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1、下载可编辑摘要温度控制系统广泛应用于工业控制领域，如钢铁厂、化工厂、火电厂等锅炉的温度控制系统，电焊机的温度控制系统等。加热炉温度控制在许多领域中得到广泛的应用。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。加热炉温度是一个大惯性系统，一般采用PID调节进行控制。随着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。本设计是利用西门子S7-200PLC控制加热炉温度的控制系统。首
2、先介绍了温度控制系统的工作原理和系统的组成，然后介绍了西门子S7-200PLC和系统硬件及软件的具体设计过程。关键词：温度控制；PID；温度传感器；可控硅电压调整器AbstractTemperature control system has been widely used in the industry controlled field，as the temperature control system of boilers and welding machines in steel works、chemical plant、heat-engine plant etc. Heating-st
3、ove temperature control has also been applied widely in all kinds of fields .The application of this aspect is based on SCM which is making the PID control, yet the hardware and software design of DDC system controlled by SCM is somewhat complicated , its not an advantage especially related to logic
4、 control, however it is accepted as the best choice when mentioned to PLC. The furnace temperature of heating-stove is a large inertia system，so generally using PID adjusting to control. With the expanding of PLC function, the control function in many PLC controllers has been expanded. Therefore it
5、is more reasonable to apply PLC controlling in the applicable fields where logical control and PID control blend together. The design has utilized the control system with which Siemens S7-200 PLC control the temperature heating-stove. In the first place this paper presents the working principles of
6、the temperature control system and the elements of this system. Then it introduces Siemens S7-200 PLC and the specific design procedures of the hardware and the software.Keywords Temperature control PID temperature pickup SCR Voltage Converter 目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景及意义11.2 研究的主要内容11.3 系统的设计目
7、标及技术要求11.4 控制系统的设计原理21.5 技术综述2第2章 硬件设计42.1 西门子S7-200 PLC42.1.1 西门子S7-200主要功能模块介绍42.1.2 开关量I/O模块介绍52.2 温度传感器52.2.1 热电偶62.2.2 热电阻62.3 模拟量输入模块82.3.1 EM231模拟量输入模块82.3.2 EM232模拟量输出模块102.4 可控硅电压调整器112.4.1 可控硅电压调整器简介112.4.2 可控硅电压调整器的主要性能指标122.4.3 双向可控硅交流调压原理122.4.4 可控硅电压调整器在加热炉中的应用132.5 本章小结14第3章 炉温PID控制算法
8、153.1 PID控制器基本概念153.2 PID控制算法数字化处理163.3 PID在PLC中的回路指令193.4 模拟量采集的数字滤波算法213.5 采样周期的选择233.6 PID参数整定243.7 本章小结27第4章 软件设计284.1 STEP7编程软件简介284.2 方案设计思路284.3 程序流程图304.4 系统程序实现304.5 PLC炉温控制系统的调试314.6 本章小结31第5章 组态画面设计325.1 组态王简介325.2 组态画面设计325.2.1 创建项目325.2.2 创建主画面345.2.3 建立实时趋势曲线355.2.4 创建报警窗口355.2.5 建立系统原
9、理画面365.2.6 建立参数监控画面375.3 本章小结38第6章 系统调试396.1 组态王与S7-200的通信396.2 启动组态王396.3 参数设定和监控406.4 报警信息提示416.5 趋势曲线监控426.6 本章小结43结论44致谢45参考文献46附录47附录249附录352.专业.整理.第1章 绪论1.1 课题背景及意义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1。这方面的应用
10、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。这也正是本设计所重点研究的内容。1.2 研究的主要内容本课题的研究内容主要有：1) 温度的检测；2) 采
11、用PLC进行恒温控制；3) PID算法在PLC中如何实现；4) PID参数对系统控制性能的影响；5) 温控系统人机界面的实现；1.3 系统的设计目标及技术要求本PLC温度控制系统的具体指标要求是：对加热器加热温度调整范围为8001000，温度控制精度小于3，系统的超调量须小于15%，并具有温度上下限报警功能和故障报警功能。软件设计须能进行人机对话，考虑到本系统控制对象为电炉，是一个大延迟环节，且温度调节范围较宽，所以本系统对过渡过程时间不予要求。1.4 控制系统的设计原理加热炉温度控制系统基本构成如图1-1所示，它由PLC主控系统、可控硅电压调整器、加热炉、温度传感器、温度变送器等几个部分组成
12、2。 图1-1 加热炉温度控制系统基本构成框图通过调节双向可控硅的通断来调节电阻丝的输出功率，由温度检测元件热电阻将采集到的炉膛温度信号，经过温度变送器转换为电压信号，PLC主控系统内部的A/D将送进来的电压信号转化为西门子S7-200PLC可识别的数字量。用编制好的程序对其进行计算，得到实际温度值，在与给定的温度值比较，得到的偏差经过PID运算后，输出的数字量经过D/A转换，在由模拟量输出模块送给可控硅电压调整器，产生可控硅脉冲触发信号，该信号触发可控硅电路，最终由该电路驱动电炉的加热丝，通过调整可控硅触发信号（即调节供电电压每个周期的导通角），即可控制电炉电压的通断及大小，进而达到控制炉温
13、的目的。1.5 技术综述自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在电子技术的迅猛发展，以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度控制系统发展迅速，并在智能化自适应参数自整定等方面取得成果。在这方面以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，并且都生产出了一批商品化的性能优异的温度控制器及仪器仪表，在各行业广泛应用。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度智能化、小型化等方面快速发展。 温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。目前，我国在这方面总体技术水平处于20世纪8
14、0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，而且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，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。现在，我国在温度等控制仪表业与国外还有着一定的差距。温度控制系统大致可分别用3种方式实现，一种是用仪器仪表来控制温度，这种方法控制的精度不高。另一种是基于单片机进行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, 而PLC 在这方面却是公认的最佳选择。随着PLC功能的扩充在许多PLC 控制器中都扩充了PID控制
15、功能。因此本设计选用西门子S7-200PLC来控制加热炉的温度。第2章 硬件设计随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经广泛地应用在所有的工业领域。现代社会要求制造业对市场需求做出迅速反应，生产出小批量、多品种、多规格、高质量的产品。为了满足这一要求，生产设备和自动化生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性。可编程序控制器（Programmable Logic Controller）正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用控制装置。本章主要介绍西门子S7-200系列PLC以及其它硬件的组成与选型。2.1 西门子S7-200 PLCS7-200 系列 PLC 是由德国西门子公司生产的一种超小型系列可编程控制器，它能够满足多种自动化控制的需求，其设计紧凑，价格低廉，并且具有良好的可扩展性以及强大的指令功能，可代替继电器在简单的控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。由于它具有极强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥作用3
