基于PLC与组态王的温度控制系统毕业论文

(此文档为word格式，下后您可任编辑修改！)安徽电职技术院毕业设计说明书基于PLC与态王的温度控制系设计系（）

电气工专班姓学

业级名号

机电一指教

白老2010～2011

学第学1

摘

要可编程制器是一种用很广的自动控制置，它传统的继电控制技术、算机技术和讯技术为一体，具控制能强、操作灵方便、靠性高适宜长期连工作的点，非常适温度控的要求。在工业域，随着自化程度迅速提高，户对控系统的过程控要求越来高，人机界的出现好满足了用这一需。人机界面以对控系统进全面监控，括过程测、报警提、数据录等功能，而使控系统变操作人性化过程可化，在自动制领域作用日益显。本文主介绍了基于门子公7-200列的可程控制和亚控公司组态软组态王的炉控制系的设计方案编程时用了编程软STEP7-MicroWIN中自带ID控模块使得程更为简洁，运行度更为想利用组态件组态王设人机界，实现控制统的实监控、数据实时采与处理实验证明，系统具快、准、稳优点，工业温度控领域能广泛应。[键词温度控；可编程控器；人界面组态王目

录摘．．．．．．．．．．．．．引．．．．．．．．．．．．．第章

温控系的绍．．．．．．．1.1目的背和意义1.2

温

度

控

制

系

统

的

现状1.3度控制统的内容．第章PLC控系硬设．．．．．．．．2.1件系统成及工作原2.1.1硬件系统成2.1.2硬件系统作原理2

2.2S7-200CPU的选择2.3EM231拟量输入模2.4

热

电

式

传

感器2.5点分配及气连接2.6控制系统学模型建立第章PLC控系软设．．．．．．．133.1PID制及参数定3.2

程

序

的

设计3.2.1

设

计

思路3.2.2

控

制

程

序

流

程图3.2.3

梯

形

图

程序3.2.4PID指令向导的运用3.3人机界面（HMI）计第章

系运结及析．．．．．．．．．．4.1

系

统

运行4.2

运

行

结

果

分析4.2.1

温

度

趋

势

曲

线

分析4.2.2

报

警

信

息

分析结语．．．．．．．．．．25谢．．．．．．．．．．．．．参文．．．．．．．．．．．．．273

引

言随着社经济的迅速展，人对温度的控系统可性的要求不提高。把先进自动化技术控制技、通讯及网技术等用到温度控领域，为对温系统的新要。温度制系统集自技术、气技术、现控制技于一体采用该系统行温度制可以提高温度系的稳定性和靠性，便地实温度系统的中管理监控；同时统具有好的节能效，这在量日益缺的今天尤重要，以研究设计系统，于提高企业率以及民的生水平、降低耗等方具有重要的实意义第章1.1目的背和意

温控系的绍温度控在电子、冶、机械工业领域应非常广。由于其具工况复杂、数多变、运惯性大控制滞后等点，它控制调节器求极高目前有相当分工业业在窑、炉烘干生产线存在着制精度不高炉内温均匀性差等题,达不到工艺求，造装备运行成费用高产出品品质低，严重影响业经济益，急需技改造。近年来国内外对温控制器研究进行了泛、深的研究，特是随着计算技术的发展温度控器的研究取了巨大发展，形成一批商化的温调节器，如职能化模糊控、自应控制，其性能、制效果好广泛应于温度制系及企业关设备的技改造服。在工业产过程中，度是最见的过程参之一。冶金、化工电力、机械制和食品加工诸多领中，人们都要对各加热炉、热理炉、应炉和炉中的温度行检测控制。由于具有工复杂、参数变、运惯性大控制滞后等点，它控制调节器求极高在工程实际，应用为广泛调节器控制律为PID制。可编程制器(PLC)是一种用非常泛的自动控装置，将传统的继器控制术、计算机术和通技术融为一，具有制能力强、作灵活便、可性高、适宜期连续作的特点，常适合度控制的要。基于的温度控制统以其靠性高、抗扰能力、编程简单功能强大、耗低等优点受许多户的青睐，工业温控制场合得了广泛应用。时，人机界的出现以使用户对制系统行全面监控包括参监测、息处理、在优化、警提示、数记录等能，从而使制系统得简单懂、操作人化。4

