养护窖温度控制系统
养护窖温度控制系统[20200419161348]
摘要
随着我国城市建设的迅速发展，高层建筑物对砌砖的质量要求越来越高。传统的建材制造工艺简单，质量差，已经满足不了时代的要求，为了适应城市的发展和满足人们对产品追求的不断提高，传统的建材已逐渐被新型的养护建材所取代。
本文以养护窑温度控制为目的，通过设计一个以PLC为核心，以PID算法控制以及PID参数整定相结合的控制方法来实现养护窑温度控制系统，其硬件电路还包括温度采集、温度控制、以及接口电路等，最终实现对温度的测量并根据设定值对温度进行调节的控温目的。同时，本文也对组态画面进行了初步的设计，用户可以避免高温，对养护窖实时数据进行监视和控制。
关 键 词：养护窖 温度控制 PLC 组态画面
Curing kiln temperature control system
Abstract
With the rapid development of our city construction, high-rise buildings of brick quality requirements are also getting higher and higher. The traditional building materials manufacturing process simple, poor quality, have been unable to meet the requirements of the times, in order to adapt to the development of the city and meet people on the pursuit of continuous improvement, The traditional building materials have been gradually replaced by new type of maintenance materials.
In this paper, the temperature curing kiln control as the objective, through the design of a PLC as the core, the control method based on PID algorithm control and PID parameter tuning are combined to realize the curing kiln temperature control system, the hardware circuit also includes a temperature acquisition, temperature control, and interface circuit, finally realize the measurement of temperature and set value of the temperature control to adjust the temperature according to the purpose. At the same time, this paper has also carried on the preliminary design of the configuration screen, the user can avoid high temperature, to monitor and control the real-time data maintenance of pit.
Key Words: Curing kiln;Temperature control;PLC; The configuration screen
随着我国经济的发展，市场上建筑材料的需求也向着高质量、大数量的方向发展。传统的建材制造工艺越来越显露出产品质量差，产量小，对环境污染严重的缺点。砌块生产线养护温度控制是砌块生产质量控制的最后一环，也是最为重要的一环。生产成型的砌块在不同的温度养护过程中进行养护，会有不同质量的砌块生产出来。为了适应社会的发展和满足人们对产品最求的不断提高国内厂家开始引进国外技术。
第一章 绪论 1
1.1养护窖温度控制系统的研究背景和意义 1
1.2养护窖温度控制系统研究的发展历史 1
1.3养护窖温度控制系统的研究现状 2
1.4论文的结构和内容 2
第二章 养护窖温度控制系统的总体设计方案 3
2.1控制方案的比较 3
2.2控制方案的确定 3
2.3控制系统总体设计框图 3
第三章 养护窖温度控制系统的硬件设计 4
3.1PLC的选型 4
3.1.1 PLC的定义 4
3.1.2 PLC型号的选定 4
3.2PLC的硬件设计图 4
3.2.1开关控制部分设计 4
3.2.2温度采集和调节部分的设计 5
3.2.3风机电路的设计 5
3.3系统元件的选型 6
3.3.1开关的型号的选定 6
3.3.2风机的型号的选定 7
3.3.3阀门的型号选定 7
3.3.4 热敏电阻及变送器的型号的选定 8
3.4系统的控制 8
3.4.1系统的执行过程 9
3.4.2系统温度的调节 9
第四章 养护窖温度控制系统的软件设计 10
4.1控制系统总体流程图 10
4.2 I/O分配表 10
4.3梯形图符号 12
4.4程序设计 12
4.4.1数据标准化转换设计 12
4.4.2 PID参数传送设计 13
4.4.3 PID的控制算法设计 14
4.4.4中断子程序调用设计 16
4.4.5养护窖控制设计 16
第五章 养护窖温度控制系统上位机WinCC的界面设计 18
5.1监控软件的概述 18
5.2监控界面的设计 18
5.2.1主界面的总体设计 19
5.2.2控制子界面的设计 20
5.2.3监视子界面的设计 20
第六章 养护窖温度控制系统的运行与调试 22
6.1通信的设计与调试 22
6.1.1通信方式的选择 22
6.1.2 WinCC和S7-200的使用与连接 23
6.2系统总体的调试与运行 24
6.2.1系统的总体调试 24
6.2.2系统的总体运行 24
第七章 收获及展望 26
参考文献 27
附录 28
附录一 编程软件地址分配表 28
附录二 软件编制说明 28
附录三 程序说明 29
致谢 36
第一章 绪论
1.1养护窖温度控制系统的研究背景和意义
温度控制系统虽然在世界各个领域的应用十分广泛，但从国内生产的温度控制系统来讲，总体发展水平仍然较低，同日本、美国、德国等发达国家相比仍然存在很大的差距。目前，我国在这方面总体水平处于20世纪80年代中后期水平，主要以普通的PID控制器为主，它只适合用于一般的温度控制系统，难于控制滞后、复杂、时变的温度控制系统，而适应于高精度场所的人性化、智能化控制仪表，国内的技术还是相对比较落后的。随着工业理论、自动化理论、计算机技术和通信技术的迅速发展，市场上的控制系统竞争日益激烈，用户对工业自动化过程控制系统的可靠性、复杂性、功能的完善性、人机界面的友好性、数据分析和管理的快速性、系统安装调试和运行维护的方便性等提出了越来越高的要求。因此，高精度、高稳定、智能化的温度控制系统是国内外必然的发展趋势。
温度是工业控制对象主要被控参数之一，在温度控制中，由于受到温度控制对象特性（如惯性大、滞后大、非线性等）的影响，使得控制性能难以提高，有些工业过程温度控制的不好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。温度控制的精度对生产或实验会产生重大的影响，温度控制的方式多种多样，而PLC具有稳定性高、可靠性高、联网功能强、抗干扰能力强、实时处理快等特点，故采用PLC控制是其中一种比较优越的方案之一。
温度控制系统发展初期是机械式的温度控制系统，但总体来讲机械式温度控制系统的控制器缺点十分明显，机械式温度控制器外观陈旧呆板，控温精度差，容易打火，极易在一个极小温差范围内频繁开关，功能比较单一，鉴于这些原因，智能温度控制器全面取代机械式温度控制器将是不可逆转的潮流。而本文正是本文的内容主要是对砖窑养护窑的温度控制，养护窑养护不受气候的影响，通过PLC控制进行养护，严格根据工艺要求实施温度控制，可以保证产品的质量及产品的生产进度。
1.2养护窖温度控制系统研究的发展历史
温度控制系统属于信息技术的前沿尖端系统，尤其是温度控制系统被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量日渐上升。温度控制系统是基于PLC开发的温度控制系统，其主要功能是根据用户所需温度与实际温度的差值来控制水蒸汽流量，从而达到改变温度的目的。
养护窖温度控制系统主要是由可编程序控制器（PLC）来控制的系统。可编程序控制器（PLC）和它的有关设备，应按易于和工业控制系统联成一体，并易于扩充功能的原则设计。可编程序控制器（PLC）是以计算机为基础的专用控制装置，自1966年，美国通用汽车（GM）公司委托美国数据设备公司（DEC）研制成功第一台可编程控制器以来，近50年，可编程序控制器得到迅速发展。至今，生产厂商已有200多家，400余种规格的产品。在美国、日本、德国等发达国家所生产的可编程控制器，质量优良，功能能强大，专用性突出，各有特长，被应用在锅炉控制、机床控制、石油化工、交通运输、汽车制造、电力生产、电力拖动等领域的控制技术中。
1.3养护窖温度控制系统的研究现状
目前养护的方法有两种。一种是普通的,在自然环境下养护，自然环境下的养护只需要一个可供养护的露天场地，主要靠阳光来加温。这种养护方法的投资比较少，养护成本比较低。缺点是养护周期比较长，受周围环境温度影响比较大，对产品质量要求较高时，产品质量无法得到保护。尤其在我国一些天气条件恶劣的地区，温度偏低，雨量比较高，阳光较少，风沙比较大，这种养护方法就难以使用，但是在一些规模较小的砌砖加工场所，这种养护方法还是一种不错的选择。另一种养护方法就是在养护窑中进行养护。用户可以根据砌砖的工艺要求指定养护条件，由手动或者自动的方法对养护程序进行控制。养护窑养护过程是严格按照砌砖的工艺要求执行的。它既能保证产品的质量，又能保证产品的生产进度，同时不受外界气候的影响。
1.4论文的结构和内容
本文从控制方案的比较，对养护窖温度控制系统进行分析，最终确定设计方案。通过对硬件设备的选型和控制，完成硬件电路设计，利用PLC对养护窖温度控制系统进行程序设计，通过模拟完成养护窖的恒温控制，最后与组态软件WinCC通信，完成对养护窖温度控制系统的监视和控制。
第二章 养护窖温度控制系统的总体设计方案
2.1控制方案的比较
养护窖温度控制的控制方式主要有三种，继电器的控制方式、个人计算机（PC）的控制方式和可编程序控制器（PLC）的控制方式。继电器的触点是有形的物理触点，触点有一定的数量限制，在同一个控制系统中只能使用一次，而且其控制功能是专一的，只能分段控制，不能调节，且操作和维护不便；个人计算机（PC）是通用型的数字电子设备，在工业控制中的功能不够强大，并且个人计算机（PC）采用高级语言编写程序，编程比较复杂，抗干扰能力过弱。可编程序控制器（PLC）可靠性高，抗干扰能力强，编程简单、直观，适应性好，维护方便。
