基于vb的温度监测系统的设计与实现

基于vb的温度监测系统的设计与实现内容摘要：

83。 26 参考文献 27 附录 29 附录 1 中文概述 29 附录 2 译文 33 本科毕业设计（论文） 1 绪 论 温度与人们的生存生活生产息息相关 .从古人类的烧火取暖 ,到今天的工业温度控制 ,处处都体现了温度控制 . 温度是工业生产中常见的工艺参数之一 ,任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关 .在科学研究和生产实践的诸多领 域中 ,温度控制占有着极为重要的地位 ,特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。 对于不同的生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式、燃料、控制方案也有所不同。 例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等。 随着生产力的发展 ,人们对温度控制精度要求也越来越高 ,温度控制的技术也得到迅速发展 .各种温度的控制算法如 :PID 温度控制，模糊控制算法，神经网络算法，遗传算法等都应用在温度控制系统中。 传统的温度控制器多由 继电器组成的，但是继电器的触点的使用寿命有限，故障率偏高，稳定性差，无法满足现代的控制要求。 而随着计算机技术的发展，嵌入式微型计算机在工业中得到越来越多的应用。 将嵌入式系统应用在温度控制系统中，使得温度控制系统变得更小型，更智能。 随着国家的“节能减排”政策的提出，嵌入式温度控制系统能降低能耗，节约成本这一优点使得其拥有更加广阔的市场前景，而 PLC 就是最具有代表性的一员。 目前 智能温度控制系统 广泛应用于社会生活、工业生产的各个领域，适用于家电、汽车、材料、电力电子等行业，成为发展国民经济的重要热工设备之一。 在现 代化的建设中，能源的需求非常大，然而我国的能源利用率极低，所以实现温度控制的智能化，有着极重要的实际意义。 〔 1〕 温度控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。 有很多领域的温度可能较高或较低 ,人员无法靠近或现场无需人力来监控 , 我们采用 PLC 来实现温度控制，这样我们就可以实现远程监控 ,坐在办公室里就可以对现场进行监控 ,方便又节省人力。 在本次毕业设计中我将设计基于 PLC 控制的温度控制系统。 系统 具体 温度等 参数或部分器件可根据各行业的要求不同来进行调整。 其中控制 系统采 用西门子 公司 S7200 系列 的 PLC，通过 PLC 串口通信与计算机相连接， 监控 界面 采用 VB 软件来开发，界面可视化 、运行稳定。 通过 PLC 控制系统和 VB本科毕业设计（论文） 2 监测系统之间的信号传输 和程序 ， 构建成分布式控制系统 ,实现了温度 远程 自动控制。 提高了对温度控制要求的准确度，对温度达到很好的控制。 并通过编写程序和系统调试来验证这套系统的可行性。 该系统软件主要是用于对温度传感器 的温度进行实时采集 ,并在上位 PC 机上进行显示，通过控制器对数据进行实时处理，同时将数据传送给 PLC，本设计主要实现温度数据的实时采集、控制以及对温度信号变化作出实时处理，最终达到对温度进行实时控制的目的。 具有处理能力强、人际交互效果好、性能稳定的特点。 本科毕业设计（论文） 3 第 1章 PLC 的概述 可编程控制器 基础 可编程逻辑控制器（ Programmable Logic Controller， PLC） ， 它采用一类可 编程 的 存储器 ，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械或生产过程。 〔 2〕 可编程控制器 的产生和应用 1969 年美国 数字设备公司成功研制世界第一台可编程程序控制器 PDP14，并在 GM 公司的汽车 自动装配线上首次使用并获得成功。 1971 年西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。 我国从 1974 年开始研制， 1977 年开始工业推广应用。 进入 20 世纪 70年代，随着电子技术的发展，尤其是 PLC 采用通讯微处理器之后，这种控制器功能得到更进一步增强。 进入 20 世纪 80年代，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以 16 位和少数 32 位微处理器构成的微机化 PLC，使 PLC 的功能增强，工作速度快，体积减小，可靠性提高，成本下降， 编程和故障检测更为灵活，方便。 目前， PLC在国内外已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。 可编程控制器的组成 可编程控制器的组成： PLC 包括 CPU 模块、 I\O模块、内存、电源模块、底板或机架。 中央处理单元 (CPU) 中央处理单元 (CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。 它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程 序和数据；检查本科毕业设计（论文） 4 电源、存储器、 I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。 当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O映象区或数据寄存器内。 等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制 器还采用双 CPU 构成冗余系统，或采用三 CPU 的表决式系统。 这样，即使某个 CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行 I\O 模块 PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（ I\O）完成的。 I\O 模块集成了 PLC 的 I\O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。 输入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统，输出模块相反。 I\O 分为开关量输入，开关量输出，模拟量输入，模拟量输出等模块。 常用的 I\O分类如 下： 开关量：按电压水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量：按信号类型分，有电流型（ 420mA,020mA）、电压型（ 010V,05V,1010V）等，按精度分，有 12bit， 14bit， 16bit 等。 除了上述通用 I\O 外，还有特殊的 I\O 模块，如热电阻，热电偶，脉冲等模块。 按 I\O 点数确定模块规格和数量， I\O 模块可多可少，但其最大数受CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或底架槽数限制。 编程器的作用是用来供用户进行程序的输入、编辑、调试和监视的。 编程器一般分为简易型和职能型两类。 简易型只能联机编程，且往往需要将梯形本科毕业设计（论文） 5 图转化为机器语言助记符后才能送入。 而职能编程器（又称图形编程器），不但可以联机编程，而且还可以脱机编程。 操作方便且功能强大。 