1.2温度控统的现温度控系统在国内行各业应用虽然已十分广,从国内生产温度控制来讲,体发展平仍然不高,同本、美国、国等先国家相比仍然有着大的差距。前我国在这方总体水处于20纪代中后期水平成熟产品主以“点”控制及常的PID控器为主它只能应一温度系统制,难于控滞后复杂、变温度系统制。而应于较高控场合的智能、自适应控仪表，内技术还不分成熟形成商品化在仪表制参数自整定方面国外已较多的成熟品，但于国外技术密及我开发工的滞后，还开发出能可靠的自定软件控制参数大靠人工验及我现场调试来定。这差距，是我必须努克服的。随我国加WTO，我政府及业对非常重，对相关企资源进了重组，相建立了一些国、企业的研中心，通过合资、术合作方式，组建一批合、合作及资企业，使国温度表等工业得迅速的展[1]。随着科技术的不断展，人对温度控制统的要愈来愈高，此，高精度智能化、人化的温控制系统是内外必发展趋势。1.3度控系的内可编程制器PLC)是集计机技术自动控制技和通信术为一体的型自动制装置。其能优越已被广泛应于工业制的各个领，并已为工业动化的三大柱(PLC工业机人、之一。应用已成为一世界潮流在不久的来术在我将得到更全的推广应用。本论文究的是PLC术在温监控统上的用。从整体分析和究了控制系统硬件配置、路图的计、程序设，控制象数学模型建立、制算法选择和参数整定，机界面的设等。本论文过德国西门公司的系制器，度传感器将测到的实炉温转化为压信号经过模拟量入模块换成数字量号并送PLC进行调节，PID控器输出量转成占空，通固态继器控制炉子加热通断来实现炉子温的控制。同利用亚公司的组态件“组王”设一个人机界（HMI，通过行口与编程控制器信，对制系统进行全监控，从而用户操更方便。总上包括技术路线：件设计软件编，参数整定。第章PLC控系硬设2.1件系统成及作原理2.1.1件系统组系统采S7-200CPU226型、EM231模量扩展模块热电式感器5

固态继器、烤炉及他控制备组成。系的框架如图1所示。图系统架2.1.2工作原理系统选CPU226为控制器，K型热电将检测到的际炉温化为电压信，经过模拟量入模块换成数字量号并送PLC中进行PID节PID制器输出量化成空比，通过态继电控制炉子加的通断来实对炉子温度控制。PLC和HMI相接，实现了统的实监控。2.2S7-200CPU的选择S7-200系列PLCCPU221、CPU222CPU224、CPU224XP、CPU226等类型此系统选用S7-200CPU226，CPU226集成24点入16点输出共有40个数字量IO。可连个扩模块，大扩展至248数字量或点模拟量IO还有13KB程序数据存空间空间6独立的30KHz高计数器2独立20KHz高速冲输出具有制器。有2个讯口，具有PPI，MPI自由方通讯能力，特率最为kbits，用于较要求的中型控制系统

[。本温度制系统由于入输出数不多，本以使用CPU224以下类型，不过为能调用编程件里的模块，只能用及以机种。2.3EM231拟量输模块本温度制系统中，感器将测到的温度换成～的电压信号，系统需配置模拟量入模块电压信号转成数字号再送入PLC中进处理。在里，我们选了西门EM2314TC模拟输入模。EM231热电偶模块提一个方便的隔离的口，用于七热电偶型：、K、E、N、、T和R型，它允许连微小的模拟信号范围)，所有到模块的热电偶必是相同类型且最好用带屏蔽的电偶传器。EM231模块需要户通过开关进行组态：～SW3用于择热电类型SW4没有使用于选择断线测方向，SW6于选择是否行断线测用于选择测量单，SW8用于选是否进行冷补偿。系统用的是K型热电偶，所DIP关SW1～组态；EM231具体技指标见表1表1EM231技术标型总特输特

EM231模拟输模外尺：71.2mm××功：3W本输：路模拟输电电：准DC24V4mA输类：0~10V，±±6

耗DIP开

分率Bit转速：250隔：从CPU的DC5V（总线耗SW1SW21（K热电为）表示为如何使DIP关设置块，开、23可选模拟量输范围。所有输入设成相同的模量输入围。表中，ON接通，OFF断开。表EM231选模量入围开关单性满程入