2.2控制方案的确定
经过对三种方案的比较，采用PLC控制方式，既可提高养护窖温度控制的精度，提高砌块（砖）产品质量，又可减轻操作员的劳动强度，并能取得良好的经济效益。因此，最终选择可编程序控制器（PLC）的控制方式作为养护窖温度控制系统的控制方案。
2.3控制系统总体设计框图
养护窖温度控制系统主要由两个养护窖、一个总进气阀和一个总排气阀组成。每个养护窖包括一个进气阀，一个窖炉，一个排气阀和一个风机，分别对各自的窖炉进行恒温控制。
图2-1 养护窖温度控制系统总体设计框图
第三章 养护窖温度控制系统的硬件设计
3.1PLC的选型
3.1.1 PLC的定义
国际电工委员会（IEC）于1985年在颁布的可编程序控制器标准草案第二稿对PLC的定义如下：“可编程序控制器（PLC）是一种数字运算器，是一种进行数字运算操作的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用可以编程序的存储器，用来在其内部执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。
3.1.2 PLC型号的选定
养护窖温度控制系统有8个开关量输入，6个模拟量的输入，8个开关量的输出。采用西门子公司的S7-200系列的CPU224作为控制器，它有14个输入点，10个输出点，能满足开关控制的输入要求。为了完成本次设计，还需要2个扩展模块，即EM231（4AI）和EM232（2AI）。EM231为模拟量输入模块，上部有12个端子，每3点为一组，共四组，每组可作为1路模拟量的输入通道。输入信号为电压信号时，用2个端子；输入信号为电流信号时，用3个端子。EM232为模拟量输出模块，上部从左端起的每3个点为一组，共两组，每组可作为1路模拟量输出。下部最左端起的3个端子是模块所需要的直流24V电源，它既可由外部电源提供，也可由CPU单元提供。
表3-1 S7-200PLC模拟量量程表
I/O信号 信号类型 电压信号 电流信号
模拟量输入 ±10V ————————————
模拟量输出 0~10V 0~20mA
3.2PLC的硬件设计图
养护窖温度控制系统由开关控制部分、温度采集部分和温度调节部分组成。开关控制部分主要负责养护窖各个阀门和风机的通断控制，从而实现对养护窖的控制；温度控制部分主要由热敏电阻和变送器组成，用来对养护窖温度控制系统进行温度的采集及转换；温度调节部分主要由交流负载和硅调压器组成，对养护窖的窖炉温度进行PID调节，实现恒温控制。
3.2.1开关控制部分设计
开关控制部分，主要是根据用户方便操作而设计，用户可以按下开关按钮， 根据需要，对养护窖进行控制。开关控制部分如图3-1所示。
图3-1养护窖开关控制设计图
3.2.2温度采集和调节部分的设计
温度采集部分主要负责对温度进行采集，通过实时的温度采集，养护窖温度度控制系统接收到当前窖炉的温度，通过PID调节，达到用户指定的温度，实现养护窖的恒温控制。温度采集和调节部分的设计如图3-2所示。
图3-2 温度采集和调节部分设计图
3.2.3风机电路的设计
风机是养护窖温度控制系统中极其重要的一部分，确保窖炉内温度均匀，具体电路设计如图3-3所示。
图3-3 风机电路设计图
3.3系统元件的选型
3.3.1开关的型号的选定
按钮开关是利用按钮推动传动机构，使动触点与静触点按通或断开并实现电路换接的开关。按钮开关是一种结构简单，应用十分广泛的主令电器。具体开关特性如表3-2所示。
表3-2 开关特性表
序号 元器件名称 元器件型号 元器件特性 生产厂家
1 总启动按钮 LA38-10/203 电寿命：50×104次；绝缘电阻≥50MΩ；接触电阻≤50mΩ； 相比漏电起痕指数CTI≥100。 江阴长江电气有限公司
2 总停止按钮 LA38-10/203 电寿命：50×104次；绝缘电阻≥50MΩ；接触电阻≤50mΩ； 相比漏电起痕指数CTI≥100。 江阴长江电气有限公司
3 1#号窑启动按钮 LA38-10/203 电寿命：50×104次；绝缘电阻≥50MΩ；接触电阻≤50mΩ； 相比漏电起痕指数CTI≥100。 江阴长江电气有限公司
4 1#号窑停止按钮 LA38-10/203 电寿命：50×104次；绝缘电阻≥50MΩ；接触电阻≤50mΩ； 相比漏电起痕指数CTI≥100。 江阴长江电气有限公司
5 1#号窑紧急停止按钮 LA38-02 MYX/203 钥匙旋转复位蘑菇钮停止按钮 江阴长江电气有限公司
6 2#号窑启动按钮 LA38-10/203 电寿命：50×104次；绝缘电阻≥50MΩ；接触电阻≤50mΩ； 相比漏电起痕指数CTI≥100。 江阴长江电气有限公司
7 2#号窑停止按钮 LA38-10/203 电寿命：50×104次；绝缘电阻≥50MΩ；接触电阻≤50mΩ； 相比漏电起痕指数CTI≥100。 江阴长江电气有限公司
8 2#号窑紧急停止按钮 LA38-02 MYX/203 钥匙旋转复位蘑菇钮停止按钮 江阴长江电气有限公司
3.3.2风机的型号的选定
风机特点：循环通风的风机，采用离心轴流。各种工业用炉中，为确保窖炉内的温度均匀，可采用循环通风的风机。接触热风的叶轮应按照蠕变、耐高温的要求，用加高镍或钼的材料，并要求用绝热材料进行隔热和保护，防止叶轮发生变化，或采用空心轴通冷却水冷却轴承的方法。
风机的选取：选用风机时，首先要根据所需要风机的风量、全压这两个基本参数，就可以通过风机的有因次性能表（各家风机产品说明书都有相关数据）来确定风机型号和机号。这时可能不止一个产品满足要求，再结合风机用途、工艺要求、使用场所、风量大小等，选择风机的种类、机型以及结构材质等以符合工作条件需要，尽量使风机的额定流量和额定压力接近工艺要求的流量和压力，从而使风机运行时使用工况点达到风机特性的高效区。
由于本次设计需要，需要用到离心循环的风机，功率5.5千瓦，风量约1174～2504(m3/h)。当风机运行时，可对窖炉内的温度进行均匀搅拌，风机具体特性表如表3-3所示。
表3-3 风机特性表
序号 元器件名称 元器件型号 元器件特性 生产厂家
1 1#号窑风机 WHC7A-Ⅱ 5.5KW，转速1460r/min 张家港市乘风特种风机有限公司
2 2#号窑风机 WHC7A-Ⅱ 5.5KW，转速1460r/min 张家港市乘风特种风机有限公司
3.3.3阀门的型号选定
电动阀用于液体、气体和风系统管道介质流量的模拟量调节，可以由DO或AO控制，比较见于大管道和气阀等。电动阀的驱动一般是用电动机，开或关动作完成需要一定的时间模拟量，可以做开度调节。电动阀的驱动一般是用电机，比较耐电压冲击。电动阀的开度可以控制管道中介质的流量。电动阀可对开启和关闭的时间分别调节，达到养护窖电动阀开度控制的目的，从而实现温度控制，既可以满足控制精度要求，又可以防止水锤破坏。
DZF型进气阀是依外输入4～20mA控制电流控制阀门开度的电动阀门
表3-4 阀门特性表
序号 元器件名称 元器件型号 元器件特性 生产厂家
1 总进气阀 ZAJWSY 220V,4A得电打开，断电关闭。 天津贝尔自动化仪表技术有限公司
2 总排气阀 ZAJWSY 220V,4A得电打开，断电关闭。 天津贝尔自动化仪表技术有限公司
3 1#号窑进气阀 DZF-F 输入信号0~10V 天津贝尔自动化仪表技术有限公司
4 1#号窑排气阀 ZAJWSY 220V,4A得电打开，断电关闭。 天津贝尔自动化仪表技术有限公司
5 2#号窑进气阀 DZF-F 输入信号0~10V 天津贝尔自动化仪表技术有限公司
6 2#号窑排气阀 ZAJWSY 220V,4A得电打开，断电关闭。 天津贝尔自动化仪表技术有限公司
3.3.4 热敏电阻及变送器的型号的选定
热敏电阻包括正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）的热敏电阻，以及临界温度的热敏电阻（CTR）。热敏电阻的主要特点：（1）灵敏度比较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出6-10℃的温度变化；（2）工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃的场所；（3）体积比较小，使用较方便，电阻值可在0.1～100kΩ之间任意选择；（5）稳定性比较好、过载能力强。
变送器的作用：由热敏电阻提供的测量信号在输入级被放大。再将放大信号与输入变量成正比的电压经多路转换器在模/数转换器中转换为数字信号。这些信号在微处理器中根据传感器的特性以及其它参量（测量范围、阻尼、环境温度等）加以转换。这样得到的信号就会在数/模转换器中转换为与负载无关的4～20mA的直流电流。
表3-5 热敏电阻及变送器特性表
序号 元器件名称 元器件型号 元器件特性 生产厂家
1 热敏电阻 NTC 5D-5 阻值5Ω，最大稳态电流1A，最大电流时近似阻值0.353Ω，耗散系数6mW/℃，热时间常数20S，测温范围-55℃~220℃。 广州文盛电子有限公司
2 变送器 SBWZ 24V供电，二线制，4-20mA的输出电流或0～5V的输出电压 江苏华尔瑞仪表有限公司
3.4系统的控制
系统的控制是硬件设计中最为重要的一部分，它能直观地显示出系统的工作方式，既可以方便用户对养护窖温度控制系统进行操作，又可以帮助用户轻松地对线路和设备进行维护和检修。系统的控制主要包括养护窖使用的执行过程和系统内部的温度自调节过程。
3.4.1系统的执行过程
为了保证用户的人身安全，养护窖温度控制系统对系统的执行做了一些要求，必须在总系统允许的情况下，才能执行各个养护窖的控制。总系统允许后，需要按下各个养护窖的启动按钮，相应的养护窖才能启动，养护窖启动之后，系统自动执行温度控制，如图3-4所示。
图3-4 养护窖执行过程图
3.4.2系统温度的调节
养护窖温度控制系统根据窖炉内的温度对给定温度的偏差值，自动改变的，使窖炉内的温度稳定在给定温度范围内，控制系统结构框图如图3-5所示。
图3-5 系统温度调节图
第四章 养护窖温度控制系统的软件设计
4.1控制系统总体流程图
系统总的控制过程是：按下总启动按钮后，允许两个养护窖按照各自的控制要求运行。每个养护窖都有启动按钮、停止按钮和急停按钮。如果按下总停止按钮，则禁止系统允许。
每个养护窖的具体要求是：（1）启动风机，使养护窖内的热气流循环；（2）打开进气阀，使热气流进入养护窖；（3）设定时间，恒温控制，时间结束后，关闭进气阀；（4）打开排气阀，排除养护窖内的热气流；（5）按下停止按钮，则关闭风机和排气阀；（6）每个养护窖的进气阀只有在总进气阀打开的状态下才能打开；（7）只要有一个养护窖需要排气，总排气阀就必须打开；（8）每个养护窖需要一只热敏电阻进行温度检测。
