基于PLC的PID恒温控制系统

四川师范高校成都学院电子工程系课程设计基于S7-200型PLC的PID恒温箱限制学生姓名范永林学号2008103054所在系电子工程系专业名称自动化班级2008级1班指导老师程诚段纯爽成绩四川师范高校成都学院二○一一年六月摘要：本论文阐述了利用PLC模块通过数模转换模块和温度检测模块等，并运用梯形图编写程序，实现对液体加热及对温度的保持。本系统的适用性很强，稳定性、精确性良好，程序开发通俗易懂，可以适应农业和工业生产中恒温系统的需求。本文主要介绍了恒温系统的硬件及软件设计方案。关键字：PLC，数模转换，恒温系统Abstract:ThispaperdiscusseshowtousethePLCmodulethroughtheanalog-to-digitalconversionmoduleandtemperaturedetectionmodule,andusedtheladder-diagramprogramming,realizetheliquidheatingandtemperatureismaintained.Thissystemapplicabilityisverystrong,stability,accuracy,goodprogramdevelopmentunderstandable,canadapttotheagriculturalproductionconstanttemperaturethatrequiredbythesystem.Thisarticlemainlyintroducedtheconstanttemperatureandthehardwareandsoftwareofthesystemdesign.Keywords:PLC、Analog-to-digital、Theconstanttemperature书目前言 11．PLC简介 22．PID指令与模拟量限制 32.1PID算法 32.2PID限制回路选项 32.3回路输入量转化和标准化 42.4PID回路输出转换成比例的整数 43．限制方案设计 53.1任务及器件选型 53.1.1任务要求 53.1.2PLC选型 53.1.3加热器件选型 53.1.4温度传感器选择 53.1.5继电器选型 63.2 详细方案 63.2.1方案简介 6 地址安排及符号表 73.3放大电路图 83.4流程图 83.5程序梯形图 94．系统功能 115．设计总结 126．参考文献 12前言恒温系统装置是一个模拟生产运用恒温系统。他运用了PLC，数模转换功能模块，温度传感器，电热棒等。实现系统的加热，以及恒温保持。运用PID算法可以精确的限制系统温度。该模拟系统可用于对室温的加热，以及保温。外面虽然可以买到类似的商品，但是却不如该系统敏捷。随着经济的增长，有些农业生产对温度的要求相当严格，例如，农场的养殖场就对温度特别讲究。据探讨表明禽类不仅对光照有严格要求,对温度更有严格要求，温度会下降到15度左右,禽类的产蛋率成明显下降趋势,而温度高于30度左右，禽类的产蛋率同样受到影响，此时我们就得严格限制室温在20-25摄氏度为最佳温度，才能提高养殖场的经济效益。该系统主要划分为PLC主模块，数模转换功能模块，温度监控模块，加热模块。主要功能有：PLC模块将数据信号传送到功能模块使之转换成模拟信号使温度传感器工作，温度传感器检测当前系统温度，转化成模拟电压信号，然后通过EM235CN模块将温度信号转化成数据信号，从而达到限制温度的目的。1．PLC简介PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑限制器，定义是: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。它采纳一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,依次限制，定时，计数与算术操作等面对用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出限制各种类型的机械或生产过程.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC。PLC是一种特地为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采纳可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、依次运算、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，限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当按易于与工业限制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。