基于VB的温度监测系统的设计与实现

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1、本科毕业设计（论文）基于VB的温度监测系统的设计与实现摘 要 在一些危险作业环境而且对温度有比较严格要求的情况下，单纯通过人工来实现对温度的控制是比较困难的。在工业自动化领域内,PLC（可编程控制器）以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、性价比高、体积小、能耗低等显著特点广泛应用于现代工业的自动控制之中。目前的工业控制中,常常选用PLC作为现场的控制设备,作为下位机来完成控制。而上位机则是采用软件开发的监测系统来完成工业控制状态、流程和参数的显示,实现监控、管理、分析和存储等功能。这种监控系统充分利用了PLC和计算机各自的特点,得到了广泛的应用。本文就是在PLC和VB开发的监测系统的

2、基础上设计的一套温度控制系统。以基于PLC的下位机和完成可视化界面功能的上位机相结合,构建成分布式控制系统,实现了温度自动控制。提高了对温度控制要求的准确度，对温度达到很好的控制。关键词 PLC；VB；计算机；温度Abstract In some dangerous work environments and temperatures under demanding conditions, simply to be achieved through artificial temperature control is more difficult. In the field of industr

3、ial automation, PLC (programmable logic controller) with its high reliability, strong anti-jamming ability, the program is simple, powerful, high performance, small size, low power consumption remarkable characters widely used in modern industrial automatic control. Present in the industrial control

4、, often selected PLC as a field control equipment, complete control as a slave. While the PC is software development status, process monitoring systems for industrial control and parameter display, for monitoring, management, analysis, and storage functions. Take full advantage of this monitoring sy

5、stem of PLC and computer characteristics, has been widely applied. This article is in VB and PLC monitoring system developed on the basis of the design of a temperature control system. Bit machine based on PLC and complete the Visual interface combining features of PC, build a distributed control sy

6、stem, realize temperature control. Improves the accuracy of temperature control requirements, to reach the very good control. Keywords PLC; VB; computer; the temperature目 录摘 要IAbstractII目 录III绪 论1第1章 PLC的概述31.1 可编程控制器基础31.1.1 可编程控制器的产生和应用31.1.2可编程控制器的组成31.2 工作原理51.2.1输入采样阶段51.2.2用户程序执行阶段51.2.3输出刷新阶段

7、61.3本章小结6第2章 控制系统硬件设计72.1 控制对象的选择72.2 控制单元的硬件设计原则72.2.1模块化设计72.2.2简化设计72.2.3防干扰设计72.2.4冗余72.3 西门子S7-200 CPU22672.3.1基本单元82.3.2编程器82.3.3程序存储卡82.3.4写入器92.3.5文本显示器92.4 PLC I/O分配表2-292.5 PLC控制系统框图102.6 STEP7-Micro/WIN32的介绍112.7本章小结11第3章 基于VB的温度监测系统123.1 Visual Basic的特点123.2语言特性123.3 VB温度监控系统133.3.1系统功能及

8、特点133.3.2系统画面综述143.4 本章小结15第4章 温度传感器技术164.1传感器定义164.2传感器选型164.3铂电阻温度传感器164.4传感器信号处理及传输174.5本章小结17第5章 温度控制系统的软件部分设计195.1通讯连接195.2温度控制系统的软件设计与实现195.2.1下位机软件设计195.2.2上位机软件设计205.3基本原理205.4程序设计215.5程序调试235.6本章小结23结 论25致谢26参考文献27附录29附录1 中文概述29附录2 译文3335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.