养护窖温度控制系统的控制流程：首先在总系统允许的条件下，对各个养护窖的窖炉进行控制。再分窖炉允许的情况下，对窖炉温度进行采集，接着打开总排气阀、分排气阀、总进气阀以及风机，进行PID温度调节，通过控制分进气阀的开度来实现恒温控制，待养护完毕后，关闭分窑进气阀门和风机，待两个分窑进气阀都关闭后，方能关闭总进气阀，最后关闭排气阀，养护关闭，使砌砖出窖。具体流程图如图4-1所示。
图4-1 控制系统总体流程图
4.2 I/O分配表
PLC控制器系统的等效电路可分为三部分，即输入部分、内部控制电路和输出部分。输入部分就是采集输入信号，输出部分就是系统的执行部件，这两部分与继电器控制电路相同。外部输入信号经PLC输入端子去驱动输入继电器的线圈，每个输入端子与其相同编号的输入继电器有着唯一确定的对应关系，当外部的输入原件处于接通状态时，对应的输入继电器线圈得电。内部控制电路的作用是按照用户程序规定的逻辑关系，对输入信号和输出信号的状态进行检测、判断和处理，然后得到相应的输出。输出部分是由在PLC内部控制电路隔离的输出继电器的外部触点、输出接线端子和外部驱动电路组成，用来驱动外部负载。为了扩展I/O点和执行特殊功能，S7-200系列PLC可以连接扩展模块。扩展模块主要有4类：输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、通信模块和特殊功能模块。养护窖温度控制系统输入/输出分配表如表4-1所示，8个输入继电器，6个输出继电器，2个模拟量输入，2个模拟量输出。
表4-1 输入/输出分配表
编程元件 电路器件 编程地址 解释说明
输入继电器 SB1 I0.0 1号养护窖启动按钮
SB2 I0.1 1号养护窖停止按钮
SB3 I0.2 1号养护窖急停按钮
SB4 I0.3 2号养护窖启动按钮
SB5 I0.4 2号养护窖停止按钮
SB6 I0.5 2号养护窖急停按钮
SB7 I0.6 总启动按钮
SB8 I0.7 总停止按钮
输出继电器 YV1 Q0.0 1号养护窖排气电磁阀
KM1 Q0.1 1号养护窖风机电动机
YV2 Q0.2 2号养护窖排气电磁阀
KM2 Q0.3 2号养护窖风机电动机
YV3 Q0.4 总进气电磁阀
YV4 Q0.5 总排气电磁阀
模拟量输入 R1 AIW0 1号养护窖热敏电阻
R2 AIW1 2号养护窖热敏电阻
模拟量输出 YM1 AQW0 1号养护窖电动阀
YM2 AQW1 2号养护窖电动阀
4.3梯形图符号
本次设计除了涉及到一些基本指令(基本位操作指令、逻辑堆栈指令、定时器指令、比较指令)，还应用到了一些运算指令、数据处理指令、转换指令、程序控制指令和特殊指令等。具体指令的解释说明如表4-2所示。
表4-2梯形图符号表
序号 指令名称 梯形图 作用
1 字传送指令 EN有效时，将1字长的有符号整数数据IN传送到OUT中
2 递增计数器指令 CU—递增脉冲计数的启动输入端 R—复位脉冲的输入端 PV—设定值输入
3 整数除法指令 EN—允许输入端 ENO—允许输出端
4 实数到双字整数转换指令 EN有效时，将实数输入数据IN转换成双字整数，并将结果送到OUT输出
5 中断连接指令 EN有效时，把一个中断事件EVNT和一个中断程序INT联系起来，并允许这一个中断事件。
4.4程序设计
4.4.1数据标准化转换设计
养护窖温度控制系统系统中存在大量的模拟量信号，这些信号一般来说输入都是由模拟量采集模块将连续的变化量（大部分为4～20mA的电流信号，0～5V或0～10V的电压信号）转换离散的数字量，存储到PLC内存里；输出是由模拟量输出模块将我们要输出的存储在内存中的数字离散信号转换为电压信号或者电流信号。无论是内存中采集上来的数值还是我们输出的数值都不是我们得到的理想的数值，需要转换程序将这些量转换成可读懂的数据。
在PLC进行PID控制之前，必须将其转换成标准化浮点数表示法。当EN有效时，将模拟量通道AIW0中的内容送到VW400中。将AIW0-6552的内容送到VW400中，因为4～20mA的采集在西门子200系列中是通过坐标移动进行的，也就是因为对于0～20mA来说，西门子S7-200的采集数据在0～32000，也就是说每毫安对应的数值大约为32000/20=1600，那么4～20mA大约在6400～32000，因此要将输入值-6400来完成坐标的移动，为了满足一些运算的方便，本次设计选择将输入值-6552来完成坐标的移动。然后将VW400的内容除以131来得到输入值占用整个输入范围的百分比，数据标准化转换完成。梯形图如图4-2所示。
图4-2 养护窖输入数据标准化转换
4.4.2 PID参数传送设计
养护窖温度控制系统PID参数的传送是极其重要的，及时地将参数传送到各个养护窖，是温度控制必不可少的一部分。本次设计要将设定值0.161传送到养护窖设定值VD4中，设定值0.01传送到养护窖增益VD12中，设定值0.1传送到养护窖采样时间VD16中，设定值3.0传送到养护窖微分时间VD20中，设定值0.0传送到养护窖积分时间VD24中，养护窖传送模块完成。梯形图如图4-3所示。
图4-3 养护窖的PID参数传送图
4.4.3 PID的控制算法设计
PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。比例、积分、微分调节（即PID调节）是闭环系统中传统的模拟量控制。它在改善控制系统品质，保证系统偏差e[给定值（SPn）和过程变量（PVn）的差]达到预定指标，使控制系统在达到稳定状态方面具有良好的作用。PID调节控制的原理基于下面的方程式(4-1)，它描述了输出M(t)作为比例项、积分项和微分项的函数关系。
(4-1)
即输出 = 比例项 + 积分项 + 微分项
式中 M(t) ——PID回路的输出，是时间的函数；
KC ——PID回路的增益，也叫比例常数；
e ——回路的误差（给定值与过程变量之差）；
Minitial ——PID回路输出的初始值。
PID控制过程中需要对温度进行采集，温度采集过后，对一些参数进行整定，再利用PID对整定的结果作判断和调整在，然后对调整后的数据进行整定，最终作出养护窖PID输出，如图4-4所示。
图4-4 PID算法流程图
PID控制过程中，通过SM0.5每秒对温度进行采集一次，对养护窖窖炉温度及时地更新，同时利用PID算法对窖炉内的温度作出偏差判断，并调整到预设温度，实行恒温控制。养护窖的PID算法如图4-5所示。
图4-5 养护窖的PID控制算法
续图4-5 养护窖的PID控制算法
4.4.4中断子程序调用设计
在激活一个中断程序前，必须在中断事件和该事件发生时希望执行的那段程序间建立一种联系，中断连接指令（ATCH）指定某中断事件（由中断事件号指定）所要调用的程序段（由中断序号指定）。多个事件可调用同一个中断程序，但一个中断事件不能同时指定调用多个中断程序。
先设定定时器中断的时间间隔为100ms，再设定定时中断执行PID指令，最后允许中断，中断子程序结束。中断程序梯形图如图4-6所示。
图4-6 中断子程序调用
4.4.5养护窖控制设计
系统的启动和停止需要对其进行设定，按下总启动按钮时，系统必须打开总进气阀。按下总停止按钮时，系统必须关闭总进气阀。当1号养护窖或2号养护窖到达养护时间时，系统自动打开总排气阀，方便养护窖各个分窑排气。系统的启动和停止控制梯形图如图4-7所示。
图4-7 系统的启动和停止
在总系统允许的情况下，按下分窑启动按钮，分窑进气阀打开。按下分窑停止按钮，分窑进气阀关闭。按下分窑急停开关时，分窑养护窖同时关闭分窑进气阀、分窑排气阀和分窑风机。当分窑养护窖到达养护时间时，分窑排气阀打开。分窑控制的梯形图如图4-8所示。
图4-8 系统的启动和停止
第五章 养护窖温度控制系统上位机WinCC的界面设计
5.1监控软件的概述
监控软件WinCC使用方便，操作灵活，功能齐全，集成了变量管理、图形编辑、报警记录、变量记录和文本库等功能，继承成了西门子公司的全集成自动化系统先进的技术和无缝集成的特点。如图5-1所示，建立新工程，可以进入到监控软件WinCC的初始画面。
图5-1 监控软件界面
5.2监控界面的设计
界面设计是人与机器之间传递和交换信息的媒介，包括硬件界面和软件界面，是计算机科学人机工程学的交叉研究领域。近年来，随着自动化技术的迅速发展，网络技术的突飞猛进，人机界面设计和开发已成为国际计算机界和设计界最为活跃的研究方向。
（1）界面设计的原则:界面的简洁是要让用户便于使用、便于了解、并能减少用户发生错误选择的可能性;界面中要使用能反应用户本身的语言，而不是设计者的语言;记忆负担最小化,对用户来说，浏览信息要比记忆更容易;一致性是每一个优秀界面都具备的特点,界面的结构必须清晰且一致,在视觉效果上便于理解和使用,一个有序的界面能让用户轻松地使用;从用户的观点考虑,想用户所想，做用户所做,通过比较两个不同世界(真实与虚拟)的事物，完成更好的设计；灵活性和高效率也是界面设计必不可少的特点。
（2）设计方案：系统由三部分构成，即登录界面部分、控制子界面部分和监视子界面部分。包括养护窑温度数据存储功能、养护窑温度显示功能、养护窑温度设定功能、养护窑温度时间设定功能、养护窑运行控制功能、养护窑温度监视功能、养护窖报警功能等。
5.2.1主界面的总体设计
养护窖温度控制系统登录界面主要对系统的场景做了一些描述，用户可以清楚看到养护窖的基本信息，同时考虑到养护窖现场情况的不稳定性，对养护窖温度控制系统登陆界面进行了快速切换画面的设置，以便用户迅速进入养护窖温度控制系统控制界面和养护窖温度控制系统监视界面，现场的信息及时反馈到用户面前。养护窖温度控制系统登录界面如图5-2所示。
图5-2 养护窖温度控制系统登录界面
5.2.2控制子界面的设计
用户进入到养护窖温度控制系统控制界面可以根据自己的喜好和现场的情况切换到养护窖温度控制系统登录界面和养护窖温度控制系统监视界面。在养护窖温度控制系统控制界面，用户可以观测到各个养护窖当前窖炉的温度，根据需求，设置各个养护窖的养护温度和养护时间，同时还可以通过手动控制对各个养护窖的阀门和风机进行控制。如果窖炉发生不正常的运行，可以按下紧急停止按钮，对养护窖进行检修和维护。养护窖温度控制系统控制界面如图5-3所示。
图5-3 养护窖温度控制系统控制界面
5.2.3监视子界面的设计
无论是工业生产、科学研究还是日常生活，一些环境参数都需要被采集并被处理。比如温度是至关重要，因为一时的疏忽很可能会造成重大的安全隐患。对于这样的参数，我们需要对其进行实时监控，当它超过一定的阀值时，就会报警以提醒人们注意。为使用户能够方便有效地了解养护窖温度控制系统，及时发现各种设备运行的异常信息，本次采用监视界面对各个养护窖的温度变化进行监视。当温度传感器采集到温度，将其传给温度监控系统，此时操作系统会感知到这一事件，于是将这一事件包装成消息，投递到应用程序的消息队列中，然后应用程序从消息队列中取出消息并进行监视。养护窖温度控制系统监视界面主要由实时温度监视曲线和切换画面组成，如图5-4所示。
图5-4 养护窖温度控制系统监视界面
第六章 养护窖温度控制系统的运行与调试
6.1通信的设计与调试
6.1.1通信方式的选择
