基于西门子PLC的温度控制系统的设计

1、安徽大学机械与电气工程学院毕业设计（论文）课 题： 基于S7-200 PLC的温度控制系统设计专 业：自动化安徽建筑大学机械与电气工程学院二O三年六月安徽建筑大学毕业设计（论文）摘要随着科学技术不断进步和社会飞速发展，热水器成为人民日常生活息息相关 的电器产品；。设计方法也开始多种多样，从而使全自动热水机显得更加智能化。 可编程控制器(PLC)以微处理器为核心，普遍采用依据继电接触器控制系统电气 原理图编制的梯形图语言进行程序设计，编程容易，功能扩展方便，修改灵活而且结构简单，抗干扰能力强。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。S7-200 系列可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰 富的特

2、殊扩设备，其中的模拟输入设备和通信设备更是符合全自动洗衣机控制系 统的要求与特点。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。本设计选择 S7-200 为核心部件，着重进行硬件接口设计，利用梯形图和指令 表进行编程，实现了水的加热控制系统的自动化。在整个设计程序以及程序结束的处理操作过程中，更快捷。总之，整体梯形图的设计简练，有很强的可读性及 操作性。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。关键字：PLC、继电接触器、可编程控制器、自动化ModelAlong with the con sta nt progress of scie nee and tech no logy and the social rapid developme

3、 nt,the water heater become Peoples Daily life is closely lin ked酽锕极額閉镇桧猪訣锥。Electrical products; . Desig n method are also begi nning to varied, so that the automatic hot watermach ine appear more in tellige nt. Programmable con troller (PLC) in the microprocessor as the core,the widely used electri

4、cal prin ciple diagram based on relay contactor control system establishmentof ladder diagram programmingIanguage,programming easy, convenient function extension and modification flexible and simple structure, strong an ti-jam ming capability.彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。S7-200 series programmable con troller in stru

5、ctio n is rich, can meet various output and in putexpa nsion equipme nt, has a lot of special equipme nt, and the an alog in put equipme nt and communi cati on equipme nt is in accorda nee with the requireme nts and features of fully automatic washing mach ine con trol system.謀养抟箧飆鐸怼类蒋薔。This design

6、choose S7-200 as the core part, emphatically carries on the hardware in terfacedesig n and program ming using ladder diagram and in struct ion list, automate the water heatingcontrol system. Throughout the design process, in the process of the process ing operati ons by theend of the program and mor

7、e quickly .In a word, the whole ladder diagram desig n con cise, has thevery strong readability and operability.厦礴恳蹒骈時盡继價骚。Key words: PLC, relay con tactor , PLC, automati on毕业设计（论文）安徽建筑大学安徽建筑大学毕业设计（论文）1绪论 .茕桢广鳓鯡选块网羈泪。2 系统的介绍 .鹅娅尽損鹤惨歷茏鴛賴。2.1 系统的描述. .籟丛妈羥为贍债蛏练淨。2.2 系统的功能.預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。2.3 系统的流程图. .渗釤呛俨匀

8、谔鱉调硯錦。3 硬件设计.铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。3.1 温度变送器.擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。3.3PLC 的简介.1贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。3.3.1 PLC 主机的选型 .1（坛搏乡囂忏蒌鍥铃氈淚。3.3.2PLC 的输入和输出模块的选型 .11蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。3.4 PID. 1買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。3.4.1 PID 在 PLC 中的回路指令 .14綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。3.4.2 回路输入输出变量的数值转换方法 .15驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。3.4.3 实数归一化处理 .15苗虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。3.4.4 PID 参数整定. .15锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。3.5 可控硅.1構氽頑黉碩饨

9、荠龈话骛。4 软件设计.1輒峄陽檉簖疖網儂號泶。4.1 软件的设计 .1尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。4.2 程序的编写 .1识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。致 谢.2凍鈹鋨劳臘错痫婦胫籴。参考文献.2恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。附录1 .2鯊腎鑰诎漣鉀沩懼統庫。附录 2.2硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。1 夕卜文文献. 2阌擻輳嬪諫迁择植秘騖。安徽建筑大学毕业设计(论文)11 绪论温度及湿度的测量和控制对人类日常生活、 工业生产、气象预报、物资仓储 等都起着极其重要的作用。在许多场合，及时准确获得目标的温度、湿度信息是 十分重要的，近年来，温湿度测控领域发展迅速，并且随着数字技术的发展，温 湿度的测控芯片也相应的登上历史的

10、舞台，能够在工业、农业等各领域中广泛使用。氬嚕躑竄贸恳彈濾颔澩。自 70 年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在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发展迅速，并在职能化、自适应、参数自整定等方面取得成果，在这方面，一 日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，都产生了一批商品化的、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。釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。其中 PLC 的快速发展使得各种控制系统更加的简洁， 效率更高，而且系统稳 定可靠。S7-200 是西门子公司开发的一种可编程控制器。PLC (Programmable LogicCon

