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1、作者：Pan Hon glia ng仅供个人学习题 目：基于S7-200温度控制系统设计姓 名：学 院：专 业：班 级：学 号：指导教师：职称:目录摘要 2关键字 2Abstract . 2Key words 31 绪论 31.1 课题研究的背景及意义 31.2 国内外研究概况 41.2.1 控制理论的发展状况 41.2.2 温度控制发展现状 41.3 PID 控制与智能控制 41.3.1 传统PID控制41.3.2 智能控制 51.4 论文的总体结构 52 温度控制系统的理论分析与研究 52.1 温度对象控制特点 52.2 温度控制的数学模型 62.2.1 温度控制的简化数学模型 62.2.
2、2 温度控制各动态参数的确定 62.3 PID 算法介绍 72.3.1 模拟PID控制介绍72.3.2 数字 PID 控制介绍 82.4 PID 参数整定 92.4.1 经验法 92.4.2 Z-N 法102.5 PID 参数自整定 103 温度控制系统的软硬件设计 113.1 温度控制系统的硬件设计 113.1.1 总体设计 113.1.2 温度传感器 113.1.3 西门子 S7-200PLC介绍113.1.3.1 可编程逻辑控制器介绍 113.1.3.2 西门子 S7-200 型 PLC.113.1.4 模拟量输入模块 EM231123.1.5 电气原理图与接线实物图 123.2 系统的
3、软件程序设计 123.2.1 PLC 的程序设计语言 123.2.2 STEP7 Micro/WIN32 V4.0 软件介绍 123.2.3 控制算法描述 133.2.4 PLC 编程133.3 组态软件设计 163.3.1 组态软件概述 163.3.2 MCGS 组态软件介绍 163.3.3 组态软件的具体设计 174 系统的调试 194.1 系统调试的总体过程 194.2 电阻炉的实验过程 194.2.1 对温度传感器进行标定 194.2.2 测量控对象飞升曲线 194.2.3 开关型温度控制 19424 确定PID的参数19425 实验调整PID参数194.3 水壶的实验过程 204.3
4、.1 水壶的飞升曲线 204.3.2 开关型温度控制 204.3.3 确定PID的参数 204.3.4 实验调整PID参数205 结果分析与结论 21致谢 22参考文献 22基于S7-200温度控制系统设计机械设计制造及其自动化专业学生任 航指导教师杨勇摘要：温度控制被广泛地应用在工业生产和生活中，温度控制效果也直接影响到生产效率和产品质量，因而对温度控制系统的控制要求很高。但是温度具有升温单向性、非线性、大惯性、大滞后时变性等特点。热量的传递是需要一定时间的，降温则需要与外界的热交换来进行，温度上升的快慢与载体热容量的大小有关系，而产生滞后性则与热量的传递过程有关， 再者测温元件也有一定的惯
5、性，这些都会产生滞后现象。因此，设计一个控制精度高、运行稳定的温度控制系统具有很高的应用价值和经济价值。本系统的温度检测电路中采用西门子S7-200型PLC并使用其扩展模块 EM231运用PLC配套的STEP7Micro/Win编程软件设计温度控制的软件程序，使用PID控制器对温度进行控制。监控软件使用MCG工控软件，在输出控制中主要采用固态继电器电路实现，简化了系统的软硬件设计，提高了温度检测的精度，降低了硬件电路的复杂性。在控制中运用PID调节功能，对其PID参数进行整定。控制实验结果表明，该控制系统的控制效果其具有超调 小、控制精度较高、运行稳定等优点。本文以电阻炉为控制对象，在论文中详
6、细阐述了控制系统的硬件设计、软件设计、和PID控制方法。关键字：温度控制；PLC PID控制；参数整定temperature control system design based on S7-200Stude nt majori ng in Mecha ni cal Desig n, Manu facturi ng and Automati onRenHangTutor Yang YongAbstract: Temperature con trol is widely used in in dustrial product ion and life, temperature con trol
7、 results have a direct impact on product ion efficie ncy and products quality, and Thus the con trol of the temperature con trol system requireme nts are high. But the temperature is warmi ng, nonlinear, large inertia and large delay time-varying characteristics.Heat transmission is needed a period
8、of time .it is required cool the heat exchange with the outside world. The speed of temperature in creases is relati on ship betwee n the size of the heat capacity.result ing lag is related with the heat transfer process, element also has an addition temperature a certain inertia, which will have a
