基于PLC和组态王的温度控制系统设计.ppt

1、基于PLC和kingview的温度控制系统设计、076102103王立丰076102105万亿震、基于PLC和HMI的可编程逻辑控制器是工业控制计算机，它使用可编程内存执行逻辑、顺序、计时、计数和计算等功能，并通过数字或模拟输入和输出控制各种机器或生产流程。基于可编程控制器，可编程控制器配置和工作原理，人机界面产品的特性，(1)简化系统操作，(2)简化系统操作，(3)显示警告，(4)数据存档，(5)报告系统，PLC控制系统硬件设计，PLC硬件配置主要从系统设计结构和硬件设计的角度介绍了项目的PLC控制系统设计阶段、PLC的硬件配置、外部电路设计以及PLC控制器的设计和参数设置。了解PLC控制系

2、统设计的基本原理和程序、PLC的基本工作原理和命令系统后，可以将PLC应用于实际工程项目。无论PLC配置分布式控制系统还是独立控制系统，PLC控制部分的设计都可以参考图中所示的步骤。PLC控制系统设计阶段，PLC控制系统设计的一般阶段，1 .熟悉控制对象2。选择硬件3。应用程序创建4 .程序调试5 .创建技术文件，选择PLC和硬件配置，选择PLC型号此温度控制系统选择德国西门子的S7-200系列PLC。S7-200 PLC是一个小型一体式PLC，标配RS-485通信接口、内置电源和I/O接口。灵活的硬件配置，允许您使用单个S7-200 CPU配置简单的数字音量控制系统，或通过扩展电缆配置数字音

3、量I/O模块、模拟模块或智能接口模块的扩展，配置更复杂的中型控制系统10。完整S7-200系列PLC实物图片。已选择S7-200 CPU；S7-200系列PLC的类型包括CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP和CPU226。此系统使用S7-200 CPU226，CPU226集成了24点输入/16点输出，总计40个数字I/O。最高可连接248点数字或35点模拟I/O的7个扩展模块。它还具有13KB程序和数据存储空间、6个单独的30KHz高速计数器和2个带有PID控制器的单独20KHz高速脉冲输出。2个RS485通信端口，PPI、MPI和自由通信功能，传输速率高达38.4 kb

4、it/秒，可用于要求苛刻的中小型控制系统11。此温度控制系统具有较少的输入/输出点数，因此可以使用CPU224或更低的类型，但是要调用编程软件STEP 7的PID模块，必须仅使用CPU226或更高的型号。EM231模拟输入模块，在该温度控制系统中，传感器检测到的温度必须转换为041mv的电压信号，配置模拟输入模块以在系统中处理此情况，将电压信号转换为数字信号，然后传输到PLC。在此选择了Siemens EM231 4TC模拟输入模块。EM231热电偶模块为j、k、e、n、s、t和r类型的7种热电偶类型提供方便的隔离接口，连接到模块的所有热电偶必须是同一类型，建议使用屏蔽热电偶传感器。EM231

5、模块必须通过DIP交换机进行用户配置。SW1SW3用于选择热电偶类型，SW4不用于选择断开检测方向，SW5用于选择是否检测断开连接，SW7用于选择测量单位，SW8用于选择是否补偿冷端。此系统使用k型热电偶，因此DIP交换机SW1SW8配置为000000。EM231具体技术指标见表3-1。型号EM231模拟输入模块整体特性外形规格：71.2mm80mm62mm功耗：3W输入特性默认输入：4路模拟输入电源电压：标准直流24V/4mA输入类型：010V、05V、5V、2.5V、020mA分辨率：3W输入特性默认输入所有输入均设置为相同的模拟输入范围。在表格中，ON表示连接，OFF表示断开连接。EM2

6、31校正和配置位置也如图所示，热电传感器(热电传感器)是将温度变化转换为功率变化的设备。在各种热电传感器中，将温度量转换为电势和电阻的方法是最常用的。其中最常用的测量温度的是热电偶和热电阻，热电偶将温度变化转换为电位变化，而热电阻是将温度变化转换为电阻的变化。这两种热电传感器目前广泛用于工业生产。该系统需要使用传感器将温度转换为电压，火炉的温度最高可达数百度，因此选择热电偶作为传感器。热电偶是业界最常用的温度检测元件之一。国际标准热电偶有7种类型：s、b、e、k、r、j、t，系统选择了温度测量范围约为01000的k型热电偶，如表3-3所示。安装在系统上的烤炉的最高温度只有几百度，但与一定的余量

