基于S7300的酱油罐温度控制系统设计本科毕业论文

1、 本科毕业论文（设计）题 目 基于s7-300的酱油罐温度控制系统设计 院（系） 电子工程与电气自动化学院 专 业 电气工程及自动化 完成日期: 2013年6月9日巢湖学院本科毕业论文(设计)诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文(设计)，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人签名： 日期： 巢湖学院本科毕业论文 (设计)使用授权说明本人完全了解巢湖学院有关收集、保留和使用毕业论文

2、(设计)的规定，即：本科生在校期间进行毕业论文(设计)工作的知识产权单位属巢湖学院。学校根据需要，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许毕业论文 (设计)被查阅和借阅；学校可以将毕业论文(设计)的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业，并且本人电子文档和纸质论文的内容相一致。保密的毕业论文(设计)在解密后遵守此规定。本人签名： 日期： 导师签名： 日期： 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注

3、和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文

4、原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉

5、密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日基于s7-300的酱油罐温度控制系统设计摘 要温度是影响酱油口感的一个重要参数,温度过高或过低都会令酱油的口感发生改变,因此对酱油的温度必须进行严格控制。在众多的智能控制技术中，plc技术在工业中的应用最为广泛。plc本身的体积不大，有利于安装和维护，同时在编程上也比较方便，它适合不同知识背景的人来编程，而且它的可靠性高和抗干扰能力强。plc技术的快速发展为工业生产带来了巨大的便利。本文从分析影响温度因素出发，根据控制要求和实际情况设计了三套控制方案进行对比，选出最佳的方案。通过所设计的控制方案来进行硬件选型和系统

6、的硬件设计。利用西门子公司研发的step7来进行软件编程，实现控制要求。最后通上位机软件wincc最终完成plc在酱油罐温度控制系统中应用。关键词：温度；plc；pid控制soy sauce temperature control system design based on s7-300abstracttemperature is an important parameter of soy sauce taste, temperature too high or too low can make soy sauce tastes change, so the temperature must

7、 be under strict control of soy sauce. in numerous intelligent control technology, the most widely application of plc technology in the industry. plc itself is small, be helpful for installation and maintenance, at the same time also on programming is more convenient, it is suitable for people of di

8、fferent background to programming, and its high reliability and strong anti-jamming capability. the rapid development of plc technology in the industrial production are of great convenience.this article embarks from the analysis of factors influencing the temperature, according to the control requir

9、ements and the actual situation design the three sets of control scheme comparison, select the best scheme. hardware selection through the designed control scheme and hardware design of the system. use siemens step7 for software programming, the control requirements. finally through pc software winc

10、c eventually complete the application of plc in temperature control system with soy sauce.key words： temperature，plc，pid control目 录中文摘要英文摘要引言11系统控制方案设计21.1方案一21.2方案二21.3方案三32系统硬件选型和设计42.1系统硬件选型42.1.1温度传感器选型52.1.2液位传感器选型52.1.3蒸汽比例调节选型72.1.4电机选型72.1.5气动阀选型72.1.6 plc及相关模块选型72.2系统硬件电路设计82.2.1主回路设计82.2.2

11、控制回路设计93软件设计103.1主程序113.1.1主程序流程图113.1.2主程序123.2自动程序133.2.1自动程序流程图133.2.2自动程序154上位机界面设计21结束语22参考文献23引言plc是70年代发展起来的中大规模的控制器是集cpu、ram、rom、i/o接口与中断系统于一体的器件已经被广泛应用于机械制造、冶金、化工、能源、交通等各种行业。随着计算机在操作系统、应用软件、通信能力上的飞速发展大大增强了plc通信能力丰富了plc编程软件和编程技巧增强了plc过程控制能力。因此无论是单机还是多机控制、生产流度是近年来开发的一项新技术1。它是plc软、硬件、自动控制、等几项技

