基于西门子PLC的温度控制系统的设计_毕业设计.doc

安徽大学机械与电气工程学院毕业设计(论文) 课 题： 基于s7-200 PLC的温度控制系统设计 专 业： 自 动 化 安徽建筑大学机械与电气工程学院 二一三年六月 安徽建筑大学 毕业设计（论文）摘要 随着科学技术不断进步和社会飞速发展，热水器成为人民日常生活息息相关的电器产品；。设计方法也开始多种多样，从而使全自动热水机显得更加智能化。可编程控制器(PLC)以微处理器为核心，普遍采用依据继电接触器控制系统电气原理图编制的梯形图语言进行程序设计，编程容易，功能扩展方便，修改灵活而且结构简单，抗干扰能力强。 S7-200系列可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩设备，其中的模拟输入设备和通信设备更是符合全自动洗衣机控制系统的要求与特点。 本设计选择S7-200为核心部件，着重进行硬件接口设计，利用梯形图和指令表进行编程，实现了水的加热控制系统的自动化。在整个设计程序以及程序结束的处理操作过程中，更快捷。总之，整体梯形图的设计简练，有很强的可读性及操作性。关键字：PLC、继电接触器、可编程控制器、自动化 Model Along with the constant progress of science and technology and the social rapid development, the water heater become Peoples Daily life is closely linkedElectrical products; . Design method are also beginning to varied, so that the automatic hot water machine appear more intelligent. Programmable controller (PLC) in the microprocessor as the core, the widely used electrical principle diagram based on relay contactor control system establishment of ladder diagram programming language, programming easy, convenient function extension and modification flexible and simple structure, strong anti-jamming capability. S7-200 series programmable controller instruction is rich, can meet various output and input expansion equipment, has a lot of special equipment, and the analog input equipment and communication equipment is in accordance with the requirements and features of fully automatic washing machine control system. This design choose S7-200 as the core part, emphatically carries on the hardware interface design and programming using ladder diagram and instruction list, automate the water heating control system. Throughout the design process, in the process of the processing operations by the end of the program and more quickly. In a word, the whole ladder diagram design concise, has the very strong readability and operability.Key words: PLC, relay contactor, PLC, automation1绪论12 系统的介绍32.1系统的描述32.2系统的功能32.3 系统的流程图43 硬件设计53.1 温度变送器53.3PLC的简介103.3.1 PLC主机的选型103.3.2 PLC的输入和输出模块的选型113.4 PID123.4.1 PID在PLC中的回路指令143.4.2 回路输入输出变量的数值转换方法153.4.3 实数归一化处理153.4.4 PID参数整定153.5可控硅164 软件设计17.1软件的设计174.2 程序的编写18致 谢23参考文献24附录25附录2281外文文献28 1绪论温度及湿度的测量和控制对人类日常生活、工业生产、气象预报、物资仓储等都起着极其重要的作用。在许多场合，及时准确获得目标的温度、湿度信息是十分重要的，近年来，温湿度测控领域发展迅速，并且随着数字技术的发展，温湿度的测控芯片也相应的登上历史的舞台，能够在工业、农业等各领域中广泛使用。