分率

到到5V

到

双性满程入

分率

±5V±2.5V

EM231校准和配位置图图2所示。图2配EM2312.4热电式传感器热电式感器是一种温度变转化为电量化的装。在各种热式传感器中以将温度量换为电和电阻的方最为普。其中最常于测量度的是电偶和热电，热电是将温度变转换为势变化,热电阻将温度变化换为电阻的化。这种热电式传器目前工业生产中得到广应用。该系统需要用传感将温度换成电压，炉子的度最高达几度所以我们择了热电偶为传感。热电偶是业上最用的温度检元件之。国际标热电偶有、B、K、、T七类型，本系中，我选用7

了K型电偶（度表如表3示其测温围大约是01000。系统的烤炉最温度不过几度，加一定的裕度足够了另外其成本不算高[2]。表3K型热偶度2.5IO点分及电气接图（１）温度控制系中点分表和整个硬连接图表4和图4所示。表IO点配2.6

输触功说启按停按控制系数学模型的立

输触

功说运指灯绿停指灯红固继器本温度制系统中，感器（热偶）将检到的温信号转换成压信号经过度模块后，设定温值进行比较得到偏，此偏差送制器按算法进行修正返回应工况的固态继电导通时，调节电热的有效热功率从而实现对子的温控制控制统结构如图所示，框图如示。图图R(s)+E(s)U(s)Y(s)图控制系方图图5中，R(s)为定温度拉氏变换式E(s)为差的拉变换式；Gc(s)为控制的传递函数为广对象，控制阀、对控制通、测量变送装置三环节的合并该温度制系统是具时滞的阶闭环系统传递函为（式，为对放大系数；对象时常数；为对时滞。（1-2）由阶跃应法求得，；分钟；=1.2分钟。第章PLC控系软设3.1PID控及参数定比例、分、微分三控制方各有独特的用。比控制是一种基本8

的控制律，具有反速度快控制及时，控制结有余差等特。积分制可以除余差，但工业上少单独使用分控制，因为与比控制相，除非积速度无穷大否则积控制就不可想比例制那样及时对偏差以响应所以控制器输出变总是滞后与差的变，从而难以干扰进及时且效的控制。分作用对偏差的变速度加响应的，因，只要差一有化，控制器能根据化速度的大，适当变其输出信，从而以及时服干扰的影，抑制差的增长，高系统稳定性。但理想微控制器控制结果也能消除差，而且控效果要纯比例控制更差。三种方加以组合在起，就比例积分微（PID）制数学表达为（式中：比例系，为积分时常数，微分时间常。根据以的分析，本度控制统适于采用PID制。完成了述内容后，温度控制系就已经定了在系投运之，需要进行制器的参数定。控器参数整定法很多归纳起来可为两大，即理论算整定法和程整定。理论计整定法是在知被控象的数学模的基础根据取的质指标，通理论计算（分方程根轨迹、频法等，求得最佳的定参数这类方计算繁杂，作量又，而且由于解析法实验测定法得的对数学模都只能近似反映过的动态特性整定结的精度是不的，因未在工上受到广泛广。对于工整定法，程技术员无需知道象的数模型无需具理论计算所需理论知识，可以在制系统中直进行整，因而简单实用，实际工中被广泛使。常用工程整定法经验整法、临界比度法、减曲线、反应曲线、自整法等。在这，我们用经验整定来整定制器的数值。下面绍下方步骤。经验整法实质上是种经验试法，是工技术人在长期生产践中总结出的。它不需进行事的计算和实，而是据运行经验先确定组控制参数，并将统投入行，通过观人为加干扰（改变定值）的过渡程曲线，根各种控作用对过渡程的不影响来改变应的控参数值进行反复凑，直到得满意的控质量为。由于比作用是最基的控制用经验整定法要通过调整例度的小来满足量指标。整途径有下两条：1）先用单纯的比（P作用即寻找适的例度，人为加入干后的过渡程调整为4：1的减振荡过程然后再入积分(I用，一般先取积分间T1衰减振荡周的一半右。由于积作用将振荡剧，在9

入的积作用之前，先衰减例作用，通把比例增大10%-20%。整积分时间的小，直到出4：1的衰振荡。需要，最后入微分（D作用，即从零始，逐渐加微分时Td，由微分作能抑制振荡在加入分作用之前可以把积分间也缩一些。通过分时间凑试，使过时间最，超调量小。2先根据表选积分时Ti，通常Td=(13-14)Ti，然后对例度进行反凑试，直至到满意结果。如果始时Ti和Td设置的合适，有可能不到要求的想曲线这时应适当整TiTd再重复试，使曲线最终符控制要求[。表5控器数验据控变温