7、在一起就足够了，其成本也不超过12。I/O点分布和温度控制系统的I/O点分布表格显示在表格中的电气连接图。2)系统范围的设计和硬件连接图。系统将PLC CPU226转换为控制器，k型热电偶将检测到的实际炉温转换为电压信号，通过EM231模拟输入模块转换为数字量信号，对PLC进行PID调整，将PID控制器输出量转换为占空比，通过固态继电器控制炉温的通过制动，控制炉温。连接了PLC和HMI，实现了系统的实时监控。完整的硬件连接图如图3-4和3-5所示。图3-4系统框架图，PLC控制器的设计，控制器的设计是基于模型控制设计过程的最重要步骤。首先，根据控制对象的数学模型及其属性和设计要求，确定控制器的

8、结构以及如何连接到控制对象。然后根据所需的性能度量确定控制器的参数值。控制系统数学模型的建立，在本温度控制系统中，传感器(电热耦合)将检测到的温度信号作为电压信号通过转换温度模块后，与设定温度值进行比较，获得偏差。此偏差被发送到PLC控制器，由PID算法修改，在该条件下返回固态继电器传导时间，电气导线的有效加热功率进行了调整，从而实现了加热炉的温度控制。控制系统原理图如图3-6所示，方框图如图3-7所示。图3-6控制系统结构图，R(s)是设定温度的拉普拉斯变换；E(s)是偏差拉普拉斯变换。Gc(s)是控制器的传递函数。Go(s)是一个广义对象，它结合了控制阀、对象控制通道和测量传递设备三个方面

9、。该温度控制系统是具有时间延迟的一阶闭环系统，传递函数是(3-1)式3-1中对象的放大系数。物件时间常数。物件的时间延迟。(3-2)通过步长响应方法获得，=0.5；=2.5分钟；=1.2分钟。PID控制和参数调整、比例、积分、微分三种控制方法各自具有独特的作用。比例控制是最基本的控制规律之一，反应快，可以及时调节，但控制结果有差异的特点。积分控制可以消除多馀，但是与比例控制相比，如果积分控制不是无穷大，积分控制就不能像比例控制那样及时响应偏差，因此控制器的输出变化总是落后于偏差的变化，很难及时有效地控制干涉。差分作用对偏差的变化速度作出反应，因此，如果偏差发生变化，控制器可以根据变化速度的大小

10、适当地改变相应的输出信号，从而及时克服干扰的影响，抑制偏差的增加，提高系统的稳定性。但是，理想微分控制器的控制结果也不能消除多余，控制效果比纯比例控制器差。比例积分微分(PID)控制(3-3的数学表达式)被分组为比例系数、积分时间常数和微分时间常数。根据上述分析，该温度控制系统适用于PID控制。PLC控制系统软件设计、PLC控制系统设计主要包括硬件设计和软件设计两部分，上一章对本项目的硬件连接进行了详细讨论。本章详细介绍了基于硬件设计的本项目软件设计，包括软件设计的基本步骤、方法、编程软件step 7-micro/win简介和项目编程。PLC编程方法，1 .图形编程(1)梯形图方法(2)逻辑流

11、程图方法(3)顺序流程图方法(4)步进顺序控制方法2。体验式编程3。计算机辅助设计编程、STEP7-Micro/WIN简要介绍、STEP7-Micro/WIN参数设置(通信设置)、在此项目中，要使PLC与计算机正确通信，可以安装STEP7-Micro/WIN编程软件并设置硬件，然后按照以下步骤进行通信设置(1) STEP7-Micro/WIN运行时，单击“通信”图标或从“视图”菜单中选择“通信选项”，将出现“通信”对话框(请参阅图4-2)。(2)双击对话框中PC/PPI缆线的图标，将出现“PG/PC接口”对话框，或者也可以直接单击视图栏中的“设置PG/PC接口”。如图4-3所示。PG/PC接口