9、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

10、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

11、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S7-200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监测系统之间的信号传

12、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。第1章 PLC的概述1.1 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

13、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。21.1.1 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PDP-14，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

14、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。1.1.2可编程控制器的组成 可编程控制器的组成： PLC包括CPU模块、IO模块、内存、电源模块、底板或机架。1.1.2.1 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

15、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1.1.1.2 IO模块 PLC与电气回路的接口，是通过

16、输入输出部分（IO）完成的。IO模块集成了PLC的IO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。IO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IO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（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit，14bit，16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊的IO模块，如热电阻，热电偶，脉冲等模块。按IO

17、点数确定模块规格和数量，IO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。1.1.1.3编程器 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。1.1.1.4电源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）。1.2

18、 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。1.2.1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

19、均能被读入。 1.2.2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

20、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。 1.2.3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

21、的真正输出。1.3本章小结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。第2章 控制系统硬件设计2.1 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。2.2 控制单元

22、的硬件设计原则3,6-92.2.1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。2.2.2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。2.2.3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。2.2.4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。2.3 西门子S7-200 CPU2264本文中采用西门子S7-200PL

23、C作为控制器，S7-200 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，S7-200将保留所需的逻辑，用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。S7-200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。2.3.1基本单元表2-1 S7-200系列的基本单元型号输入点输出点可带扩展模块数S7-200 CPU221640S7-200 CPU222862个扩展模块S7-200 CPU22414107个扩展模块S7-20

24、0 CPU22624167个扩展模块2.3.2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。S7-200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，S7-200系列PLC的专用编程软件为STEP7-Micro/Win。2.3.3程序存

25、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 7291-8GC00-0XA0和6ES 7291-8GD00-0XA0两种，程序容量分别为8K和16K程序步。2.3.4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。2.3.5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

26、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。2.4 PLC I/O分配表2-2表2-2 PLC I/O分配表通道号名称I0.0 清零I0.1启动自动控温I0.2停止自动控温I0.3启动加热器加热开关I0.4启动加热器风扇Q12.0加热器开关Q12.1风扇开关Q12.2温度正常指示灯（绿）Q12.3温度过热指示灯（红）Q12.4温度低指示灯（蓝）Q12.

27、5自动控温2.5 PLC控制系统框图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图2-1 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。2.6 STEP7-Micro/WIN32的介绍5STEP7-Micro/WIN32是西门子公司专为SIMATIC S7-200系列可编程控制器研制开发的变成软件，它是基于Windows的应用软件，功能强大，既可用于开发用户程序，又可以实时监控用户程序的执行状态。STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本功能是协助用户完成应用软件的开发，其主要实现以下功能：在脱机方式下创建用户程

28、序，修改和编辑原有的原有的用户程序。在脱机方式时,计算机与PLC断开连接，此时能完成大部分的基本功能，如编程、编译、调试和系统组态等，但所有的参数和程序都只能存放在计算机的磁盘上。在联机方式下可以与计算机建立通信关系的PLC直接进行各种操作，如下载用户程序等。在编程过程中进行语法检查，可以避免一些语法错误和数据类型方面的错误。2.7本章小结S7-200PLC是超小型化的PLC，它适用用于各行各业，各种场合中的自动控制。S7-200PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。本论文采用的是CPU226。它具有24输入/16输出共40个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最

29、大扩展至248路数字量I/O或35路模拟量I/O点。26K字节程序和数据存储空间。6个独立的30KHZ高速计数器，2路独立的20KHZ高速脉冲输出。I/O端子排可很容易的整体拆卸。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。PLC控制系统显示界面比较单调，一般是通过观察控制柜上的指示灯或PLC的LED灯来了解控制器状态，但对于温控系统这样的显示是不够直观，也是不够的，因此需要增加监测系统来对加热器温度进行实时动态的监控，并通过可视化的界面显示出来。控制台电源，一般采用可调交流净化电源，其量程根据需要选择。第3章 基于VB的温度监测系统3.1 Visual Basic的特点Visual Basic是一

30、种可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言，可用于开发Windows环境下的各类应用程序。它简单易学、效率高，且功能强大，可以与Windows的专业开发工具SDK相媲美。在Visual Basic环境下，利用事件驱动编程机制、新颖易用的可视化设计工具，使用Windows内部的应用程序接口函数（API），以及动态的链接库（DLL）、动态数据交换（DDE）、对象的链接与嵌入（OLE）、开放式数据连接（ODBC）等技术，可以高效、快速地开发出Windows环境下功能强大、图形界面丰富的应用系统软件。103.2语言特性VB的中心思想就是要便于程序员使用，无论是新手或者专家。VB使用

