洗浴中心水温控制系统设计

摘要我院淋浴间中心为超出1.2数万人给予公共性洗浴服务，洗浴会所的控制系统软件通过更新以后，选用的是根据PLC的自动化技术控制系统软件，可以完成控温控制、全自动液位仪控制等几种控制功能，本文主要进行淋浴室水的温度温控系统控制。本文以西门子系统S7-200SMART系列产品PLC为基础，以温度控制为核心，完成了控制控制系统设计。系统由感应器、PLC、触摸显示屏等组成，水位传感器承担收集液位仪数据信号，温度感应器收集温度数据信号发送给PLC，本设计方案采用SMARTLINE触摸显示屏。关键控制构思为：PLC将感应器收集的温度和设置温度进行对比，根据PID计算，控制阀门的开关，调整冷水的注入，以更改冷水的混合比例，进而控制温度，最终使淋浴管中混合水的温度做到或接近设置温度。本课题研究进而对工艺流程功能的深刻领会为载体，完成了控制系统软件的硬件型号选择、电气图纸设计方案、PLC编程设计、HMI监控视频设计。软件开发完成了加工工艺功能流程表及其子程序程序流程，和上位机软件HMI监管组态设计方案，从而实现淋浴室水的温度控温的功能。关键词：温度电动阀PIDPLCAbstractSifangAcademyShowerCenterformorethan12,000peopletoprovidepublicbathservices,AfterbathCentercontrolsystemupgraded,theselectionofthePLCbasedonAutomationcontrolsystem.Ithasthetemperaturecontrol,automaticlevelcontrolandothercontrolfunctions,thisarticlemainlycompletesthebathroomtemperaturecontrolsystem.Based

on

Siemens

S7-200SMART

Series

PLC,

the

control

system

is

designed

with

the

focus

of

temperature

control.

The

system

is

composed

of

sensors,

PLC,

touch

screen,

and

so

on,

liquid

level

sensor

is

responsible

for

collects

liquid

level

signal,

temperature

sensor

collects

temperature

signal

to

PLC,

this

design

uses

Smart

Line

touch

screen.

The

main

control

idea

is:

The

PLC

will

collects

the

temperature

and

set

temperature

of

the

sensor

compared,

through

the

PID

operation,

control

the

valve

switch,

regulate

the

inflow

of

cold

water,

to

change

the

mixing

proportion

of

cold

water,

thereby

controls

the

temperature,

the

temperature

of

the

mixed

water

in

the

shower

tube

reaches

or

near

the

setting

temperaturefinally.This

topic

is

based

on

the

profound

understanding

of

the

process

function,

completes

the

hardware

selection

of

the

control

system,

the

electric

schematic

design,

the

PLC

program

design,

the

HMI

monitor

screen

design.