自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国内外温度控制系统发展迅速，并在职能化、自适应、参数自整定等方面取得成果，在这方面，一日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，都产生了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表，并在各行各业广泛应用。其中PLC的快速发展使得各种控制系统更加的简洁，效率更高，而且系统稳定可靠。S7-200是西门子公司开发的一种可编程控制器。PLC（Programmable Logic Controller）可编程逻辑控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。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。是工业控制的核心部分。S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。 温度控制系统在国内各行各业的应用虽然十分广泛，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。目前，我国在这方面总体水平处于20实际80年代中后期水平，成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后、复杂、时变温度系统控制。而适应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。形成商品化并在仪表控制系统参数的自整定方面，还没开发性能可靠的自整定软件。参数大多靠人工经验及我国现场调试来确定。随着科学技术的不断发展，人们对温度控制系统的要求越来越高，因此，高精度、智能化、人性化的温度控制系统是国内外必然发展趋势。本次设计即是利用温度控制硬件设备、计算机与PLC相结合，实现对水箱温度自行控制的测量。 本装置主要由电源、S7-200 PLC，模拟量输入模块，模拟量输出模块，计算机，温度传感器及变送器，电力调整器、水箱构成。本次设计设计以上各个部分。本论文主要完成温度的采集，温度的调节以及水加热系统的设计。 2 系统的介绍2.1系统的描述本系统为基于PLC的水箱温度控制系统。开始的时候打开入口电磁阀箱水箱中加水，在水箱中放置一个浮球用来测试水面的高度。系统开始工作时，将水箱中得水温通过传感器传送给PLC主机，主机再通过控制加热器来加热水箱中的水，当水箱中的水温达到设定值时，就自动减少功率加热。当热水层中的水量少于一半时，停止加热，加热层在自动补水，补满后继续加热，以此往复的工作。2.2系统的功能 本系统中所使用的有温度传感器用来实现对温度的数据的采集，所采集的数据通过温度变数器传送给PLC，中间有个数据的转换，我们所使用的温度传感器是Pt100，它主要是受温度的变化是的电阻也发生变化，根据这个原理来采集温度数据，因为直接采集的不是温度的具体值，所以要通过温度变送器来转化数据，然后通过PLC的程序来调节。这个被采集的数据不能直接送到PLC中，需要一个输入模块，通过输入模块把数据送到PLC中，因为对数直接加热而不经过调节会使得误差较大，所以在这个系统中用了PID控制，它可以使得误差更小，对水温的调节更加的精确。经过CPU处理后，输出的数据通过PLC的输出模块，来控制可控硅的偏转角，从而控制加热器。当达到所要求的水温时，因为水箱会散热，所以加热器不能停止加热，而是小功率的在加热。2.3 系统的框图 电源开关量输入模块输出模块 加热器PLC主机 水箱3 硬件设计 3.1 温度变送器 工作原理: 温度变送器采用热电偶、热电阻作为测温元件，从测温元件输出信号送到变送器模块，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的420mA电流信号输出。 作用: 将物理测量信号或普通电信号转换为标准电信号输出或能够以通讯协议方式输出的设备。温度变送器是将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表，主要用于工业过程温度参数的测量和控制。电流变送器是将被测主回路交流电流转换成恒流环标准信号，连续输送到接收装置。温度电流变送器是把温度传感器的信号转变为电流信号，连接到二次仪表上，从而显示出对应的温度。比如，温度传感器的型号为PT100，那么温度电流变送器的作用就是把电阻信号转变为电流信号，输入仪表，显示温度。