12、术紧密结合的产物。作为酱油罐控制装置其主要任务是保证酱油生产的安全、稳定、经济运行减轻操作人员的劳动强度。随着电子技术、计算机技术以及自动化技术的迅猛发展，plc技术的发展也越来越快2。plc控制酱油罐温构简单、容易实现，长期以来被广泛应用于工业控制过程中，目前在全世界的过程控制中大部分仍是采用pid控制器。而wincc软件是组态软件当中性能较好的一款组态软件，本系统采用温度控制控制系统结合wincc对酱油罐输出液施行pid控制。1系统控制方案设计本设计是针对成品酱油到包装过程中要经过的流程。成品酱油要经过加热后才能到包装线进行包装，这样可以保证包装后酱油的质量和包装效果。酱油换热后的温度受以

13、下几个因素影响:1.换热板块的换热效率；2.换热介子的种类；3.换热介子的流速；4.换热介子的温度。1.1方案一利用蒸汽直接通过换热板和酱油换热，用温度传感器检测酱油出料温度，用调节阀来控制蒸汽的流速。检测出的温度通过pid调节来控制调节阀的开度。如图1-1所示：图1-1酱油温度控制系统方案一该系统由于蒸汽温度过高可能会导致换热过后酱油温度过高而严重影响酱油的质量，所以应该进行二次换热。1.2方案二利用蒸汽通过换热板和软化水换热，加热后的软化水再通过换热板和酱油换热，用温度传感器检测酱油出料温度，检测出的温度来控制软化水泵的转速，达到控制换热介子的流速来控制酱油出口温度。如图1-2所示：图1-

14、2酱油温度控制系统方案二该系统由于要控制泵的转速需要变频器，变频器的价格比较昂贵，成本较高。1.3方案三利用蒸汽通过换热板和软化水换热，加热后的软化水再通过换热板和酱油换热，用温度传感器检测酱油出料温度，检测出的温度来控制蒸汽调节阀，达到控制软化水的温度来控制酱油出口温度。如图1-3所示：图1-3酱油温度控制系统方案三综合上述三个方案，其中方案三符合生产要求，性价比高，本设计采用该方案。2系统硬件选型和设计利用蒸汽通过换热板和软化水换热，加热后的软化水再通过换热板和酱油换热，用温度传感器检测酱油出料温度，检测出的温度来控制蒸汽调节阀，达到控制软化水的温度来控制酱油出口温度，如图1-3所示。2.

15、1系统硬件选型根据所设计的控制方案合理地选择检测元件、执行机构和控制设备以及其它必要设备，并在此基础之上根据控制方案合理地进行硬件设计，完成各种设备之间的接线与配置，并进行设备的安装调试，为整个系统的实现以及稳定、可靠运行打下基础6。2.1.1温度传感器选型由于该设计的目的是控制温度稳定，而整个控制系统的基础是对温度的准确测量，因此温度能否准确测量直接关系到控制质量的优劣。合理的选择温度传感器在温度控制系统的设计中有关键作用。这里选用德国jumod生产的pt100铂热电阻温度传感器，如图2-1所示：装配式pt100热电阻参数：1.pt100铂热电阻元件精度选择：a级 ±0.152.工

16、作温度范围：-502503.几线制：3线制4.密封等级：ip655.保护管直径：6 6.保护管总长度：450mm7.安装形式：活动法兰8.测量场合要求：耐磨/防腐/防爆/防水图2-1温度传感器2.1.2液位传感器选型由于工厂操作人员需要了解罐内的液位高度，所以需要液位传感器及液位压力变送器。这里设计的罐体高度都是3米。根据过程控制仪表量程选择原则仪表量程应该为被测量参数的4/33/2倍。因此所选传感器的最大量程为4米。这里选用蓝德ld3851压差变送器6。如图2-2所示：图2-2液位传感器ld3851系列灵巧型变送器型号全、量程广，使用于各种测量液位、压力的场合。智能型产品可通过手持终端har

17、t或个人pc计算机利用yrconfig通信组态软件和rs232接口对变送器进行编程、量程、阻尼的修改并能自动零点、满度点校准等。一台手持终端hart或个人pc计算机可同时对多台变送器进行通讯。变送器工作时，高、低压侧的隔离膜片和灌充液将过程压力传递给中心的灌充液，中心的灌充液将压力传递到室传感器中心的传感膜片上。传感膜片是一个张紧的弹性元件，其位移随所受压差而变化（对于gp表压变送器大气压力如同施加在传感膜片的低压侧一样；ap绝压变送器，低压侧始终保持一个“0”参考压力）。传感膜片的最大位移量为0.10毫米，且位移量与压力成正比。两侧的电容极板检测传感膜片的位置，传感膜片和电容极板之间的电容差

