基于PLC和PID的温度控制系统开发

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在工业生产中，温度作为一项重要的技术指标，好多生产过程都对温度有着严格的要求。相当一部分的生产过程要求恒温条件下才能很好的进行。因此温度自动调理过程对生产发展有重要的意义。

本文采用西门子S7-200型PLC，通过对硬件选型和组织，利用编程软件STEP7micr/WIN编写控制程序，实现对生产工程中活动水箱中水温的恒温控制。运用经典的PID算法使得系统有较为满意的温度控制效果。通过调用编程软件中的PID控制模块使得程序简单，运行速度更快。系统还对各种意外状况作了相应的处理，使得系统的功能完善。本设计重视于硬件选型，并在STEP7micr/WIN中编写程序，实现了要求的各种功能，并能根据生产环境进行参数自整定。

：温度控制PID控制PLC控制组态王

Inallkindsofproductionactivity,temperatureisaveryimportanttechnicalindex.Manyactivitiesfirmtemperaturestrictlyandapartoftheproductionprocessrequiresgoodconstanttemperatureconditions.Sotheautomationoftemperatureprocesshastheimportantmeaningcontroltopromoteproductivitydevelopment.

Inthisarticle,weusetheSiemensS7-200PLC,accordingtothehardwaretypeselectionandorganization,towritecontrolprogrambasedontheprogrammingsoftwareSTEP7micro/WIN,realizingthewatertemperaturecontrolinwatertankintheproductionengineeringactivity.UsingtheclassicalPIDalgorithmmakesthesystemhaveamoresatisfactorytemperaturecontroleffect.BycallingthePIDcontrolmoduleofprogrammingsoftwaremakestheprogrammoreconciseandfaster.Atthesametime,thesystemalsomakescorrespondingprocessingtoallsortsofaccidenttomakethefunctionofthesystemperfect.FocusedonahardwareselectionandprogrammedinSTEP7micro/WIN,itachievestherequirementsofvariouskindsoffunctionsthroughabovework.Anditcanaccordingtoproductionenvironmentparameterself-setting.

:TemperaturecontrolPIDcontrolPLCcontrolConfigurationking

1设计功能简介

本温度控制系统的控制对象是一个大容量水箱的水温，其工作过程和要求如下：

按要求设定水箱的恒温控制，启动水泵进水，到指定液位后，启动搅拌电机搅拌，测量水温与设定值比较。测量的温度范围：20~80℃温度超限进行报警。若水温高于设定值5℃~10℃进冷水；若水温高于设定值10℃以上时，采用进冷水与风冷同时进行的方法实现降温控制。系统应当提供一个界面对温度、流量、加热电功率进行实测并显示。进水时无流量或加热、冷却时水温无变化时应进行报警。系统能够自动整定PID参数，实现温度的测量与控制。在本系统中，对所有参数的设定和显示，采用在组态王的监控界面进行设定和显示，这样更加形象和生动。

2设计的方案

温度控制系统不应当只能用于一套设备，当外界环境改变的时候，应当能够进行相应的参数转变，从而达到最优的控制效果，这就是加强温度控制系统的可移植性。设计中采用西门子S7-200系

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2023年毕业设计摘要

列的PLC，这种PLC内部具有PID参数自整定功能，即使外界环境改变，其能根据设定值自动调整PID的各种控制参数，选择出最优的控制参数。

硬件部分水箱按要求容量进行选择，水泵选择小型电动机驱动的水泵，阀门采用电磁阀，搅拌电机也采用三相小型电动机。采用热电偶进行温度的采集，完成温度信号到电信号的转换，关于温度信号的标准化，采用PLC的外设EM231模拟量转换模块。针对不同温度状况通过PLC内部编写的程序来输出各种控制信号，控制阀门、水泵、风扇、搅拌电机等。

对温度进行PID调理，PID运算的结果去控制接通电加热器，但加热器采用的是稳定功率的加热器，其状态只能是开或关，不能接受模拟量调理。在实现PID控制时采用了“占空比〞的控制方法，即将温度传感器检测到的温度值送入PLC后，经PID指令运算成为一个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0-10s的时间t。设计周期为10s的脉冲，脉冲宽度为t,把该脉冲加给电加热器即可像模拟量一样去控制温度。

关于对温度的设定、输出显示等则采用组态王监控界面进行。组态王有着强大的监控功能，通过其与PLC连接可以显示PLC内部的各个接口或者存储器的内容和状态以及各种控制信号状态，在组态王的界面上还可以进行设定值的设定，能记录历史曲线，能报警，完成监控任务。而且这种监控可以在计算机上形象的表示出来，有利于工作人员对各种数据的记录和分析。

3系统硬件设计

计算机PLCEM231模块热电偶固态继电器图1温度控制系统结构图

加热器

本系统是基于西门子S7-200小型PLC所研制的，在整个系统中有如下部分：

采样输入：主要是采集现场的各种信号，包括温度、流量，和各种开关量信号。

转换器：将各种采集到的模拟量信号转换为标准的0—20mA的标准电流信号。此处采用EM231模拟量输入模块。

S7-200PLC：完成对各个输入量的采集和处理并输出控制信号。

信号转换：将各种弱电的控制信号，转换成强电的控制信号，如各种继电器，功率转换装置。控制对象：本系统中的控制对象主要有：进水泵、搅拌电机、冷却风扇、排水阀门、报警器。

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姜大巍：基于PLC和PID的温度控制系统开发

系统的整个控制功能图如图2所示

启动水泵进水否是否有流量报警中止关闭水泵关闭风扇开启排水阀门是否液位是否到温度检测终止是是否<Ts+5否Ts+5<T<Ts+10?是报警是液位是否超限是PID控制否否温度是否超限否关闭水泵启动搅拌机中止关闭水泵关闭风扇开启排水阀门启动风扇是报警终止图2温度控制系统工作流程图

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2023年毕业设计摘要

4系统的I/O分派

表1温度控制系统中数字量输入输出点分派

数字量输入名称启动按钮中止按钮液位开关（中）液位开关（警惕位）

热保护

端口I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4

数字量输著名称水泵搅拌电机冷却风扇排水阀门报警器电加热器

端口Q0.0Q0.1Q0.2Q0.4Q0.5Q0.6

表2温度控制系统中模拟量输入点分派

模拟量输入温度采集信号流量采集信号

端口AIW0AIW2

本温度控制系统中，除了有开关量输入外，还有温度、流量等模拟量。对于各种开关量，可以直接分派端口，让PLC读取其状态即可。输入量如启动按钮、中止按钮等，输出量如水泵、搅拌电机的启动等。在本系统中还有模拟量，如温度、流量，这些量由传感器测得，但是其信号并不统一，需经过变送器将其转换为标准的0-20mA电流信号以后才能送给PLC进行处理。

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姜大巍：基于PLC和PID的温度控制系统开发

5系统的硬件连接

计算机组态监控通信线缆SB1KM1启动Q0.0水泵中止