性能指标: * 执行标准：IEC688：1992，QB/LF系列20071* 输入范围：-60175* 精度等级：0.5%.F.S* 整机功耗：0.5VA* 绝缘电阻：20M(DC500V)* 响应时间：350mS* 工作环境：-1050，20%90%无凝露* 贮存环境：-40100，20%95%无凝露* 将被测环境温度隔离转换成按线性比例输出的单路标准直流电压或直流电流；* 低功耗、可靠性高；* 优良的抗干扰能力；* 拔插端子接口、标准导轨（35mm）安装；* 体积小、外型尺寸(mm)：95(L)37(W)32(H)；技术参数:1、热电偶温度变送器技术指标输入输入类型：K、E、S、B、T、J等型热电偶温度量程范围：（如下图）输入阻抗：20K冷端温度补偿：0100输出输出电流：420mA输出回路供电：1230VDC最小工作电压：12VDC负载电阻与供电电源的关系：综合参数标准精度：0.2%温度漂移：基本误差/10热电阻引线补偿：0.1%（010）负载变化影响：0.1%（允许负载范围内）电源变化影响：0.1%（1230V）开机响应时间：1S（090%）工作环境温度：0+100防护等级：IP00/IP54（传感器防护等级决定）电磁兼容：符合IEC61000,EN610002、热电阻温度变送器技术指标输入温度量程范围：Pt100：-200850 Cu50：-50150最小温度量程：100引线电阻：10输出输出电流：420mA输出回路供电：1230VDC最小工作电压：12VDC负载电阻与供电电源的关系：负载电阻（包括引线电阻）=供电电源（V）-12（V）/0.02A综合参数标准精度：0.2%（参见选型表）注：需要高精度可订制温度漂移：基本误差/10热电阻引线补偿：0.1%（010）负载变化影响：0.1%（允许负载范围内）电源变化影响：0.1%（1230V）开机响应时间：1S（090%）工作环境温度：0+100防护等级：IP00/IP54（传感器防护等级决定）电磁兼容：符合IEC61000,EN610003.2 PT100温度传感器温度传感器种类繁多,但最符合要求的PT100温度传感器. PT100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0时阻值为100欧姆，在100时它的阻值约为138.5欧姆。经过仔细的网上搜寻,我觉得合肥中亚传感器有限公司的产品性能较好.以下是对它的一些简单的介绍: 它的工作原理：当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长。但他们之间的关系并不是简单的正比的关系，而更应该趋近于一条抛物线。铂电阻的阻值随温度的变化而变化的计算公式：-200t0 Rt=R01+At+Bt*t+C(t-100)t*t*t （1）0t850 Rt=R0（1+At+Bt2） （2）Rt为t时的电阻值，R0为0时的阻值。公式中的A,B,系数为实验测定。这里给出标准的DIN IEC751系数：A=3.9083E-3、 B=-5.775E-7、 C=-4.183E-12根据韦达公式求得阻值大于等于100欧姆的Rt -t的换算公式：0t850 t=(sqrt(A*R0)2-4*B*R0*(R0-Rt)-A*R0)/2/B/R0PT100温度感测器是一种以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(1+T)其中=0.00392,Ro为100(在0的电阻值),T为摄氏温度因此白金作成的电阻式温度检测器,又称为PT100。1：Vo=2.55mA 100(1+0.00392T)=0.255+T/1000 。2：量测Vo时,不可分出任何电流,否则测量值会不准。电路分析由于一般电源供应较多零件之后,电源是带杂讯的,因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件,由于7.2V齐纳二极体的作用,使得1K电阻和5K可变电阻之电压和为6.5V,靠5K可变电阻的调整可决定电晶体的射(集极)极电流,而我们须将集极电流调为2.55mA,使得量测电压V如箭头所示为0.255+T/1000。其后的非反向放大器,输入电阻几乎无限大,同时又放大10倍,使得运算放大器输出为2.55+T/100。6V齐纳二极体的作用如7.2V齐纳二极体的作用,我们利用它调出2.55V,因此电压追随器的输出电压V1亦为2.55V。其后差动放大器之输出为Vo=10(V2-V1)=10(2.55+T/100-2.55)=T/10,如果现在室温为25,则输出电压为2.5V。PT100铂电阻RT曲线图表温度(度)阻值(欧姆)010010103.920107.7930111.6740115.5450119.460123.2470127.0780130.8990134.7100138.5Pt100分度表3.3PLC的简介PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 PLC= Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。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。是工业控制的核心部分。3.3.1 PLC主机的选型 S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。CPU单元设计：集成的24V负载电源：可直接连接到传感器和变送器（执行器）， CPU 224，输出280，可用作负载电源。CPU 224具有14个输入点和10个输出点。本次选用的PLC的CPU是CPU 224。 S7-200 Cpu224 3.3.2 PLC的输入和输出模块的选型 PLC有多种输出和输入模块，本系统中的输入信号是温度信号，所以选择EM231作为它的输入模块，总共有四个模拟量输入。EM232作为它的输出模块，有两个模拟量输出。 热电偶选型：热电阻选用Pt100，其温度测量范围为0100，测量精度为0.1摄氏度。