11、troller )可编程逻辑控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑 运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟 式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。S7-200 系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从 替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、 民用设施、环境保护设备等等。女口：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，

12、中央空调，电梯控制，运动系统。谚辞調担鈧谄动禪泻類。温度控制系统在国内各行各业的应用虽然十分广泛，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 实际 80 年代中后期水平，成熟产品主安徽建筑大学毕业设计（论文）2要以“点位”控制及常规的 PID 控制器为主，它只能适应一般温度系 统控制，难于控制滞后、复杂、时变温度系统控制。而适应于较高控制场合的智 能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟。形成商品化并在仪表控制系统 参数的自整定方面，还没开发性能可靠的自整定软件。 参数大多靠人工经验及我 国

13、现场调试来确定。嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。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趋势。熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。本次设计即是利用温度控制硬件设备、计算机与 PLC 相结合，实现对水箱温 度自行控制的测量。本装置主要由电源、S7-200 PLC 模拟量输入模块，模拟量输出模块，计算机， 温度传感器及变送器，电力调整器、水箱构成。本次设计设计以上各个部分。本 论文主要完成温度的采集，温度的调节以及水加热系统的设计。鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。安徽建筑大学毕业设计（论文）32 系统的介绍2.1 系统的描述本系统为基于 PLC 的水箱温度

14、控制系统。开始的时候打开入口电磁阀箱水箱中加水， 在水箱中放置一个浮球用来测试 水面的高度。系统开始工作时，将水箱中得水温通过传感器传送给PLC 主机，主机再通过控制加热器来加热水箱中的水， 当水箱中的水温达到设定值时，就自 动减少功率加热。当热水层中的水量少于一半时，停止加热，加热层在自动补水， 补满后继续加热，以此往复的工作。纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。2.2 系统的功能本系统中所使用的有温度传感器用来实现对温度的数据的采集，所采集的 数据通过温度变数器传送给 PLC，中间有个数据的转换，我们所使用的温度传感 器是 PtIOO,它主要是受温度的变化是的电阻也发生变化，根据这个原理来采集 温度数据

15、，因为直接采集的不是温度的具体值，所以要通过温度变送器来转化数 据，然后通过 PLC 的程序来调节。这个被采集的数据不能直接送到PLC 中，需要一个输入模块，通过输入模块把数据送到PLC 中，因为对数直接加热而不经过调节会使得误差较大，所以在这个系统中用了PID 控制，它可以使得误差更小，对水温的调节更加的精确。经过 CPU 处理后，输出的数据通过 PLC 的输出 模块，来控制可控硅的偏转角，从而控制加热器。当达到所要求的水温时，因为 水箱会散热，安徽建筑大学毕业设计（论文）4所以加热器不能停止加热，而是小功率的在加热。颖刍莖峽饽亿顿裊赔泷。安徽建筑大学毕业设计（论文）52.3 系统的框图安徽

16、建筑大学毕业设计(论文)63 硬件设计3.1 温度变送器工作原理：温度变送器采用热电偶、热电阻作为测温元件，从测温元件输出信号送到变送器模块，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、v/i 转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的420mA 电流信号输出。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。作用：将物理测量信号或普通电信号转换为标准电信号输出或能够以通讯 协议方式输出的设备。温度变送器是将温度变量转换为可传送的标准化输出信号 的仪表，主要用于工业过程温度参数的测量和控制。电流变送器是将被测主回路 交流电流转换成恒流环标准信号，连续输送到接收装置。銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。温度电流变送器是把温度传感

17、器的信号转变为电流信号，连接到二次仪表上，从而显示出对应的温度。比如，温度传感器的型号为PT100，那么温度电流变送器的作用就是把电阻信号转变为电流信号，输入仪表，显示温度。挤貼綬电麥结鈺贖哓类。性能指标：* 执行标准：IEC688 : 1992，QB/LF 系列 2007 1输入范围： -60C175C精度等级：0.5%.F.S整机功耗：20 血(DC500V)响应时间：350mS工作环境： -10C50C，20%90% 无凝露贮存环境： -40C100C，20%95% 无凝露*将被测环境温度隔离转换成按线性比例输出的单路标准直流电压或 直流电安徽建筑大学毕业设计（论文）7流；*低功耗、可靠

18、性高；*优良的抗干扰能力；*拔插端子接口、标准导轨(35mm )安装；* 体积小、外型尺寸(mm) : 95(L)37(W)X32(H)；技术参数：1、热电偶温度变送器技术指标输入输入类型：K、E、S、B、T、J 等型热电偶温度量程范围：(如下图)输入阻抗： 20KQ冷端温度补偿：0100C输出输出电流：420mA输出回路供电：1230VDC最小工作电压：12VDC负载电阻与供电电源的关系：综合参数标准精度：0.2%温度漂移：基本误差/10C热电阻引线补偿：0.1% (010Q)负载变化影响：0.1% （允许负载范围内）安徽建筑大学毕业设计(论文)8电源变化影响：0.1% （ 1230V）开机