18、值被转换为相应的电流，电压或数字haptr （高速可寻址远程发送器数据公路）信号输出。ld3851系列灵巧型变送器产品均采用进口原材料，严格组装和测试，使其具有如下性能特点：1） 精度0.075%、0.1%、0.2%；2） 量程比100：1；3） 量程0-60pa至0-40mpa；4）直接数字电容感应（无a/d转换）；5）4-20ma输出叠加数字信号（hart协议）；6） 可本地零点及量程调整，且互不影响；7） 远程校准；8）在线及离线编程；9） 多挂接操作模式；10）输出函数：线性、平方根；11）3位半数字液晶显示表头；12） iso9001国际质量体系认证；13）手持终端hart显示工程单

19、位；14）手持终端或pc计算机软件进行组态及自诊断；15） 适用于多种流体。2.1.3蒸汽比例调节选型调节阀用来控制蒸汽的流速，这里选用的是蓝德精小型气动调节阀，如图2-3所示：图2-3蓝德精小型气动调节阀2.1.4电机选型这里对电机的要求不高，选用功率为2.0kw三相异步电机。2.1.5气动阀选型这里选择远安的气动阀。通过plc控制电磁阀来控制气源的通断，竟而来控制气动阀的开关。2.1.6 plc及相关模块选型目前在国内市场上有从美国、德国、日本等国引进的多种系列plc，国内也有许多厂家组装、开发数十种plc，故plc系列标准不一，虽然编程语言及符号各不相同，但编程思想和逻辑指令却和类似，功

20、能也大同小异7。plc的选择应着重考虑plc的性能价格比，选择可靠性高，功能相当，负载能力合适，经济实惠的plc。本设计主要从可靠性的角度考虑及对多种因素的分析比较及监控系统输入、输出点数的要求，选用西门子公司的cpu314型plc。它用于对处理能力和响应速度有很高要求的场合。通过其工作存储器，该cpu也适用于中等规模的应用。cpu 314安装有微处理器处理器，对每条二进制指令的处理时间大约为 60 ns，每个浮点预算的时间为 0.59 s。它安装有扩展存储器，与执行相关的程序段的 128 kb 高速 ram（相当于约 42 k 指令）可以为用户程序提供足够的空间；simatic 微型存储卡（

21、最大 8 mb）作为程序的装载存储器，还允许将项目（包括符号和注释）存储在 cpu 中。它还具有灵活的扩展能力，多达 32 个模块，（4排结构）和mpi多点接口，集成的 mpi 接口最多可以同时建立与 s7-300/400 或编程设备、pc、op 的 12 条连接。在这些连接中，始终为编程器和 op 分别预留一个连接。通过“全局数据通讯”，mpi可以用来建立最多16个cpu组成的简单网络。这里还用到了数字量输入模块di32×dc24v；数字量输出模块do32×dc24v/0.5a；模拟量输入输出模块ai4/ao4×14/12bit；还用了一个特殊功能模块ai8&#

22、215;rtd。图2-4 plc及相关模块选型2.2系统硬件电路设计2.2.1主回路设计三相五线电源为系统供电，通过过流保护装置以保证电流过大时能够及时断电以确保安全，不造成设备的损坏。正常情况下设备正常工作不会发生电流过大的现象，只有在出现故障时才有可能发生过流现象此时才需要进行断电以确保安全。对于需要220v交流电压工作的设备可以连入三相电源中的任意一相与中性线之间的220v交流电压下。例如plc就是采用220v交流电工作，因此按照上述方式连接就可以直接接入任意一相与中性线之间的220v交流电压下。由于系统内各种传感器等设备需要直流24v才能正常工作，因此还需要一个整流变压装置将它的交流输