水箱中的温度一般在：20100，不超过100，控制恒温水供很多恒温装置实用。 EM231的模块设定如下： SW1/SW2/SW3/=010 (热电偶选型为T型热电偶) 。 SW4=0（OFF）状态。 SW5=0 正向断线检查。 SW6=0 断线检查使能，模块向输入端加入20uA的检测电流，判断模块是否断线。 SW7=0 温度单位选为（）。 SW8=0 冷端补偿使能。型号名称主要参数DC5V消耗功耗EM231模拟量输入4点，DC010V/020mA输入，12位20mA2W2点，热电阻输入，16位87 mA1.8W4点，热电偶输入，16位87 mA1.8W型号名称主要参数DC5V消耗功耗EM232模拟量输出2点，-10V+10V/020mA，12位20mA2W3.4 PID模拟量闭环控制较好的方法之一是PID控制，PID在工业领域的应用已经有60多年，现在依然广泛地被应用。人们在应用的过程中积累了许多的经验，PID的研究已经到达一个比较高的程度。比例控制(P)是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。其特点是具有快速反应，控制及时，但不能消除余差。在积分控制(I)中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。积分控制可以消除余差，但具有滞后特点，不能快速对误差进行有效的控制。在微分控制(D)中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。微分控制具有超前作用，它能猜测误差变化的趋势。避免较大的误差出现，微分控制不能消除余差。PID控制，P、I、D各有自己的长处和缺点，它们一起使用的时候又和互相制约，但只有合理地选取PID值，就可以获得较高的控制质量。图3.1 闭环控制系统如图3.1所示，PID控制器可调节回路输出，使系统达到稳定状态。偏差e和输入量r、输出量c的关系: （3-1）控制器的输出为： （3-2）-PID回路输出-比例系数P-积分系数I-微分系数DPID调节的传输函数为 （3-3）数字计算机处理这个函数关系式，必须将连续函数离散化，对偏差周期采样后，计算机输出值。其离散化的规律。表3.1 模拟与离散形式模拟形式离散化形式所以PID输出经过离散化后，它的输出方程为: （3-4）式中， 称为比例项 称为积分项 称为微分项上式中，积分项是包括第一个采样周期到当前采样周期的所有误差的累积值。计算中，没有必要保留所有的采样周期的误差项，只需要保留积分项前值，计算机的处理就是按照这种思想。故可利用PLC中的PID指令实现位置式PID控制算法量。3.4.1PID在PLC中的回路指令西门子S7-200系列PLC中使用的PID回路指令，见表3.2表3.2 PID回路指令名称PID运算指令格式PID指令表格式PID TBL,LOOP梯形图使用方法：当EN端口执行条件存在时候，就可进行PID运算。指令的两个操作数TBL和LOOP，TBL是回路表的起始地址，本文采用的是VB100，因为一个PID回路占用了32个字节，所以VD400到VD432都被占用了。LOOP是回路号，可以是07，不可以重复使用。PID回路在PLC中的地址分配情况如表3.3所示。表3.3PID指令回路表偏移地址名称数据类型说明0过程变量（PVn）实数必须在0.01.0之间4给定值（SPn）实数必须在0.01.0之间8输出值（Mn）实数必须在0.01.0之间12增益（Kc）实数比例常数，可正可负16采样时间（Ts）实数单位为s，必须是正数20采样时间（Ti）实数单位为min，必须是正数24微分时间（Td）实数单位为min，必须是正数28积分项前值（MX）实数必须在0.01.0之间32过程变量前值（PVn-1）实数必须在0.01.0之间3.4.2 回路输入输出变量的数值转换方法本文中，设定的温度是给定值SP，需要控制的变量是水箱的温度。但它不完全是过程变量PV，过程变量PV和PID回路输出有关。在本文中，经过测量的温度信号被转化为标准信号温度值才是过程变量，所以，这两个数不在同一个数量值，需要他们作比较，那就必须先作一下数据转换。传感器输入的电流信号经过EM231转换后，是一个整数值，但PID指令执行的数据必须是实数型，所以需要把整数转化成实数。使用指令DTR就可以了。如本设计中，是从AIW0读入温度被传感器转换后的数字量。3.4.3 实数归一化处理因为PID中除了采样时间和PID的三个参数外，其他几个参数都要求输入或输出值0.01.0之间，所以，在执行PID指令之前，必须把PV和SP的值作归一化处理。使它们的值都在0.01.0之间。单极性的归一化的公式： 3.4.4 PID参数整定PID参数整定方法就是确定调节器的比例系数P、积分时间Ti和和微分时间Td，改善系统的静态和动态特性，使系统的过渡过程达到最为满意的质量指标要求。一般可以通过理论计算来确定，但误差太大。目前，应用最多的还是工程整定法：如经验法、衰减曲线法、临界比例带法和反应曲线法。经验法又叫现场凑试法，它不需要进行事先的计算和实验，而是根据运行经验，利用一组经验参数，根据反应曲线的效果不断地改变参数，对于温度控制系统，工程上已经有大量的经验。3.5可控硅 可控硅，是可控硅整流元件的简称，是一种具有三个PN 结的四层结构的大功率半导体器件，亦称为晶闸管。