在西门子以往的WinCC同S7-200的连接方式中，通常会使用CP5611卡或者RS232编程电缆、或者USB-PPI编程电缆或者CP243-1以太网模块。 他们都要在WinCC中加装OPC软件（即PC ACCESS）。经过广大用户的不断使用发现，PC ACCESS稳定性并不是很好，有很多不足,而ETH-PPI具有将S7-200PPI协议转换成S7-300 TCP协议的功能，彻底解决了西门子S7-200不能走以太网通讯的限制，是对S7-200数据采集的一个重要补充。 ETH-PPI根本无需OPC（PC ACCESS），它是用西门子WinCC中自带的TCP/IP的驱动来直接通讯的。其使用方法同WinCC与S7-300以太网的通讯方式完全相同。WinCC中的I、Q、M、DB1（切记是DB1)与S7-200中的I、Q、M、V一一对应,使用时非常简单，填完IP地址就可立即使用。而且以太网通讯速度非常快，不用在S7-200中做任何工作或者做任何别的设置。同时用microwin还可以对S7-200进行上传、下载程序，以及在线调试，省去了编程电缆，极大地方便了工作。ETH-PPI同时也是支持OPC方式的，也可以使用PC ACCESS 与WINCC通讯。PC/PG接口的设置如图6-1所示。
图6-1 设置PC/PG接口图
6.1.2 WinCC和S7-200的使用与连接
WinCC软件的组态步骤如下: (1)启动WinCC，建立一个新的WinCC项目，在“变量管理器”中选择添加PLC驱动程序。(2)在PROFIBUS协议中新建一个驱动程序连接并组态逻辑连接参数。(3)在连接中加入外部变量(即过程变量)并设置变量。(4)在图形编辑器中制作监控画面。(5)制作报表、数据归档、报警以及用户管理和项目安全等功能。外部变量可以通过PLC存储器地址的一一对应来访问，这样等于建立了WinCC与过程通信所要监视的对象。WinCC包括几个主要的功能编辑器:图形设计编辑器、全局脚本编辑器、报警存档编辑器、变量存档编辑器、报表设计编辑器、用户管理和项目安全编辑器。
在通讯设置上需要有注意两点。 一是要安装西门子的STEP7，要使用里面的设置TC/PG接口功能，将驱动设置为TCP/IP(AUTO) 之后就可以使用 Prodave 6.0进行正常通讯了； 二是在进行通讯之前，请将西门子S7-200的PPI接口通讯波特率设置成187.5k，如图6-2所示，这样才能保证通讯速率的高速、顺畅。ETH-PPI在进行数据采集工作的同时，还可以通过TCP方式用Microwin对其在线监视、编程及下载，相当于USB PPI/PPI-RS232编程电缆的编程功能。
图6-2 波特率设置图
6.2系统总体的调试与运行
6.2.1系统的总体调试
PLC程序的调试分为模拟调试和现场调试两个调试过程，在此之前首先要对PLC外部接线作仔细检查，一定要确保外部接线准确无误。再编写完成的程序逐条认真检查，并改正写入时出现的错误。写完程序过后，要对程序进行编译，并检查错误，观察使用的语句中是否有违反PLC规定的用法，结果系统发现有1处错误。系统提示标准化转换模块的DIV模块的OUT 处的直接寻址操作数不可包含 IN2/N 处的任何直接地址字节，发现了语句错误过后马上进行分析，发现将IN1和IN2的内容放错位置了，改正错误后，确定程序没有语言错误。然后检查是否有逻辑错误，观察整个程序的运行状况是否能达到预期的效果，通过长时间的程序调试和修改，整个程序符合设计要求。最后对程序进行编译，如图6-3所示，程序没用错误，PLC编程部分完成。
图6-3 PLC程序编译提示图
6.2.2系统的总体运行
进入养护窖温度控制系统登录画面，点击“控制界面”，进入养护窖温度控制系统控制界面，点击系统允许，对各个养护窖养护温度设定，将１号养护窖温度升至120℃，待温度达到120℃时再将温度设定为100℃和养护时间设置为10h。将2号养护窖温度升至80℃，待温度达到80℃时再将温度设定为100℃和养护时间设置为10h。点击“1号进气阀打开”，1号进气阀打开，同时开关状态切换至“1号进气阀关闭”的画面，点击“1号进气阀关闭”，1号进气阀关闭。点击“1号进气阀打开”，和“1号窖排风机打开”，1号养护窖运行。点击“2号进气阀打开”和“2号窖排风机打开”，2号养护窖运行。如图6-4所示。
图6-4 控制界面运行图
点击“转入监视界面”，进入养护窖温度控制系统监视画面 ，可以实时看到养护窖的温度，如图6-5所示。
图6-5 监视界面运行图
第七章 收获及展望
通过这次设计，我收获良多，感触颇深。特别是在设计过程中，寻找解决问题的方法、技巧，在不断地摸索，尝试，失败再重新爬起的过程中，我们学到了很多设计温度控制系统的思想与方法，使我们平时在课堂上所学到的知识不再是纸上谈兵，而是真正的有了应用的价值，并且将所学到的多门专业课融会贯通，将这些课程联系起来，真正的做到了理论和实际相结合，这不仅使我们加深巩固了所学到的知识，更重要的是让我们明白了这些知识的应用所在，并最终转化我们所掌握的专业技能，让我学会了理论与实际相结合，学会了项目的设计与开发。既让我们巩固了理论知识，又让我在实践中懂得了如何利用理论知识去发现问题，解决问题。
在这次设计中，我还学习了以前没有学到过的知识，比如PID的调试，以及组态软件的灵活应用。我奔走在图书馆和实验室之中，用汗水和努力浇灌了这次设计，为最后的调试奠定了基础。在查阅资料的过程中，我们学会了如何去选择自己需要的知识，如何去应用我们查到的知识，我们的思考能力和思维得到了极大的提升。希望在未来的路上，我们能披荆斩棘，克服困难，走得更高、更远。
另外，在设计过程中，我还遇到了各种各样的困难，我学会了向老师和同学请教，在老师和同学的帮助下，成功地解决了问题。同样，在这次设计中，大大提高了我的团队意识，要有积极向上和不屈不挠的精神。
随着世界飞速的发展，作为新时代的知识青年，要有坚忍不拔和昂扬向上的精神，要时刻学习，坚持与时俱进和坚持实事求是的原则，学会创新，科学地总结出了经验与教训，以迅捷的方式，引领公司前行。千里之行，始于足下，我认为此次设计对我走向社会起到了过渡的作用，是人生中一段重要的经历，对未来走上企业岗位也有着巨大的影响，给我奠定了设计思想的基础，可以避免我毕业后的盲目随从、眼高手低的现象，虚心向他人请教、遵守单位规章制度、与人为善、友好交往等一些为人处世的基本原则都要在实际生活中认真地贯彻，好的习惯需要在现实生活中不断培养。希望自己在不久的将来能够一马平川，大展宏图。
参考文献
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附录
附录一 编程软件地址分配表
编程软件 编程地址 作用
变量寄存器 VB0 1号养护窖PID表
VD0 1号养护窖过程变量
VD4 1号养护窖设定值
VD8 1号养护窖输出值控制
VD12 1号养护窖增益
VD16 1号养护窖采样时间
VD20 1号养护窖微分时间
VD24 1号养护窖积分时间
VD28 1号养护窖积分前项
VD32 1号养护窖过程前值
VB36 2号养护窖PID表
VD36 2号养护窖过程变量
VD40 2号养护窖设定值
VD44 2号养护窖输出值控制
VD48 2号养护窖增益
VD52 2号养护窖采样时间
VD56 2号养护窖微分时间
VD60 2号养护窖积分时间
VD64 2号养护窖积分前项
VD68 2号养护窖过程前值
VW400 1号养护窖养护温度
VW402 2号养护窖养护温度
VW416 1号养护窖PID输出
VW418 2号养护窖PID输出
计数器 C0 1号养护窖运行时间
C1 2号养护窖运行时间
辅助继电器 M0.0 1号养护窖运行标志
M0.1 2号养护窖运行标志
附录二 软件编制说明
本设计着重利用现有资源从智能和安全角度进行设计。用户只需按下总启动按钮和相应窑的启动按钮，其余温度部分均由PLC来检测控制。单独的窑出现故障或维护时只需将对应急停按钮按下即可，完全不影响另外一座窑的控制。手动操作停止按钮仅适用于试车，在故障处理或维护，以及出砖过程中必须按下急停按钮。从安全方面考虑，由于养护窑属于高温区域，人员进入前须进行有效的散热作业，散热作业应当不依赖于总系统的停止按钮误操作而中断，排气阀应当始终是打开的，否则会引起生命危险。
附录三 程序说明
输入数据标准化转换
传送1号养护窖的PID参数
输入数据标准化转换
传送2号养护窖的PID参数
1号养护窖PID控制算法
2号养护窖PID控制算法
设置定时中断
系统启动和停止
1号养护窖控制
1号养护窖养护计时
1号养护窖控制
1号养护窖养护计时
致谢
时光流逝，岁月如梭，一转眼我的毕业设计就结束了，在这次设计中，我深深地感受到温度控制系统的博大精深，在此论文撰写过程中，要特别感谢我的指导老师，没有指导老师的的指导与督促,也就没有今天的这篇论文。指导老师以一丝不苟的作风，授我学术，给我以终生受益无穷之道。在指导老师孜孜不倦地教诲下，我学会了收获，学会系统地思考问题，发现问题，并及时解决问题，具备了一些先进的控制思想，希望在不久的将来，能让自己开阔更多的视野。在此向帮助和指导我的老师、同学们表示衷心地感谢！
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摘要
随着我国城市建设的迅速发展，高层建筑物对砌砖的质量要求越来越高。传统的建材制造工艺简单，质量差，已经满足不了时代的要求，为了适应城市的发展和满足人们对产品追求的不断提高，传统的建材已逐渐被新型的养护建材所取代。
本文以养护窑温度控制为目的，通过设计一个以PLC为核心，以PID算法控制以及PID参数整定相结合的控制方法来实现养护窑温度控制系统，其硬件电路还包括温度采集、温度控制、以及接口电路等，最终实现对温度的测量并根据设定值对温度进行调节的控温目的。同时，本文也对组态画面进行了初步的设计，用户可以避免高温，对养护窖实时数据进行监视和控制。
关 键 词：养护窖 温度控制 PLC 组态画面
Curing kiln temperature control system
Abstract
With the rapid development of our city construction, high-rise buildings of brick quality requirements are also getting higher and higher. The traditional building materials manufacturing process simple, poor quality, have been unable to meet the requirements of the times, in order to adapt to the development of the city and meet people on the pursuit of continuous improvement, The traditional building materials have been gradually replaced by new type of maintenance materials.