The

software

designs

complete

the

process

flow

chart

and

the

ladder

diagram

program,

and

the

PC

HMI

monitor

configuration

software

design,

realizes

the

bathroom

water

temperature

constant

temperature

functionfinally.Keywords：TemperatureElectricvalvePIDPLC第1章绪论1.1课题研究的目的意义我院洗浴中心是12000名老师学生开展洗澡的公共场合。本问题以学校的洗浴中心为控制对象，设计方案一套全自动水温控制系统，其功能关键包括了变频恒压供水系统、水温控温控制系统等，根据对广东太阳能热水器、电加热装置、凉水隔断阀、循环水泵等外场电气元器件根据基于PLC为中心的控制系统完成有效逻辑性控制做到控制规定。本设计的作用就是利用自动化控制，根据控制触摸显示屏，调整系统里的水温，而且相互配合感应器完成系统温度的自动控制，设计里关键运用到了PLC编程控制技术性。根据PID较为预设值与实际意见反馈值，调整热水阀门的关闭，防止了温度的过多调整，缩短调整时间。公共性的洗浴中心水温和压力的控制尤为重要，设想，当很多洗澡工作人员一起使用时，水温出现出现异常，轻者发生不能正常应用，严重影响到了用户的安全性，因此，关键是要进行对水温，压力的控制必须有效，是洗浴中心要关注的关键重要环节。因为我国已经呼吁节能降耗，一般洗浴中心热水计划方案都配备了太阳能热水器、空气能热水器、电热锅炉开水等多个热水系统相互之间配套设施来达到很多工作人员一同应用热水贮备，因而，一定要对好几个水温系统的水温进行全面的控制，做到达到使用要求的控温情况。做为比较常见的水温控制系统跟这个基本上电气设备控制全过程，国内外拥有很多的应用案例，工业化控制中，在制造原油、化工厂、冶金工业及电力工程发电厂的有关生产加工的环节中，温度做为热主要参数之一，在温度相对较高的很不好的时候，为了实现生产制造安全性，及其保质保量数量规定，并且保证职工的权力，确保其适度的劳动效率，而且重视节能降耗，监控炉膛内温度，并对其进行控制，做到预设值，这个在民用型，工业级的应用都那么广泛。而变频恒压供水系统在住宅小区、工业化生产循环水系统系统等均由极其广泛应用，因而本项目研究科学研究不仅仅是受制于我院的洗浴中心这一单一课题研究，对相近的相关温度控制、闭环控制工作压力控制等有关系统来讲，都是举一反三的通用性控制技术性，非常值得努力学习与研究。1.2国内外研究现状最开始对温度控制完成工业生产控制要在第一次工业革命前期对锅炉蒸汽温度的控制，因为当时最主要的工业生产电力驱动来自蒸汽发动机，温度控制根据这一情况进行对应的科学研究。动态性温度控制和稳定温度控制为目的的两大类组成一个温度控制的大致，温度控制全面的控制精度也可以按两个精度开展定义，当中第一点便是升温速率的控制及其温度控制的稳态误差的控制，而稳态误差则按照被测系统软件的用处和场所有着不同的规定，比如对于一些极高稳定精度标准的温度控制系统软件，稳定温度的精度必须控制在0.1℃，这就需要温度的检测和控制技术性需要达到更高技术实力才能达到控制规定。温度控制器，是根据所处于场合温度不相同出现了不一样的改变，开关里面的物里弯曲就是按照不一样温度而改变，形成了不同类型的特殊的实际效果，造成开关的通断的全自动控制正本，或为电源电路给予温度数据信息，依据电子元器件在不一样的温度下不一样工作中形状，为控制回路搜集温度数据信息。温度控制系统软件关键有以下几类：一、开关温度控制当代，科技技术飞速发展，历史悠久的开关控制温度的办法逐渐淘汰，一些控制系统通过对电加热装置或是冷却系统的开关开展导通控制来达到温控系统的控温控制。开关温度控制理论其实很简约简洁明了，就是按照设定的温度与目标温度来做比较，随后按照其误差的正负极来控制冷冻设备或是加温设备而实现。开关温度控制因为原理简便，系统的配置要求通常不太高，仅选用简单电磁阀控制回路或是数字集成电路逻辑性就能实现，但是这种温控系统因为对温度转变时间太长而无法优良控制，也无法对稳定精度开展动态性调整，造成了温度控制全面的精确度大大的被降低。二、PID线形温度控制在1922年Minorsky对船舶的网站导航实验中明确提出并第一次运用PID，PID是ProportionalIntegralDifferential控制器的英文缩写，控制占比、积分兑换、求微分的算法是PID控制装置的基本上功效，因为控制器有许多好的一面，控制精度高结构简易，可扩展性好，是一种非常常见的控制优化算法。