具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。该器件被广泛应用于各种电子设备和电子产品中，多用来作可控整流、逆变、变频、调压、无触点开关等。家用电器中的调光灯、调速风扇、空调机、电视机、电冰箱、洗衣机、照相机、组合音响、声光电路、定时控制器、玩具装置、无线电遥控、摄像机及工业控制等都大量使用了可控硅器件。可控硅又称晶闸管（Silicon Controlled Rectifier,SCR）。自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族，它的主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶 闸管、快速晶闸管，等等。 可控硅可控硅整流器件是一种非常重要的功率器件，可用来做高电压和高电流的控制。可控硅器件主要用在开关方面，使器件从关闭或是阻断的状态转换为开启或是导通的状态，反之亦然。可控硅器件与双极型晶体管有密切的关系，二者的传导过程皆牵涉到电子和空穴，但可控硅的开关机制和双极晶体管是不同的，且因为器件结构不同，可控硅器件有较宽广范围的电流、电压控制能力。现今的可控硅器件的额定电流可以从几毫安到5000A以上，额定电压可以超过10000V。下面将讨论基本可控硅器件的工作原理，然后给出一些高功率和高频率的可控硅器件。本设计所使用是1216A 的可控硅，可控硅的电流留有一倍的流量这样使用起来比较安全，型号： BTA12G， 最大电流12A， 击穿电压600 V； 4 软件设计.1软件的设计 首先计算温度值，因为温度的变化是从0100，而模块中的是640032000，所以设输入的温度是X，则转化的温度是Y，计算公式是： 根据这个公式可以得出温度的具体值。设定：水箱内温度入口电磁阀.出口电磁阀.启动变频器.报警器.控制加热量大小设定温度温度输入 4.2 程序的编写主程序，初始化并且启动电磁阀将采集到的水箱内的温度和设定的温度进行对比，要是大于这个温度值，报警器就动作主程序，将采集到的温度通过程序运算抓换得出真实的温度值。主程序，将采集的温度通过程序调节加热器加热量的大小。子程序，把输出的控制量放到AQW0子程序，复位入口电磁阀。子程序，把设定的温度放到中。子程序，将输入的温度值进行转化致 谢本课题的研究是在我的导师李老师的悉心指导下完成的，赵老师学识渊博、治学态度严谨、工作一丝不苟，更有诲人不倦的师者风范，在此谨向赵老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意！此外，衷心感谢本组的其他成员，若是没有他们，也就不会有这篇论文的产生。毕业在即，衷心感谢指导过我的各位老师，特别是毕业设计的指导老师赵为松老师。大学生涯是人生中的一笔宝贵财富；感谢0级自动化栾庆磊老师，四年的大学生活对我们关怀备至；感谢相伴度过四年的舍友、感谢同窗四年的同学、感谢帮助关心过我的学长，感谢默默关心我支持我的朋友们，祝大家在今后的生活中幸福快乐！最后感谢含辛茹苦抚养我的父母，感谢他们多年来的支持与付出！参考文献1 SIMATIC S7-200可编程序控制器系统手册M.北京:机械工业出版社,2002.2 Frank.D.Petruzella.PLC教程（第三版）M.北京:人民邮电出版社,2007.3 西门子（中国）有限公司.深入浅出西门子S7-200PLC（第三版）M.北京: 北京航空航天大学出版社,2007.4 陈建明.电气控制与PLC应用M.北京:电子工业出版社,2009.5 郑凤翼,金沙.图解西门子S7-200系列PLC应用88例J.北京:电子工业出 版社,2009.6 袁任光.可编程序控制器选用手册M.北京:机械工业出版社,2002.7 戴仙金.西门子S7-200系列PLC应用与开发M.中国水利水电出版社,2007.8 柳梁.编程控制器（PLC）入门PLC及其硬件组成J.计算机时代,1996（5）.9 毛联杰.S7-300系列PLC与组态软件Wincc实现通信的方法J.国内外机电 一体化技术,2006（4）.10 曲还波.有效扩展可编程控制器I/O的实用方法J.设备管理与维修,2007.11 焦海生.可编程程序控制器梯形图的顺序控制设计J.内蒙古电大学 刊,2006（6）.12 赵玉英.可编程控制器在电器控制系统中的应用J.河南科技学院学报,2006（3）.13 张仑.可编程序控制器中PID控制的研究J.电子电气教学学报,200514 谢克明,夏路易.可编程控制器原理与程序设计M.北京:电子工业出版 社,2002.附录附录21外文文献在现代制造业中，系统是用过程和结果的革新来描述的，并且因此不得不改变系统性能以快速做出反应。因此，一个大的挑战是提供技术以限制自动控制系统对变化需要和新机会的反应，所以，设计和操作知识可以实时的被再次利用，在工业实践中提供了一个重要的竞争面。 研究表明，在自动化系统中，程序实现的方法已经与计算机资源应用的急速增长不能匹配。例如，可编程逻辑控制器（）程序仍然依靠一种方便的有逻辑梯形图的程序实现模式。结果，程序上的延迟和资源成了生产工业过程的主要绊脚石。在可编程逻辑控制器程序设计过程中，测试和调试可能会占用超过百分之五十的人力。在发展和传播“”已经形成标准IEC 60848, 1999; IEC-61131-3, 1993; IEC 61499, 1998; ISO 15745-1, 1999，但是，基本上这些标准都不能参与有效的程序和系统设计方面知识的革新。 