规的择对容滞较，参数干后化缓应

比度（）

积时（分）

微时（分钟小Ti要长，一般要分通过经整定法的整，PID控制整定参值为：比例系数120，积分时间=3钟，微时间1钟。3.2程序的计3.2.1

设计思PLC运行时通过特继电器SM0.0产生初化脉冲行初始化，温度设定值参数值等，存有关的数据存器，定时复位；启动按钮，系统开温度采样，样周期10秒；K型电偶传器把所测量温度进标准量换（0-41毫伏；模量输入通道AIW0通读入0-41毫伏的模拟压量送PLC经程序计后得出实际量的温T,T和温度设定比较，根据偏计算调整量发出调命令。3.2.2

控制程流程图图程流3.2.3形图程序启动，灯亮停止，灯亮10

上述程中，和I0.2分是启和停止钮，Q0.0和Q0.1别是系统运行示灯（绿灯和系统止指示灯（灯，M0.0和是中间继器。调用模块这里用SM0.0直接调了编程件自带的PID程序，即就用PID令向导编。上面的指中，PV_I为反馈，也就热电偶将检到的当温度值送入度模块后输的模拟压值AIW0Setpoint_R为定值。每个回路有两个入变量，给定值SP过程变PV执行令前必须它们转换成准的浮型实数。即把整数转换成浮点实数值再把实值进行归一处理，其为0.0-1.0间的实数归一化公式为R1=(RS+（1-4式中，标准化实数值；为未标化的实数值M偏置，极性为双极性0.5S为值大小，最大允许值去最小许值，单极为32000双极性64000。在本项中，R=100,即就是设定度100度；S=32000,M=0.0,所按照归一化公R1=+0.0=0.03125，即Setpoint_R0.03125.该网络程序功能是PID回输出转换成空比。PID回路的输出PID0_Output为0.0-1.0间的实值，又因我设置了样时间为10秒所以第一指令MUL_R中INT2为ROUND是实数转换成整数，DI_I是将双整转换成整数VW2VW4分别采样周内的加热时和非加时间。上述程用了两个100ms的时器T241和T242来控制加热时间其中为连接态继电器的出端子3.2.4PID指令向导的用该网络程序是为了电脑上过STEP7-MicroWIN程软件显示前温度和设定度值而写的其实也是归一化的过程。无该网络，显示的度值都归一化的实值，不于记录和观。STEP7-MicroWIN提供了Wizard（PID指令向导可以帮助用方便地生成一闭环控制过的法。此向导以完成大多数PID算的自编程，户只需在主序中调向导成的子序，就可以成控制任务。导既可生成模拟量出PID控制法，也持开关量输；既支11

持也制。STEP7-MicroWIN软自带的PID指令向导从而使程序单易懂同时也达到了控要求。3.3

人机界（HMI）计HMI控系统由监主画面相应的功能画面组，HMI画设计对HMI说是非关键。HMI面是用态软件来做，常见组态软件有门子公司Wincc、罗克韦公司RsView国产的态王、力控。在本度控制系设计中，我选择了态王来完成控画面设计。组态和其他态软件比最大的优是它操方便，提供资源管器式的操作界面，且提供以汉字作为键字的本语言支持对于新来说很容易手。在这里们制作了监主界面实时趋势曲、历史势曲线、报窗口等画面第章系的行果分完成了序设计人机界面设之后，入系统运行试阶段首先在STEP7-MicroWin编程软中将设好的程序下到PLC中，后打开组态王，切到运行模式4.1统运行打开主面，点击“始”按，则开关变色，系开始运行，前温度值开有数据显示温度仪上也显示了前温度。图6-1是当前度为度时的主界。其中设定度为。图6-1系统行主面12

打开主面，点击“定画面按钮，则切到设定面。增益Kc、积分时间Ti、分时间Td、采样间、设温度这几个量的值显示在画面。本项目写程序时用PID指令向导，Kc设置了120，Ti设置3分钟，设置了1分，则设画面上也是实同样数据。如图6-2所示。4.2行结果析4.2.1度趋势曲分析1）开主界，点击“实趋势曲”按钮，则换到实趋势曲线画。画面中色曲线表示定温度蓝色曲线表当前温。由实时趋曲线图知，系运行后当前度快速升到95度，后稍微缓慢升到左右，最后下到度左右稳定下。其中当前温度值大为105.5，稳定在98到100.3度之间与设温度极接近可见该温控统超调量很。图是当前度在95度到100之间缓上升的阶段图6-2系统行设画面2)打主界面点击历史趋曲线”按钮则切换历史趋势曲画面。如图所，画面红色曲线表设定温，蓝色曲线示当前度。其中Y轴不是际的温度值是百分。从曲线可看出，始时蓝色曲快速上，最后超红色曲线一，和它行，最后差多重合由图6-4可知该温度控制系统开始运行到于稳定要14分钟20秒，系统应快速控制精确度高，抗扰能力强。13