对温度控制系统软件来讲，PID控制装置的控制构造也经历了20个世纪50年代开始简单地控制构造到20个世纪80年代多回路串极PID控制器，因为根据PID的温度控制不但可以对温度系统软件一般都具有较大的滞后效应有一定的抑制，全面的稳定精度又被大幅度提高，针对开关温度控制来讲，还可以通过PID控制器的延伸，应用PMWpwm占空比调整的方式实现更高一些精度的温度控制，因而可以这么说现阶段基本上90%以上温度控制系统软件都是在运用PID线形温度控制方式。因为PID控制器在温度控制应用中，必须对P、I、D这三个关键的参数进行设置或改变，并且这三个主要参数的设置是否可行立即关系到温度控制精度，因此必须使用合乎情理计划方案完成精确的设置才能够。可是，现阶段世界各国大部分温度控制系统软件尽管都用上了PID控制器，但是关于是哪一个关键闭环控制主要参数都采用经验法人力设置，但一旦温控系统的特点发生变化，都要再度重设，所以对项目管理人员积累的经验要求很高，因而根据PID控制装置的温度控制系统软件也存在一定的局限。三、智能化温度控制因为PID控制的局限造成对高精度温控制不能满足控制规定，早就在1971年，智能化控制的架构设计背华裔科学家傅京孙明确提出。再发展成1985年，因为智能化控制的潜力遭受业内科技人员的认同和高度重视，在美国纽约市针对智能化控制这一新式控制技术性展开了全球性会议报告，科学研究界开始高度重视智能化控制基础理论，伴随着20多年以来不断的努力，智能化控制基础理论早已给出了多种具备运用实际意义的研究成果。在温度控制行业，具备意味着价值的便是模糊不清控制基础理论，综合性模糊不清数学的思想和控制方式总结出了模糊不清控制，现实人生工业过程中绝大多数复杂且未明确控制系统实现模糊控制的一个控制基础理论，在传统控制优化算法无法对复杂系统精确控制时，引进技术专业科研人员积累的经验模糊不清控制方式进行控制对复杂对象的控制实际效果比较理想。四、PLC的应用PLC在这个时代遭受广泛运用，例如冶金工业、原油、电力工程、机械设备制造、车辆等多个领域，依照运用主要用途大概归类如下所示：1.根据开关量基本逻辑控制这种运用是PLC最基本运用，开关量输入输出可以方便的组合在一起拓展，内部结构逻辑性命令丰富多彩，相较于以前的专业技术，电磁阀时序逻辑电路控制系统软件被彻底替代，能够控制一台设备以及控制好几个机器设备联防方式控制中小型自动化技术工作生产流水线。2.持续模拟量输入控制应用PLC带有的模拟量输入安全通道收集和输出系统软件能够实现对工业生产生产过程中的持续转变模拟量输入如温度、工作压力、速率等方面进行数据采集和控制。3.工业过程控制目前主流PLC生产厂家的制造的PLC都具有闭环控制控制的算法应用水平，造成各种控制优化算法程序流程都可以由PLC撰写，在全过程控制行业，应用PLC带有的PID控制模块或者由技术工程师按照实际工艺流程编制控制优化算法开展工业过程控制已经渐渐变成PLC控制技术发展流行方位。4.通讯及连接网络随着网络技术发展，PLC的通信作用已经渐渐变成PLC的必备作用，PLC与其他机器的通信组成一个总体的生产过程控制系统软件，使得整个控制全过程受统一的“人的大脑”指引，全面的集成性和灵活性获得更多的提升。从技术方面来来讲，1969年以后PLC伴随电子信息技术的蓬勃发展，硬件技术也获得了发展趋势。如今可编程逻辑控制器的开发越来越多运用了电子计算机所取得的一个新的技术成果。新式PLC具有很多优势，例如计算速度快、存储量大、方便性越来越强大因而有了更加广阔的市场。从产品优势来讲，PLC一方面向愈来愈小发展趋势以满足小型机器的集中控制，并且也向愈来愈方向发展趋势。现阶段特大型PLC在各类生产流水线或超繁杂加工工艺市场需求的运用场所也获得了广泛运用。此外，PLC的产品种类越来越丰富，商品性能优势越来越明显，要被运用到工业生产控制的诸多行业。1.3本课题的研究内容本综述论文是指根据我院洗澡中心为研究对象的水温自动控制系统，依据淋浴中心的原有材料，再参照温度控制系统的相关应用，从整体上对洗澡中心的水温自动控制系统基本原理开展分析，洗澡中心水温操纵的重要操纵构思要在淋浴泵启动时将采取恒温水箱和淋浴泵处的温度传感器正本将水温数据信号传入PLC控制中心，PLC依据混和后水温与温度预设值的误差开展PID测算，操纵混自来水管冷水调节阀的开度，以更改冷水的混合比例，最终使淋浴管内混合水的温度做到或接近设置温度。参照西门子系统官网工业生产适用中心学习培训西门子系统STEP7数控编程软件，撰写PLC程序流程，而且在这个网站学习西门子系统触摸显示屏的组态画面的制作，而且需要科学研究调节变量设置，从而完成PLC与触摸显示屏的联系。本设计方案关键研究对象是系统软件，同时需要选择适合的硬件配置，参照PLC有关教学书籍对自动控制系统的硬件开展型号选择、电气图纸设计等工作职责，此次定制的电路原理图，电路设计图等制作工作中需要用到CAD绘图工具开展，查看CAD有关的网络教学视频学习培训制图后，进行CAD制图和硬件配置布线。