系统的方法通过使用原有的软件模块，有助于增加设计自动化的水平，同时也将提供一种可管理的大规模系统设计的方法。同样的，它也将改善软件的质量的可靠性，以及关系到系统的较高安全标准，尤其是这些对环境有危害影响的，比如：机场控制、公共铁路运输。 软件工业被认为是系统性能的破坏者和系统复杂性的产生者。逐渐下降的硬件价格，破坏了对通过优化程序获得的软件性能的需要。其结果是，一方面造成了大量而低效率的程序代码，另一方面并没有获得高的硬件性能。其次，软件变得难以掌握其程度的复杂；在现代自动化系统中，软件设计和保持系统本质几乎变得不可能。尤其是，可编程逻辑控制器（）程序设计从二十五年前的两条主线，发展到现在的成千上万条。现在安全性增加了，例如，关于防火的新措施，以及现代自动化系统的柔韧性增加了程序设计过程的复杂性。因此，软件的使用周期花费是总共花费的一个固定不变的增长部分。百分之八十到九十的花费用于软件维护、调试、优化（改进）、和扩展以满足不断变换的需求。 目前，大部分设计研究的主要焦点都集中在机械和电子产品上。这种有目的性的研究产生了一个副产品，就是通过推广这中研究到系统工程设计领域，从而加固了我们对设计理论和技巧的基本理解。针对大规模和复杂系统的系统设计理论并没有成熟。尤其是，对如何简化一个繁冗而复杂的设计任务这一问题，仍然没有被科学的处理。而且，正在设计理论和代表计算机科学及运筹学研究的认识论结果之间构建一条桥梁，这样的具体应该是逻辑硬件电路设计。 从逻辑学的角度来看，可编程逻辑控制器（PLC）的软件设计类似与集成电路的硬件设计。现代超大规模集成电路设计（Very Large Scale Integration-VLSI）是及其复杂的，一个集成电路一般有几百万个晶体管，而且产品开发周期大都三年左右。设计过程一般都分成局部功能块设计和系统设计两个阶段。在局部功能块设计阶段，单个功能将被设计出来，并予以验证。在系统设计阶段，所有功能块都将被整合起来，整个系统行为特性和功能将会通过仿真形式加以测试。一般来说，所有部分都完全的验证是不可能的。因此，统计学可以作为可编程逻辑控制器（PLC）设计的一个例子，并有可能影响逻辑硬件设计。 2、SIEMENS可编程序控制器 SIMATIC S7-300 系列PLC适用于各行各业、各种场合中的检测、监测及控制的自动化，其强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。 该产品具有光电隔离，高电磁兼容；具有很高的工业适用性，允许的环境温度达60；具有很强的抗干扰、抗振动与抗冲击性能，因此在严酷的工作环境中得到了广泛的应用。 自由通讯口方式也是 S7-300 型PLC的一个很有特色的功能，它使 S7-300型PLC可以与任何通讯协议公开的其它设备、控制器进行通讯，即 S7- 300 型PLC可以由用户自己定义通讯协议（例 ASCII 协议），波特率为1。5Mbit/s（可调整）。因此使可通讯的范围大大增加，使控制系统配置更加灵活、方便。任何具有串行接口的外设，例如：打印机或条形码阅读器、变频器、调制解调器（Modem）、上位PC 机等都可连接使用。用户可通过编程来编制通讯协议、交换数据（例如：ASCII码字符），具有RS232接口的设备也可用PC/PPI 电缆连接起来进行自由通讯方式通讯。 当上位机脱机时，在下位机控制下，整个系统能正常运行。 上位机即图文控制中心，主要由 PC机和激光打印机组成，采用 SIMATIC WINCC软件平台，采用全中文操作界面，人机对话友好。管理人员和操作者，可以通过观察PC机所显示的各种信息来了解当前和以往整个冰蓄冷自控系统的运行情况和所有参数，并且通过鼠标进行设备管理和执行打印任务。WINCC软件在自动化领域中可用于所有的操作员控制和监控任务。可将过程控制中发生的事件清楚地显示出来，可显示当前状态并按顺序记录，所记录的数据可以全部显示或选择简要形式显示，可连续或按要求编辑，并可输出打印报表和趋势图。 WINCC 能够在控制过程中危急情况的初发阶段进行报告，发出的信号既可以在屏幕上显示出来，也可以用声音表现出来。它支持用在线帮助和操作指南来消除故障。某一 WINCC 工作站可专门用于过程控制以使那些重要的过程信息不被屏蔽。软件辅助操作策略保证过程不被非法访问，并提供用于工业环境中的无错操作。 WINCC 是MICRSOFT WINDOWS98 或WINDOWS NT4。0 操作系统下，在PC机上运行的面向对象的一流32 位应用软件，通过 OLE 和ODBC 视窗标准机制，作为理想的通讯伙伴进入WINDOWS 世界，因此WINCC 可容易地结合到全公司的数据处理系统中。 3、通信 通信对于个人自动单元是很重要的。在过去的几年里，我们听到许多关于生产自动化协议的事情，并且许多公司已经加入大有成功希望的事业。然而，当一个完整的生产自动化协议说明书没有及时出现时许多公司都很失望。Larry Kotare 说:”现在，生产自动化协议仍然是生产中一个发展的对象，一个说明书并不是最终的结果。例如，虽然当新的生产自动化协议 MAP3.0 版本使用之时以MAP2.1 版本为基础的产品将会被汰，但是现在人们仍然将产品用于 MAP2.1版。” 由于这些原因，许多 PLC厂家紧盯着MAP 的最新结果。