司的Citech软件，Simens公司的Wincc 软件，亚控公司的组态王，华富计算机公司的Controx软件，力控公司的ForceControl软件和北京昆仓公司的MCGS软件[22]。 6.2组态王的介绍

组态王开发监控系统软件是众多组态软件里面的一种，组态王是一个具有丰富功能的HMI/SCADA软件。可用于工业自动化的过程控制和管理监控。它提供了 集成、灵活、易用的开发环境和广泛的功能，能够快速建立、测试和部署自动化应用，来连接、传递和记录实时信息。使用户可以实时查看和控制工业生产过程。该 系统是中文界面,具有人机界面友好、结果可视化的优点。对用户而言,操作简单易学且编程简单,参数输入与修改灵活,具有多次或重复仿真运行的控制能力,可 以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线,能很直观地显示控制系统的实时趋势曲线,这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果 [23]。

6.3组态画面的建立

本论文的组态软件采用亚控公司的组态王6.53版本。组态软件提供了可视化监控画面，包括动画，实时趋势曲线，历史趋势曲线，实时数据报表，历史数据报 表，实时报警窗口，历史报警窗口，配方管理等等的功能。可方便地监视系统的运行。并可在在线修改程序参数，有利于系统的性能发挥。 6.3.1创建项目

双击组态王的快捷方式，出现组态王的工程管理器窗口，双击新建按扭，按照弹出的建立向导，填写工程名称。然后打开刚建立的工程。进入组态画面的设计,如图6.1所示。 1）新建画面

进入工程管理器后，在画面右方双击“先建”，新建画面，并设置画面属性，如图6.2所示，包括画面名称，注释，画面位置，画面风格，画面类型和背景颜色 等。如下图。点击确定，就会出现，画面就会自动打开。画面的工具栏里面，可以选择工具箱，调色板，线形等在画面中显示，这些在画图的时候经常需要用上。 2）新建变量

要实现组态王对S7-200的在线监控，就先必须建立两者之间的联系，那就需要建立两者间的数据变量。基本类型的变量可以分为“内存变量”和I/O变量两 类。内存变量是组态王内部的变量，不跟被监控的设备进行交换。而I/O变量是两者之间互相交换数据的桥梁，S7-200和组态王的数据交换是双向的，一者 的数据发生变化，另外一者的数据也跟着变化。。所以需要在创建连接前新建一些变量，如图6.3所示。

本文中，PLC用内存VD30来存放当前的实际温度值。并规定温度超过105℃为温度过高，立刻要作出相应警示信号。

点击工程管理器中的“数据词典”再双击右边窗口的新建，在出现的定义变量口中填写相应的要求项，并可在“报警定义”中设定报警，如图6.4所示。 6.3.2建立主画面

如图6.5所示，在该画面中，仿真实物设备的连接，通过设置开关按扭和关闭按扭来控制系统的启动和停止。旁边的指示灯，与Q0.0对应绿色表示系统在运 行，红色表示系统停止运行。加热炉的指示灯是表示加热炉的加热状态，与Q0.5对应绿色（亮），表示系统处于加热状态，黑色（暗）表示炉正处于加热状态。 炉子的温度可以在画面中显示出来。 6.3.3建立趋势曲线画面

实时趋势曲线可在工具箱中双击后在画面直接获得。实时趋势曲线随时间变化自动卷动，可快速反应变量的新变化，但不能查询过去的情况，其画面时间跨度可以通 过动画连接中“表示定义设置”，一个画面最多可以设置四条曲线，本文只需要用到两条曲线，绿色曲线表示设定的温度，红色曲线表示当前实际温度。X方向表示 时间，Y方向表示变量的量程百份比。

Y轴上不能直接出现实际的过程值，但可以通过工具箱的文本进行对应的标记，本文中设置了量程是200℃，故0.50处 的X方向表示100℃。另外，在画面中设置了返回按扭，点击就可以返回到主画面。如图6.6所示。 。

历史趋势曲线可在图库管理器中得到。历史趋势曲线可以查询查询过去的情况。 历史趋势曲线需要事先建立两个内存变量，分表是调整跨度和举动百分比。调整跨度是为了设置画面跨度的时间。以秒为单位，可以输入3600，，表示跨度为1 个小时。卷动百分比是为了控制一次卷动的时间跨度，最小值是0，最大值是100。历史趋势曲线可设置8条曲线，本文只采用了两条。X表示时间，Y表示百分 比，需要另外标识实际的温度。

