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1、郑州大学毕业设计（论文）题 目 基于西门子S7-200 PLC的温度控制系统设计 院 系 专 业 年 级 学生姓名 指导教师 / 2013 年 6 月 2 日摘要温度是各种工业过程最普遍、最重要的参数之一，温度控制的精度对实验结果或工业生产都会产生重要的影响。传统的温控系统采用温控仪表和继电器式控制柜等进行控制，其主要缺点是结构复杂，体积大，故障率高，通用性差，控制精度低人机交互困难，自动化程度低难以满足现代生产加工的需要。随着现代传感技术与控制方法的不断革新和发展，对实时温度控制的精度以及反应快速性的要求越来越高。本文就是基于PLC的温度控制系统设计。本文主要介绍了PLC相关知识、温度控制系
2、统的硬件设计、软件设计，同时对传感技术、PID算法以及调压技术进行了涉及。在硬件上主要采用西门子S7-200系列CPU224XP，K型热电偶传感器及K型热电偶变送器、柱式电压调压器以及EM235模拟量输入输出扩展模块。热电偶作为温度采集元件，采集的信号经温度变送器转换盒放大后送到EM235处理，随后送入PLC进行PID运算，运算结果控制调压器对加热过程进行调节实现自动化控制。关键词 温度控制 PLC PIDAbstractTemperature is one of the most common variety of industrial processes, the most importa
3、nt parameter, the accuracy of temperature control will have an important impact on the results or industrial production. The temperature control system is adopted in traditional temperature control meter and relay control cabinet control, its main disadvantage is the complicated structure, big volum
4、e, high failure rate, poor universality, low control accuracy. Human-computer interaction difficulties, low degree of automation. It is difficult to meet the needs of modern production and processing. With the continuous innovation and development of modern sensor technology and control method, the
5、higher of the real-time temperature control precision and response speed are required. This article is based on the PLC temperature control system design. This paper mainly introduced the PLC related knowledge, the temperature control system hardware design, software design, at the same time, sensor
6、 technology, PID algorithm and the pressure regulating technology is involved. The hardware mainly adopts Siemens S7-200 series CPU224XP, the column voltage type K thermocouple sensor and K type thermocouple temperature transmitter, pressure regulator and EM235 analog input and output expansion modu
7、le. Thermocouple as the temperature acquisition device, the signals collected by the temperature transmitter conversion kit amplified to EM235 processing, then sent to PLC PID operation, the control voltage regulator is adjusted to realize automatic control of heating process calculation results. Ke
