1、本 科 生 毕 业 论 文（设计）题 目： 基于 PLC 和组态王的温度控制 系统设计 院 系： 信息科学与技术学院 专 业： 自动化 附表一、毕业论文开题报告论文（设计）题目：基于 PLC 和组态王的温度控制系统设计研究背景、意义：在工业生产过程中，温度是最常见的过程参数之一。在冶金、化工、电力、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。由于其具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点，它对控制调节器要求极高。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为 PID 控制。可编程控制器(PLC)是一种应用非常广泛的自动控制装置，
2、它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性高、适宜长期连续工作的特点，非常适合温度控制的要求。基于PLC 的温度控制系统以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、能耗低等优点深受许多用户的青睐，在工业温度控制场合得到了广泛的应用。同时，人机界面的出现可以使用户对控制系统进行全面监控，包括参数监测、信息处理、在线优化、报警提示、数据记录等功能，从而使控制系统变得简单易懂、操作人性化。研究内容：本论文研究的是 PLC 技术在温度监控系统上的应用。从整体上分析和研究了控制系统的硬件配置、电路图的设计、程序设计，控制对象数学模型的建立、控制算法的
3、选择和参数的整定，人机界面的设计等。设计方法：通过西门子PLC控制器，温度传感器将检测到的实际炉温转化为电压信号，经过模拟量输入模块转换成数字量信号并送到PLC中进行PID调节，PID控制器输出量转化成占空比，通过固态继电器控制炉子加热的通断来实现对炉子温度的控制。同时利用组态软件组态王设计一个人机界面（HMI） ，通过串行口与可编程控制器通信，对控制系统进行全面监控，从而使用户操作更方便。总体上包括的技术路线：硬件设计，软件编程，参数整定等。相关支持条件：西门子 PLC 控制器 组态软件组态王预期成果：在西门子工控产品 PLC 和组态王的基础上，我们设计出反应迅速，控制精度高、抗干扰能力强、
4、稳定可靠的温度控制系统。结合人机界面，系统美观易懂，操作简单快捷。设计进度：预计 5 个月可完成：第 1 个月：重点学习西门子 PLC 和组态软件的使用方法。第 2 个月：PLC 控制系统和控制器的设计。第 3 个月：人机界面的设计。第 4 个月：对整个系统进行全方位的调试及完善。第 5 个月：论文写作。学生签名： 年 月 日指导教师意见：1、同意开题（ ） 2、修改后开题（ ） 3、重新开题（ ）指导教师签名： 年 月 日附表二、毕业论文过程检查情况记录表指导教师分阶段检查论文的进展情况（要求过程检查记录不少于 3 次）：第 1 次检查学生总结：控制系统硬件设计。在掌握了可编程控制器（PLC
5、）的组成、工作原理以及充分了解被控对象的基础上，选择了西门子 S7-200 系列 PLC CPU226 为控制器，K 型热电偶作为温度检测传感器，再加上固态继电器和烤炉组成了温度控制系统。根据硬件连接图完成控制系统实际的硬件连接。指导教师意见：第 2 次检查学生总结：控制系统软件设计。认真学习 PLC 的功能指令，在掌握系统硬件工作过程的基础上画出控制程序流程图，然后利用编程软件 STEP7-Micro/WIN 编写了梯形图程序。编程时应用了编程软件自带的 PID 指令向导模块，使得程序结构简单，更容易理解。指导教师意见：第 3 次检查学生总结：人机界面设计。在比较了西门子公司的 Wincc、
6、罗克韦尔公司的 RsView及国产的组态王等组态软件后，发现组态王更容易操作且能达到我们的要求，所以我们用组态王做出了控制系统监控界面，包括主界面、设定画面、实时趋势曲线、历史趋势曲线和报警窗口等画面。这样，整个系统操作简单，控制方便，大大提高了系统的自动化程度和实用性。指导教师意见：第 4 次检查学生总结：对整个系统进行多次测试后得出结果，完成了整个论文的撰写。指导教师意见：学生签名： 年 月 日指导教师签名： 年 月 日总体完成情况指导教师意见：1、按计划完成，完成情况优（ ）2、按计划完成，完成情况良（ ）3、基本按计划完成，完成情况合格（ ）4、完成情况不合格（ ）指导教师签名： 年
7、月 日附表三、毕业论文答辩情况答辩人 专 业论文（设计）题目答辩小组成员答辩记录：记录人签名： 年 月 日I摘 要可编程控制器是一种应用很广泛的自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性高、适宜长期连续工作的特点，非常适合温度控制的要求。在工业领域，随着自动化程度的迅速提高，用户对控制系统的过程监控要求越来越高，人机界面的出现正好满足了用户这一需求。人机界面可以对控制系统进行全面监控，包括过程监测、报警提示、数据记录等功能，从而使控制系统变得操作人性化、过程可视化，在自动控制领域的作用日益显著。本文主要介绍了基于西门子公司S7-2
8、00系列的可编程控制器和亚控公司的组态软件组态王的炉温控制系统的设计方案。编程时调用了编程软件STEP 7 -Micro WIN中自带的 PID控制模块，使得程序更为简洁，运行速度更为理想。利用组态软件组态王设计人机界面，实现控制系统的实时监控、数据的实时采样与处理。实验证明，此系统具有快、准、稳等优点，在工业温度控制领域能够广泛应用。关键词：温度控制 可编程控制器 人机界面 组态王IIAbstractProgrammable Logic Controller (PLC) is a kind of automatic control equipment which is widely used