第2章我校洗浴中心水温控制系统设计方案2.1洗浴中心简介我院洗浴会所一共有淋浴间位231个，可以满足12000名全校师生日常洗澡规定。工艺方案由热水制取分系统和淋浴间控制分系统构成，热水制取分系统热原选用500平方米太阳能发电阵型和3吨茶浴炉，选用54立方米塘瓷隔热保温太阳能发电储水箱和18立方米塘瓷隔热保温控温水箱作为热量储存设备，运用1台1.5kW循环水泵在控制全面的控制下完成热水制取系统软件的全自动循环系统，包含系统软件进水、太阳能发电温度差控制强制性流动性、加热炉温度差控制强制性流动性、水箱分箱分层次分温、水箱水位线控制、水箱顶水补水保湿控制；淋浴间控制分系统由可调式控温供电设备及可调式热水混和设备构成。本设计方案必须对西门子系统CPU开展程序编写，整理的PLC程序流程需要完成对水的温度的自动控制，还要设计合理的组态画面，同时对组态画面开展程序编写，将组态画面里的按键等控制开有关于西门子系统CPU里的程序执行自变量连接，从而可以根据控制组态画面来控制西门子系统CPU里的程序流程过程，从而实现在触屏上控制水的温度预设值，系统控制水的温度在预设值范畴周边。2.2洗浴中心工艺系统加工工艺系统由开水制取分系统和淋浴间控制分系统构成，开水制取分系统热原选用500平方米太阳能发电阵型和3吨茶浴炉，选用54立方米塘瓷隔热保温太阳能发电储水箱和18立方米塘瓷隔热保温控温水箱作为热量储存设备，利用1台1.5kW循环水泵在WDT-ZN701智能化洗澡控制系统的控制下完成开水制取系统的全自动循环系统，除加热炉由人工控制外，系统进水、太阳能发电温度差控制强制循环、加热炉温度差控制强制循环、水箱分箱分层次分温、水箱水位线控制、水箱顶水补水保湿所有实现自动化，热量的小温差时断时续循环系统高效地利用了热量，减少了热原辐射散热，提升了系统热效，达到较好的节能效果，与此同时设备采用分时图常用技术性降低了设备成本，减少了工程造价。淋浴间控制分系统由可调式变频恒压供水设备、可调式控温供电设备及可调式开水混和设备构成，由两部4kW淋浴间泵增加动力，为系统全面实施一卡通控制用水带来了标准，通过采用变频式节电技术和用水信用卡消费，完成了节能节水和成本统一清算，优化了淋浴室管理方法。加工工艺系统如下图2-1所显示。图2-1工艺系统结构框图2.3关键工艺功能的实现原理2.3.1淋浴水恒温工作原理淋浴泵启动时将提取恒温水箱的高温水和冷水管道里的冷水在泵中进行混匀供货到淋浴管道，淋浴管上安装有温度传感器元器件将搅拌后水温传入PLC控制核心，对混和后水温与温度预设值的误差开展PID计算，计算结论转化成调整信号控制混自来水管冷水调节阀门M1的开度，以更改冷水的混合比例，最终使淋浴管内混合水的温度做到或接近设置温度。2.3.2恒温水箱调温工作原理恒温水箱温度一般控制在45℃~50℃，太阳能发电储水箱温度最多可制取到80℃，在太阳能发电储水箱温度远远超过恒温水箱时，太阳能发电储水箱流往恒温水箱热水将促进恒温水箱过热，这时应打开恒温水箱冷水调节阀门给恒温水箱减温，水箱冷水调节阀门的开启就可以调整恒温水箱的水温温度，根据PID控制模块较为计算，当意见反馈水温合乎设置水温时关掉，促使恒温水箱水温维持在一个较为稳定温度，便于将开水传达给淋浴泵淋浴室水温水箱。2.3.3浴室水温控制原理浴室水的温度时断时续调压阀S7（在浴室屋顶东面）在淋浴间系统软件开启的情况下全自动开启并延迟6min，在这期间将管道内的凉水循环系统掉，防止浴室工作中前期水的温度太低，促使洗澡工作人员不太满意，根据淋浴间泵将浴室管道内的冷水循环系统掉，S7开始逐档关掉，每档间距150秒，目的是为了降低太快闭店对阀门的冲击性，毁坏元器件，与此同时和洗澡开始时工作人员偏少相匹配，稳定系统总流量。2.4本课题的设计方案2.4.1淋浴水温度控制系统的技术指标1.电压范围:三相AC380V10%，水泵永磁电机1.5KW。2.蓄水池液位仪信号4-20mA。温度感应器信号：4-20mA。3.显示水位线、温度等相关信息。显示规定：水位线显示精度：1cm，温度显示精度：.0.1度，水泵使用时间显示企业：1min。4.PLC：型号规格为SR30的由西门子公司研制的S7-200SMART系列。5.触摸显示屏：7寸屏SMARTLINE系列产品。6.系统为全自动工作中。7.水位传感器：4~20Ma电流量信号或0-5V工作电压信号组成检验液位仪导出信号。2.4.2基本被控设备的控制要求电机控制设备：电磁阀、交流接触器、变换开关等部件构成。1.全自动控制水泵运行，控制闸阀开度，能够根据控制规定实现自动控制温度，同时对温度太高太低开展报案。2.根据触摸显示屏可以显示现阶段水位线、水温水泵工作状态、警报情况等。3.系统可以存放历史记录，包含水位线，水温、温度报案等。本课题研究主要是针对洗浴会所的水温控制进行分析，并且以PLC为控制关键，设计方案达到洗浴会所使用需求的水温控制系统软件，该系统的水温控制主要分淋浴间水温度控温控制和淋浴室水温控制2个分系统构成，在其中都需要用到PID闭环控制温度控制器，根据对闭环控制参数有效选择来获得较好的控制精密度。根据水温温度感应器收集水温，以4-20MA的电流信号的方式传送给PLC的cpu中来计算，在PLC里的PID计算依据温度和混合的温度设定值之间的差别，运作结论以电子信号的方式发送给混合占比混合管冷水阀M1数据信号控制开度，从而进行水温调整，水温在恒温水箱中合水泵管路处做到或接近设置温度。本设计思路图如图2-2所示。图2-2本课题的设计思路把握控制对象的功能需求和控制流程，明确PLC外场硬件配置的规格及总数，此外对PLC的输入和输出做好规划，再设计电路图；再根据编程设计结论得出个控制部件动作流程表；最终依据流程表设计方案PLC子程序程序流程并且对程序执行仿真验证。2.5硬件部分由西门子公司研制出S7-200SMART系列中的PLC的CPU控制模块有许多种类，比如CPUSR20、SR30、SR40等，在其中依据原产地不一样其产品编号也不尽相同，但是最关键的型号选择时依据全面的需求决定的，比如CPUSR20是一个中小型的主机，其集成化通道仅有12输入/8输出，而CPUCR60通道数最多的服务器可以达到36输入/24输出，在选用时一定要结合实际情况有效选取，选取过多通道数则消耗通道网络资源，选取过短则全面的可扩展性有所下降。此外，还要依据电源的等级区别DC/AC供电系统型号规格及其依据DI数据信号和DO信号的功率类型选取电磁阀型或晶体三极管型，在常规控制场所由于规定比较大的输出负荷推动能力，因此选择电磁阀型比较多。表2-1PLC的模块选型名称型号提供的外围信号数量CPU模块CPUSR302模拟量输入输出模块EMAM066硬件选型层面，将主要从PLC的CPU模块和DI/DO模块开始选型，根据各自分辨全面的各种各样功能性需求，从控温掌控的设计规定考虑，对于交流接触器、低压电气元器件等硬件依照靠谱行第一并确定经济实用的基本原则开展选择。在电气设备原理图设计层面，将使用CAD绘图工具，在理解了选型硬件的联线原理前提下，设计电气控制系统原理图，然后进行仔细检查保证原理图恰当且有效，与此同时也要考虑到系统软件安装的可行性分析。2.6软件部分在软件编程层面应用STEP7，手机软件STEP7是西门子公司开发出来的，包含SIMATICS7，M7，C7等，监测和基本参数，在西门子工业手机中是非常重要的构成部分。应用西门子系统WinCCflexibleSMARTV3开展组态画面中的设计方案编程，将PLC流程和组态界面根据连接变量连接下去，连接变量分成内部结构变量和全过程变量。不用连接到外界控制器的变量称之为内部结构变量。连接到外界控制器的变量称之为全过程变量，内部结构变量可无限次的应用。让人们触摸显示屏就能管理程序，应该根据系统软件工作流程表依照模块化设计编程思路开展编程，争取用最简单的编程方式完成所有功能，并节约全面的CPU网络资源便捷为以后拓展空出室内空间。