31、了可以简单建立应用程序的GUI系统，但是又可以开发相当复杂的程序。VB的程序是一种基于窗体的可视化组件安排的联合，并且增加代码来指定组件的属性和方法。因为默认的属性和方法已经有一部分定义在了组件内，所以程序员不用写多少代码就可以完成一个简单的程序。过去的版本里面VB程序的性能问题一直被放在了桌面上，但是随着计算机速度的飞速增加，关于性能的争论已经越来越少。 窗体控件的增加和改变可以用拖放技术实现。一个排列满控件的工具箱用来显示可用控件（比如文本框或者按钮)。每个控件都有自己的属性和事件。默认的属性值会在控件创建的时候提供，但是程序员也可以进行更改。很多的属性值可以在运行时候随着用户的动作和修改

32、进行改动，这样就形成了一个动态的程序。举个例子来说：窗体的大小改变事件中加入了可以改变控件位置的代码，在运行时候每当用户更改窗口大小，控件也会随之改变位置。在文本框中的文字改变事件中加入相应的代码，程序就能够在文字输入的时候自动翻译或者阻止某些字符的输入。 VB的程序可以包含一个或多个窗体，或者是一个主窗体和多个子窗体，类似于操作系统的样子。有很少功能的对话框窗口（比如没有最大化和最小化按钮的窗体）可以用来提供弹出功能。 VB的组件既可以拥有用户界面，也可以没有。这样一来服务器端程序就可以处理增加的模块。 VB使用参数计算的方法来进行垃圾收集，这个方法中包含有大量的对象，提供基本的面向对象支持

33、。因为越来越多组件的出现，程序员可以选用自己需要的扩展库。和有些语言不一样，VB对大小写不敏感，但是能自动转换关键词到标准的大小写状态，以及强制使得符号表入口的实体的变量名称遵循书写规则。默认情况下字符串的比较是对大小写敏感的，但是可以关闭这个功能。 VB使得大量的外界控件有了自己的生存空间。大量的第三方控件针对VB提供。VB也提供了建立、使用和重用这些控件的方法，但是由于语言问题，从一个应用程序创建另外一个并不简单。113.3 VB温度监控系统 上位机软件设计采用VB软件设计的监测系统。通过VB开发的监测系统能够使整个系统通过完整和丰富的编程系统实现了双向的开放性;实现了数据库系统的全面开放

34、;广泛的采用了最新的开放性软件技术和标准,能面向多种操作系统平台。在本系统中,依靠VB系统开发过程流程画面、监控画面、实时调节曲线、历史曲线、报警画面、历史报警信息,从而实现对现场的实时监控。3.3.1系统功能及特点本系统用单片机对整个测量电路进行管理和控制,使得整个系统智能化、体积小、功耗低、使用电子元件较少,内部配线少,成本低,制造、安装、调试及维修方便。该系统中单片机作为下位机,完成测温任务,测量结果可在本地显示,也可通过下位机与上位机(PC机)通讯,给出结果和提示信息。而上位机与下位机大多是通过PC机的RS-232串行接口实现通信。Visual Basic是可视化面向对象的采用事件驱动

35、技术的结构化程序设计语言,本系统上位机是在Windows环境下利用Visual basic开发微机通信程序。3.3.2系统画面综述系统画面上有“实际温度”显示框，来显示通过温度传感器和中间模块的转化最终确定的实际采集到的温度值，“设定温度”输入框，来设定试验过程中需要的温度值，以此值和采集的到实际温度值得到差值作为逻辑判断条件，来进行判断，控制加热器。“最高温度”输入框，“最低温度”输入框，“超高温度”输入框，通过这些输入框来设置温度上下限值，当超出这一范围时通过指示灯的变化进行报警。“温度报警”按钮，通过这些按钮可以更清楚直观的反映温度的变化情况，“工作状态”输入框来反映风扇和加热器开关的运

