plc温度采集与控制

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1、学号学号10212408105 毕毕 业业 设设 计计（ （论论 文）文） 基于 PLC 的锅炉温度闭环控制系统设 计 教 学 系： 信息工程系 指导教师： 乔志刚 专业班级： 自动化 1081 班 学生姓名： 曹世奇 二零一二年六月 毕业设计毕业设计( (论文论文) )任务书任务书 学生姓名曹世奇专业班级自动化 1081 指导教师乔志刚工作单位 武汉理工大学华夏 学院 设计(论文)题目: 基于 PLC 的锅炉温度闭环控制系统设计 设计（论文）主要内容： 1. 锅炉温度控制中检测元件的选择与检测原理； 2. 锅炉温度闭环控制的 PLC 硬件电路设计； 3. 锅炉温度闭环控制的 PLC 控制软件

2、设计； 4.上位机监控系统设计； 要求完成的主要任务及其时间安排: 1. 第 2 周：查阅资料，了解设计选题的主要内容； 2. 第 3 周：根据任务书要求及所查阅的资料，撰写并完成开题报告； 3. 第 4 周：完成检测元件的选型与测量电路设计； 4. 第 5 周：锅炉温度闭环控制的 PLC 硬件电路设计； 5. 第 6-7 周：完成锅炉温度采集与控制的 PLC 软件系统设计； 6. 第 7-8 周：完成上位机监控系统设计； 7. 第 9 周：对所设计的系统进行实际调试并给出调试结果； 8. 第 10 周：完善设计报告，给出毕业设计论文初稿； 9. 第 11-13 周：根据指导教师批阅意见修改毕

3、业设计论文，并给出定稿。 10. 第 14-15 周：总结设计过程，准备答辩； 11. 第 16 周：按学校统一规定的答辩时间完成答辩。 必读参考资料： 1. 向晓汉.西门子 PLC 高级应用实例精解.机械工业出版社，2010. 2. 李新光等.过程检测技术.北京：机械工业出版社 2004.9 3. 王志锋 主编.工控组态软件.电子工业出版社，2007. 指导教师签名： 教研室主任签名： 盖章 毕业设计毕业设计( (论文论文) )开题报告开题报告 题目基于 PLC 的锅炉温度闭环控制系统设计 1目的及意义（含国内外的研究现状分析）： 电热锅炉的应用领域相当广泛，电热锅炉的性能优劣决定了产品的质

4、量好坏。目前电 热锅炉的控制系统大都采用以微处理器为核心的计算机控制技术，既提高设备的自动化程 度又提高设备的控制精度。 PLC 的快速发展发生在上世纪 80 年代至 90 年代中期。在这时期，PLC 在处理模拟量能 力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到了很大的提高和发展。PLC 逐渐进入过 程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。PLC 具有通 用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。 电热锅炉是机电一体化的产品，可将电能直接转化成热能，具有效率高，体积小，无 污染，运行安全可靠，供热稳定，自动化程度高的优点，是理想的节能

5、环保的供暖设备。 加上目前人们的环保意识的提高，电热锅炉越来越受人们的重视，在工业生产和民用生活 用水中应用越来越普及。电热锅炉目前主要用于供暖和提供生活用水。主要是控制水的温 度，保证恒温供水。 2基本内容和技术方案： PID 控制是迄今为止最通用的控制方法之一。因为其可靠性高、算法简单、鲁棒性好， 所以被广泛应用于过程控制中,尤其适用于可建立精确数学模型的确定性系统。PID 控制的 效果完全取决于其四个参数,即采样周期 ts、比例系数 Kp、积分系数 Ki、微分系数 Kd。因 而,PID 参数的整定与优化一直是自动控制领域研究的重要课题。PID 在工业过程控制中的 应用已有近百年的历史，在

6、此期间虽然有许多控制算法问世,但由于 PID 算法以它自身的特 点，再加上人们在长期使用中积累了丰富经验，使之在工业控制中得到广泛应用。在 PID 算法中，针对 P、I、D 三个参数的整定和优化的问题成为关键问题。 PLC 技术在温度监控系统上的应用从整体上分析和研究了控制系统的硬件配置、电路 图的设计、程序设计，控制对象数学模型的建立、控制算法的选择和参数的整定、人机界 面的设计等。论文通过对德国西门子公司的 S7-200 系列 PLC 控制器，温度传感器将检测到 的实际炉温转化为电压信号，经过模拟量输入模块转换成数字信号送到 PLC 中进行 PID 调 节，PID 控制器输出转化为 0-1

7、0mA 的电流信号。 设计 PLC 应用系统时，首先是进行 PLC 应用系统的功能设计，即根据被控对象的功能 和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。然后是进行 PLC 应用系统的功 能分析，即通过分析系统功能，提出 PLC 控制系统的结构形式，控制信号的种类、数量， 系统的规模、布局。最后根据系统分析的结果，具体的确定 PLC 的机型和系统的具体配置。 3进度安排： 12. 第 2 周：查阅资料，了解设计选题的主要内容； 13. 第 3 周：根据任务书要求及所查阅的资料，撰写并完成开题报告； 14. 第 4 周：完成检测元件的选型与测量电路设计； 15. 第 5 周：锅炉温度闭环