第3章洗浴中心控制系统电气原理图设计3.1SMARTPLC介绍本课题研究将采取西门子系统SMARTPLC做为主控芯片关键，实现对洗浴会所的水温控制，所以需要对西门子系统SMARTPLC的相关应用与应用开展比较深入的了解。取代控制电动机顺序继电器电路的一种设备称之为PLC。SMARTS7-200是S7-200的最新版本，不但保存了RS-485端口，并且把I/O等级增强了。PLC由好多个模块构成，各是CPU、键入模块、输出模块和数控编程软件。SMARTPLC基本型有六个拓展模块，有60个I/O点，执行指令期为0.15分秒，与此同时配置了快速Cpu，促使成本费大大的获得控制。SMARTPLC还具备了以太坊端口，通过此端口能够联接许多其他的机器，例如组态软件触摸显示屏、电子计算机或者其它PLC因为有场效应晶体管的功效，CPU能够集成化CPU双路或是三路快速单脉冲输出，频率高达一百千HZ，与此同时能用PMW/PTO输出方法以及多种运动模式，运动曲线能够可设置来达到，特点是SMARTPLC具备MicroSD卡槽，根据插槽能够进行系统软件下载和固件下载，便捷简易，无需限于用同轴电缆开展该工作中。SMARTPLC的软件结构很简洁明了，易于将程序块迁移到其他新项目。程序段用键入、输出主要参数软件接口，易于完成结构化编程。PLCSMART特性有稳定性非常高，具有极强的抗干扰能力，其抗干扰能力依赖于防护，过滤及其屏蔽掉维护稳压管PLC其内部开关电源，PLC的键入输出接口传送数据信号一般采用光电耦合器，进而一定程度的减弱了外界影响。而且在PLC的开关电源处，都是有低通滤波器，进一步降低了电磁干扰。在PLC内部结构还设有看门狗电路，其作用是等流程进到无限循环或是实施时间发生异常的情况出现时，发出声响，确保CPU安全生产工作。此外，PLC还具备功能丰富的特征，根据好几个I/O点数据的传到传来，进行大规模控制，便捷针对比较大全面的控制，与此同时，PLC能够联接许多类型的外围设备，例如工业触摸屏，数据归档，打印出，或与数据连接，能够实现好几个设备接入下去一起工作，降低单独机器设备相关工作的局限。PLC组装、程序编写配备检修，改成也很方便，而且靠谱。如下图所示3-1所显示。图3-1西门子SMARTPLC3.2PLC外围I/O分配西门子系统PLC的CPU可由本机I/O点，其I/O具备固定详细地址。提升I/O等级能通过扩展模块和扩展信号板来达到。较大扩展模块数量为六个，安装于CPU模块的右侧，零号扩展模块随后CPU，信号板固定于CPU模块上。CPU分给数字信号I/O模块地址以字节为基准，1个字节根据八个点数字信号I/O构成，当升级输入时，输入模块的输入字节中未使用的位被归零。最先，确立每一个被控目标，并且对该被控对象和SMARTPLC间的插口信号进行统计，搞好基本的外围I/O数量分析与统计分析是促进PLC型号确立的关键因素。3.2.1淋浴水温和浴室水温控制要求分析如下图3-2所显示是本操纵系统的简单化基本原理平面图，系统存有2个电动式混水阀，和一个供电循环的电机，混水阀用以操纵冷水的注入，电机推动系统里面的水的循环流动性，在恒温水箱内部结构和推动水循环的电机出入口设置有温度感应器，收集温度数据信号，传送给CPU完成计算，根据PID控制优化算法调节阀以此来实现对2个温度加以控制任务，达到温度控制的需求。系统开始的情况下逐铛关掉S7，避免对闸阀器件的冲击性毁坏电子器件，每150秒为一档没慢慢关掉，以后等S7彻底关掉之后开展六分钟的循环，促使淋浴管道里区的冷水循环掉，避免水的温度太低，危害淋浴间实际效果，6分钟之后系统启动，系统中有两个图3-2温控系统的简化结构图部分进行PID温度调节，一个是在恒温水箱，另一个是在循环水泵处，PLC里的PID计算依据温度和混合在一起温度预设值之间的差别，运作结论以电子信号的方式发送给混合比例混合管冷水阀数据信号控制开度，从而进行水温调整，水温在恒温水箱中合离心水泵管路处做到或接近设置温度。剩下并没有需要用到的水循环系统返回恒温水箱。因为淋浴间水温和淋浴室水温的控制都具有相似的原理，为了能够清楚的对控制流程和原理开展确立剖析，绘制出最基本的控制原理框架图，如图3-3所显示。图3-3温度控制的原理框图1.设定温度设定温度一般是由上位机软件HMI开展键入设定，根据参数更改能够对设定温度开展更改，而淋浴系统软件的水温设定一般根据夏天和冬天的不一样温度设定有所不同。PLC内部有一个专用存储器用来存放设定温度。2.具体温度在淋浴泵出口，装上专门用来检验淋浴管道内的水的温度的感应器，热电偶，热电偶的信号根据智能变送器解决以后，转换成4~20mA的要求电流量信号，并通过连接电缆将信号传送至PLC接受，PLC内根据对4~20mA信号的测量范围变换解决，就可以转化为可利用的温度信号，并把此温度信号保存在专用存储芯片中应用。