19、响应时间：1S （090% ）工作环境温度：0+100C防护等级：IP00/IP54 （传感器防护等级决定）电磁兼容：符合 IEC61000,EN610002、热电阻温度变送器技术指标输入温度量程范围： Pt100: -200 850CCu50： -50 150C最小温度量程： 100C引线电阻： 10Q输出输出电流：420mA输出回路供电： 12 30VDC最小工作电压： 12VDC负载电阻与供电电源的关系：负载电阻（包括引线电阻）=供电电源（V） -12 （V） /0.02A综合参数标准精度：0.2% （参见选型表）注：需要高精度可订制温度漂移：基本误差/10C热电阻引线补偿：0.1% （

20、010Q）负载变化影响： 0.1% （允许负载范围内）电源变化影响： 0.1% （12 30V）安徽建筑大学毕业设计（论文）9开机响应时间： 1S （0 90% ）工作环境温度： 0 +100C防护等级：IP00/IP54 (传感器防护等级决定)电磁兼容：符合 IEC61000,EN610003.2 PT100温度传感器温度传感器种类繁多，但最符合要求的 PT100 温度传感器.PT100 是铂热电 阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT 后的 100 即表示它在 0C时阻值为 100 欧姆，在 100 C 时它的阻值约为 138.5 欧姆。赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。经过仔细的网上搜寻，我觉得合

21、肥中亚传感器有限公司的产品性能较好.以下 是对它的一些简单的介绍：它的工作原理：当 PT100 在 0 摄氏度的时候他的阻值为 100 欧姆，它的阻 值会随着温度上升而成近似匀速的增长。但他们之间的关系并不是简单的正比的关系，而更应该趋近于一条抛物线。塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。铂电阻的阻值随温度的变化而变化的计算公式：裊樣祕廬廂颤谚鍘芈蔺。-200t0CRt=R01+At+Bt*t+C(t-100)t*t*t(1)0t850CRt=R0(1+At+Bt2)(2)Rt 为 tC时的电阻值，R0 为 0C时的阻值。公式中的 A,B,系数为实验测定。这 里给出标准的DIN IEC751 系数：A=3.9

22、083E-3、B=-5.775E-7、C=-4.183E-12仓嫗盤紲嘱珑 詁鍬齊驚。根据韦达公式求得阻值大于等于 100 欧姆的 Rt -t 的换算公式：0t850Ct=(sqrt(A*R0)A2-4*B*R0*(R0-Rt)-A*R0)/2/B/R0绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。PT100 温度感测器是一种以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,属于正电阻 系数,其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(1+aT)其中a=0.00392,Ro 为安徽建筑大学毕业设计(论文)10100Q(在 0C的电阻值),T 为摄氏温度br因此白金作成的电阻式温度检测器，又称为 PT10Q骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。1:V

23、o=2.55mAX100(1+0.00392T)=0.255+T/1000。2:量测 Vo 时，不可分出任何电流，否则测量值会不准。电路分析由于一般电 源供应较多零件之后，电源是带杂讯的，因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件, 由于7.2V 齐纳二极体的作用,使得 1K 电阻和 5K 可变电阻之电压和为 6.5V,靠 51 可变电阻的调整可决定电晶体的射(集极)极电流,而我们须将集极电流调为 2.55mA,使得量测电压 V 如箭头所示为 0.255+T/1000。其后的非反向放大器,输 入电阻几乎无限大,同时又放大 10 倍,使得运算放大器输出为 2.55+T/100。6V 齐纳二极体的作用如

24、7.2V 齐纳二极体的作用,我们利用它调出 2.55V,因此电压 追随器的输出电压 V1 亦为 2.55V。其后差动放大器之输出为Vo=10(V2-V1)=10(2.55+T/100-2.55)=T/10,如果现在室温为 25C,则输出电压为 2.5V。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。600400 300 200100PT100 铂电阻 RT 曲线图表0-100/100200300 Kpt ( Q )安徽建筑大学毕业设计（论文）11温度（度）阻值（欧姆）010010103.920107.7930111.6740115.5450119.460123.2470127.0780130.8990134.7100

25、138.5PtIOO 分度表3.3PLC 的简介PLC 是 一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。 它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、 计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各 种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系 统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。PLC= Programmable Logic Controller ，可编程逻辑控制器，一种数字运算 操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器， 用于其内部存储程