国际电工委员会(IEC)在其标准中将PLC定义为:可程式逻辑限制器是一种数位运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采纳一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、依次限制、定时、计数与算术操作等面对用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出限制各种类型的机械或生产过程。可程式逻辑限制器及其有关外部设备，都按易于与工业限制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。2．PID指令与模拟量限制2.1PID算法典型PID算法包括三项：比例项、积分项和微分项。即：输出=比例项+积分项+微分项计算机在周期性地采样并离散化后进行PID运算，算法如下：Mn=Kc*(SPn-PVn)+Kc*(Ts/Ti)*(SPn-PVn）+Mx+Kc*(Td/Ts)*(PVn-1-PVn)比例项：Kc*（SPn-PVn）积分项：Kc*(Ts/Ti)*（SPn-PVn）+Mx微分项：Mx+Kc*(Td/Ts)*(PVn-1-PVn)2.2PID限制回路选项常用的限制回路有PI、PID。（1）假如不须要积分回路（即在PID算法中无“I”），则应将积分时间Ti设为无穷大。由于积分项Mx的初始值，虽然没有积分运算，积分项的数值也可能不为零。（2）假如不须要微分运算，则应将微分时间Td设定为0.02.3回路输入量转化和标准化在PLC进行PID限制之前，必需将其转换成标准化浮点表示法。（1）将回路输入量数值从16位整数转换成32位浮点数或实数。如下：ITDAIW0,AC0 //将输入数值转化成双字DTRAC0，AC0 //将32位整数转换成实数（2）将实数转换成0.0-1.0之间的标准化数值。/R32000.0，AC0 //是累加器中数值标准化+R0，AC0 //加偏移量0 MOVRAC0，VD100 //将标准化数值写入PID回路参数表中2.4PID回路输出转换成比例的整数程序执行后，PID回路输出0.0-1.0之间的标准化实数值，必需被转换成16位成比例整数数值，才能驱动模拟输出。PID回路输出成比例实数数值=（PID回路输出标准化实数值-偏移量）*取值范围MOVRVD108，AC0 //将PID回路输出送入AC0*R32000.0，AC0 //将实数四舍五入取整，变为32位整数DTIAC0，AC0 //32位整数转换成16位整数MOVWAC0,AQW0 //16位整数写入AQW03．限制方案设计3.1任务及器件选型任务要求对恒温箱进行恒温限制，对温度进行PID调整，PID运算结果去限制接通电加热器或者制冷风扇，但由于电加热器或制冷风扇只能为OFF和ON，为开关量，不能接受模拟量调整，故采纳“占空比”的调整方法。温度传感器检测到的温度值送入PLC后，若经过PID指令运算得到一个0-1的实数，把该实数按比例换算成一个0－100的整数，把该整数作为一个范围为1-10S的时间ｔ。设计一个时间周期为10S的脉冲，脉冲宽度为ｔ，把该脉冲加给电加热器或制冷风扇，即可限制温度。3.1.2PLC选型选用试验室具备的SIEMENSS7-200CN(CPU226)型PLC及EM235CN模块。加热器件选型电热棒的功率考虑到继电器的成本随负载功率的增大而增大应尽量选择小功率的电热棒温度传感器选择 运用Pt100热敏电阻传感器。用高纯度铂做电阻导体，具有特别好的线性、高温稳定性和复现性。在现代工业生产过程中具有特别广泛的应用。测量范围：-200°C~+850°C允许偏差0.15°C继电器选型选择驱动电压为24V的继电器，负载考虑到运用电热棒功率较大，选择运用10A的负载避开继电器被烧坏。 3.2 详细方案3.2.1方案简介在恒温箱内有一个加热元件和一个制冷风扇，电加热元件和风扇的工作状态只有OFF和ON，即不能自行调整，现要使恒温箱的温度恒定，且能在25—100摄氏度范围内可调整，如图所示：3.2.2 地址安排及符号表（1）地址安排：Q1.0：限制接通加热器；Q1.1：限制接通制冷风扇；AIW0：接收温度传感器的温度检测值（2）符号表：符号地址符号地址设定值VD204微分时间VD224回路增益VD212限制量输出VD208采样时间VD216检测值VD200积分时间VD2203.3放大电路图3.4流程图给点温度给点温度T1温度检测T2=T1？T2>T1启动制冷风扇T2<T1启动加热装置温度恒定在T1相等3.5程序梯形图

4．系统功能系统起先运行时，在编程软件上修改初始设定温度T1，T1应当比常温高，例如取T1=50度，电热棒起先加热，当室温别加热到50度时，电热棒停止加热。若检测温度高于50度时，启动制冷风扇，使温度下降，保持在T1旁边不变；详细过程是：温度传感器检测到的温度值送入PLC后，若经过PID指令运算得到一个0-1的实数，