3.温度控制板在PLC内部结构，将设定温度与实际温度进行对比然后使用PID控制器，对电控阀的开度给出开展动态性设定，根据电动开关大门的适度调整，冷水和热水则能够有效的组合，这般便可做到淋浴水温度保持在设定温度的需求。3.2.2I/O信号统计根据以上的分析结论，对PLC的外围I/O的分析工作中基本上已完成，下边列举实际必须的外围I/O数量，见统计结论表3-1所显示。表3-1PLC的外围I/O信号统计名称DIDOAIAO水泵1100太阳能S7电动阀0011水池液位信号0010淋浴温度检测0010浴室温度检测0010淋浴温度控制电动阀开度给定0011浴室温度控制电动阀开度给定0011合计1163按照本系统的DI/DO数据信号统计，总需求为DI1，DO1，考虑到一定的预埋量，其核心模块CPU选择西门子系统制造的S7-200系列产品PLC的SR30，该模块具有18DI/12DO通道数量，达到系统要求。此外因为必须采集温度感应器的模拟量输入信号，同时也要输出3路模拟量输入信号用以更改电控阀大门的开度，因而采用EMAM06拓展模块完成环境温度信号的采集，该拓展模块具有4路热电阻键入安全通道，再采用一块EMAM06来达到1路水位传感器的信号采集，最终选择的EMAM06模块的输出一部分能够输出电信号，操纵电动调节阀的开度。为了能够清理确立PLC的选型结论，这儿列举具体选型表如表3-1所显示。依据PLC的选型结论，能够对PLC的外围I/O详细地址开展详细地址分派，见表3-2所显示。表3-2PLC的外围I/O信号地址分配输入信号名称地址系统启动I0.0系统停止I0.1液位传感器AIW20太阳能蓄水期断续阀S7AQW16淋浴泵出口水温AIW16浴室水温AIW18水泵启动接触器Q0.0恒温水箱混水阀M1AQW32浴室管道混水阀M2AQW183.3PLC接线图西门子系统PLC的端口号许多，适应力较弱，所以必须要对接线开展高精密设定，I/O接线一般采用截面为1mm2的输电线，最好是成双应用将交流电源和电流量比较大并且变化快的直流电线和弱电安装输电线分开。所有输入点同用同一个供电系统电源，L和M线接是指直流电二十四伏电源，八个导出点成双相匹配，每一组组中的输出只能用于同样电压等级的电源。在各个组的情形下，则状况反过来，可能选用不同等级的电压。内部结构电源公共端为1L和2L，必要时将两组成为一组，就把1L和2L联接。沟通交流电源与PLC的相线和零线相连，即L1、N。PE为接地保护，接地保护可以获得零电位避免金属材料外壳带电，消化吸收细微漏电电流，清除偏差，如静电感应电势差等，当系统软件处于即时传送时，对控制影响防护系统等都也起到了非常重要的作用。此外导出正本应有保护设备，避免CPU出现问题烧毁。为了维护PLC，使电磁阀使用期限拉长，应最好使用交流电流。本定制的PLC接线图如下图3-4所显示。图3-4PLC接线图3.4电路原理图设计3.4.1器件选型PLC型号选择：PLC选用德国SIEMENS企业的S7-200SMART型。CPU选用型号规格为CPUSR30经济实用CPU，输出功率为18W，输出功率30Hz，通信端口总数3个，其开关量导出为12点，键入为18点。CPU构造如下图3-5所显示。图3-5CPU结构图3.4.2电气接线图主配电设备回路是PLC、推动电机及自动控制系统开展供电系统主回路，推动电机选用三相交流异步电机，设计任务书规定，水泵的推动电机输出功率为1.5KW。通过估计，1.5KW电机的负荷电流为1.5~2.8A，应选择科学合理的维护开关对电机的保护，然后使用接触器对电机的运行和终止加以控制，这儿选择西门子系统电机维护开关和接触器，型号规格分别是3RV6411-1BA0和3RT6015-1AN22接触器，接触器线圈的驱动电压为交流电流220V。将外界开关电源引进自动控制系统后联接供电系统指示灯，指示灯选用380V沟通交流信号指示灯，为了维护指示灯损坏时不产生短路故障问题，在指示灯回路里选用断路器，熔断电流选用0.5A。入线开关选用3P隔离开关，因为被控制电机为1.5KW一台，换算总电流量约5A;其它的控制部件如PLC指示灯的功率较小，可忽略，那样总体电流量要求约20A，此外预埋一部分配电设备容积，入线隔离开关选择额定值分断电流为C-20A的3P塑料壳隔离开关。PLC供电系统开关选用西门子系统5SJ系列产品2P额定电压2A的隔离开关，型号规格：5SJ42017CC20，PLC系统的外部系统选用1个按键，用于对报警记录的复位操作，除此之外对PLC外围的别的数据信号均需要按要求连接。如下图3-6所示的是本全面的电气图纸设计方案结论。图3-6电气控制原理图