36、行状态，以便更好的保护加热器；另外，系统还设置了启动、停止指示灯，来监视从PLC发过来的启动，停止命令是否正常。 “退出”按钮用来退出整个系统，为了更好的反映加热器工作的状态，系统设置了红、绿、蓝三只指示灯，若加热器工作正常，则温度正常绿灯亮，若加热器温度超过设置温度的上限值或温度超过上上限值，温度高报警、温度超高报警指示灯（红灯）亮，若温度低于下限值，则温度低报警指示灯（蓝灯）亮，这些指示灯状态可以使用户能更好，更及时地对加热系统进行维护。试验过程中，可以通过对温度的实际需要，通过键盘输入的方法来填写系统画面上相应的温度值。来实现温度的控制。表3-1 通道设置表通道名称DI1自动控温DO1加

37、热器加热DO2加热器风扇3.4 本章小结另外,VB软件可以对输入输出模拟量进行全程记录，记录的数据，有助于试验后分析，从而更好地发现问题，解决问题。第4章 温度传感器技术4.1传感器定义传感器的定义：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。其中，敏感元件是指直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件或响应的被测量转换成适于传感器或被测量的电信号不分。124.2传感器选型随着“信息时代”的到来，作为获取信息的手段传感器技术16,18,19得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。传感器技术已成

38、为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了解并掌握传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。对生产过程的监控首先离不开采集设备的工作信息，因此选用合适的传感器至关重要，如果把计算机看作是自动化系统的“大脑”，信道看作是“神经网络”的话，那么传感器就是自动化系统的“五官”。无法对现场数据进行准确、可靠、实时测量，监控也就无从谈起了。本论文中选用铂电阻温度传感器。4.3铂电阻温度传感器温度是表征物体冷热程度的物理量,它可以通过物体随温度变化的某些特性（如电阻、电压变化等特性）来间接测量，通过研究发现，金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化,并且具有很好的重现性和稳定性，利用铂的此种

39、物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100，电阻变化率为0.3851/。铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区（-200650）最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计（涵盖国家和世界基准温度）供计量和校准使用。铂电阻传感器有良好的长期稳定性,典型实验数据为：在 400时持续 300 小时,0时的最大温度漂移为 0.02。4.4传感器信号处理及传输5B模块、采集板卡工控机温度传感器图4-1 温度传感器和工控机的信号传输框图传感器采集后输出电流信号，信号采集模块将采集到的电流转化成数字信号过后，再经过

40、一系列的数据类型的转换，使得采集到的数据变成标准的温度数据信号，方便识别。采集板卡供电电源，一般采用5V输出的线性电源，因为输出电压为定值，避免了因电压偏移造成采集卡的损坏。电缆，作为信号传输用，一般选用带有屏蔽的电缆，这样可以避免一些外界干扰，保证了数据的准确性。174.5本章小结由于传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制，但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响因素。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调

41、整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信和信息处理结合起来，适应传感器的生产、研制、开发和应用。另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。温度传感器是其中重要的一类传感器。其发展速度之快，以及其应用之广，并且还有很大潜力。第5章 软件部分设计温度控制系统的硬件部分创建完毕后,接下来的是软件部分的开发和调试。5.1通讯连接既然用VB程序控制此系统，那么怎么才能让其与西门子PLC相互通讯，起

42、到监控的作用计算机装载的一些输入输出采集在设备窗口中建立系统与外部硬件设备的连接关系，使系统能够从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态，实现对工业过程的实时监控。根据此系统的控制要求以及控制方式，可以利用PPI电缆，相互传数据，以便实现监控。其中PPI是一种232转485的通讯协议，PC-PPI电缆是表示一端连接PC上的232口，一段连接到485口中间有ppiadapter（ppi适配器）的电缆。就是ppi适配器在做232到485的协议转换。13,205.2温度控制系统的软件设计与实现5.2.1下位机软件设计 下位机软件设计是在监控级利用STEP7系列的编程软件STEP7Micro/Win