In this paper, the temperature curing kiln control as the objective, through the design of a PLC as the core, the control method based on PID algorithm control and PID parameter tuning are combined to realize the curing kiln temperature control system, the hardware circuit also includes a temperature acquisition, temperature control, and interface circuit, finally realize the measurement of temperature and set value of the temperature control to adjust the temperature according to the purpose. At the same time, this paper has also carried on the preliminary design of the configuration screen, the user can avoid high temperature, to monitor and control the real-time data maintenance of pit.
Key Words: Curing kiln;Temperature control;PLC; The configuration screen
随着我国经济的发展，市场上建筑材料的需求也向着高质量、大数量的方向发展。传统的建材制造工艺越来越显露出产品质量差，产量小，对环境污染严重的缺点。砌块生产线养护温度控制是砌块生产质量控制的最后一环，也是最为重要的一环。生产成型的砌块在不同的温度养护过程中进行养护，会有不同质量的砌块生产出来。为了适应社会的发展和满足人们对产品最求的不断提高国内厂家开始引进国外技术。
第一章 绪论 1
1.1养护窖温度控制系统的研究背景和意义 1
1.2养护窖温度控制系统研究的发展历史 1
1.3养护窖温度控制系统的研究现状 2
1.4论文的结构和内容 2
第二章 养护窖温度控制系统的总体设计方案 3
2.1控制方案的比较 3
2.2控制方案的确定 3
2.3控制系统总体设计框图 3
第三章 养护窖温度控制系统的硬件设计 4
3.1PLC的选型 4
3.1.1 PLC的定义 4
3.1.2 PLC型号的选定 4
3.2PLC的硬件设计图 4
3.2.1开关控制部分设计 4
3.2.2温度采集和调节部分的设计 5
3.2.3风机电路的设计 5
3.3系统元件的选型 6
3.3.1开关的型号的选定 6
3.3.2风机的型号的选定 7
3.3.3阀门的型号选定 7
3.3.4 热敏电阻及变送器的型号的选定 8
3.4系统的控制 8
3.4.1系统的执行过程 9
3.4.2系统温度的调节 9
第四章 养护窖温度控制系统的软件设计 10
4.1控制系统总体流程图 10
4.2 I/O分配表 10
4.3梯形图符号 12
4.4程序设计 12
4.4.1数据标准化转换设计 12
4.4.2 PID参数传送设计 13
4.4.3 PID的控制算法设计 14
4.4.4中断子程序调用设计 16
4.4.5养护窖控制设计 16
第五章 养护窖温度控制系统上位机WinCC的界面设计 18
5.1监控软件的概述 18
5.2监控界面的设计 18
5.2.1主界面的总体设计 19
5.2.2控制子界面的设计 20
5.2.3监视子界面的设计 20
第六章 养护窖温度控制系统的运行与调试 22
6.1通信的设计与调试 22
6.1.1通信方式的选择 22
6.1.2 WinCC和S7-200的使用与连接 23
6.2系统总体的调试与运行 24
6.2.1系统的总体调试 24
6.2.2系统的总体运行 24
第七章 收获及展望 26
参考文献 27
附录 28
附录一 编程软件地址分配表 28
附录二 软件编制说明 28
附录三 程序说明 29
致谢 36
第一章 绪论
1.1养护窖温度控制系统的研究背景和意义
温度控制系统虽然在世界各个领域的应用十分广泛，但从国内生产的温度控制系统来讲，总体发展水平仍然较低，同日本、美国、德国等发达国家相比仍然存在很大的差距。目前，我国在这方面总体水平处于20世纪80年代中后期水平，主要以普通的PID控制器为主，它只适合用于一般的温度控制系统，难于控制滞后、复杂、时变的温度控制系统，而适应于高精度场所的人性化、智能化控制仪表，国内的技术还是相对比较落后的。随着工业理论、自动化理论、计算机技术和通信技术的迅速发展，市场上的控制系统竞争日益激烈，用户对工业自动化过程控制系统的可靠性、复杂性、功能的完善性、人机界面的友好性、数据分析和管理的快速性、系统安装调试和运行维护的方便性等提出了越来越高的要求。因此，高精度、高稳定、智能化的温度控制系统是国内外必然的发展趋势。
温度是工业控制对象主要被控参数之一，在温度控制中，由于受到温度控制对象特性（如惯性大、滞后大、非线性等）的影响，使得控制性能难以提高，有些工业过程温度控制的不好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。温度控制的精度对生产或实验会产生重大的影响，温度控制的方式多种多样，而PLC具有稳定性高、可靠性高、联网功能强、抗干扰能力强、实时处理快等特点，故采用PLC控制是其中一种比较优越的方案之一。
温度控制系统发展初期是机械式的温度控制系统，但总体来讲机械式温度控制系统的控制器缺点十分明显，机械式温度控制器外观陈旧呆板，控温精度差，容易打火，极易在一个极小温差范围内频繁开关，功能比较单一，鉴于这些原因，智能温度控制器全面取代机械式温度控制器将是不可逆转的潮流。而本文正是本文的内容主要是对砖窑养护窑的温度控制，养护窑养护不受气候的影响，通过PLC控制进行养护，严格根据工艺要求实施温度控制，可以保证产品的质量及产品的生产进度。
1.2养护窖温度控制系统研究的发展历史
温度控制系统属于信息技术的前沿尖端系统，尤其是温度控制系统被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量日渐上升。温度控制系统是基于PLC开发的温度控制系统，其主要功能是根据用户所需温度与实际温度的差值来控制水蒸汽流量，从而达到改变温度的目的。
养护窖温度控制系统主要是由可编程序控制器（PLC）来控制的系统。可编程序控制器（PLC）和它的有关设备，应按易于和工业控制系统联成一体，并易于扩充功能的原则设计。可编程序控制器（PLC）是以计算机为基础的专用控制装置，自1966年，美国通用汽车（GM）公司委托美国数据设备公司（DEC）研制成功第一台可编程控制器以来，近50年，可编程序控制器得到迅速发展。至今，生产厂商已有200多家，400余种规格的产品。在美国、日本、德国等发达国家所生产的可编程控制器，质量优良，功能能强大，专用性突出，各有特长，被应用在锅炉控制、机床控制、石油化工、交通运输、汽车制造、电力生产、电力拖动等领域的控制技术中。
1.3养护窖温度控制系统的研究现状
目前养护的方法有两种。一种是普通的,在自然环境下养护，自然环境下的养护只需要一个可供养护的露天场地，主要靠阳光来加温。这种养护方法的投资比较少，养护成本比较低。缺点是养护周期比较长，受周围环境温度影响比较大，对产品质量要求较高时，产品质量无法得到保护。尤其在我国一些天气条件恶劣的地区，温度偏低，雨量比较高，阳光较少，风沙比较大，这种养护方法就难以使用，但是在一些规模较小的砌砖加工场所，这种养护方法还是一种不错的选择。另一种养护方法就是在养护窑中进行养护。用户可以根据砌砖的工艺要求指定养护条件，由手动或者自动的方法对养护程序进行控制。养护窑养护过程是严格按照砌砖的工艺要求执行的。它既能保证产品的质量，又能保证产品的生产进度，同时不受外界气候的影响。
1.4论文的结构和内容
本文从控制方案的比较，对养护窖温度控制系统进行分析，最终确定设计方案。通过对硬件设备的选型和控制，完成硬件电路设计，利用PLC对养护窖温度控制系统进行程序设计，通过模拟完成养护窖的恒温控制，最后与组态软件WinCC通信，完成对养护窖温度控制系统的监视和控制。
第二章 养护窖温度控制系统的总体设计方案
2.1控制方案的比较
养护窖温度控制的控制方式主要有三种，继电器的控制方式、个人计算机（PC）的控制方式和可编程序控制器（PLC）的控制方式。继电器的触点是有形的物理触点，触点有一定的数量限制，在同一个控制系统中只能使用一次，而且其控制功能是专一的，只能分段控制，不能调节，且操作和维护不便；个人计算机（PC）是通用型的数字电子设备，在工业控制中的功能不够强大，并且个人计算机（PC）采用高级语言编写程序，编程比较复杂，抗干扰能力过弱。可编程序控制器（PLC）可靠性高，抗干扰能力强，编程简单、直观，适应性好，维护方便。
2.2控制方案的确定
经过对三种方案的比较，采用PLC控制方式，既可提高养护窖温度控制的精度，提高砌块（砖）产品质量，又可减轻操作员的劳动强度，并能取得良好的经济效益。因此，最终选择可编程序控制器（PLC）的控制方式作为养护窖温度控制系统的控制方案。
2.3控制系统总体设计框图
养护窖温度控制系统主要由两个养护窖、一个总进气阀和一个总排气阀组成。每个养护窖包括一个进气阀，一个窖炉，一个排气阀和一个风机，分别对各自的窖炉进行恒温控制。
图2-1 养护窖温度控制系统总体设计框图
第三章 养护窖温度控制系统的硬件设计
3.1PLC的选型
3.1.1 PLC的定义