另外，画面中设置了炉温度的在某段时间内的最大值最小值和平均值，时间段可以在画面中通过按扭选择。这里需要应用到一个函 数，HTGetValueAtZone，例如，需要输出最小值，那么需要输入函数HTGetValueAtZone ( 历史曲线,2, \，如图6.7所示。 6.3.4建立数据报表 1）建立实时数据报表

数据报表是反应生产过程中的数据、状态等，并对数据进行记录的一种重要形式。数据报表有实时数据报表和历史数据报表，既能反应系统实时的运行情况，也能监测长期的系统运行状况。

在组态王的工具箱内选择“报表工具”，在数据报表画面中绘制报表，双击窗口灰色部分，在弹出的画面中填写控件名为“实时数据报表”，并设定行数和列数。

设置报表时间：在B4，C4单元中分别输入“=Date($年,$月,$日) ”和“=Time($时,$分,$秒)”，这样在系统运行的时候，B4就可以显示当前的日期，C4中就可以显示当前时间。

显示变量的实际值：利用数据改变命令语言和报表函数。选种A4单元，在数据改变命令语言中输入ReportSetCellValue(\实时报表\当前实际温度VD30);，如图6.8所示。 2）建立历史数据报表

如图6.9所示，创建历史报表和表格样式设计与实时数据报表一样，并可以通过调用历史报表查询函数实现。在画面中建立一个按扭，命名为报表查询，在“弹起 时”命令语言中输入历史查询函数：ReportSetHistData2();。在设置报表的格式可以根据实际需要设置,在组态王运行的时候可以进行相应 数据变量的选择。 6.3.5 建立报警窗口 1) 历史报警窗

在工具箱中选用报警窗口工具，在面板中绘制报警窗口，添加文本等就可。

如图6.10所示。由于前面已经设置了报警变量，所以当变量值超过所设置的温度时，那就会在报警画面中被记录。 6.10 历史报警设置 2) 实时报警窗口

其制作过程和历史报警窗口类似，不同的是，实时报警画面是要弹出来的，所以必须在新建画面的时候，把大小调好，并选择是“覆盖式”。画面的自动弹出，在事 件命令语言中，输入showpicture(\实时报警窗口\本站点\\$新报警=0;，这样每次新报警有产生，就会立刻出报警画面。如图6.11 所示。 6.11 实时报警设置 6.3.6建立参数监控画面

此画面可在线查看当前程序的参数，分别有设定的温度、当前实际温度、运行时间，比例系数P，积分系数I，微分系数D。可以通过手动按扭和自动按扭进行 PID参数的选择。双击自

动按钮，系统按程序初始的PID参数进行控制，双击手动按钮，可在线修改PID参数，并使得程序在设定的PID参数下运行。当 然，也可以修改设定的目标温度值，如图6.12所示。 第七章 系统测试

组态王和PLC编程软件不能同时启动，因为他们使用的是同一个端口，要想在线利用组态王监控程序，那就先必须在关闭组态王的情况下，先把PLC程序下载到PLC中，并且运行程序，再把编程软件关闭，才可以启动组态王，这样就可以利用组态王在线监控了。 7.1启动组态王

打开组态王的项目工程管理器，点击窗口栏中“WIEW”或者在画面中点击右键，选择“切换到VIEW”，启动组态王，进入主画面。这个时候，系统会自动打 开一个信息窗口，可以通过信息窗口来知道，组态王的运行情况以及和PLC的连接是否成功。如果连接不成功，会出现通信失败的提示语言，那就要查明原因，否 则不能监控。如果提示连接设备成功，窗口会显示开始记录数据，那就表示可以开始系统的运行了。

进入系统的主画面后，如图7.2所示。如果没有点击启动按扭，PLC是处于待命停止阶段的，指示灯是红色的。当确定可以开始系统运行的时候，单击启动按 扭，就相当于按下连在PLCI0.1口的开关，程序进入加热模式，指示灯变绿，计时开始。炉子里的灯相当于实物中加热炉的加热指示灯，两者亮暗的步伐是同 步的。如果点击关闭按扭，相当于按下PLC中与I0.2想连接的关闭开关，系统进入停止阶段。画面的下方设置了6个链接，可以点击进入选种画面。如果提示 连接设备成功，窗口会显示开始记录数据，那就表示可以开始系统的运行了。

7.2 参数监控和设定

如图7.3所示，画面的上半部分可以查询当前的实际温度和系统运行时候的PID参数，还可以观察系统运行了多少时间。下半部分设置改变系统的运行参数。点 击“手动”按扭，可以在下面的PID参数栏中输入新的PID值，系统在下一采样周期就可以按照设定的参数执行。如果想恢复默认的参数值，可以点击“自动” 按扭，点击按扭后，系统又恢复到原来的默认参数。按扭前的灯是用来显示系统正处于哪一种模式下运行。 7.3 报警信息提示