43、32.完成对下位机程序的编制与调试,然后把调试好的程序通过PPI编程电缆下载到PLC中。下位机软件主要实现PLC与监控级的通讯、PLC对温度自动控制,故障诊断等。上电初始化，当系统开始运行时,为了保证系统运行的安全性,首先将系统的所有输出点置为安全状态。初始化操作包括对RAM、ROM清零,对控制参数的初始化,当前模拟量采样值清零等参数进行预置。在此系统中，PLC通过输出端口Q12.2控制绿灯的亮灭，Q12.3控制红灯的亮灭，Q12.4控制蓝灯的亮灭，Q12.1控制风扇的启停，Q12.0控制加热器的起停。105.2.2上位机软件设计系统软件主要是用VB6.0对RS232串口编程。实现硬件之间的通

44、讯。MSComm是Microsoft公司提供的主要用于串行通信编程的ActiveX控件。ActiveX控件包括一系列的属性、方法和事件，应用程序通过ActiveX控件提供的接口来访问控件的功能。通信控件把许多复杂的操作都留给了VB和Windows处理，编程人员编程时只需设置其中的一些属性。5.3基本原理当PLC输入一个自动控温指令后，PLC将输出一个指令给工控机，VB接收到自动控温指令后，通过程序和采集的温度自动判断逻辑关系，当温度低于设定值时，VB将加热开关置为1，同时向PLC发出一个打开加热器开关指令，PLC接收到后然后控制加热器上的加热开关打开，加热器开始加热，加热到规定温度时，VB将加

45、热开关置为0，同时向PLC发出一个关闭加热器开关指令，PLC接收到后然后控制加热器上的加热开关关闭，加热器停止加热。当温度高于设定值时，VB将风扇开关置为1，同时向PLC发出一个打开加热器风扇开关指令，PLC接收到后然后控制加热器上的风扇开关打开，加热器开始降温，达到规定温度时，VB将加热开关置为0，同时向PLC发出一个关闭加热器风扇开关指令，PLC接收到后然后控制加热器上的风扇开关关闭，加热器停止降温。通过这种方式能够快速有效的控制温度，避免因人工反映误差造成温度超调，造成加热器及系统的损坏。PLC加热器加热开关 加热器风扇开关5B模块，采集卡工控机温度传感器图5-1 温度控制系统图5.4程

46、序设计15VB监测系统的一些代码：Coast CMDconfig = %0101210600 设置端口命令字符，Coast CMDdataInl = #O1 读串口1数据命令字符Coast CMDdataIn2 = #02 读串口2数据命令字符Coast CMDspanCalibration = $010 校准命令字符Coast CMDoffsetCalibration = $011 偏移量校准命令字符Coast CMDconfigStatus = $012读端口信息命令字符Coast CMDmoduleName = $OlM读模块名命令字符Private Sub CmdStart_onCli

47、ck( )开始命令子程序If COMnum = 1 ThenCMDdataln = CMIMataInlElseCMDdataIn = CMDdataIn2End IfTimer1.Enabled = True开始计时End SubPrivate Sub MSComml_OnComm( ) 事件响应子程序temperature = VaI(temperature5how ) 数值组合，标定小数点MSComml.Output = CStr(CMDdataIn)&vbCr发送读命令MSComml.InBufferCount = 0清空缓存MSComml.RThreshold = 1关闭OnComm