国际电工委员会（IEC）于1985年在颁布的可编程序控制器标准草案第二稿对PLC的定义如下：“可编程序控制器（PLC）是一种数字运算器，是一种进行数字运算操作的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用可以编程序的存储器，用来在其内部执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。
3.1.2 PLC型号的选定
养护窖温度控制系统有8个开关量输入，6个模拟量的输入，8个开关量的输出。采用西门子公司的S7-200系列的CPU224作为控制器，它有14个输入点，10个输出点，能满足开关控制的输入要求。为了完成本次设计，还需要2个扩展模块，即EM231（4AI）和EM232（2AI）。EM231为模拟量输入模块，上部有12个端子，每3点为一组，共四组，每组可作为1路模拟量的输入通道。输入信号为电压信号时，用2个端子；输入信号为电流信号时，用3个端子。EM232为模拟量输出模块，上部从左端起的每3个点为一组，共两组，每组可作为1路模拟量输出。下部最左端起的3个端子是模块所需要的直流24V电源，它既可由外部电源提供，也可由CPU单元提供。
表3-1 S7-200PLC模拟量量程表
I/O信号 信号类型 电压信号 电流信号
模拟量输入 ±10V ————————————
模拟量输出 0~10V 0~20mA
3.2PLC的硬件设计图
养护窖温度控制系统由开关控制部分、温度采集部分和温度调节部分组成。开关控制部分主要负责养护窖各个阀门和风机的通断控制，从而实现对养护窖的控制；温度控制部分主要由热敏电阻和变送器组成，用来对养护窖温度控制系统进行温度的采集及转换；温度调节部分主要由交流负载和硅调压器组成，对养护窖的窖炉温度进行PID调节，实现恒温控制。
3.2.1开关控制部分设计
开关控制部分，主要是根据用户方便操作而设计，用户可以按下开关按钮， 根据需要，对养护窖进行控制。开关控制部分如图3-1所示。
图3-1养护窖开关控制设计图
3.2.2温度采集和调节部分的设计
温度采集部分主要负责对温度进行采集，通过实时的温度采集，养护窖温度度控制系统接收到当前窖炉的温度，通过PID调节，达到用户指定的温度，实现养护窖的恒温控制。温度采集和调节部分的设计如图3-2所示。
图3-2 温度采集和调节部分设计图
3.2.3风机电路的设计
风机是养护窖温度控制系统中极其重要的一部分，确保窖炉内温度均匀，具体电路设计如图3-3所示。
图3-3 风机电路设计图
3.3系统元件的选型
3.3.1开关的型号的选定
按钮开关是利用按钮推动传动机构，使动触点与静触点按通或断开并实现电路换接的开关。按钮开关是一种结构简单，应用十分广泛的主令电器。具体开关特性如表3-2所示。
表3-2 开关特性表
序号 元器件名称 元器件型号 元器件特性 生产厂家
1 总启动按钮 LA38-10/203 电寿命：50×104次；绝缘电阻≥50MΩ；接触电阻≤50mΩ； 相比漏电起痕指数CTI≥100。 江阴长江电气有限公司
2 总停止按钮 LA38-10/203 电寿命：50×104次；绝缘电阻≥50MΩ；接触电阻≤50mΩ； 相比漏电起痕指数CTI≥100。 江阴长江电气有限公司
3 1#号窑启动按钮 LA38-10/203 电寿命：50×104次；绝缘电阻≥50MΩ；接触电阻≤50mΩ； 相比漏电起痕指数CTI≥100。 江阴长江电气有限公司
4 1#号窑停止按钮 LA38-10/203 电寿命：50×104次；绝缘电阻≥50MΩ；接触电阻≤50mΩ； 相比漏电起痕指数CTI≥100。 江阴长江电气有限公司
5 1#号窑紧急停止按钮 LA38-02 MYX/203 钥匙旋转复位蘑菇钮停止按钮 江阴长江电气有限公司
6 2#号窑启动按钮 LA38-10/203 电寿命：50×104次；绝缘电阻≥50MΩ；接触电阻≤50mΩ； 相比漏电起痕指数CTI≥100。 江阴长江电气有限公司
7 2#号窑停止按钮 LA38-10/203 电寿命：50×104次；绝缘电阻≥50MΩ；接触电阻≤50mΩ； 相比漏电起痕指数CTI≥100。 江阴长江电气有限公司
8 2#号窑紧急停止按钮 LA38-02 MYX/203 钥匙旋转复位蘑菇钮停止按钮 江阴长江电气有限公司
3.3.2风机的型号的选定
风机特点：循环通风的风机，采用离心轴流。各种工业用炉中，为确保窖炉内的温度均匀，可采用循环通风的风机。接触热风的叶轮应按照蠕变、耐高温的要求，用加高镍或钼的材料，并要求用绝热材料进行隔热和保护，防止叶轮发生变化，或采用空心轴通冷却水冷却轴承的方法。
风机的选取：选用风机时，首先要根据所需要风机的风量、全压这两个基本参数，就可以通过风机的有因次性能表（各家风机产品说明书都有相关数据）来确定风机型号和机号。这时可能不止一个产品满足要求，再结合风机用途、工艺要求、使用场所、风量大小等，选择风机的种类、机型以及结构材质等以符合工作条件需要，尽量使风机的额定流量和额定压力接近工艺要求的流量和压力，从而使风机运行时使用工况点达到风机特性的高效区。
由于本次设计需要，需要用到离心循环的风机，功率5.5千瓦，风量约1174～2504(m3/h)。当风机运行时，可对窖炉内的温度进行均匀搅拌，风机具体特性表如表3-3所示。
表3-3 风机特性表
序号 元器件名称 元器件型号 元器件特性 生产厂家
1 1#号窑风机 WHC7A-Ⅱ 5.5KW，转速1460r/min 张家港市乘风特种风机有限公司
2 2#号窑风机 WHC7A-Ⅱ 5.5KW，转速1460r/min 张家港市乘风特种风机有限公司
3.3.3阀门的型号选定
电动阀用于液体、气体和风系统管道介质流量的模拟量调节，可以由DO或AO控制，比较见于大管道和气阀等。电动阀的驱动一般是用电动机，开或关动作完成需要一定的时间模拟量，可以做开度调节。电动阀的驱动一般是用电机，比较耐电压冲击。电动阀的开度可以控制管道中介质的流量。电动阀可对开启和关闭的时间分别调节，达到养护窖电动阀开度控制的目的，从而实现温度控制，既可以满足控制精度要求，又可以防止水锤破坏。
DZF型进气阀是依外输入4～20mA控制电流控制阀门开度的电动阀门
表3-4 阀门特性表
序号 元器件名称 元器件型号 元器件特性 生产厂家
1 总进气阀 ZAJWSY 220V,4A得电打开，断电关闭。 天津贝尔自动化仪表技术有限公司
2 总排气阀 ZAJWSY 220V,4A得电打开，断电关闭。 天津贝尔自动化仪表技术有限公司
3 1#号窑进气阀 DZF-F 输入信号0~10V 天津贝尔自动化仪表技术有限公司
4 1#号窑排气阀 ZAJWSY 220V,4A得电打开，断电关闭。 天津贝尔自动化仪表技术有限公司
5 2#号窑进气阀 DZF-F 输入信号0~10V 天津贝尔自动化仪表技术有限公司
6 2#号窑排气阀 ZAJWSY 220V,4A得电打开，断电关闭。 天津贝尔自动化仪表技术有限公司
3.3.4 热敏电阻及变送器的型号的选定
热敏电阻包括正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）的热敏电阻，以及临界温度的热敏电阻（CTR）。热敏电阻的主要特点：（1）灵敏度比较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出6-10℃的温度变化；（2）工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃的场所；（3）体积比较小，使用较方便，电阻值可在0.1～100kΩ之间任意选择；（5）稳定性比较好、过载能力强。
变送器的作用：由热敏电阻提供的测量信号在输入级被放大。再将放大信号与输入变量成正比的电压经多路转换器在模/数转换器中转换为数字信号。这些信号在微处理器中根据传感器的特性以及其它参量（测量范围、阻尼、环境温度等）加以转换。这样得到的信号就会在数/模转换器中转换为与负载无关的4～20mA的直流电流。
表3-5 热敏电阻及变送器特性表
序号 元器件名称 元器件型号 元器件特性 生产厂家
1 热敏电阻 NTC 5D-5 阻值5Ω，最大稳态电流1A，最大电流时近似阻值0.353Ω，耗散系数6mW/℃，热时间常数20S，测温范围-55℃~220℃。 广州文盛电子有限公司
2 变送器 SBWZ 24V供电，二线制，4-20mA的输出电流或0～5V的输出电压 江苏华尔瑞仪表有限公司
3.4系统的控制
系统的控制是硬件设计中最为重要的一部分，它能直观地显示出系统的工作方式，既可以方便用户对养护窖温度控制系统进行操作，又可以帮助用户轻松地对线路和设备进行维护和检修。系统的控制主要包括养护窖使用的执行过程和系统内部的温度自调节过程。
3.4.1系统的执行过程
为了保证用户的人身安全，养护窖温度控制系统对系统的执行做了一些要求，必须在总系统允许的情况下，才能执行各个养护窖的控制。总系统允许后，需要按下各个养护窖的启动按钮，相应的养护窖才能启动，养护窖启动之后，系统自动执行温度控制，如图3-4所示。
图3-4 养护窖执行过程图
3.4.2系统温度的调节
养护窖温度控制系统根据窖炉内的温度对给定温度的偏差值，自动改变的，使窖炉内的温度稳定在给定温度范围内，控制系统结构框图如图3-5所示。
图3-5 系统温度调节图
第四章 养护窖温度控制系统的软件设计
4.1控制系统总体流程图
系统总的控制过程是：按下总启动按钮后，允许两个养护窖按照各自的控制要求运行。每个养护窖都有启动按钮、停止按钮和急停按钮。如果按下总停止按钮，则禁止系统允许。
每个养护窖的具体要求是：（1）启动风机，使养护窖内的热气流循环；（2）打开进气阀，使热气流进入养护窖；（3）设定时间，恒温控制，时间结束后，关闭进气阀；（4）打开排气阀，排除养护窖内的热气流；（5）按下停止按钮，则关闭风机和排气阀；（6）每个养护窖的进气阀只有在总进气阀打开的状态下才能打开；（7）只要有一个养护窖需要排气，总排气阀就必须打开；（8）每个养护窖需要一只热敏电阻进行温度检测。
养护窖温度控制系统的控制流程：首先在总系统允许的条件下，对各个养护窖的窖炉进行控制。再分窖炉允许的情况下，对窖炉温度进行采集，接着打开总排气阀、分排气阀、总进气阀以及风机，进行PID温度调节，通过控制分进气阀的开度来实现恒温控制，待养护完毕后，关闭分窑进气阀门和风机，待两个分窑进气阀都关闭后，方能关闭总进气阀，最后关闭排气阀，养护关闭，使砌砖出窖。具体流程图如图4-1所示。