26、序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向 用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。3.3.1 PLC 主机的选型S7-200 系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖 从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设 施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工 机械，中央空调，电梯控制，运动系统。辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。CPU 单元设计：集成的 24V 负载电源：可直接连接到

27、传感器和变送器（执行器），CPU224, 输出280，可用作负载电源。峴扬爛滾澗辐滠兴渙藺。CPU 224 具有 14 个输入点和 10 个输出点。安徽建筑大学毕业设计（论文）12本次选用的 PLC 的 CPU 是 CPU 224IM IL* HO 0 1 0 2 A307 10 1 1 | | +詰L+ OC|D4両0 & 07 12 13 UIU_ L*b*0000000000000000003.3.2 PLC 的输入和输出模块的选型PLC 有多种输出和输入模块，本系统中的输入信号是温度信号，所以选择 EM231作为它的输入模块，总共有四个模拟量输入。EM232 作为它的输出模块， 有两个

28、模拟量输出。詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。热电偶选型：热电阻选用 PtIOO,其温度测量范围为 0C100C，测量精度 为 0.1摄氏度。水箱中的温度一般在：20riooc，不超过 iooc，控制恒温水 供很多恒温装置实用。则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。EM231 的模块设定如下：SW1/SW2/SW3/=010 （热电偶选型为 T 型热电偶）。SW4=0 （OFF）状态。SW5=0 正向断线检查。SW6=0 断线检查使能，模块向输入端加入 20uA 的 检测电流，判断模块是否断线。SW7=0 温度单位选为C）。SW8=0 冷端补偿使能。亠11 1 i1 i 1JLi士T1TrCPU 224XP DC/DC

29、DC(6ES7 214-2AD23-0XB0)00000000000000000024 VDC Power24 DC SensorPowerS7-200Cpu22安徽建筑大学毕业设计（论文）13型号名称主要参数DC5V 消耗功耗安徽建筑大学毕业设计（论文）14EM231模拟量输入4 点，DCO10V/020mA 输入，12 位20mA2W2 点，热电阻输入，16 位87 mA1.8W4 点，热电偶输入，16 位87 mA1.8W型号名称主要参数DC5V 消耗功耗EM232模拟量输出2 点，-10V+10V/020mA，12 位20mA2W3.4 PID模拟量闭环控制较好的方法之一是 PID 控

30、制，PID 在工业领域的应用已经有60 多年，现在依然广泛地被应用。人们在应用的过程中积累了许多的经验，PID的研究已经到达一个比较高的程度。胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。比例控制（P）是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。其特点是具有快速反应，控制及时，但不能消除余差。鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。在积分控制（I）中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。积分控制可以消除余差，但具有滞后特点，不能快速对误差进行有效的控制。稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。在微分控制（D）中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。微分控制具有超前作用，它能猜测误差变化的趋势。避免较

31、大的误 差出现，微分控制不能消除余差。陽簍埡鮭罷規呜旧岿錟。PID 控制，P、I、D 各有自己的长处和缺点，它们一起使用的时候又和互相 制约，但只有合理地选取 PID 值，就可以获得较高的控制质量。沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。安徽建筑大学毕业设计（论文）15*ID控制环节u严控对更_平耳-反馈环节-带PID控制器的闭环控制系统框图图 3.1 闭环控制系统安徽建筑大学毕业设计（论文）16如图 3.1 所示，PID 控制器可调节回路输出，使系统达到稳定状态。偏差e和输入量 r、输出量 c 的关系:e(t)二r(t) -c(t)控制器的输出为：1u(t) =Kpe(t)秒 e(t)dt Td瞥 Todtu

32、(t)-PID回路输出Kp- 比例系数 PT- 积分系数 ITd- 微分系数 DPID 调节的传输函数为后，计算机输出值。其离散化的规律。表 3.1模拟与离散形式模拟形式离散化形式e(t) =r(t)-c(t)e(n) = r(n) c( n)de(t) dTe(n) e(n 1)Ttfe(t)dt0nnE e(i)T =T 送 e(i)i=0i =0所以 PID 输出经过离散化后，它的输出方程为TnTdu(n)=Kpe(n)匚、e(i) e(n)-e(n -1)Ti =0I= Up(n) Ui(n) Ud(n) u。式中,Up(n)二 Kpe(n)(3-1)(3-2)D(s)二U(s)E(s

33、)1= Kp1TdSIiS(3-3)数字计算机处理这个函数关系式,必须将连续函数离散化，对偏差周期采样(3-4)称为比例项安徽建筑大学毕业设计（论文）17Ui（ n）=Kpe（i）称为积分项Ti i_oUd（n）二心半门）e（n 一 1） 称为微分项上式中，积分项是包括第一个采样周期到当前采样周期的所有误差的累积 值。计算中，没有必要保留所有的采样周期的误差项，只需要保留积分项前值， 计算机的处理就是按照这种思想。故可利用PLC 中的 PID 指令实现位置式 PID控制算法量。钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。3.4.1PID 在 PLC 中的回路指令西门子 S7-200 系列 PLC 中使用的 PID