8、ywords temperature control PLC PID 目 录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 课题研究背景及意义：11.2 课题研究的主要内容21.3 研究技术介绍21.3.1 传感检测技术21.3.2 PLC31.3.3 上位机31.3.4 组态软件4第二章 硬件设计52.1 硬件配置52.1.1 西门子S7-200PLC52.1.2 热电偶82.1.3 电力调整器92.2 硬件连接122.3 地址分配表13第三章 软件设计143.1 PID控制程序设计143.1.1 PID控制内容143.1.2 PID控制原理（PID算法）143.1.3 PID输入输出值转换
9、153.1.4 PID在PLC中的回路指令173.1.5 PID参数调整的一般步骤183.2 程序设计流程图183.3 内存分配地址及PID指令回路表203.4 S7-200程序设计梯形图213.4.1 启动/停止213.4.2 初始化213.4.3 调用子程序223.4.4 数据导入233.4.5 测量值归一处理243.4.6 计算设定量与过程变量差值253.4.7 根据具体情况选择合适的加热方式25第四章 组态软件Kingview274.1 外部设备定义274.2 数据变量284.3 组态王画面设计294.3.1 建立新画面294.3.2 实时趋势曲线制作304.3.3 报警窗口制作324
10、.3.4 指示灯344.3.5 温度数值显示354.3 组态王与西门子PLC的通信36第五章 结论37致谢38参考文献39第一章 绪论1.1 课题研究背景及意义：工业生产当中，温度是一个非常重要的参数，温度的轻微变化均可能带来较大的物理化学变化，从而给生产质量带来了巨大的挑战。在科学研究和生产实践当中特别是在冶金、化工、建材、视频、机械、石油等工业当中，温度控制更是具有举足轻重的作用，而不同的工业生产和工业要求下的温度控制系统所采用的加热方式也各不相同，考虑到电阻炉能够实现较快的控制变化以适应复杂多变的工业生产过程，电阻炉温度控制系统的优劣更是衡量质量的重要属性，故而本课题主要以电阻炉为对象设
11、计根据生产要求及实时状态不同的情况下均具有较好温度控制效果的温度控制系统。传统的温控系统采用温控仪表和继电器式控制柜等进行控制，其主要缺点是结构复杂，体积大，故障率高，通用性差，控制精度低人机交互困难，自动化程度低难以满足现代生产加工的需要。随着现代传感技术与控制方法的不断革新和发展，对实时温度控制的精度以及反应快速性的要求越来越高。传统的模拟式温度控制方法已经不能适用干现代工业对系统稳定性和快速性的需求，特别是当系统的温度指令信号发生快速变化时，传统的模拟控制器固有的反应时间和器件特性使系统的反应稳定过程较慢、而且易受干扰，不能适应现代高精度温度控制的需求。当前比较流行的温度控制系统有基于单
12、片机的温度控制系统，基于PLC的温度控制系统，基于工控机（IPC）的温度控制系统，集散型温度控制系统（DCS），现场总线控制系统（FCS）等。就发展情况和使用现状而言，PLC与集散控制系统的发展越来越接近，多数情况下已经可以实现功能的互相替代；而工业微机在要求快速、实时性强、模型复杂的工业控制系统中占有优势，但是最致命的弱点是尚不能适应复杂多变的工业现场环境且对操作人员要求比较高。综合对比而言，PLC具有相当大的功能和成本优势：PLC不仅具有传统继电器控制系统的控制功能而且能扩展输入输出模块，特别是可以扩展一些智能控制模块构成不同的控制系统，将模拟量输入输出控制和现代控制方法融为一体，实现智能
13、控制、闭环控制、多控制功能一体的综合控制系统;PLC功能强、集成度高、抗干扰能力强、组态灵活、工作稳定，编程简单，无论对编程人员还是对操作人员都无需较高的专业水平，具有更强大的适应性；另外一个比较关键的优势是，PLC发展相对完善且具有明显的成本优势。故而，本课题选取的西门子S7200PLC作为控制元件。1.2 课题研究的主要内容本文主要以电阻炉为对象研究设计了能够根据实时状态采取不同温度控制方式的温度控制系统，并保证了用户可以调整预设温度来针对不同的生产实践过程，具有较强的适应性。对此，本文主要进行了以下几个方面的工作：（1） 较为简单明了的阐明了锅炉控制的主要机理，并就整个温度控制过程给出了
14、较为清晰明了的说明；（2） 介绍了西门子S7200系列PLC的主要内容，并根据实际需要对型号和使用器件进行了对比选择；（3） 介绍了PID控制算法的相关内容以及PLC自带PID模块的使用，并就系统自调整的步骤给出了相关介绍；（4） 根据控制系统的设计要求进行PLC控制程序的编制；（5） 上位机监控软件的设计，采用应用范围较大的组态王软件对整个温度控制过程进行监控。1.3 研究技术介绍1.3.1 传感检测技术传感检测技术是应用传感器将被测量信息转换成便于传输和处理的物理量，进而进行变换、传输、现实、记录和分析数据处理的技术。随着科学技术和生产发展的需要，传感检测技术已经发展成为一门完整的交叉性技术学科，综合应用了现代电子技术、微电子技术、生物技术、材料科学、化学科学、光电技术、精密机械技术、微细加工技术等。传感检测技术是实现自动控制、自动调节的关键环节，它与信息系统的输入端相连接，并将检测到的信号输送到信息处理部分，是机电一体化系统的感受器官。随着现代电子技术、微电子技术及信息技术的发展，在各种可用信号中电信号最便于处理、传输、显示和记录，因此传感器大多集中在“将外界非