12、对话框，(3)单击Properties按钮时，将显示接口属性对话框，以验证每个参数的属性是否正确。其中通信波特率的默认值为9.6kbps，如图4-4所示。通信参数设置、编程、设计思想PLC运行时，通过特殊中继SM0.0生成初始化脉冲、温度设置、PID参数值等存储在相关数据寄存器中，重置计时器；按“start(开始)”按钮后，系统开始温度采样，采样周期为10秒。k型热电偶传感器将测量的温度转换为标准量(0-41毫伏)。模拟输入通道AIW0通过读取0-41毫伏特的模拟电压量来实现PLC供应给。程序计算后，导出实际测量的温度t，并将t与温度设置进行比较，计算基于偏差的调整量，以执行曹征命令。阶梯程序

13、，打开绿色指示灯，关闭红色信号灯，在上述程序中，I0.1和I0.2分别是启动和停止按钮，Q0.0和Q0.1分别是系统活动指示灯(绿色灯等)和系统停止指示灯(红色灯等)，M0.0和M0.1是中间继电器。程式设计软体中包含的PID副程式使用SM0.0直接呼叫，并使用PID指示精灵进行程式设计。在上述说明中，PV_I是反馈值。也就是说，热电偶将检测到的当前温度值发送到温度模块后输出的模拟电压值AIW0；Setpoint_R是设置。每个PID回路都有两个输入变量，用于指定值SP和流程变量PV。在运行PID命令之前，必须将其转换为标准浮点实数。将整数值转换为浮点实数值，然后规格化实数值，使其成为0.0到

14、1.0之间的实数。规范化公式是R1=(R/S M) (3-1)中R1是标准化的实际值。r是未标准化的实际值。m表示偏置，单极为0.0，双极为0.5；s为范围大小、最大允许值减去最小允许值、单极性为32000、双极为6400017。在本主题中，R=100表示设置温度100度。S=32000，M=0.0，因此按照规范化公式R1=100/32000 0.0=0.03125(set point _ R为0.03125)将PID电路输出转换为双工第一个命令MUL_R的INT2为100.0，因为PID循环的输出PID0_Output是介于0.0和1.0之间的实数值，并且您已将取样时间设置为10秒。ROUN

15、D将实数转换为双整数，DI_I将双整数转换为整数。VW2和VW4分别是采样期间的加热时间和指责时间。上述程序使用两个100毫秒计时器T241和T242控制加热时间。其中Q0.3是连接固态继电器的输出端子。该网络中的程序是通过STEP7-Micro/WIN编程软件在计算机上显示当前温度和设置温度值而编写的，实际上是规范化的反向过程。如果没有网络，则显示的温度值是规范化的实际值，不便于记录和观察。使用PID命令向导，STEP7-Micro/WIN提供PID命令向导(PID Wizard)，使闭环控制进程的PID算法易于生成。此向导完成了大多数PID操作的自动编程，用户只需调用主程序中PID向导生成

16、的子例程即可完成PID控制操作。PID向导可以生成模拟输出PID控制算法和交换机输出。连续自动调整和手动参与控制都支持18。此程序使用STEP7-Micro/WIN软件附带的PID命令向导。程序容易理解，也能满足控制要求。如图4-6所示，首先打开命令向导，然后选择PID。图4-6显示了配置PID命令并单击“下一步”后的图4-7。图4-7是编辑0的PID配置的设置，图4-8是配置PID循环参数的设置。其中增益Kc=120，积分时间为3分钟，微分时间为1分钟，采样时间为10秒。此外，PID循环的设置点设置为0.0-1.0，以便于规格化。图4-8 PID参数设置，如图4-9所示，典型的单播范围为0-

17、32000。图4-9循环输入、输出设置、上述所有步骤设置后，必须根据电路表为PID参数分配存储地址，如图4-10、图4-11和图4-12所示。图4-10为PID配置分配内存，图4-11初始化子程序生成，图4-12为配置创建项目组件，PID配置终止，基于kingview的HMI设计，人力接口(HMI)设计，以及HMI屏幕是用配置软件(包括西门子的Wincc、rockwell的RsView、国内kingview、反向控制等)创建的，在工程管理器中双击工程名称即可显示工程浏览器。在工程图浏览器中，双击新图标以创建新屏幕，如图所示。这里制作了监控主界面、实时趋势曲线、历史趋势曲线、警报窗口等画面。下面详细介绍了每个屏幕的设计方法。、监视主界面打开开发系统页面后，打开画廊管理器，将开关、温度测