摘要 本文针对工业生产中温度精确控制需求，开展基于组态软件的温度自动控制系统开发与调试研究。详细介绍系统总体架构设计，阐述硬件选型与连接、软件功能模块开发过程。通过实际调试与优化，实现温度自动监测、控制与异常报警功能，系统运行稳定，控制精度满足工业生产要求，为同类系统开发提供参考。

关键词 组态软件；温度自动控制；系统开发；系统调试

1 引言

温度作为工业生产过程中的关键参数，其精确控制直接影响产品质量与生产效率。传统温度控制系统存在功能单一、扩展性差等问题。组态软件以其可视化编程、模块化设计、灵活组态等优势，成为工业自动化控制系统开发的重要工具。基于组态软件开发温度自动控制系统，可有效提升系统开发效率与控制性能，满足现代工业生产多样化需求。

2 系统总体设计

2.1 系统功能需求分析

温度自动控制系统需实现对被控对象温度的实时监测、自动调节与异常报警。系统应具备友好人机交互界面，方便操作人员进行参数设置、运行状态查看与控制操作；能根据设定温度值，自动调节加热或制冷设备，使温度保持在目标范围内；当温度出现异常时，及时发出声光报警并记录报警信息。

2.2 系统架构设计

系统采用分层架构设计，分为现场设备层、数据采集层、控制层和人机交互层。现场设备层包括温度传感器、加热设备、制冷设备等，负责温度信号采集与控制指令执行；数据采集层使用PLC 作为核心控制器，完成温度信号的模数转换与初步处理；控制层基于组态软件实现温度控制算法、数据处理与逻辑控制；人机交互层通过组态软件设计的界面，实现操作人员与系统的信息交互。

3 系统硬件设计与选型

3.1 温度传感器选型

温度传感器是系统获取温度信息的关键设备，其精度与响应速度直接影响控制效果。本系统选用PT100 热电阻温度传感器，该传感器具有测量精度高、稳定性好、线性度优良等特点，适用于工业环境温度测量，测量范围为-200℃-650℃，可满足大多数工业生产场景温度测量需求。

3.2PLC 选型

PLC 作为数据采集与初步处理核心，需具备丰富的输入输出接口、较强的数据处理能力与可靠稳定性。综合考虑系统需求与性价比，选用西门子S7-1200 系列PLC。该PLC 集成多种通信接口，支持多种通信协议，可方便与温度传感器、加热制冷设备及组态软件进行通信，满足系统数据采集与控制要求。

3.3 加热与制冷设备选择

加热设备选用电阻式加热器，其具有加热速度快、控制方便等优点，可根据控制信号调节加热功率。制冷设备采用压缩机制冷机组，制冷量大、制冷效率高，能快速降低被控对象温度。两者配合使用，可实现温度的双向调节。

4 系统软件设计与开发

4.1 组态软件选择

本系统选用力控ForceControl 组态软件，该软件具有强大的图形开发功能、丰富的设备驱动库与灵活的脚本编程能力，可快速搭建人机交互界面，实现与PLC 及其他设备的数据通信与控制逻辑开发。

4.2 人机交互界面设计

在力控组态软件中，设计温度控制系统主界面、参数设置界面、实时曲线界面与报警记录界面。主界面显示系统运行状态、当前温度值、设定温度值及加热制冷设备工作状态；参数设置界面可设置温度控制参数、报警阈值等；实时曲线界面以曲线形式展示温度变化趋势；报警记录界面记录温度异常报警信息，包括报警时间、报警类型等。

4.3 数据通信与控制逻辑开发

通过力控组态软件的设备驱动，建立与西门子S7-1200PLC 的通信连接，实现温度数据采集与控制指令下发。在脚本编程模块中，编写温度控制算法程序，采用 PID 控制算法实现温度自动调节。根据设定温度与实际温度偏差，自动调整加热或制冷设备输出功率，使温度稳定在设定值附近。同时，编写报警逻辑程序，当温度超过报警阈值时，触发声光报警并记录报警信息。

5 系统调试与优化

5.1 硬件调试

硬件调试是系统稳定运行的基础。首先对温度传感器进行细致检测，使用万用表检查传感器线路通断情况，确保无短路、断路问题。将传感器置于标准温度环境箱中，通过PLC 模拟量输入通道采集数据，并与高精度标准测温仪对比，验证其测量准确性。若数据偏差超出允许范围，需检查传感器安装位置是否符合规范、接线是否牢固，或对 PLC 模拟量模块进行校准。

PLC 调试主要验证其通信与数据处理能力。通过编程软件下载测试程序，观察PLC 运行指示灯状态是否正常。测试PLC 与温度传感器的通信连接，确保能准确接收温度数据；同时检查PLC 与加热、制冷设备的通信，验证控制指令能否正确下发。对PLC 输入输出信号进行逐一测试，模拟各类工况，检查输出信号是否与控制逻辑一致。

完成单体设备调试后，进行硬件系统整体联调。模拟实际生产场景，让温度传感器采集数据，经PLC 处理后控制加热、制冷设备动作。监测整个系统运行状态，检查各设备间信号传输是否顺畅、协同工作是否正常，确保硬件系统稳定可靠运行。

5.2 软件调试

软件调试从人机交互界面功能测试开始。对每个界面的按钮、输入框等控件进行全面测试，检查操作响应是否灵敏，功能实现是否正确。在参数设置界面输入不同参数，确认主界面数据是否同步更新；实时曲线界面需验证数据刷新频率与曲线绘制准确性；报警记录界面要确保报警信息完整记录。

数据通信测试重点检查组态软件与 PLC 间的数据传输稳定性。在不同时间段、不同数据流量下进行长时间测试，利用网络监测工具分析数据传输速率、丢包率等指标。检查通信驱动配置、协议参数设置是否正确，确保数据准确、无延迟传输。

控制逻辑验证是软件调试关键。对PID 控制算法进行多组实验，设定不同温度目标值，观察系统响应过程。通过调整比例、积分、微分参数，优化系统调节速度、稳定性与控制精度。同时测试报警逻辑，人为制造温度异常情况，检查声光报警与记录功能是否正常。

5.3 系统整体调试

系统整体调试需模拟多种实际工况。设定不同温度目标值，包括正常生产温度范围、快速升温降温场景以及极端温度条件，观察系统控制效果与响应时间。每次实验均记录温度变化曲线，分析系统动态性能。

多次实验过程中，持续优化PID 控制参数。根据温度波动幅度、超调量、调节时间等指标，结合理论分析与工程经验，对比例、积分、微分参数进行微调。通过反复实验，使系统在不同工况下均能快速将温度稳定在目标范围内，满足工业生产高精度控制要求。

此外，进行长时间连续运行测试，监测系统运行稳定性，记录可能出现的硬件故障、软件异常等问题。模拟突发情况，如电源中断、通信故障，测试系统恢复能力与容错性能，确保系统在复杂工业环境中可靠运行。

[1] 杨绍辉，施灵.基于组态软件 ].自动化与仪器仪表，2008（3）：64-67

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