报警窗口实时报警窗口和历史报警窗口，实时报警窗口是无论用户处于哪个界面，一旦满足报警条件，实时报警窗口就会弹出来，提示用户，本论文中在报警窗口中 设置了两个按扭，一个是停止按扭，按下就会使程序进行停止模式，用于应急，如果用户觉得引起报警的事件还不足于停止设备的运行，那就可以点退出按扭，退出 实时报警窗口。实时报警不能记录。只能显示当前的报警事件

历史报警窗口是负责记录过去系统的报警事件，它不会自己弹出来，用户需要切换到他的画面进行查询。

系统中设定了一旦温度超过105℃就报警，但实际操作中，如果没有特殊的情况，一般不会出现那么大的超调，下面的画面是人为的使系统温度过高，来测试一下报警的功能，如图7.4和图7.5所示。 7.4报表系统查询

数据报表有利于工程人员进行统计、分析和处理。组态王提供的是内嵌式报表系统，可以按自己意愿设置报表格式，下图中集中了实时数据报表和历史数据报表。 7.5趋势曲线监控 7.5.1实时趋势曲线

进入此画面，可以看到当前实际温度和设定目标温度两条曲线的实时走势。蓝色线表示设定温度的趋势曲线,红色表示当前实际温度的趋势曲线,通过两个曲线的比,可以清楚地监视实际温度曲线的动态特性,这可为系统调试提供一定的帮助.可以按返回按扭回到主画面。

7.5.2 分析历史趋势曲线

此画面可以记录系统自启动以来的数据变化，主要是实际温度的反应曲线。画面中可以查看时间，和对应的数值，并设定了某个区间内的最大值、最小值和平均值， 这个区间是可以随意选择的。这样就可以通过画面上的按钮查看曲线任意一点或一段内的某些值，例如超调量，调节时间，振动周期和稳定误差等等。

如图7.8所示，该曲线是采用粗调和细调程序控制下的反应曲线，可以看出，调节时间约为10分钟，最大超调量为0.5℃，就算是最大超调量也在目标的温度之内，而且调节时间很短，只有10分钟。而且稳定的温度正负不超过0.5℃，误差在允许的范围内。

下面来与没有使用粗调和细调控制的程序的效果比较一下。利用组态王的参数监控画面的参数修改功能，使程序从一开始就在P=120，I=3.0，D=1.0 的参数下运行。得到的曲线图如下，由曲线图可知道，虽然程序能把温度控制，控制精度也算不错，但它的调节时间是大约15分钟，最大超调量是4.8℃。在约 90℃以前，它的曲线上升速度是不够上图的曲线快，没有充分利用加热管的作用。

图7.10 是反应曲线从室温升到稳定60℃以后，运行一小时利用参数监控和设定画面中的在线修改程序功能，把设定温度从原来的60℃变为90℃，再运行一小时，然后 再循环地运行一次。从图中可知道，系统具有快速反应的特点，一旦修改了设定温度，系统能快速地跟踪，而且很快就能稳定下来，在稳定的过程中，具有小超调， 运行一个小时，被控变量都在允许地范围内波动，稳定性很好。由此可见，此系统具有反应迅速，抗干扰能力强，稳定性好，控制精度高的优点。 第八章 结 论

本文成功的运用了组态王和S7-200设计了一个人机监控的温度控制系统，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、稳定可靠的温度控制系统。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。

组态王操作方便，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。通过实时趋势曲线可以很好地了解系统的动态特性；通过历史趋势曲线可以完 成历史数据的查看工作；报表系统反应了系统的实时和历史的运行情况；报警功能使得系统运行更为安全。设计实验结果符合我们的期望。

当然，但此温度监控系统存在一些不足：

其一，系统的自适应性不够强。由于此系统散热很慢，控制与外界温度（周围气温）的改变密切相关，在不同的室温下虽然最终都能把温度控制在要求的范围内，但调节时间有时候会过大。

其二，程序采用的粗调和微调的程序，但只有两组固定的控制参数，相比现在一些智能控制系统就显得不够智能，如果采取更为先进的控制方法，控制效果可以得到进一步的提高。 其三，人机界面设计不够好，在画面布局和功能设定方面不够友好，对于工程操作人员来说显得有点复杂，不容易被弄懂。

展望未来的温度控制系统，将朝着采用先进的控制理论、方法和技术的先进控制系统发展。高精度，高智能将是温度控制系统追求的目标。

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