34、回路指令，见表 3.2表 3.2 PID 回路指令名称PID 运算指令格式PID指令表格式PID TBL,LOOP梯形图!PID ENOLOOP使用方法：当 EN 端口执行条件存在时候，就可进行 PID 运算。指令的两个操作数 TBL 和 LOOP TBL 是回路表的起始地址，本文采用的是 VB10Q 因为一个PID 回路占用了 32 个字节，所以 VD400 到 VD432 都被占用了。LOOP回路号，可以是 07,不可以重复使用。PID 回路在 PLC 中的地址分配情况如表 3.3 所示懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。表 3.3PID 指令回路表偏移地址名称数据类型说明0过程变量（PVr）实数必须在

35、 0.01.0 之间4给定值（SPr）实数必须在 0.01.0 之间8输出值（Mr）实数必须在 0.01.0 之间安徽建筑大学毕业设计（论文）1812增益（Kc）实数比例常数，可正可负16采样时间（Ts）实数单位为 S,必须是正数20采样时间（Ti）实数单位为 min，必须是正数24微分时间（Td）实数单位为 min，必须是正数28积分项前值（MX实数必须在 0.01.0 之间32过程变量前值（PVn-1）实数必须在 0.01.0 之间3.4.2 回路输入输出变量的数值转换方法本文中，设定的温度是给定值 SP,需要控制的变量是水箱的温度。但它不 完全是过程变量 PV 过程变量 PV 和 PID

36、 回路输出有关。在本文中，经过测量的 温度信号被转化为标准信号温度值才是过程变量，所以，这两个数不在同一个数量值，需要他们作比较，那就必须先作一下数据转换。传感器输入的电流信号经 过 EM231转换后，是一个整数值，但 PID 指令执行的数据必须是实数型， 所以需 要把整数转化成实数。使用指令 DTR 就可以了。如本设计中，是从 AIWO 读入温 度被传感器转换后的数字量。謾饱兗争詣繚鮐癞别濾。3.4.3 实数归一化处理因为 PID 中除了采样时间和 PID 的三个参数外，其他几个参数都要求输入或 输出值0.01.0 之间，所以，在执行 PID 指令之前，必须把 PV 和 SP 的值作归一 化

37、处理。使它们的值都在 0.01.0 之间。单极性的归一化的公式：呙铉們欤谦鸪饺竞 荡赚。Rnoum=(Rraw/32000)3.4.4 PID 参数整定PID 参数整定方法就是确定调节器的比例系数 P、积分时间 Ti 和和微分时间 Td，改善系统的静态和动态特性，使系统的过渡过程达到最为满意的质量指标要 求。一般可以通过理论计算来确定，但误差太大。目前，应用最多的还是工程整 定法：如经验法、衰减曲线法、临界比例带法和反应曲线法。莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。经验法又叫现场凑试法，它不需要进行事先的计算和实验，而是根据运行经 验，利用一组经验参数，根据反应曲线的效果不断地改变参数， 对于温度控制系 统，

38、工程上已经有大量的经验。麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。3.5 可控硅安徽建筑大学毕业设计（论文）19可控硅，是可控硅整流元件的简称，是一种具有三个PN 结的四层结构的大功率半导体器件，亦称为晶闸管。具有体积小、结构相对简单、功能强等特点， 是比较常用的半导体器件之一。该器件被广泛应用于各种电子设备和电子产品 中，多用来作可控整流、逆变、变频、调压、无触点开关等。家用电器中的调光 灯、调速风扇、空调机、电视机、电冰箱、洗衣机、照相机、组合音响、声光电 路、定时控制器玩具装置、无线电遥控、摄像机及工业控制等都大量使用了可 控硅器件。納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。可控硅又称晶闸管(Silicon Controlle

39、d Rectifier,SCR )。自从 20 世纪 50 年代 问世以来已经发展成了一个大的家族，它的主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、 光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶 闸管、快速晶闸管，等等。風撵鲔貓铁频钙蓟纠 庙。可控硅灭暧骇諗鋅猎輛觏馊藹。可控硅整流器件是一种非常重要的功率器件，可用来做高电压和高电流的控制。可控硅器件主要用在开关方面，使器件从关闭或是阻断的状态转换为开启或 是导通的状态，反之亦然。可控硅器件与双极型晶体管有密切的关系，二者的传 导过程皆牵涉到电子和空穴，但可控硅的开关机制和双极晶体管是不同的， 且因 为器件结构不同，可控硅器件有较宽广范围的电流、电压控制能力。现今的