9、lag. Therefore, the desig n of a high precisio n and stable temperature con trol system has a high applicati on value and econo mic value.The temperature detect ion circuit of the system used in Sieme ns PLC S7-200 type using the extension module EM231, the using of STEP 7 Micro / Win programming so
10、ftware supporting PLC design software program of temperature control , and use PID controller for temperature control. Industrial control software monitoring is using software MCGS , solid state relays is using in the output control circuits , It simplifies the system hardware and software design to
11、 improve temperature measurement accuracy and reduce the complexity of the hardware circuit. PID Regulatory function is using of control and tuning of itsPID parameter . Control experiments showed that the effect of the con trol system to con trol has asmall overshoot, the con trol precisi on is hig
12、h, stable operation and so on. In this paper,resistance furnace is the object, it described detailly the control system hardware design, software design, and PID control methods in the paper.Key words: Temperature control; PLC; PID control; parameter tuning1绪论1.1课题研究的背景及意义温度是定量描述物体冷热程度很重要的物理量，几乎所有的科
13、研、生产、生 活过程都和温度密切相关。温度作为一项热工参数，在工业现场和过程控制中起 着举足轻重的作用。许多工业生产都必须在一定的温度条件下才会按照预定的方 向进行，所以温度控制是保证生产过程正常进行的必须条件。温度控制在我国电 子、冶金、机械、化工、电力等工业领域得到了非常广泛的应用。由于其具有工 况复杂、参数多变、运动惯性大、控制滞后等特点，所以对控制调节系统的设计 要求非常高。在很多生产过程中，温度的测量和控制与生产安全、生产效率、产 品质量、能源节约等重大技术经济指标紧紧相连。温度控制技术也成为现代科技 发展中的一项重要技术。在机械行业，金属材料是机械工业中应用最广泛的材料， 它在机器
14、设备所用 材料中居首位。热处理是提高金属材料及其制品性能的工艺。根据不同的目的， 将材料加热到适宜的温度，保温，随后用不同的方法冷却，改变其内部组织，以 获得所要求的性能，提高制件的使用效能或寿命。金属加热是热处理操作一个重 要环节，而且又是能源消耗最大的一个工序。 为了更好的满足机械零件所要求的 性能，必须通过金属热处理进行材料材质的改变，提高材料的使用性能。因此， 在使用金属材料制造机械零件时通常需要对材料进行热处理。由于热处理是在特定的温度范围内改变金属的金相组织， 因此在整个过程中，对温度的变化和保温 的时间要求极为严格，这使得热处理材料或金属工件的温度及其温度变化成为热 处理的关键因
15、素，它直接对热处理质量产生影响 。近年来随着工业的发展，对金属材料的性能提出了更多更高的要求，因而热处理技术也向着优质、高效、节能、环保方向发展，而电阻炉是热处理生产中常 用的加热设备，加热温度常可在较大范围内调节。目前电阻炉是热处理中用途较 广的加热设备，具有加热速度快、热能利用效率高等优点在我国应用广泛。电阻 炉的温度是一种典型的工业过程控制对象，由于其具有工况复杂、参数多变、升温单向性、运动惯性大、控制滞后、时变性等特点2)，难以保证加热工艺要求， 其升温、保温是依靠电源加热，降温则是依靠环境自然冷却，当其温度一旦超调 就无法用控制手段使其降温。随着科学技术的发展，电阻炉被广泛的应用在冶金、 机械、石油化工、电力等工业生产中，在很多生产过程中，温度的测量和控制与 生产安全、生产效率、产品质量、能源节约等重大技术经济指标紧紧相连。因此， 良好的温度控制系统，对保证产品质量、节约能源提高电炉生产率和加热效率都 有十分重要的意义(3)。本文以电阻炉为控制对象，以西门子 S7-200型PLC为硬件核心元件，采用PID控制方法，MCGS工控软件监控，设计一种温度测控系统，使其具有硬件电