图4-1 控制系统总体流程图
4.2 I/O分配表
PLC控制器系统的等效电路可分为三部分，即输入部分、内部控制电路和输出部分。输入部分就是采集输入信号，输出部分就是系统的执行部件，这两部分与继电器控制电路相同。外部输入信号经PLC输入端子去驱动输入继电器的线圈，每个输入端子与其相同编号的输入继电器有着唯一确定的对应关系，当外部的输入原件处于接通状态时，对应的输入继电器线圈得电。内部控制电路的作用是按照用户程序规定的逻辑关系，对输入信号和输出信号的状态进行检测、判断和处理，然后得到相应的输出。输出部分是由在PLC内部控制电路隔离的输出继电器的外部触点、输出接线端子和外部驱动电路组成，用来驱动外部负载。为了扩展I/O点和执行特殊功能，S7-200系列PLC可以连接扩展模块。扩展模块主要有4类：输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、通信模块和特殊功能模块。养护窖温度控制系统输入/输出分配表如表4-1所示，8个输入继电器，6个输出继电器，2个模拟量输入，2个模拟量输出。
表4-1 输入/输出分配表
编程元件 电路器件 编程地址 解释说明
输入继电器 SB1 I0.0 1号养护窖启动按钮
SB2 I0.1 1号养护窖停止按钮
SB3 I0.2 1号养护窖急停按钮
SB4 I0.3 2号养护窖启动按钮
SB5 I0.4 2号养护窖停止按钮
SB6 I0.5 2号养护窖急停按钮
SB7 I0.6 总启动按钮
SB8 I0.7 总停止按钮
输出继电器 YV1 Q0.0 1号养护窖排气电磁阀
KM1 Q0.1 1号养护窖风机电动机
YV2 Q0.2 2号养护窖排气电磁阀
KM2 Q0.3 2号养护窖风机电动机
YV3 Q0.4 总进气电磁阀
YV4 Q0.5 总排气电磁阀
模拟量输入 R1 AIW0 1号养护窖热敏电阻
R2 AIW1 2号养护窖热敏电阻
模拟量输出 YM1 AQW0 1号养护窖电动阀
YM2 AQW1 2号养护窖电动阀
4.3梯形图符号
本次设计除了涉及到一些基本指令(基本位操作指令、逻辑堆栈指令、定时器指令、比较指令)，还应用到了一些运算指令、数据处理指令、转换指令、程序控制指令和特殊指令等。具体指令的解释说明如表4-2所示。
表4-2梯形图符号表
序号 指令名称 梯形图 作用
1 字传送指令 EN有效时，将1字长的有符号整数数据IN传送到OUT中
2 递增计数器指令 CU—递增脉冲计数的启动输入端 R—复位脉冲的输入端 PV—设定值输入
3 整数除法指令 EN—允许输入端 ENO—允许输出端
4 实数到双字整数转换指令 EN有效时，将实数输入数据IN转换成双字整数，并将结果送到OUT输出
5 中断连接指令 EN有效时，把一个中断事件EVNT和一个中断程序INT联系起来，并允许这一个中断事件。
4.4程序设计
4.4.1数据标准化转换设计
养护窖温度控制系统系统中存在大量的模拟量信号，这些信号一般来说输入都是由模拟量采集模块将连续的变化量（大部分为4～20mA的电流信号，0～5V或0～10V的电压信号）转换离散的数字量，存储到PLC内存里；输出是由模拟量输出模块将我们要输出的存储在内存中的数字离散信号转换为电压信号或者电流信号。无论是内存中采集上来的数值还是我们输出的数值都不是我们得到的理想的数值，需要转换程序将这些量转换成可读懂的数据。
在PLC进行PID控制之前，必须将其转换成标准化浮点数表示法。当EN有效时，将模拟量通道AIW0中的内容送到VW400中。将AIW0-6552的内容送到VW400中，因为4～20mA的采集在西门子200系列中是通过坐标移动进行的，也就是因为对于0～20mA来说，西门子S7-200的采集数据在0～32000，也就是说每毫安对应的数值大约为32000/20=1600，那么4～20mA大约在6400～32000，因此要将输入值-6400来完成坐标的移动，为了满足一些运算的方便，本次设计选择将输入值-6552来完成坐标的移动。然后将VW400的内容除以131来得到输入值占用整个输入范围的百分比，数据标准化转换完成。梯形图如图4-2所示。
图4-2 养护窖输入数据标准化转换
4.4.2 PID参数传送设计
养护窖温度控制系统PID参数的传送是极其重要的，及时地将参数传送到各个养护窖，是温度控制必不可少的一部分。本次设计要将设定值0.161传送到养护窖设定值VD4中，设定值0.01传送到养护窖增益VD12中，设定值0.1传送到养护窖采样时间VD16中，设定值3.0传送到养护窖微分时间VD20中，设定值0.0传送到养护窖积分时间VD24中，养护窖传送模块完成。梯形图如图4-3所示。
图4-3 养护窖的PID参数传送图
4.4.3 PID的控制算法设计
PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。比例、积分、微分调节（即PID调节）是闭环系统中传统的模拟量控制。它在改善控制系统品质，保证系统偏差e[给定值（SPn）和过程变量（PVn）的差]达到预定指标，使控制系统在达到稳定状态方面具有良好的作用。PID调节控制的原理基于下面的方程式(4-1)，它描述了输出M(t)作为比例项、积分项和微分项的函数关系。
(4-1)
即输出 = 比例项 + 积分项 + 微分项
式中 M(t) ——PID回路的输出，是时间的函数；
KC ——PID回路的增益，也叫比例常数；
e ——回路的误差（给定值与过程变量之差）；
Minitial ——PID回路输出的初始值。
PID控制过程中需要对温度进行采集，温度采集过后，对一些参数进行整定，再利用PID对整定的结果作判断和调整在，然后对调整后的数据进行整定，最终作出养护窖PID输出，如图4-4所示。
图4-4 PID算法流程图
PID控制过程中，通过SM0.5每秒对温度进行采集一次，对养护窖窖炉温度及时地更新，同时利用PID算法对窖炉内的温度作出偏差判断，并调整到预设温度，实行恒温控制。养护窖的PID算法如图4-5所示。
图4-5 养护窖的PID控制算法
续图4-5 养护窖的PID控制算法
4.4.4中断子程序调用设计
在激活一个中断程序前，必须在中断事件和该事件发生时希望执行的那段程序间建立一种联系，中断连接指令（ATCH）指定某中断事件（由中断事件号指定）所要调用的程序段（由中断序号指定）。多个事件可调用同一个中断程序，但一个中断事件不能同时指定调用多个中断程序。
先设定定时器中断的时间间隔为100ms，再设定定时中断执行PID指令，最后允许中断，中断子程序结束。中断程序梯形图如图4-6所示。
图4-6 中断子程序调用
4.4.5养护窖控制设计
系统的启动和停止需要对其进行设定，按下总启动按钮时，系统必须打开总进气阀。按下总停止按钮时，系统必须关闭总进气阀。当1号养护窖或2号养护窖到达养护时间时，系统自动打开总排气阀，方便养护窖各个分窑排气。系统的启动和停止控制梯形图如图4-7所示。
图4-7 系统的启动和停止
在总系统允许的情况下，按下分窑启动按钮，分窑进气阀打开。按下分窑停止按钮，分窑进气阀关闭。按下分窑急停开关时，分窑养护窖同时关闭分窑进气阀、分窑排气阀和分窑风机。当分窑养护窖到达养护时间时，分窑排气阀打开。分窑控制的梯形图如图4-8所示。
图4-8 系统的启动和停止
第五章 养护窖温度控制系统上位机WinCC的界面设计
5.1监控软件的概述
监控软件WinCC使用方便，操作灵活，功能齐全，集成了变量管理、图形编辑、报警记录、变量记录和文本库等功能，继承成了西门子公司的全集成自动化系统先进的技术和无缝集成的特点。如图5-1所示，建立新工程，可以进入到监控软件WinCC的初始画面。
图5-1 监控软件界面
5.2监控界面的设计
界面设计是人与机器之间传递和交换信息的媒介，包括硬件界面和软件界面，是计算机科学人机工程学的交叉研究领域。近年来，随着自动化技术的迅速发展，网络技术的突飞猛进，人机界面设计和开发已成为国际计算机界和设计界最为活跃的研究方向。
（1）界面设计的原则:界面的简洁是要让用户便于使用、便于了解、并能减少用户发生错误选择的可能性;界面中要使用能反应用户本身的语言，而不是设计者的语言;记忆负担最小化,对用户来说，浏览信息要比记忆更容易;一致性是每一个优秀界面都具备的特点,界面的结构必须清晰且一致,在视觉效果上便于理解和使用,一个有序的界面能让用户轻松地使用;从用户的观点考虑,想用户所想，做用户所做,通过比较两个不同世界(真实与虚拟)的事物，完成更好的设计；灵活性和高效率也是界面设计必不可少的特点。
（2）设计方案：系统由三部分构成，即登录界面部分、控制子界面部分和监视子界面部分。包括养护窑温度数据存储功能、养护窑温度显示功能、养护窑温度设定功能、养护窑温度时间设定功能、养护窑运行控制功能、养护窑温度监视功能、养护窖报警功能等。
5.2.1主界面的总体设计
养护窖温度控制系统登录界面主要对系统的场景做了一些描述，用户可以清楚看到养护窖的基本信息，同时考虑到养护窖现场情况的不稳定性，对养护窖温度控制系统登陆界面进行了快速切换画面的设置，以便用户迅速进入养护窖温度控制系统控制界面和养护窖温度控制系统监视界面，现场的信息及时反馈到用户面前。养护窖温度控制系统登录界面如图5-2所示。
图5-2 养护窖温度控制系统登录界面
5.2.2控制子界面的设计
用户进入到养护窖温度控制系统控制界面可以根据自己的喜好和现场的情况切换到养护窖温度控制系统登录界面和养护窖温度控制系统监视界面。在养护窖温度控制系统控制界面，用户可以观测到各个养护窖当前窖炉的温度，根据需求，设置各个养护窖的养护温度和养护时间，同时还可以通过手动控制对各个养护窖的阀门和风机进行控制。如果窖炉发生不正常的运行，可以按下紧急停止按钮，对养护窖进行检修和维护。养护窖温度控制系统控制界面如图5-3所示。
图5-3 养护窖温度控制系统控制界面
5.2.3监视子界面的设计
