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1、. . .基于PLC的温度控制系统设计毕业论文目 录1 绪论11.1课题背景及设计目的和意义11.2国外研究现状11.3项目设计容22 PLC和组态软件基础32.1 plc基础32.1.1 plc的产生和应用32.1.2 plc的组成和工作原理32.1.3 plc的分类及特点52.2组态软件的基础52.2.1组态的定义52.2.2组态王软件的特点52.2.3组态王软件仿真的基本方法63 PLC控制系统的硬件设计73.1 PLC控制系统设计的原则和步骤73.1.1 PLC控制系统设计的原则73.1.2 PLC控制系统设计的一般步骤73.1.3 PLC程序设计的一般步骤73.2 PLC的选型和硬件
2、配置83.2.1 PLC型号的选择83.2.2 S7-200CPU的选择93.2.3 EM235模拟量输入/输出模块93.2.4 热电式传感器93.2.5 可控硅加热装置简介93.3 系统整体设计方案和电气连接图103.4 PLC控制器的设计103.4.1 控制系统数学模型的建立113.4.2 PID控制及参数整定114 PLC控制系统的软件设计144.1 PLC程序设计的方法144.2 编程软件STEP7-Micro/WIN 概述 144.2.1 STEP7-Micro/WIN 简单介绍144.2.2 计算机与PLC的通信154.3 程序设计154.3.1程序设计思路154.3.2 PID指
3、令向导164.3.3 控制程序及分析205 组态画面的设计245.1组态变量的建立及设备连接245.1.1新建项目245.2创建组态画面275.2.1新建主画面275.2.2新建PID参数设定窗口275.2.3新建数据报表 285.2.4新建实时曲线285.2.5新建历史曲线295.2.6新建报警窗口296 系统测试316.1启动组态王 316.2实时曲线观察 316.3分析历史趋势曲线326.4查看数据报表346.5系统稳定性测试34结论 36致谢37参考文献38附录43.参考资料.1 绪论1.1 课题背景及设计目的和意义电锅炉广泛应用,电热锅炉的性能决定了产品的质量。电热锅炉控制系统目前使
4、用的微处理器为核心的计算机控制技术,提高了自动化设备的控制精度。PLC的快速发展发生在上个世纪80年到90年代中期的，在此期间,PLC已得到在处理模拟、数字运算能力、人机界面功能和网络功能的改进和发展的能力。PLC逐渐进入过程控制领域,取代了DCS系统在一些应用程序过程控制领域的主导地位。PLC具有较强的通用性,使用方便,适应性广,可靠性高,抵抗干扰的能力强,还有简单的编程功能等等。电锅炉是机电一体化产品，可以直接转化为热能，效率高，体积小，无污染，操作安全可靠，热稳定性，优势自动化程度高，是理想的节能加热设备。加上环保的电流提高人们的意识，在工业生产和生活用水的民用电热锅炉越来越多的关注正变
5、得越来越流行。电锅炉主要用于家用热水和优惠。主要是控制水的温度，以确保稳定的水供应。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
6、三个参数的整定和优化的问题成为关键问题。1.2 国外研究现状由于的需要， 70年代以来，特别是促进微电子和计算机技术，自动控制理论和设计方法，温度控制系统的国外发展迅速，智能化，自适应成就的迅速发展，参数设置等方面，在这方面，日本，美国，德国，瑞典等国家的先进技术，生产的温度控制器和仪器的性能，一批商业化，并且被广泛应用于各行各业。它们具有以下特点：（1）适应大惯性，大滞后的复杂的温度控制系统的控制；（2）可根据控制系统要建立的数学模型适应的温度控制系统；（3）可以是适合于被控系统的过程是复杂的，随时间变化的温度控制系统的参数；（3）温度控制系统广泛应用于自适应控制，自适应控制，模糊控制，人工
7、智能理论和计算机技术，采用先进的算法，适应围广；（4）温度控制器具有普遍的参数整定功能。随着计算机软件技术的帮助下，温度控制器具有控制参数和自调谐功能的特性。有的还具有自学习功能。在国行业的应用温度控制系统得到广泛应用，但在国生产的温度控制器整体发展水平还有些不高，与一些先进的发达国家，美国，德国，日本等还是有不小的差距。目前，中国仍处于20世纪后期的水平。成熟的产品主要以“点”控制和常规PID控制器，它只能适用于温度控制系统在一般情况下，很难控制延迟，复杂的，随时间变化的温度控制系统。控制应用程序可以适应高智能化，自适应控制仪器都不是很成熟3。随着科学技术的进步，人们的要求越来越高，因此，高
8、精度温度控制系统，在家庭智能化，人性化的发展和国外的发展就成为必然趋势。1.3 项目设计容以锅炉为对象，对锅炉出口水温为主要被控参数的，炉温度为仲控制的参数时，加热电阻丝的电压作为控制参数，采用PLC作为控制器，构成了一系列锅炉控制系统;采用PID算法，利用PLC梯形图编程语言编程，实现了锅炉温度自动控制。 PLC是集计算机技术、通信技术，以及自动控制技术为一体的新型自动控制装置。因为性能强大，所以工业控制的各大领域已经广泛应用，而且已经是工业自动化的三大支柱（PLC、工业机器人、CAD/CAM）之一。PLC技术在从整体分析和控制系统，电路设计，程序设计，选择和参数的硬件配置的研究的温度监测系