9、 in the industrial manufacture. It merges the traditional control technology, computer and communication technologies with a strong ability to control, flexible operation, high reliability and suitable for long-term characteristics of continuous work. It is very suitable for temperature control requ
10、irements.In the industrial field, with the rapid increase in the degree of automation, it is more and more important to monitor the process of control system for the users. The emergence of human-machine interface meets the needs of users. Man-machine interface can comprehensively monitor the contro
11、l system, including process monitoring, alarm, data logging and other functions, so that the control systems have become user-friendly operation, the process of visualization and it will play more and more important part in the field of automatic control.This essay mainly introduces a design of temp
12、erature control system with SIMATIC programmable logic controller (PLC) and configuration software Kingview which is developed by Beijing Yakong Company. When programming, we use the PID control arithmetic software module which is contained in the program software STEP 7 -Micro WIN so that the progr
13、am looks easier and operates more quickly. In order to monitor the control system and process data in actual time, we designed Human Machine Interface（HMI）with the configuration software Kingview. The result of experiment proves that this temperature control system could run quickly, accurately and
14、have good stability, which is the advantage of the control system. This control system has been widely used in the industrial temperature control field.With the continuous development of automatic science and technology, high-precision, intelligent, user-friendly temperature control system is the in
15、evitable trend of development at home and abroad.Keywords: Temperature Control PLC HMI KingviewIII目 录第一章 前言 .11.1 项目背景、意义 .11.2 温控系统的现状 .21.3 项目研究内容 .3第二章 PLC 和 HMI 基础 .52.1 可编程控制器基础 .52.1.1 可编程控制器的产生和应用 .52.1.2 可编程控制器的组成和工作原理 .52.1.3 可编程控制器的分类及特点 .82.2 人机界面基础 .82.2.1 人机界面的定义 .82.2.2 人机界面产品的组成及工作原理
16、.92.2.3 人机界面产品的特点 .9第三章 PLC 控制系统硬件设计 .103.1 PLC 控制系统设计的基本原则和步骤 .103.1.1 PLC 控制系统设计的基本原则 .103.1.2 PLC 控制系统设计的一般步骤 .113.2 PLC 的选型与硬件配置 .133.2.1 PLC 型号的选择 .133.2.2 S7-200 CPU 的选择 .143.2.3 EM231 模拟量输入模块 .143.2.4 热电式传感器 .163.3 I/O 点分配及电气连接图 .173.4 PLC 控制器的设计 .173.4.1 控制系统数学模型的建立 .173.4.2 PID 控制及参数整定 .19第四章 PLC 控制系统软件设计 .224.1 PLC 程序设计方法 .224.2 编程软件 STEP7-MICRO/WIN 概述 .234.2.1 STEP7-Micro/WIN 简单介绍 .234.2.2 梯形图语言特点 .244.2.3 STEP7-Micro/WIN 参数设置（通讯设置） .254.3 程序设计 .274.3.1 设计思路 .274.3.2 控制程序流程图 .274.3.3 梯形图程序 .284.3.4 PID 指令向导的运用 .314.3.5 语句表（STL ）程序 .35第五章 基于组态王的 HMI 设计 .37