48、事件接收Case comEventBreak收到BreakCase ElseEnd SelectEnd Sub PLC控制程序A I 0.1 启动自动控温S M 60 形成时间脉冲坐标位S Q 12.5 PLC给VB监测系统发出自动控温指令，VB系统开始对温度进行逻辑判断A M 60A I 0.3 VB给PLC发出加热指令S Q 12.0 PLC控制现场加热开关动作S Q 12.4 A N I 0.3 VB给PLC发出停止加热指令R Q 12.0 PLC控制现场加热开关关闭 R Q 12.4 A M 60 A I 0.4 VB给PLC发出开启风扇指令 S Q 12.1 PLC控制现场风扇开关动

49、作 S Q 12.3 A N I 0.4 VB给PLC发出停止风扇指令 R Q 12.1 PLC控制现场加热风扇开关关闭 R Q 12.3 O I 0.0 清零 O I 0.2 停止自动控温 R Q 12.5 PLC 给VB监测系统发出停止自动控温指令，程序结束 BEU5.5程序调试程序调试是非常重要的阶段，我们写程序不可能一写就对，在编写的过程中会出现这样那样的问题，当然我们就必须通过程序调试，使得程序正确，达到预期的功能，通过修改和调试程序，也可以使控制的品质更高。 PLC程序的调试分为模拟调试和现场调试两个调试过程，在此之前首先对PLC外部接线做仔细检查，外部接线一定要准确无误。也可以用

50、事先编写好的试验程序对外部接线做扫描通电检查来查找接线故障。为了安全考虑，最好将主电路断开。5.6本章小结系统时钟最小可以设为1ms，在使用中需要注意，由于串口速度有限，系统运行速度有限，ADAM4013模块的采样率也有限，所以设置串口采样间隔一般不能小于50ms，否则会出现延时错误。其实对于温度采集来说，20次/s的采样率已经够用，大的采样率并无太大意义。结 论 PLC以其可靠性高，抗干扰能力强、编程简单、功能强大、性价比高、体积小、能耗低等显著特点广泛应用于现代工业的自动控制之中。通过西门子S7-200系列的PLC和VB开发的监控系统软件，我们成功设计出了这套温度控制系统，该系统达到了快、

51、准、稳的效果，也达到了预期的目标。再加上由VB设计的人机界面，整个系统操作简单，控制方便，大大提高了系统的自动化程序和实用性。基于PLC的控制系统与VB开发的监测系统组成的温度控制系统是一个可行的、高效率的系统。在我们的调试过程中,调节后,温度可以控制在目标温度-0.5+0.5范围内,而且加一个扰动后,能够很快实现平衡。从而符合我们系统所要求达到的目标。总之,基于PLC和VB开发的监控系统组成的温度控制系统充分考虑了中小化工企业的现状和控制要求,可以应用于大量类似的工况环境和场合。由于PLC和VB构建的控制系统可靠、灵活、具有较强适应性,它在类似的控制系统领域具有很强的生命力。日后，随着对PL

52、C硬件系统和通信方式的深入了解，还可以丰富远程控制指令，以应对运行过承重的各种突发事件，增加其他PLC，通过构建复杂的多级网络适应大型的工业控制，使该系统运行时更加稳定可靠，性能更加完善。致谢此次毕业设计的顺利完成，首先要感谢的是指导老师郭老师，从选题到定稿都是在郭老师的悉心指导下完成的。郭老师从一开始的论文方向的选定，到最后的整篇文论的完成，都非常耐心进行指导。给我提供了大量的建议，告诉我应该注意的细节问题，细心的给我指出错误，修改论文。郭老师学识渊博，对待工作一丝不苟、治学严谨的态度使我不仅在做论文的过程中受益匪浅，更是对我在今后的生活、工作和学习都将具有长远的指导意义。在此，谨向指导老师

53、郭老师致以崇高的敬意和衷心的感谢！另外，在次还要感谢班导张老师,他广博的学识、严谨的治学态度、谦和的为人品质以及平易近人的态度和对学生高度负责的精神给我留下了极其深刻的印象，使我受益匪浅。所有这些将在未来学习和工作中继续指导着我前进，在此，我衷心地感谢张老师。参考文献1吴为民，王仁丽.温度控制系统的发展概况.工业炉，2002，24（2），18-202李方园.PLC控制技术.电子工业出版社,20103文锋,陈青.自动控制理论.机械工业出版社,20094田淑珍.S7-200 PLC 原理及应用.机械工业出版社,20095柴瑞娟, 陈海霞. 西门子PLC编程技术及工程应用. 机械工业出版社, 200