第4章控制系统软件设计控制系统软件开发一般应该按照以下几种流程去完成：主要对控制系统的所有功能和外场插口及其独特功能有所了解，对第三方机器设备有没有通讯等深入分析，设立了详细这个概念来具体描述全部控制系统，了解控制对象并进行筛选，分清控对象功能需求与信号主要用途，熟练掌握被测系统软件的每一个导出信号和检查信号的功能。第二步就是为了依据功能和总体功能必须明确程序的最基本框架剪力墙，依据操纵方法路径规定明确恰当控制流程图，并且以操纵加工工艺为原则规定，绘制该定制的功能流程图和程序框架图。第三步便是逐一撰写操纵程序，依据流程图和程序框架图，在程序撰写过程中对外场I/O信号及其内部结构存储器地址做好相应的标明。第四步便是对程序的调节认证查验。调试以前若程序的思路繁杂，为了能认证程序的操作流程准确性，应先开展模拟仿真，然后进行在线模拟调试，在线模拟调试以前，需要把PLC的内部导出点临时断开，明确程序运作准确无误后再逐功能、逐区域内的进行程序最后的调试。在程序的调试环节中，必须集中化出现未知错误，集中化改正错误，坚持不懈这个规律，保证程序最后达到功能规定。最终，对程序的结构和步骤及其功能作出较详尽的注解和表明，有利于别的作业人员维护及阅读文章。此章将根据之上流程，详细介绍该系统的软件开发历程。4.1STEP7-MicroWINSMART软件简介4.1.1系统块设置系统块，即SMARTPLC的系统配置对话框，是选择各种各样主要参数型号的界面，在系统块控制面板中能够选择操纵系统所使用的CPU型号，选择信号板的种类和扩展模块的类型，主要包含进行相关建筑项目采用型号的名字，版本，输出地址和电子器件产品编号。系统块具体内容结构和提示框里的编辑对象相关，编辑对象不一样则构造也不尽相同。如下图4-1所显示。图4-1系统块4.1.2符号表点一下新项目树枝方“符号表”按键开打开符号表，符号表关键是为了让客户直观地修改项目规划和地址的。在表格中修改以后，项目中的相对应部位还会全自动做出修改。这可以整体上的修改程序流程地址与名字，便捷相匹配修改，不很容易出现不正确。本定制的符号表如下图4-2所显示。图4-2符号表4.2PLC程序设计4.2.1设计思路PLC的外围I/O信号有：1.键入信号：恒温水箱水的温度信号、淋浴间泵出入口水的温度信号、液位仪信号；2.导出信号：淋浴管道电动式混水阀（模拟量）、恒温水箱电动式混水阀（模拟量）、太阳能发电S7电动调节阀（模拟量）。该系统通过把感应器接收到的温度数据与设置温度对比，根据PID计算，控制阀门的开关，操纵凉水的注入，从而实现操纵温度。这儿将根据此基本原理得出PLC控制流程表，e(k)为误差量，ε为允许误差，如图4-3所显示。图4-3淋浴管道恒温控制流程图因为淋浴管道恒温控制与淋浴室水的温度恒温操纵的基本原理及其流程表相近，因而淋浴室水的温度恒温掌控的流程表这儿不会再得出，可以参考一下淋浴管道恒温控制流程图就可以。4.3PLC的模拟量采样子程序设计4.3.1模拟量采样原理模拟量收集扩展模块，他们具备模拟量输入安全通道各是2~8路，能够实现对热电阻、热电偶、工作电压、电流量信号的收集。在其中标准化的模拟量输入模块信号键入为非：0～10V、0～5V、±2.5V、±5V、0～20mA；屏幕分辨率：12bit；变换速率：250us；模拟量信号完成信号防护。模拟量输入模块寻址方式要以模拟量的键入印象区详细地址分辨的，CPU内部结构存储器的AI区是专门针对模拟量输入分配存放区，外围的模拟量信号根据印象方法存储在AI区域相匹配详细地址中。S7-200SMART在转化进行一组模拟量信号后将一个字长短（16bit）的数字量存储在AIW详细地址中，实际依照安全通道详细地址不一样表示为：AIW0……AIW30,详细地址起始位零，依照双数进行分割，印象区域所有数据全是写保护数据信息，不可以在系统中开展载入实际操作。模拟量的输入值是通过现场传感器变送器导出的电压或电流量信号，依据信号类型不同区分为0~10V、0~20mA或4~20mA这些，在模拟量输入模块里面存有专门A/D变换线路，能够把这种信号转化为PLC内部结构可以读取的数字量。S7-200SMART的0~20mA模拟量输入转化结果显示0~27648的数字量，4~20mA的模拟量输入转化结果显示5300~27648的数字量.在程序流程内部进行具体计算时，必须选择不同的测量范围变换优化算法对于这个数字量开展数学课转化。本设计方案选用4-20ma的模拟量输入。4.3.2模拟量输入数据转化具体参量如系统压力、总流量值这些是由模拟量转换获得，如果采用此方法会更便捷，而并非得到一个0-27648的数值根据S7-200SMARTCPU的计算。根据下列计算公式能够对模拟量的键入/导出开展转换测算。式中——换算结果；——换算对象；——换算结果的高限；——换算结果的底限；——换算对象的高限；——换算对象的底限。它们之间的关系可以图示图4-4所示。图4-4模拟量输入与转化输出的换算关系图当信号进到CPU控制模块后，在PLC的结构，对每一路的模拟量信号都是有准确的详细地址分派，以在其中的一温度感应器取样信号为例子，详细地址分派为AIW0，依据此感应器来讲，传感器导出温度信号相对应的温度数值0~100℃，在软件编程平台下，根据式（4-1）中列举的原理表达式，设计一个模拟量转换程序段就可以实现电气设备全过程量与物理现象量间的转换，转换后的结果就可以用以监管、控制等，如下图4-5所显示。图4-5模拟量转化子程序调用图4-5只提出了模拟量输入的转换启用程序流程，其子程序运行中遵循4-1公式计算开展的具体测算，本设计方案需要将模拟量输入转化成数字信号，将要4-20ma电流信号转化成数据量的数值，将标值送至CPU完成计算，根据PID计算控制阀门开度，如下所示得出回应的子程序截屏，如图4-6，4-7仿真模拟闭环控制的子程序截屏如4-8。图4-6模拟量转化子程序调用图4-7模拟量转化子程序内部程序截图模拟量转化的过程如下图所示。