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1、西 京 学 院本科毕业设计(论文)题目：基于PLC的供暖锅炉水温PID控制教学单位： 机电工程系 专 业：机械设计制造及其自动化 学 号： 姓 名： 指导教师： 2012年5月摘要在工业控制领域，基于运行稳定性考虑，要对生产过程中的各种物理量进行详细的检测和控制。这在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。其中温度控制又以其较为复杂的工艺过程而备受人们关注。所以各种加热炉、热处理炉、反应炉等得到了广泛应用。这些都对温度控制系统的设计提出了更高的要求。可编程控制器（PLC）适时的解决了这一技术难题。这种工业控制计算机，是继承计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装
2、置。它具有抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编程简单，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在温度控制甚至整个工业控制领域都被广泛地使用。这其中PID控制占据着核心地位。PID算法简单容易为现场工程技术人员所掌握，它不需要求出被控系统的数学模型，通过调节比例（P）、积分（I）、微分（D）三个参数的大小就可以获得较好的控制效果。它的成熟应用将温度控制变的不在那么复杂。关键字：温度控制 PLC PIDAbstract In the field of industrial control, based on the operational stability conside
3、rations, detection and control of various physical quantities in the production process. In the metallurgical, chemical, building materials, food, machinery, oil industry, which plays a decisive role. Temperature control and its more complex processes have attracted much attention. Various furnace,
4、heat treatment furnaces, reactors, etc. has been widely applied. These are put forward higher requirements for the design of the temperature control system. The programmable logic controller (PLC) timely resolve the technical problems. The industrial control computer, is the inheritance of the compu
5、ter, automatic control technology and communication technology as one of the new automatic device. It has strong anti-interference ability, cheap, reliable and simple programming, easy to use features like in the industrial field by the project operator, PLC has temperature control and even the enti
6、re field of industrial control have been widely to use. Which occupies a central position in PID control. PID algorithm is simple and easy for on-site engineering and technical personnel to master, it does not need to calculate the mathematical model of the controlled system, by adjusting the ratio
7、of (P), integral (I), differential (D) the size of the three parametersyou can get a better control effect. Its mature application temperature controlvariables are not so complex.Keywords:temperature control PLC PIDI目录1 绪论11.1课题背景及研究目的和意义11.2国内外研究现状11.3设计研究内容22 硬件设计32.1硬件配置32.1.1西门子S7-200 CPU22632.1
8、.2热电偶32.1.3EM 235模拟量输入模块42.2I/O分配表52.3整体方案设计52.4硬件接线图63 软件设计83.1软件配置83.1.1STEP7-Micro/WIN83.1.2计算机与PLC的通信93.2PID控制93.2.1PID控制简要介绍93.2.2PID在PLC中的回路指令103.3内存地址分配与PID指令回路表113.3.1内存地址分配113.3.2PID指令回路表123.4程序设计流程图133.5程序设计梯形图143.5.1初次上电143.5.2启动/停止阶段153.5.3子程序0163.5.4中断程序、PID的计算174 数据转换与PID参数整定194.1回路输入输
9、出变量的数值转换194.2实数归一化处理194.3PID参数整定204.3.1PID控制算法204.3.2PID参数整定215 结论23致谢24参考文献25 西京学院本科毕业设计（论文） 1 绪论1.1课题背景及研究目的和意义如今电热锅炉在全球使用非常广泛，对其控制技术的先进程度决定着对其使用率的高低。顺应这种理念的发展，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。这些核心技术主要体现在如今发展较为成熟的PLC领域。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
10、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，它很好的将前面所述的技术运用到实际当中去。除此之外，它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，是理想的节能环保的供暖设备。再者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。基于此我有了研究本次课题的最初动
11、机。1.2国内外研究现状自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是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的发展迅速，并在智能化，自适应、参数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，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，并在各行各业广泛应用。它们主要有以下特点：a.适应于大惯性、大滞后等复杂的温度控制体统的控制。b.能适应于受控系统数学模型难以建立的温度控制系统的控制。c.能适用于受控系统过程复杂、参数时变的温度控制系统的控制。d.这些温度控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智
12、能等理论及计算机技术，运用先进的算法，适应范围广泛。e.温度控制器普遍具有参数整定功能。借助于计算机软件技术，温度控制器具有对控制参数及特性进行自整定的功能。有的还具有自学习功能。f.温度控制系统既有控制精度高、抗干扰能力强的特点。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方向发展。温度控制系统在国内各行各业的应用虽然也很广泛，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世纪80年代中后期的水平，成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它只能适用于一般的温度系统的控制，难以
13、控制滞后、复杂、时变温度系统控制。适应于较高的控制场合的智能化、自适应控制仪表，这一领域的发展国内还不十分成熟。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的趋势。1.3设计研究内容以锅炉为被控对象，以锅炉水温为主被控参数，以加热炉电阻丝电压为控制参数，以PLC为控制器，构成锅炉温度串级控制系统；采用PID算法，运用PLC梯形图编程语言进行编程，实现锅炉温度的自动控制。可编程逻辑控制器（PLC)是集计算机技术、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动控制装置。其性能优越，已被广泛的应用于工业控制的各个领域，并已经成为工业自动
14、化的三大支柱（PLC、工业机器人、CAD/CAM）之一。PLC技术在温度监控系统上的应用从整体上分析主要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。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，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三个参数的整定和优化的问题成为
15、关键问题。这些将在设计当中有很好的体现。2 硬件设计硬件设计是一个系统设计的基础。对于产品的设计而言具有“牵一发而动全局”的意义。本章主要从硬件配置和以及围绕这些硬件配置的整体方案设计两大方面谈谈硬件设计。2.1硬件配置2.1.1西门子S7-200 CPU226S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器等。S7-200系列的基本单元如表2.1所示。表2.1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元型号输入点输出点可带扩展模块数S7-200CPU221640S7-200CPU222862个扩展模块S7-200CPU22424107个扩展模块S7-200CPU224XP24167个扩展模块S7-200CPU2262416