23、入侧连入任意一相与中性线之间的220v交流电压下并对220v交流电进行整流降压，然后输出稳定的直流24v电压,直流输出侧可以为各个直流设备提供直流电压保证各个设备稳定、有效、安全的工作。如图2-5所示：图2-5主回路2.2.2控制回路设计24v电源为控制系统供电，通过手/自动开关选择是手动还是自动。选择手动后，按下启动开关1ss,1km继电器得电，km1继电器常开触点接通行程自锁，1hl2启动指示灯亮。选择自动后，ka01受plc程序控制。如图2-6所示：图2-6控制回路3软件设计按照控制要求和硬件设计我们可以对系统进行软件设计，首先进的是程序流程设计，并在此基础上可以完成plc的梯形图程序设

24、计。如图3-1所示:图3-1程序3.1主程序3.1.1主程序流程图按下开始按钮后，可以选择手动控制，酱油自动循环控制，软化水自循环控制和自动控制。如图3-2所示：开始软化水自循环自动手动酱油自循环图3-2主程序流程图3.1.2主程序 3.2自动程序3.2.1自动程序流程图选择自动后，按下开始按钮，wv02、wv05、wv07、wv10、wv12、 wv13打开，延迟5s后， p02、p03、wv14开启，若温度达到设定值时wv06打开、wv07 复位。当酱油罐液位达到下限位后开启阀wv01，延迟5s，泵p01打开，到达上限位后，泵p01关闭，延迟5s后阀wv01关闭。当软化水罐液位达到下限位时

25、，放水阀wv09打开，当达到上限为时，放水阀关闭。如图3-3所示：自动wv02、wv05、wv07、wv10、wv12、 wv13、开启wv06打开、wv07 复位开始延迟5sp02、p03、wv14开启wv09打开温度到设定值ll01wv09复位lh02wv01打开ll01lh01延迟5sp01复位p01开启延迟5swv01复位pid赋值图3-3自动程序流程图3.2.2自动程序4上位机界面设计监控组态软件不仅有监控和数据采集(scada)功能,而且有组态、开发和开放功能。监控组态软件是伴随着计算机技术、dcs和plc等工业控制技术的突飞猛进而发展起来的。随着个人计算机的普及和开放系统的推广，

26、基于pc的监控组态软件在工业控制领域不断发展壮大。监控组态软件广泛运用于工业、农业、楼宇和办公等领域的自动化系统。simatic wincc是第一个使用最新的32位技术的过程监视系统，具有良好的开放性和灵活性。这里使用的就是西门子公司的wincc上位机软件，如图4-1所示：图4-1酱油罐控制系统上位机界面结束语基于s7-300的酱油温度控制系统设计，使酱油到达设定温度后才能输出。本设计中采用了几个方案进行对比，选择出最合理的方案。通过这次毕业设计使我明白了自己的知识严重不足，明白了学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中要不断的学习，不断的提高自己的知识和综合素质。参考文献1胡学林可编程

27、控制应用技术m北京:高等教育出版社，20012汤自春plc 原理及应用技术m北京:高等教育出版社，20063西门子(中国)自动化与驱动集团编深入浅出西门子s7-300plcm北京:北京航空航天大学出版社，20044钟擎新，彭侃可编程控制器原理及应用m广东：化南理工大学出版社，19955廖常初可编程控制应用技术.4版m重庆:重庆大学出版社，20026郁汉琪电气控制与可编程控制器应用技术.2版m南京:东南大学出版社，20037王永华现代电气控制及plc应用技术m北京:北京航空航天大学出版社，20038王划一自动控制原理m北京:国防工业出版社，20069常斗南可编程控制器原理、应用实验m北京:机械工

28、业出版社，199810张万忠可编程控制器入门与应用实例m北京:中国电力出版社，2005致 谢大学四年的学习作了一个最后的总结和归纳并融会于这份毕业设计之中。通过自己编写plc程序和蒋全胜导师的悉心指导和耐心解答使得我对plc有了更深刻的了解。使我感到在大学的学习只是学习了学习的方法具体的实践还要通过自己的不懈努力和探索。 感谢蒋全胜老师的指导和帮助, 是老师的智慧和汗水帮助我完成了整个毕业设计的工作。最后，我再一次对在毕业设计中给予我帮助的老师和自动化专业的同学表示感谢，也借此机会对我的母校巢湖学院表示衷心的感谢。附录一:符号表db_tcont_cpdb 58fb 58显示功能块fb 1fb