图4-8模拟量转化过程图4.4恒温控制梯形图设计4.4.1系统启动 应用SR触发器原理，寄存器地址为M10.0，当开机启动按钮I0.0被启动时，M10.0被置位为1，表明现阶段处在运行状态，当按住系统软件终止按钮I0.1时，M10.0校准为零。与此同时，添加HMI按钮是为了让在控制柜上自动控制系统启停当设备在全自动状态时，Q0.0水泵接触器线圈得电，水泵吸合运行。然后使用上升沿命令，系统初期的运行状态开展置位，寄存器地址为M0.2。程序流程见下面。图4-9系统的初始化以及模拟闭环程序4.4.2启动时程序通过按键依次接通图4-10系统的启动程序4.4.3电动阀S7控制程序依据上述的控制流程，程序中应用时间控制器T37~T39来按时S7电动阀的挡位时长转换时长，应用T40做为最后6min正常运转双模式按时，当T40得电时，系统软件宣布进入正常运转方式。下面的图程序向各挡位的定时器逻辑性程序。图4-11定时程序图4-12启动阶段的定时控制程序在不同定时器得电情况及其系统软件的工作环境下，电动阀S7的给定不一样，依据模拟量的4~20mA相匹配5300至27648数字特性，对AQW0电动阀S7模拟量给定系数的测算，必须遵照特殊标准，比如：量程为5300~27648相匹配4~20mA的模拟量导出，量程区段为27648-5300=22348，60%相匹配数值5300（22348/10*6）=18709程序如图4-13所显示。图4-13电动阀S7的输出控制程序4.4.4PID子程序设计控温掌控的编程设计思路如下所示：最先，根据需求，必须进到自启动情况，之后在相对应的逻辑性环境下进行流程的设计方案，应注意的是，因为运用了PID控制优化算法，使用S7-200SMART程序编程中，已对PID控制控制回路做好了向导作用。S7-200PLC的数控编程软件Micro/WIN带来了PIDWizard(PID命令向导)能够帮助大家容易地生成一个闭环控制系统过程的PID优化算法此向导能完成绝大部分PID计算的数控编程软件用户只需要在源程序中启用PID向导形成程序段就可以完成PID控制每日任务[11]。因为输出系数的过程量是4~20mA，所以在输出参数设置页面中需要注意将输出低限设为5300，向导创建过程如图4-14至图4-16所显示。图4-14在项目树形列表中找到PID向导并打开图4-15选择LOOP0进行回路的组态图4-16对闭环参数进行初步设置图4-17设置实际值的物理参数图4-18设置输出值的物理参数图4-19PID控制面板下图为初始设置，设置系统软件开始时的一些主要参数，“被控对象”的输出值是PID0_CTRL的键入变量“全过程变量”的子程序，子程序“被控对象”的输入值是PID0_CTRL的输出变量“PID导出”，PID闭环控制从而构成。按时中断0被PID_EXE需要用到的，按时中断1被仿真模拟被控对象的中断程序流程所占据。2个按时中断的时间也有一定的时间间隔，是时间均是200ms间距。RUN方式时刚运作时，常开接触点SM0.1关闭，SMB35接到按时中断1的送出去的时间间隔200ms，ATCH命令作用是联接中断程序流程INT_0和序号为11的按时中断1的中断事情。在中断程序流程INT_0中，子程序“被控对象”根据关闭的SM0.0的常开接触点来启用，复位实际操作根据主要参数COM_RST，如下图4-20所显示。图4-20系统的初始化以及模拟闭环程序并不需要启用中断程序INT_0和这其中的子程序“控制对象”在实际的PID控制系统中，只需要在源程序中应用子程序PID0_CTRL，真实生产制造运用里的AI控制模块的地址相匹配其输入数据PV_I，实际应用中的AO模块详细地址对应着输出OUTPUT。图4-21被控对象子程序4.5WinCCflexibleSMART组态软件4.5.1WinCCflexibleSMART软件介绍WinCCflexibleSMART主要是用来用于西门子系统SMARTLINE精彩纷呈系列产品触摸屏的专用画面组态手机软件，其组态画面审美感受功能与WINCCPORTAL相近，组态的功效形式多样，能够实现多种多样画面显示功能。最主要的时这个系列的触摸屏和组态手机软件能极其方便快捷的完成和西门子系统S7-200SMART系列产品PLC中间通信，此软件具备十分强大的功效，而且占空间小，特别适合用于中小型自动化技术里的应用，对于本设计方案，所选用的组态app是WinCCflexibleSMARTV3版本号，所选用的触摸显示屏是7寸WINCCSMARTLINE系列屏，根据网络线与PLC连结，在触摸屏上操纵PLC工作，完成我院洗浴会所水的温度控制系统的画面组态。WinCCflexible，德国西门子系统（SIEMENS）企业工业生产全集成自动化（TIA）的子商品，是一款面对设备的自动化技术理论的HMI手机软件。WinCCflexible用于组态操作界面以操作控制监控设备与设备，带来了对面对解决方法理论的组态任务适用。WinCCflexible与WinCC十分相近，全是组态手机软件，而前面一种根据触摸屏，后面一种根据工控电脑。4.5.2软件安装准备好WinCCflexibleSMARTV3安装文件后，必须最先重新启动PC，不然有可能不兼容出错，缓解压力以后将根据安装向导一步一步的进行程序安装，如图4-22所显示。图4-22组态软件的安装4.5.3组态画面的设计能够对2个PID回路的输出状态、水温掌控的实际值和预设值，根据棒形图的形式进行监管，同时能依据设置的主要参数判断目前是不是出现报案状态，并通过显示灯观查报警系统。能通过提温减温案子具体水温的采集数据，全面的开启和关掉根据按键启动停止来调节的。图4-23组态画面的设计结果4.5.4与S7-200SMART系列PLC的通讯在建立通讯以前，首先要定义通讯变量，将PLC程序流程里的开关变量地址与触摸屏上的相对应的开关，棒图，I/O域等设成一样的地址，就能够完成触摸显示屏与PLC的关联，操纵触摸屏就能够管理程序的落实，连接变量便是用以连接二者的一个方法，方式。这儿列出必须定义的变量及其变量