如欧姆龙公司正在进行一个有关MAP 兼容性的项目。但是欧姆龙生产部门总经理 Frank Newborn说由于缺少一个固定的标准，欧姆龙的产品并不涉及到 MAP。由于工业PLC无论何时不可能广泛的涉及到 MAP，生产厂家正在考虑专用网络。根据Sal Probanzano 说法，用户担心如果他们广泛的应用生产厂家将会收回MAP，这样将会留下一个不支持通信的交流框架。 1、PLC design criteria In modern manufacturing, systems are characterized by product and process innovation, become customer-driven and thus have to respond quickly to changing system requirements. A major challenge is therefore to provide enabling technologies that can economically reconfigure automation control systems in response to changing needs and new opportunities. Design and operational knowledge can be reused in real-time, therefore, giving a significant competitive edge in industrial practice. Studies have shown that programming methodologies in automation systems have not been able to match rapid increase in use of computing resources. For instance, the programming of PLCs still relies on a conventional programming style with ladder logic diagrams. As a result, the delays and resources in programming are a major stumbling stone for the progress of manufacturing industry. Testing and debugging may consume over 50% of the manpower allocated for the PLC program design. Standards IEC 60848, 1999; IEC-61131-3, 1993; IEC 61499, 1998; ISO 15745-1, 1999 have been formed to fix and disseminate state-of-the-art design methods, but they normally cannot participate in advancing the knowledge of efficient program and system design. A systematic approach will increase the level of design automation through reusing existing software components, and will provide methods to make large-scale system design manageable. Likewise, it will improve software quality and reliability and will be relevant to systems high security standards, especially those having hazardous impact on the environment such as airport control, and public railroads. The software industry is regarded as a performance destructor and complexity generator. Steadily shrinking hardware prices spoils the need for software performance in terms of code optimization and efficiency. The result is that massive and less efficient software code on one hand outpaces the gains in hardware performance on the other hand. Secondly, software proliferates into complexity of unmanageable dimensions; software redesign and maintenance-essen