29、1tcont_cpfb 58fb 58temperature pid controller with pulse generator and self-tuningfc1fc 1fc 1自动程序fc2fc 2fc 2手动程序fc3fc 3fc 3酱油储罐自循环程序fc4fc 4fc 4软化水罐自循环程序显示功能fc 5fc 5scalefc 105fc 105scaling valueswv01gi 0.0boolwv02gi 0.1boolwv03gi 0.2boolwv04gi 0.3boolwv05gi 0.4boolwv06gi 0.5boolwv07gi 0.6boolwv08gi

30、0.7boolwv09gi 1.0boolwv10gi 1.1boolwv11gi 1.2boolwv12gi 1.3boolwv13gi 1.4boolp01ii 1.5bool酱油进泵：启动为1；停止为0p02ii 1.6bool酱油出泵：启动为1；停止为0p03ii 1.7bool软化水出泵：启动为1；停止为0ll01i 2.0bool酱油储罐低液位lh01i 2.1bool酱油储罐高液位ll02i 2.2bool软化水低液位lh02i 2.3bool软化水高液位power seleri 2.4bool总开关：启动为1；停止为0mode seler1i 2.5bool手动mode sel

31、er2i 2.6bool自动mode seler3i 2.7bool酱油储罐自循环mode seler4i 3.0bool软化水自循环start/stopi 3.1bool启/停m0.0m 0.0bool自动系统辅助继电器m0.1m 0.1bool主回路系统辅助继电器m1.0m 1.0bool酱油储罐自循环系统时辅助继电器m2.0m 2.0bool软化水自循环系统辅助继电器m3.0m 3.0bool手动系统辅助继电器设定值md 12dword温度寄存器md 16real手动值md 20dword酱油液位寄存器md 50real软化水液位寄存器md 54real实际温度寄存器md 58real酱

32、油液位错误标志mw 30word软化水液位错误标志mw 32word实际温度错误标志mw 34wordcyc_int5ob 35ob 35cyclic interrupt 5complete restartob 100ob 100complete restartwv14fpiw 288int蒸汽调节阀输入pt01piw 290int酱油储罐液位pt02piw 292int软化水储罐液位tt01piw 294int酱油出口温度wv14opqw 288int蒸汽调节阀输出wv01oq 4.0boolwv02oq 4.1boolwv03oq 4.2boolwv04oq 4.3boolwv05oq 4

33、.4boolwv06oq 4.5boolwv07oq 4.6boolwv08oq 4.7boolwv09oq 5.0boolwv10oq 5.1boolwv11oq 5.2boolwv12oq 5.3boolwv13oq 5.4boolp01oq 5.5bool酱油进泵p02oq 5.6bool酱油出泵p03oq 5.7bool软化水出泵t0t 0timer酱油储罐自循环系统时间t1t 1timer酱油储罐自循环系统时间t2t 2timer软化水自循环系统时间t3t 3timer软化水自循环系统时间t4t 4timer自动系统时间t5t 5timer自动系统时间t6t 6timer自动系统时间

34、t7t 7timer自动系统时间二:程序学院本科学生毕业论文（设计）指导教师评阅表内容包括：学生写作态度、科研作风，论文选题的理论意义和实践价值，论据是否充分、可靠，掌握基础理论、专门知识、研究方法和技能的水平，写作的逻辑性、技巧及其他优缺点。成绩：指导教师签名：年月日巢湖学院本科学生毕业论文（设计）综合评定意见表答辩委员会评定意见 终评成绩：答辩委员会主席签名： 年月日院系意见 院长（主任）签名：年月日学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表

35、或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者（本人签名）： 年 月 日学位论文出版授权书本人及导师完全同意中国博士学位论文全文数据库出版章程、中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程(以下简称“章程”)，愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”在中国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库中全文发表和以电子、网络形式公开出版，并同意编入cnki中国知识资源总库，在中国博硕士学位论文评价数据库中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益。论文密级：公开

36、保密（_年_月至_年_月）(保密的学位论文在解密后应遵守此协议)作者签名：_ 导师签名：_年_月_日 _年_月_日独 创 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 二一年九月二十日 毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前