40、可控硅器件的额定电流可以从几毫安到 5000A 以上，额定电压可以超过 10000V。下 面将讨论基本可控硅器件的工作原理，然后给出一些高功率和高频率的可控硅器 件。铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。本设计所使用是 12 16A 的可控硅，可控硅的电流留有一倍的流量这样使用 起来比较安全，型号：BTA12G， 最大电流 12A， 击穿电压 600 V ;攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。4 软件设计4.1 软件的设计首先计算温度值，因为温度的变化是从 0c100C,而模块中的是640032000 ,所以设输入的温度是 X,则转化的温度是 Y,计算公式是：趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。X-6400 Y -032000-6400

41、 一 100 - 0安徽建筑大学毕业设计(论文)20根据这个公式可以得出温度的具体值设定:水箱内温度VD400入口电磁阀Q0 .0出口电磁阀Q0 . 1启动变频器Q0 .2报警器Q0 .3控制加热量大小AQW0设定温度VD404温度输入AIW0安徽建筑大学毕业设计（论文）214.2 程序的编写SJO.I111 1Ne-tw-ork:2ZMO. 0Nt twerk 3入口电出阀；敢Q-()出口屯卑阀：QU. 1)启动变頸9k承丿Y)将采集到的水箱内的温度和设定的温度进行对比， 要是大于这个温度 值，报警器就动作.MO. 00)安徽建筑大学毕业设计(论文)22|丁卜主程序，将采集到的温度通过程序运

42、算抓换得出真实的温度值。Xt-rork 主程序，将采集的温度通过PID程序调节加热器加热量的大小子程序，把输出的控制量放到AQW0入匚电童理：Q0. 0子程序，复位入口电磁阀01打5cale_r_!a_E.1AI1PPOdtput仏-1 Isl100 0 2 0-Dzl413MQ.0I IFilM.INIT1 1AIT3- T ：.-FV_IZ EtSo i ht KhMm 档大小!安徽建筑大学毕业设计（论文）23子程序，把设定的温度放到VD 4 0 4中。安徽建筑大学毕业设计（论文）24EF血J?z 祁迪：LDIV1O7T MOilLLDIDIIXZSVE_DILDlB=Isl_Di LD3

43、C-Z：DI_REXO-*IJh_DI LDS6-TKCOD1V_KOEh：LM-TOCO町寻5LDEZaSKe*DD_REM3onflil.LDiOIK1*03h:LM-DCvOsh:LM -IKcnTiirp_D LD1G-Fl3CLJ1X1Z1： TIX-= lEb_DI :LD2&-IEI.DI安徽建筑大学毕业设计（论文）25-#1：L&-ilEl_BIrlD3D-*7SEE P_D: Lfil E-扌出：LD6-耳子程序，将输入的温度值进行转化安徽建筑大学毕业设计（论文）26本课题的研究是在我的导师李老师的悉心指导下完成的，赵老师学识渊博、 治学态度严谨、工作一丝不苟，更有诲人不倦的

44、师者风范，在此谨向赵老师致以 诚挚的谢意和崇高的敬意！夹覡闾辁駁档驀迁锬減。此外，衷心感谢本组的其他成员，若是没有他们，也就不会有这篇论文的产 生。毕业在即，衷心感谢指导过我的各位老师，特别是毕业设计的指导老师赵为 松老师。大学生涯是人生中的一笔宝贵财富；感谢 09级自动化栾庆磊老师，四 年的大学生活对我们关怀备至；感谢相伴度过四年的舍友、感谢同窗四年的同学、 感谢帮助关心过我的学长，感谢默默关心我支持我的朋友们，祝大家在今后的生 活中幸福快乐！视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。最后感谢含辛茹苦抚养我的父母，感谢他们多年来的支持与付出！安徽建筑大学毕业设计（论文）27参考文献1 SIMATIC S7-20

45、0可编程序控制器系统手册M.北京：机械工业出版社,2002.2 Frank.D.Petruzella.PLC教程（第三版）M.北京：人民邮电出版社,2007.偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。3西门子（中国）有限公司.深入浅出西门子 S7-200PLC（第三版）M. 北京：北京航空航天大学出版社,2007.4陈建明.电气控制与 PLC 应用M.北京：电子工业出版社,2009.5郑凤翼，金沙.图解西门子 S7-200 系列 PLC 应用 88 例J.北京：电子工 业出版社,2009.6袁任光.可编程序控制器选用手册M.北京:机械工业出版社,2002.7戴仙金.西门子S7-200系列PLC应用与开发M.中国水

46、利水电出版 社,2007.8柳梁.编程控制器（PLC 入门 PLC 及其硬件组成J.计算机时代，1996（5） .9毛联杰.S7-300 系列 PLC 与组态软件 Wince 实现通信的方法J.国内外 机电一体化技术,2006（ 4）.10曲还波.有效扩展可编程控制器I/O 的实用方法J.设备管理与维修,2007.11焦海生.可编程程序控制器梯形图的顺序控制设计J.内蒙古电大学刊,2006（ 6）.12赵玉英.可编程控制器在电器控制系统中的应用J.河南科技学院学报,2006（ 3）.13张仑.可编程序控制器中 PID 控制的研究J.电子电气教学学报,200514谢克明，夏路易.可编程控制器原理