9、统中的应用建立，控制对象的设置，设计的数学模型的控制算法人机界面等基于S7-200系列PLC控制器，德国西门子公司，实际温度的温度传感器将检测到的电压信号，通过模拟量输入模块转换成数字信号。发送到PID调节器的PLC时，PID控制器和输出成0-10mA的电流信号输入控制可控硅电压调整器或触发板改变可控硅管导通角来调节输出功率的大小1。显示器屏幕，使用组态软件“组态王”。级联系统是由一个调节器被串联连接，其中，作为另一个调节器的设定点调节器的输出。整个系统包括两个控制电路，主电路和辅助电路。副循环变量测量和传输，调节阀和主环路检测端；主变速传动，主调节器，副调节器，调节阀，副过程和主要工艺。一个
10、干扰：在初级控制过程中的作用，并且不包括的围的副回路的扰动。这两个障碍，在二次控制的过程中，它包括的围的副回路的扰动。串级控制系统中，由于引入了一个小圈，不仅可以克服早期的干扰进入副回路，同时也可以提高程序的性能。随着“粗”副省长的作用，主调节器有一个“精”，从而进一步提高他所控制的质量6。2 PLC软件和组态软件基础2.1 PLC基础2.1.1 PLC的产生和应用1969年美国数字设备公司已经成功开发出世界上第一台可编程控制器PDP-14，和通用汽车公司的汽车生产线用于第一次成功的运用。美国在1971年从日本引进了这项技术，很快发达出DSC第一可编程控制器。1973年，西欧国家也开发了他们的
11、第一个可编程控制器。中国从1974年开始研制，1977年工业应用。进入二十世纪的70年代，随着电子技术的发展，特别是在PLC微处理器控制器的通讯手段，功能进一步加强。进入二十世纪的80年代，大型和超大型规模的迅速发展，集成电路和微电子技术，基于微机PLC的16位和32位微处理器，提高PLC的功能，工作速度快，体积小，可靠性好，降低成本，编程和故障检测更灵活、方便。目前，PLC已广泛用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、纺织、交通、环境保护、文化娱乐产业2。2.1.2 PLC的组成和工作原理PLC包括：CPU模块、I/O模块、存、电源模块、底板或机架。以下对主要模块进行介绍：（1）C
12、PUCPU是PLC的核心,根据系统的PLC程序功能委托给接收和存储用户程序和数据,使用扫描方法收集状态或输入设备发送的数据,并存储在指定的寄存器,同时,工作状态和编程过程的诊断能力和PLC部电路在一个语法错误等。CPU主要由操作员、控制器、注册并实现它们之间的数据链路,控制和状态的巴士,CPU单元还包括一个外围芯片、总线接口电路。存主要是用来存储程序和数据,是不可或缺的组合单元PLC。CPU速度和存容量是PLC的重要参数,它决定了PLC的速度工作,IO数量和软件能力,限制大小的控制。（2）I/O模块PLC的接口和电气回路，输入和输出部分（I / O）完成。在I / O模块集成了I / O的PL
13、C电路，输入寄存器反映了输入信号的状态下，输出反映输出锁存状态。输入模块将信号变换成数字信号进入PLC系统，相反到输出模块。 I / O开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟输入（AI），模拟输出量（AO）模块。PLC的工作原理4:PLC的工作原理是一个连续的循环顺序扫描模式。每次通过扫描周期或循环扫描调用。 CPU从所述第一指令的开始，以便执行用户程序逐个直到用户程序的结束，然后返回到新一轮扫描的开始的第一条指令。PLC工作的全过程可用图2.1.2所示的运行框图来表示: 图2.1.2 可编程控制器运行框图2.1.3 可编程控制器的分类及特点(1) 小型PLC小型PLC的I / O点数一
14、般在128点，体积小，结构紧凑，整个硬件融为一体的特点，除了开关I / O，也可以连接到模拟I / O以及其他各种特殊功能模块。它可以执行逻辑运算，包括计时，计数，算术运算，数据处理和通信网络和各种应用。(2)中型PLC中型PLC模块化结构，I / O点数一般在2561024的I / O的方式除了一般的PLC通用的扫描处理方法，而且在扫描用户程序的过程中使用的直接方法之间的直接读取输入刷新输出，也可连接各种特殊功能模块，通信联网功能强大的指令系统，更丰富，存容量更大，更快的扫描速度。(3)大型PLC上面的1024点被称为大型PLC的大型PLC，硬件和软件功能通用I / O点是非常强大的，具有很
15、强的自诊断功能，通讯功能，有各种通讯模块可实现工厂生产管理自动化构成三级通信网络，大型PLC还可以使用冗余或三CPU票型系统，使机器更可靠。2.2 组态软件的基础2.2.1 组态的定义配置工具提供应用软件，方法，完成工程特定任务的过程。组态软件是一个专业，一个组态软件仅适用于某些地区。这个概念最早出现在工业计算机控制的配置，如DCS （集散控制系统）的配置， PLC梯形图配置。人机界面生成软件称为控制组态软件。配置的结果，在工业控制的形成中使用的实时监控。从表面上看，配置工具正在运行的程序执行自己特定的任务。工业控制组态软件还提供了编程工具一般都是置编译系统，提供类BASIC语言，并为VB的一些支持，现在有些组态软件甚至支持高级语言。在当今的工业领域，大量常用的组态软件主要有： ABB ，特光电， WinCC中的iFix ， InTouch中，组态王，力控制，易于控