8、控制的 PLC 硬件电路设计； 16. 第 6-7 周：完成锅炉温度采集与控制的 PLC 软件系统设计； 17. 第 7-8 周：完成上位机监控系统设计； 18. 第 9 周：对所设计的系统进行实际调试并给出调试结果； 19. 第 10 周：完善设计报告，给出毕业设计论文初稿； 20. 第 11-13 周：根据指导教师批阅意见修改毕业设计论文，并给出定稿。 21. 第 14-15 周：总结设计过程，准备答辩； 22. 第 16 周：按学校统一规定的答辩时间完成答辩。 4指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日 注：1. 开题报告应根据教师下发的毕业设计（论文）任务书，在教师的指导下由学生独立

9、撰写，在毕业设 计开始后三周内完成； 2设计的目的及意义至少 800 字，基本内容和技术方案至少 400 字； 3指导教师意见应从选题的理论或实际价值出发，阐述学生利用的知识、原理、建立的模型正确与否、学 生的论证充分否、学生能否完成课题，达到预期的目标。 郑重声明郑重声明 本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究 成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已 经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 本人签名：曹世奇 日期： 目目 录录 摘 要 1 ABSTRACT 2 1 绪论 .3 1.1 课题背景及研究

10、目的和意义.3 1.2 国内外研究现状 3 2 系统总体设计 .4 2.1 系统控制要求.4 2.2 系统设计思路.4 3 基于 PLC 的锅炉温度闭环控制系统的硬件设计 .5 3.1 PLC 控制系统设计的基本原则和步骤 .5 3.1.1 PLC 控制系统设计的基本原则5 3.1.2 PLC 控制系统设计的一般步骤5 3.2 PLC 的选型和硬件配置 .7 3.2.1 S7-200PLC 选型.7 3.2.2 温度传感器 8 3.2.3 EM235 模拟量输入/输出模块 .8 3.3 系统整体设计方案和电气连接图 9 3.4 PLC 控制器的设计 10 3.4.1 控制系统数学模型的建立 .

11、10 3.4.2 PID 控制及参数整定.11 4 PLC 控制系统的软件设计.13 4.1 STEP 7 MICRO/WIN32 软件介绍 .13 4.2 输入输出点配置 .13 4.3 程序设计14 4.3.1 程序设计思路 .14 4.3.2 PID 指令向导14 4.3.3 控制程序及分析 .20 5 组态画面的设计.21 5.1 组态变量的建立及设备连接.22 5.1.1 新建项目24 5.2 创建组态画面25 5.2.1 新建主画面. 5.2.2 新建 PID 参数设定窗口 5.2.3 新建数据报表 5.2.4 新建实时曲线 5.2.5 新建历史曲线 5.2.6 新建报警窗口 6

12、系统测试 6.1 启动组态王 6.2 实时曲线观察 6.3 分析历史趋势曲线 6.4 查看数据报表 结束语 .33 参考文献 .34 致 谢 .37 摘摘 要要 随着现代工业的逐步发展，在工业生产中，温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程 变量。其中，温度是一个非常重要的过程变量。例如：在冶金工业、化工工业、电力工业、机 械加工和食品加工等许多领域，都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行控 制。这方面的应用大多是基于单片机进行 PID 控制,然而单片机控制的 DDC 系统软硬件设计较为 复杂,特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处,然而 PLC 在这方面却是公认的最佳选择。 随着

13、 PLC 功能的扩充在许多 PLC 控制器中都扩充了 PID 控制功能,因此在逻辑控制与 PID 控制混合的应用场所中采用 PLC 控制是较为合理的，通过采用 PLC 来对它们进行控制不仅具有 控制方便、简单和灵活性大的优点，而且可以大幅度提高被测温度的技术指标，从而能够大大 提高产品的质量和数量。因此，PLC 对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。 这也正是本课题所重点研究的内容。 本文分别就电热锅炉的控制系统工作原理，温度变送器的选型、PLC 配置、组态软件程序设 计等几方面进行阐述。通过改造电热锅炉的控制系统具有响应快、稳定性好、可靠性高,控制精 度好等特点，对工业控制有

14、现实意义。 关键词：关键词：电热锅炉的控制系统 温度控制 串级控制 PLC PID ABSTRACT With modern industrial development, in the industrial production, temperature, pressure, flow and level are the four most common process variables. Among them, the temperature is a very important process variables. For example: in metallurgical indu

15、stry, chemical industry, power industry, machinery and food processing and many other fields, is the need for all kinds of heating furnace, heat treatment furnace, furnace and boiler temperature control. This application is mostly based on MCU PID control, however, SCM control system hardware and software design of DDC is