无论是工业生产、科学研究还是日常生活，一些环境参数都需要被采集并被处理。比如温度是至关重要，因为一时的疏忽很可能会造成重大的安全隐患。对于这样的参数，我们需要对其进行实时监控，当它超过一定的阀值时，就会报警以提醒人们注意。为使用户能够方便有效地了解养护窖温度控制系统，及时发现各种设备运行的异常信息，本次采用监视界面对各个养护窖的温度变化进行监视。当温度传感器采集到温度，将其传给温度监控系统，此时操作系统会感知到这一事件，于是将这一事件包装成消息，投递到应用程序的消息队列中，然后应用程序从消息队列中取出消息并进行监视。养护窖温度控制系统监视界面主要由实时温度监视曲线和切换画面组成，如图5-4所示。
图5-4 养护窖温度控制系统监视界面
第六章 养护窖温度控制系统的运行与调试
6.1通信的设计与调试
6.1.1通信方式的选择
在西门子以往的WinCC同S7-200的连接方式中，通常会使用CP5611卡或者RS232编程电缆、或者USB-PPI编程电缆或者CP243-1以太网模块。 他们都要在WinCC中加装OPC软件（即PC ACCESS）。经过广大用户的不断使用发现，PC ACCESS稳定性并不是很好，有很多不足,而ETH-PPI具有将S7-200PPI协议转换成S7-300 TCP协议的功能，彻底解决了西门子S7-200不能走以太网通讯的限制，是对S7-200数据采集的一个重要补充。 ETH-PPI根本无需OPC（PC ACCESS），它是用西门子WinCC中自带的TCP/IP的驱动来直接通讯的。其使用方法同WinCC与S7-300以太网的通讯方式完全相同。WinCC中的I、Q、M、DB1（切记是DB1)与S7-200中的I、Q、M、V一一对应,使用时非常简单，填完IP地址就可立即使用。而且以太网通讯速度非常快，不用在S7-200中做任何工作或者做任何别的设置。同时用microwin还可以对S7-200进行上传、下载程序，以及在线调试，省去了编程电缆，极大地方便了工作。ETH-PPI同时也是支持OPC方式的，也可以使用PC ACCESS 与WINCC通讯。PC/PG接口的设置如图6-1所示。
图6-1 设置PC/PG接口图
6.1.2 WinCC和S7-200的使用与连接
WinCC软件的组态步骤如下: (1)启动WinCC，建立一个新的WinCC项目，在“变量管理器”中选择添加PLC驱动程序。(2)在PROFIBUS协议中新建一个驱动程序连接并组态逻辑连接参数。(3)在连接中加入外部变量(即过程变量)并设置变量。(4)在图形编辑器中制作监控画面。(5)制作报表、数据归档、报警以及用户管理和项目安全等功能。外部变量可以通过PLC存储器地址的一一对应来访问，这样等于建立了WinCC与过程通信所要监视的对象。WinCC包括几个主要的功能编辑器:图形设计编辑器、全局脚本编辑器、报警存档编辑器、变量存档编辑器、报表设计编辑器、用户管理和项目安全编辑器。
在通讯设置上需要有注意两点。 一是要安装西门子的STEP7，要使用里面的设置TC/PG接口功能，将驱动设置为TCP/IP(AUTO) 之后就可以使用 Prodave 6.0进行正常通讯了； 二是在进行通讯之前，请将西门子S7-200的PPI接口通讯波特率设置成187.5k，如图6-2所示，这样才能保证通讯速率的高速、顺畅。ETH-PPI在进行数据采集工作的同时，还可以通过TCP方式用Microwin对其在线监视、编程及下载，相当于USB PPI/PPI-RS232编程电缆的编程功能。
图6-2 波特率设置图
6.2系统总体的调试与运行
6.2.1系统的总体调试
PLC程序的调试分为模拟调试和现场调试两个调试过程，在此之前首先要对PLC外部接线作仔细检查，一定要确保外部接线准确无误。再编写完成的程序逐条认真检查，并改正写入时出现的错误。写完程序过后，要对程序进行编译，并检查错误，观察使用的语句中是否有违反PLC规定的用法，结果系统发现有1处错误。系统提示标准化转换模块的DIV模块的OUT 处的直接寻址操作数不可包含 IN2/N 处的任何直接地址字节，发现了语句错误过后马上进行分析，发现将IN1和IN2的内容放错位置了，改正错误后，确定程序没有语言错误。然后检查是否有逻辑错误，观察整个程序的运行状况是否能达到预期的效果，通过长时间的程序调试和修改，整个程序符合设计要求。最后对程序进行编译，如图6-3所示，程序没用错误，PLC编程部分完成。
图6-3 PLC程序编译提示图
6.2.2系统的总体运行
进入养护窖温度控制系统登录画面，点击“控制界面”，进入养护窖温度控制系统控制界面，点击系统允许，对各个养护窖养护温度设定，将１号养护窖温度升至120℃，待温度达到120℃时再将温度设定为100℃和养护时间设置为10h。将2号养护窖温度升至80℃，待温度达到80℃时再将温度设定为100℃和养护时间设置为10h。点击“1号进气阀打开”，1号进气阀打开，同时开关状态切换至“1号进气阀关闭”的画面，点击“1号进气阀关闭”，1号进气阀关闭。点击“1号进气阀打开”，和“1号窖排风机打开”，1号养护窖运行。点击“2号进气阀打开”和“2号窖排风机打开”，2号养护窖运行。如图6-4所示。
图6-4 控制界面运行图
点击“转入监视界面”，进入养护窖温度控制系统监视画面 ，可以实时看到养护窖的温度，如图6-5所示。
图6-5 监视界面运行图
第七章 收获及展望
通过这次设计，我收获良多，感触颇深。特别是在设计过程中，寻找解决问题的方法、技巧，在不断地摸索，尝试，失败再重新爬起的过程中，我们学到了很多设计温度控制系统的思想与方法，使我们平时在课堂上所学到的知识不再是纸上谈兵，而是真正的有了应用的价值，并且将所学到的多门专业课融会贯通，将这些课程联系起来，真正的做到了理论和实际相结合，这不仅使我们加深巩固了所学到的知识，更重要的是让我们明白了这些知识的应用所在，并最终转化我们所掌握的专业技能，让我学会了理论与实际相结合，学会了项目的设计与开发。既让我们巩固了理论知识，又让我在实践中懂得了如何利用理论知识去发现问题，解决问题。
在这次设计中，我还学习了以前没有学到过的知识，比如PID的调试，以及组态软件的灵活应用。我奔走在图书馆和实验室之中，用汗水和努力浇灌了这次设计，为最后的调试奠定了基础。在查阅资料的过程中，我们学会了如何去选择自己需要的知识，如何去应用我们查到的知识，我们的思考能力和思维得到了极大的提升。希望在未来的路上，我们能披荆斩棘，克服困难，走得更高、更远。
另外，在设计过程中，我还遇到了各种各样的困难，我学会了向老师和同学请教，在老师和同学的帮助下，成功地解决了问题。同样，在这次设计中，大大提高了我的团队意识，要有积极向上和不屈不挠的精神。
随着世界飞速的发展，作为新时代的知识青年，要有坚忍不拔和昂扬向上的精神，要时刻学习，坚持与时俱进和坚持实事求是的原则，学会创新，科学地总结出了经验与教训，以迅捷的方式，引领公司前行。千里之行，始于足下，我认为此次设计对我走向社会起到了过渡的作用，是人生中一段重要的经历，对未来走上企业岗位也有着巨大的影响，给我奠定了设计思想的基础，可以避免我毕业后的盲目随从、眼高手低的现象，虚心向他人请教、遵守单位规章制度、与人为善、友好交往等一些为人处世的基本原则都要在实际生活中认真地贯彻，好的习惯需要在现实生活中不断培养。希望自己在不久的将来能够一马平川，大展宏图。
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附录
附录一 编程软件地址分配表
编程软件 编程地址 作用
变量寄存器 VB0 1号养护窖PID表
VD0 1号养护窖过程变量
VD4 1号养护窖设定值
VD8 1号养护窖输出值控制
VD12 1号养护窖增益
VD16 1号养护窖采样时间
VD20 1号养护窖微分时间
VD24 1号养护窖积分时间
VD28 1号养护窖积分前项
VD32 1号养护窖过程前值
VB36 2号养护窖PID表
VD36 2号养护窖过程变量
VD40 2号养护窖设定值
VD44 2号养护窖输出值控制
VD48 2号养护窖增益
VD52 2号养护窖采样时间
VD56 2号养护窖微分时间
VD60 2号养护窖积分时间
VD64 2号养护窖积分前项
VD68 2号养护窖过程前值
VW400 1号养护窖养护温度
VW402 2号养护窖养护温度
VW416 1号养护窖PID输出
VW418 2号养护窖PID输出
计数器 C0 1号养护窖运行时间
C1 2号养护窖运行时间
辅助继电器 M0.0 1号养护窖运行标志
M0.1 2号养护窖运行标志
附录二 软件编制说明
本设计着重利用现有资源从智能和安全角度进行设计。用户只需按下总启动按钮和相应窑的启动按钮，其余温度部分均由PLC来检测控制。单独的窑出现故障或维护时只需将对应急停按钮按下即可，完全不影响另外一座窑的控制。手动操作停止按钮仅适用于试车，在故障处理或维护，以及出砖过程中必须按下急停按钮。从安全方面考虑，由于养护窑属于高温区域，人员进入前须进行有效的散热作业，散热作业应当不依赖于总系统的停止按钮误操作而中断，排气阀应当始终是打开的，否则会引起生命危险。
附录三 程序说明
输入数据标准化转换
传送1号养护窖的PID参数
输入数据标准化转换
传送2号养护窖的PID参数
1号养护窖PID控制算法
2号养护窖PID控制算法
设置定时中断
系统启动和停止
1号养护窖控制
1号养护窖养护计时
1号养护窖控制
1号养护窖养护计时
致谢
时光流逝，岁月如梭，一转眼我的毕业设计就结束了，在这次设计中，我深深地感受到温度控制系统的博大精深，在此论文撰写过程中，要特别感谢我的指导老师，没有指导老师的的指导与督促,也就没有今天的这篇论文。指导老师以一丝不苟的作风，授我学术，给我以终生受益无穷之道。在指导老师孜孜不倦地教诲下，我学会了收获，学会系统地思考问题，发现问题，并及时解决问题，具备了一些先进的控制思想，希望在不久的将来，能让自己开阔更多的视野。在此向帮助和指导我的老师、同学们表示衷心地感谢！
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
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