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基于西门子s7200的温度控制系统设计.doc
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基于西门子s7200的温度控制系统设计.doc
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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 PID
Abstract
Temperature is one of the most common variety of industrial processes, the
most important 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 volume, 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 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
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 module.
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.
Keywords temperature control PLC PID
目 录
摘要...........................................................................................................................................................I
Abstract....................................................................................................................................................II
第一章 绪论 ............................................................................................................................................1
1.1 课题研究背景及意义: ...........................................................................................................1
1.2 课题研究的主要内容 ...............................................................................................................2
1.3 研究技术介绍 ...........................................................................................................................2
1.3.1 传感检测技术 ................................................................................................................2
1.3.2 PLC..................................................................................................................................3
1.3.3 上位机 ............................................................................................................................3
1.3.4 组态软件 ........................................................................................................................4
第二章 硬件设计 ....................................................................................................................................5
2.1 硬件配置 ...................................................................................................................................5
2.1.1 西门子 S7-200PLC ........................................................................................................5
2.1.2 热电偶 ............................................................................................................................8
2.1.3 电力调整器 ....................................................................................................................9
2.2 硬件连接 .................................................................................................................................12
2.3 地址分配表 .............................................................................................................................13
第三章 软件设计 ..................................................................................................................................14
3.1 PID 控制程序设计...................................................................................................................14
3.1.1 PID 控制内容................................................................................................................14
3.1.2 PID 控制原理(PID 算法) ........................................................................................14
3.1.3 PID 输入输出值转换....................................................................................................15
3.1.4 PID 在 PLC 中的回路指令 ..........................................................................................17
3.1.5 PID 参数调整的一般步骤............................................................................................18
3.2 程序设计流程图 .....................................................................................................................18
3.3 内存分配地址及 PID 指令回路表.........................................................................................20
3.4 S7-200 程序设计梯形图..........................................................................................................21
3.4.1 启动/停止.....................................................................................................................21
3.4.2 初始化 ..........................................................................................................................21
3.4.3 调用子程序 ..................................................................................................................22
3.4.4 数据导入 ......................................................................................................................23
3.4.5 测量值归一处理 ..........................................................................................................24
3.4.6 计算设定量与过程变量差值 ......................................................................................25
3.4.7 根据具体情况选择合适的加热方式 ..........................................................................25
第四章 组态软件 Kingview .................................................................................................................27
4.1 外部设备定义 .........................................................................................................................27
4.2 数据变量 .................................................................................................................................28
4.3 组态王画面设计 .....................................................................................................................29
4.3.1 建立新画面 ..................................................................................................................29
4.3.2 实时趋势曲线制作 ......................................................................................................30
4.3.3 报警窗口制作 ..............................................................................................................32
4.3.4 指示灯 ..........................................................................................................................34
4.3.5 温度数值显示 ..............................................................................................................35
4.3 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 S7—200PLC 作为控制元件。
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