54、66 建成主编.可编程序控制器原理与应用.科学出版社,20047 凤珊主编.电气控制及可编程序控制器.北京:中国轻工业出版社,2003 8 中俊,黄永红主编.可编程序控制器原理与应用.机械工业出版社,2003 9 林吉,王竖,江龙康编著.可编程控制器原理及应用.北京:清华大学出版社, 2002 10林卓然. VB语言程序设计. 电子工业出版社,200911佟彪.VB语言与测量程序设计.中国电力出版社,200712中国电子学会. 20002001传感器与执行器大全. 电子工业出版社,200113邵裕森. 过程控制及仪表. 机械工业出版社, 199914邵裕森，戴先中. 过程控制工程. 机械工程出

55、版社,200015廖常初. PLC编程及应用. 机械工业出版社, 200916Waltz E. Liinas J,Multi-sensor data Fusion,Artech House,New York,1990.17Charles JMalmborgRule of thumb heuristics for configuring PLC racks in automated PLC and retrieval systems designJInternational Journal of Production Research，2001，39：51152718 Pau lf, senso

56、rs data fusion, journal of intelligent and robotic system,pp.103-106,1998.19 Thomopoulos s c., sensor integration and data fusion, journal of robotic system,pp.337-372,1990. 20Masao Ogawa, Yutaka Henmi.Recent Developments on PC+PLC based control Systems for Beer Brewery Process Automation Applicatio

57、nsJ.SICE-ICASE International Joint Conference 2006,1053-1056.附录附录1 中文概述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

58、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,因而需要寻求新的控制方法。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

59、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。在一些危险作业环境而且对温度有比较严格要求的情况下，单纯通过人工来实现对温度的控制是比较困难的。在工业自动化领域内,PLC（可编程控制器）以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、性价比高、体积小、能耗低等显著特点广泛应用于现代工业的自动控制之中。目前的工业控制中,常常选用PLC作为现场的控

60、制设备,作为下位机来完成控制。而上位机则是采用软件开发的监测系统来完成工业控制状态、流程和参数的显示,实现监控、管理、分析和存储等功能。这种监控系统充分利用了PLC和计算机各自的特点,得到了广泛的应用。本文就是在PLC和VB开发的监测系统的基础上设计的一套温度控制系统。以基于PLC的下位机和完成可视化界面功能的上位机相结合,构建成分布式控制系统,实现了温度自动控制。提高了对温度控制要求的准确度，对温度达到很好的控制。本文中选用西门子S7-200PLC作为控制器，S7-200 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

61、了程序之后，S7-200将保留所需的逻辑，用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。S7-200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。STEP7-Micro/WIN32是西门子公司专为SIMATIC S7-200系列可编程控制器研制开发的变成软件，它是基于Windows的应用软件，功能强大，既可用于开发用户程序，又可以实时监控用户程序的执行状态。STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本功能是协助用户完成应用软件的开发，其主要实现以下功能：在脱机方式下创建用户程序，修改和编辑原有的原有

62、的用户程序。在脱机方式时,计算机与PLC断开连接，此时能完成大部分的基本功能，如编程、编译、调试和系统组态等，但所有的参数和程序都只能存放在计算机的磁盘上。在联机方式下可以与计算机建立通信关系的PLC直接进行各种操作，如下载用户程序等。在编程过程中进行语法检查，可以避免一些语法错误和数据类型方面的错误。温度是表征物体冷热程度的物理量,它可以通过物体随温度变化的某些特性（如电阻、电压变化等特性）来间接测量，传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制，但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响因素。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信和信息处理结合起来