47、与程序设计M.北京：电子工业出 版社,2002.安徽建筑大学毕业设计（论文）28附录1安徽建筑大学毕业设计（论文）29TP117电吒僅誉 BlLiH JTV(r9 fILVir=1Jil* 冲Ih*idE丿t1ba!a45l ZIT-Maz-4MJUE II安徽建筑大学毕业设计（论文）30JLJLE UM询I斛艇虬WIri3KU艸叭TP* 1itt；3安徽建筑大学毕业设计（论文）31附录 21 外文文献在现代制造业中，系统是用过程和结果的革新来描述的， 并且因此不得不改 变系统性能以快速做出反应。因此，一个大的挑战是提供技术以限制自动控制系 统对变化需要和新机会的反应，所以，设计和操作知识可以

48、实时的被再次利用， 在工业实践中提供了一个重要的竞争面。緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。研究表明，在自动化系统中，程序实现的方法已经与计算机资源应用的急速 增长不能匹配。例如，可编程逻辑控制器（PLC ）程序仍然依靠一种方便的有 逻辑梯形图的程序实现模式。结果，程序上的延迟和资源成了生产工业过程的主 要绊脚石。在可编程逻辑控制器程序设计过程中，测试和调试可能会占用超过百 分之五十的人力。 在发展和传播“STATEOFTHEART”已经形 成标准IEC 60848, 1999; IEC-61131-3, 1993;IEC 61499, 1998; ISO 15745-1, 1999，但是，基本上这些标准都

49、不能参与有效的程序和系统设计方面知识的革 新。騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。系统的方法通过使用原有的软件模块， 有助于增加设计自动化的水平，同时 也将提供一种可管理的大规模系统设计的方法。同样的，它也将改善软件的质量 的可靠性，以及关系到系统的较高安全标准，尤其是这些对环境有危害影响的， 比如：机场控制、公共铁路运输。疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。软件工业被认为是系统性能的破坏者和系统复杂性的产生者。逐渐下降的硬件价格，破坏了对通过优化程序获得的软件性能的需要。其结果是，一方面造成了大量而低效率的程序代码，另一方面并没有获得高的硬件性能。 其次，软件变 得难以掌握其程度的复杂；在现代自动化系统中，软件设计和保

50、持系统本质几乎 变得不可能。尤其是，可编程逻辑控制器（PLC ）程序设计从二十五年前的两 条主线，发展到现在的成千上万条。现在安全性增加了，例如，关于防火的新措 施，以及现代自动化系统的柔韧性增加了程序设计过程的复杂性。因此，软件的使用周期花费是总共花费的一个固定不变的增长部分。百分之八十到九十的花费 用于软件维护、调试、优化（改进）、和扩展以满足不断变换的需求。镞锊过润启婭澗骆讕濾。目前，大部分设计研究的主要焦点都集中在机械和电子产品上。这种有目的性的研究产生了一个副产品，就是通过推广这中研究到系统工程设计领域，从而加固了我们对设计理论和技巧的基本理解。针对大规模和复杂系统的系统设计理 论并

51、没有安徽建筑大学毕业设计（论文）32成熟。尤其是，对如何简化一个繁冗而复杂的设计任务这一问题，仍然没有被科学的处理。而且，正在设计理论和代表计算机科学及运筹学研究的认识 论结果之间构建一条桥梁，这样的具体应该是逻辑硬件电路设计。榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。从逻辑学的角度来看，可编程逻辑控制器（PLC）的软件设计类似与集成电 路的硬件设计。现代超大规模集成电路设计（ Very Large Scale邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。Integration-VLSI ）是及其复杂的，一个集成电路一般有几百万个晶体管，而且 产品开发周期大都三年左右。设计过程一般都分成局部功能块设计和系统设计两 个阶段。在局部功能块设

52、计阶段，单个功能将被设计出来，并予以验证。在系统 设计阶段，所有功能块都将被整合起来，整个系统行为特性和功能将会通过仿真 形式加以测试。一般来说，所有部分都完全的验证是不可能的。因此，统计学可 以作为可编程逻辑控制器（PLC）设计的一个例子，并有可能影响逻辑硬件设计。嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。2、SIEMENS 可编程序控制器SIMATIC S7-300 系列 PLC 适用于各行各业、各种场合中的检测、监测及控 制的自动化，其强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控 制 H 功能。该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭。该产品具有光电隔离， 高电磁兼容； 具有很高的工业适用性， 允许的环境温 度达

