位于激活的MCR区内时，才会激活MCR依存。在激活的MCR区内，如果开启了MCR，同时有通往启用输入的电流，则按如上所述复制寻址的数据。如果MCR关闭，并执行了MOVE，则无论当前IN状态如何，均会将逻辑"0"写入到指定的OUT地址。
MOVE指令参数
参数数据类型存储区描述
EN BOOL I、Q、M、L、D 使能输入
ENO BOOL I、Q、M、L、D 输出使能
IN 所有长度为8、16或32位的基本数据类型I、Q、M、L、D或常数源值。
OUT 所有长度为8、16或32位的基本数据类型I、Q、M、L、D 目标地址。
图4.1 温度采集程序
4.3 数字滤波程序设计
○1Add模块简介
参数数据类型存储区描述
EN BOOL I、Q、M、L、D 启用输入
ENO BOOL I、Q、M、L、D 启用输出
IN1 REAL I、Q、M、L、D或常数被加数
IN2 REAL I、Q、M、L、D或常数加数
OUT REAL I、Q、M、L、D 相加的结果
在启用(EN)输入端通过一个逻辑"1"来激活ADD_R (实数加)。IN1和IN2相加，结果通过OUT查看。如果结果超出了浮点数允许的范围(溢出或下溢)，OV 位和OS位将为"1"并且ENO为"0"，这样便不执行此数学框后由ENO连接的其它功能(层叠排列)。
○2CMP模块简介
参数数据类型存储区描述
输入框BOOL I、Q、M、L、D 上一逻辑运算的结果
输出框BOOL I、Q、M、L、D 比较的结果，仅在输入框的RLO = 1时才进一步处理
IN1 INT I、Q、M、L、D 或常数要比较的第一个值
IN2 INT I、Q、M、L、D 或常数要比较的第二个值
CMP ?I (整数比较)的使用方法与标准触点类似。它可位于任何可放置标准触点的位置。可根据用户选择的比较类型比较IN1和IN2。
图4.2 数字滤波程序
4.4 PID控制程序设计
PID算法(GAIN、TI、TD、D_F)
这里所使用的PID算法是位置算法。比例、积分(INT)和微分(DIF)动作是并行连接在一起的，可以单独激活或取消激活。这样便能够组态成P、PI、PD和PID控制器。控制器经调节支持PI和和PID控制器。使用负GAIN(增益)实现控制器倒置(冷却控制器)。如果把TI和TD设置都为0.0，则将在工作点获得一个纯P控制器。
图4.3 PID算法方框图
LMN_Sum(t) 是控制器在自动模式下的操作变量
ER(0) 是标准化误差的步进变化
GAIN 是控制器增益
TI 是积分时间
TD 是微分时间
D_F 是微分因子
FB58参数：
地址参数声明数据类型取值范围初始值描述0.0 PV_IN INPUT REAL 取决于使用的传感器0.0 过程变量输入初始值可以在输入端上设置，也可以在连接到浮点数格式的外部过程变量上设置。
14.0 PV OUTPUT REAL 取决于使用的传感器0.0 过程变量在输出端输出有效的过程变量。
18.0 LMN OUTPUT REAL 0.0 操作变量在输出端以浮点格式输出有效的操作变量值。
22.0 LMN_PER OUTPUT INT 0 外围操作变量将外围设备格式的操作变量值连接到控制器的输出端。
34.0 SP_INT INPUT/OUTPUT REAL 过程值范围0.0 内部设定值输入用于指定一个设定值。
38.0 MAN INPUT/OUTPUT REAL 0.0 手动值撌侄 禂输入用于指定一个手动值。在自动模式下，将其纠正为操作变量
图4.4 PID控制程序
图4.5 PID控制程序初始化
5 WinCC组态
WinCC(Windows Control Center，视窗控制中心)是SIEMENS与Microsoft 公司合作开发的、开放的过程可视化系统。无论是简单的工业应用，还是复杂的多客户应用领域，甚至在有若干服务器和客户机的分布式控制系统中，都可以应用WinCC系统。
WinCC是在PC(Personal Computer)基础上的操作员监控系统软件，WinCC V6.0+SP2
是运行在Windows XP+SP2标准环境下的HMI(Human Machine Interface，人机界面)，具有控制自动化过程的强大功能和极高性能价格比的SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition，监视控制与数据采集)级的操作监视系统。
WinCC的显著特性就是全面开放，它很容易将标准的用户程序结合起来，建立人机界面，精确地满足生产实际要求。通过系统集成，可将WinCC作为其系统扩展的基础，通过开放接口开发自己的应用软件。
WinCC是世界上3个 (WinCC，iFix，inTatch)最成功的SCADA系统之一，由WinCC系统组件建立的各种编辑器可以生成画面、脚本、报警、趋势和报告，即使是最基本的WinCC系统，也能提供生成复杂可视化任务的组件和函数。
WinCC是一个模块化的自动化软件，可以灵活地进行扩展，可应用在办公室和机械制造系统中。从简单的工程应用到复杂的多用户应用，从直接表示机械到高度复杂的工业过程图像的可视化监控和操作。
WinCC在开放式编程接口的基础上开发了范围广泛的选件和附件，使之能够适应各个工业领域不同工业分支的不同需求。
5.1 变量组态
如果WinCC资源管理器中的“变量管理器”处于关闭状态，则必须先双击，将其激活，然后用鼠标右键点击“内部变量”，在弹出的菜单中，点击“新建变量”，在“变量属性”对话框中，将变量命名为“TankLevel”，从数据类型列表中，选择“无符号的16位数”，然后点击“确定”即可。
在“变量属性”对话框中，单击“选择”按钮，打开“地址属性”对话框，从变量的数据区域列表框中，选择数据区域“位存储器”，检查地址类型是否为“字”，设置MW“0”。
图5.1 变量组态界面
5.2 画面组态
在WinCC资源管理器中，右击“图形编辑器”，在弹出的菜单中，单击“新建画面”选项，选择新建画面，系统默认画面名为“NewPdl.pdl”（pdl为画面描述文件），右击“NewPdl.pdl”，在弹出的菜单中，单击“重命名画面”选项，如图所示
图5.2 WinCC 资源管理器
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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