PLC 电源用于为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源。 同时，有的还为输入电路提供 24V 的工作电源。 电源输入类型有：交流电源 （ 220VAC 或110VAC），直流电源（常用的为 24VDC）。 工作原理 〔 4〕 当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段， 即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。 完成上述三个阶段称作一个扫描周期。 在整个运行期间，可编程逻辑控制器的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 输入采样阶段 在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 映象区中的相应的单元内。 输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。 在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化， I/O 映象区中的相应单 元的状态和数据也不会改变。 因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序 (梯形图 )。 在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确 定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即，在用户程序执行本科毕业设计（论文） 6 过程中，只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 在程序执行的过程中如果使用立即 I/O 指令则可以直接存取 I/O 点。 即使用 I/O 指令的话，输入过程影像寄存器的值不 会被更新，程序直接从 I/O 模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。 在此期间， CPU 按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。 这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。 可编程逻辑控制器具有 :系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的 PID 回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如 DDC 和 DCS 等，实现生产过程的综合自 动化。 使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。 另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。 能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。 本科毕业设计（论文） 7 第 2章 控制系统 硬件设计 控制对象的选择 在本文中，选择加热器作为控制对象。 加热器上的可控对象有，加热开关，风扇开关，温度 情况 指示灯。 控制单元的硬件设计 原则 〔 3,69〕 模块化设计 硬件设计时应当根据预期实现的功能划分为若干功能模块，尽可能选 择模块化、标准化的典型电路，提高设计的成功率和灵活性。 简化设计 硬件设计尽可能选用集成电路，少用分立元件，这样有利于提高系统的集成度，减少元器件之间的连接、节点和封装数目，从而大大提高系统工作的可靠性。 防干扰设计： 可靠性及抗干扰设计 是 硬件系统不可缺少的部分，它包括芯片、器件选择、隔离技术等。 冗余 系统的扩展和各种功能模块的设计在满足系统要求的基础上，应适当留有余地，以备将来修改扩展之需。 西门子 S7200 CPU226〔 4〕 本文中 采用西门子 S7200PLC 作为控制器， S7200 CPU 将一个微处理器、一个集成的电源和数字量的 I/O 点集成在一个紧凑的封装中，从而组成了一个功能强大的微型 PLC。 在下载了程序之后， S7200 将保留所需的逻辑，用本科毕业设计（论文） 8 于监控应用程序中的输入输出设备。 具备模拟量输入、输出及运算能力。 S7200 系列的 PLC 可提供 4 种不同的基本单元和 6 种型号的扩展单元。 其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器等。 基本单元 表 21 S7200系列的基本单元 型号 输入点 输出点 可带扩展模块数 S7200 CPU221 6 4 0 S7200 CPU222 8 6 2个扩展模块 S7200 CPU224 14 10 7个扩展模块 S7200 CPU226 24 16 7个扩展模块 编程器 PLC 在正式运行时，不需要编程器。 编程器主要用来进行用户程序的编制、存储和管理等，并将用户程序送入 PLC 中，在调试过程中，进行监控和故障检测。 S7200 系列 PLC 可采用多种编程器，一般可分为简易型和智 型。 简易型编程器是袖珍型的，简单实用，价格低廉，是一种很好的现场编程及检测工具，但显示功能较差，只能 用指令表方式输入，使用不够方便。 智能型编程器采用计算机进行编程操作，将专用的编程软件装入计算机内，可直接采用梯形图语言编程，实现在线检测，非常直观，切功能强大， S7200 系列 PLC 的专用编程软件为 STEP7Micro/Win。 程序存储卡 为了保证程序及重要参数的安全，一般小型 PLC 设有外接 EEPROM 卡盒接口，通过该接口可以将卡盒的内容写入 PLC，也可将 PLC 内的程序及重要参数传到外接 EEPROM 卡盒内作为备份。 程序存储卡 EEPROM 有 6ES 7291本科毕业设计（论文） 9 8GC000XA0 和 6ES 72918GD000XA0 两种，程序容量分别为 8K 和 16K 程序步。 写入器 写入器的功能是实现 PLC 和 EPROM 之间的程序传送，是将 PLC 中RAM 区的程序通过写入器固化到程序存储卡中，或将 PLC 中程序存储卡中的程序通过写入器传送到 RAM 区。 文本显示器 文本显示器 TD200 不仅是一个用于显示系统信息的显示设备，还可以作为控制单元对某个量的数值进行修改，或直接设置输入 /输出量。 文本信息的显示用选择 /确认的方法，最多可显示 80 条信息，每条信息最多 4 个变量的状态。 过程参数可在显示器上显示，并可以随 时修改。 TD200 面板上的 8 个可编程的功能键，每个都分配了一个存储位，这些功能键在启动和测试系统时，可以进行参数设置和诊断。 PLC I/O分配表 22 本科毕业设计（论文） 10 表 22 PLC I/O 分配表 通道号 名称 清零 启动自动控温 停止自动控温 启动加热器加热开关 启动 加热器风扇 加热器开关 风扇 开关 温度 正常指示灯 （绿） 温度 过 热指示灯 （红） 温度 低 指示灯 （蓝） 自动控温 PLC控制 系统 框图 图 21 PLC 控制系统框图 系统接线连接完毕后，要进行所需开关的手动单打测试，以确保中间连线正确，以及确定开关完好。 PLC 界面 工控机 模拟量输入吧 开关量输入 开关量输出 模拟量输出吧 本科毕业设计（论文） 11 STEP7Micro/WIN32 的介绍 〔 5〕 STEP7Micro/。