53、60C;具有很强的抗干扰、抗振动与抗冲击性能，因此在严酷的工作环境 中得到了广泛的应用。劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙。自由通讯口方式也是 S7-300 型 PLC 的一个很有特色的功能，它使 S7-300 型 PLC可以与任何通讯协议公开的其它设备、控制器进行通讯，即S7- 300 型PLC 可以由用户自己定义通讯协议（例 ASCII 协议），波特率为 1。5Mbit/s （可 调整）。因此使可通讯的范围大大增加，使控制系统配置更加灵活、方便。任何 具有串行接口的外设，例如：打印机或条形码阅读器、变频器、调制解调器（Modem）、上位 PC 机等都可连接使用。用户可通过编程来编制通讯协议、交 换数据（

54、例如：ASCII 码字符），具有 RS232 接口的设备也可用 PC/PPI 电缆连 接起来进行自由通讯方式通讯。臠龍讹驄桠业變墊罗蘄。当上位机脱机时，在下位机控制下，整个系统能正常运行。上位机即图文控制中心，主要由 PC 机和激光打印机组成，采用 SIMATIC WINCC 软件平台，采用全中文操作界面，人机对话友好。管理人员和操作者， 可以通过观察 PC 机所显示的各种信息来了解当前和以往整个冰蓄冷自控系统的 运行情况和所有参数，并且通过鼠标进行设备管理和执行打印任务。WINCC 软件在自动化领域中可用于所有的操作员控制和监控任务。可将过程控制中发生的事件清楚地显示出来，可显示当前状态并按

55、顺序记录，所记录的数据可以全部显 示或选择简要形式显示，可连续或按要求编辑，并可输出打印报表和趋势图。鰻順褛悦漚縫輾屜鸭骞。WINCC 能够在控制过程中危急情况的初发阶段进行报告，发出的信号既可以在屏幕上显示出来，也可以用声音表现出来。它支持用在线帮助和操作指南来 消除故障。某一 WINCC 工作站可专门用于过程控制以使那些重要的过程信息 不被屏蔽。软件辅助操安徽建筑大学毕业设计（论文）33作策略保证过程不被非法访问，并提供用于工业环境中的无错操作。穡釓虚绺滟鳗絲懷紆泺。WINCC 是 MICRSOFT WINDOWS98 或 WINDOWS NT4。0 操作系统下， 在 PC机上运行的面向对

56、象的一流 32 位应用软件，通过 OLE 和 ODBC 视窗标 准机制，作为理想的通讯伙伴进入 WINDOWS 世界，因此 WINCC 可容易地结 合到全公司的数据处理系统中。隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽。3、通信通信对于个人自动单元是很重要的。 在过去的几年里，我们听到许多关于生 产自动化协议的事情，并且许多公司已经加入大有成功希望的事业。然而，当一个完整的生产自动化协议说明书没有及时出现时许多公司都很失望。LarryKotare 说:”现在，生产自动化协议仍然是生产中一个发展的对象，一个说明书 并不是最终的结果。例如，虽然当新的生产自动化协议MAP3.0 版本使用之时以 MAP2.1 版本为基础的

57、产品将会被汰，但是现在人们仍然将产品用于 MAP2.1 版。”浹繢腻叢着駕骠構砀湊。由于这些原因，许多 PLC 厂家紧盯着 MAP 的最新结果。如欧姆龙公司正 在进行一个有关MAP 兼容性的项目。但是欧姆龙生产部门总经理FrankNewborn 说由于缺少一个固定的标准，欧姆龙的产品并不涉及到MAP。鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝。由于工业 PLC 无论何时不可能广泛的涉及到 MAP，生产厂家正在考虑专用 网络。根据 Sal Probanzano 说法，用户担心如果他们广泛的应用生产厂家将会收 回 MAP，这样将会留下一个不支持通信的交流框架。惬執缉蘿绅颀阳灣愴鍵。1、PLC design criter

58、iaIn moder n manu facturi ng, systems are characterized by product and process innovati on, become customer-drive n and thus have to resp ond quickly to cha nging systemrequireme nts. A major challe nge is therefore to provide en abli ng tech no logies that canecono mically rec on figure automatio n

59、 con trol systems in resp onse to cha nging n eedsand new opport un ities. Desig n and operatio nal kno wledge can be reused in real-time,therefore, giving a sig nifica nt competitive edge in in dustrial practice.贞廈给 鏌綞牵鎮獵鎦龐。Studies have show n that program ming methodologies in automati on systems

60、havenot bee n able to match rapid in crease in use of computi ng resources. For in sta nee, theprogram ming of PLCs still relies on a conven ti onal program ming style with ladder logic安徽建筑大学毕业设计（论文）34diagrams. As a result, the delays and resources in program ming are a major stumblingstone for the