图6-3统行实趋曲图6-4系统运—史势线4.2.2警信息分打开主面，点击“警窗口按钮，则切到报警口。如图6-5所示，14

当温度于度时，警类型示当前温度低。温度于显示当温度偏，当温度超时，显当前温偏高。经过试，当定温度为100时，当温度值最大105.5。由图可，当前度为105.1度时，报警类显示当前温偏高当前温为60度时报警类型显示当温度偏；当前温为30.1度时报警类显示当前温太低。见，报警信显示正，从而为作人员及时解系统行情况提供很大的助。图6-5统行报窗五结语PLC（可编控制器

以其可性高、抗干能力强编程简单、能强大、性比高、体积、能耗等显著特点泛应用现代工业的动控制中。PID环控制控制统中应很广泛的一控制算，对大部分制对象都有良的控制效果组态软组态王因其单易用特点，在HMI设计中受用户的欢而得到广的使用在西门S7-200系列P和组态软组态王基础上，我成功设出了温度控制统，该系统到了快准、稳的效，也达了预期的目。再加由组态设计的人机面，整系统操作简，控制便，大大提了系统自动化度和实用性该温度制系统也有些有不的地方需要进，编时我们用了程软15

件自带PID指令向导模，这样然方，但是得控制系统调量和节时间都微偏大，若直接调该模块，而自己编PID控子程序的话控制效可能会更好还有人界面内容不丰富，再加上报表统、打功能的，那就更完了。六谢三年的习生涯就快入尾声我们的校园活就要上句号，心是无尽的难与眷恋。从里走出对我的人生说，将踏上一个新征程，把所学知识应用到际工作去。回首三，生活中有乐也有辛。感谢老三年来我孜孜不倦教诲，对我成的关心和爱。学友深，情同兄。三年风风雨雨，们一同过，充着关爱，给留下了得珍藏的最好的记。在我的几年求学历里，离开父母的鼓和支持是他们辛勤劳作，无私的出，为我创良好的习条件，我能顺利成学业，感他们一以来对的抚养与培。最后，要特别感谢设计的导老师——金老师感谢她耐心辅导。白老师真负责的工态度和谨的治学精都使我益匪浅，是在我们业的最关头给了我的帮助辅导,使我能够顺利成毕业计，在此表衷心的感。在毕业计即将完成际，回从开始进入题到毕设计的顺利成，我的心无法平静，快就要束了我的学生涯，多少可敬的长、同、朋友给我无言的帮，在这请接受我诚的谢意七.[考献][1]刘继.PLC用系统设计福建科技出版，[2]徐亚，刘官，高国章.温箱温度PID与预控制武汉理工学学报交通科学工程版，28(4)：[3]曾贵娥,丽,朱学峰PID控制器参整定方的仿真与实研究.油化工自动,[4]张伟.电气制与PLC综合应技术人民邮电版社2009以下免送您一百个秀毕业文题目，供考。1.业集团激与绩效价问题研究2.XXX地区中小业财务理现状问题究3.XXX地区上市司盈利量实证研究16

4.XXX地区企业团整合程中的财务题研究5.XXX地区中小业的信担保体系问研究6.XXX地区上市司财务警问题研究7.业并购前财务状变化问题研8.平衡计分为核心绩效评价体研究9.EVA在企业绩评价中作用研究10.于我区小企引入风投资问题研11.国上市司经目标的证分析12.内含报率法再思考13.用平衡分卡实战略案例分析14.于EVA企业业绩评指标体的构建与实研究15.于不同展周的企业务战略选择究16.团公司面预目标的定与分解17.金流量现法评估公战略中的应分析18.务指标非财指标在估管理者业中的应拟合19.国企业务管目标的实选择20.务管理标与业财务心能力问题究21.业财务理中用税收划的探讨22.立以财管理核心的源配置制度23.务预警统在务管理应用评价24.于Excel的财务预模型研25.西部地中小业财务略选择问题究26.小企业税筹问