1、安 徽 大 学机械与电气工程学院毕业设计(论文)课 题： 基于 s7-200 PLC 的温度控制系统设计 专 业： 自 动 化 安 徽 建 筑 大 学 机 械 与 电 气 工 程 学 院二一三年六月安徽建筑大学 毕业设计（论文）摘要随着科学技术不断进步和社会飞速发展，热水器成为人民日常生活息息相关的电器产品；。设计方法也开始多种多样，从而使全自动热水机显得更加智能化。可编程控制器(PLC)以微处理器为核心，普遍采用依据继电接触器控制系统电气原理图编制的梯形图语言进行程序设计，编程容易，功能扩展方便，修改灵活而且结构简单，抗干扰能力强。S7-200 系列可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入
2、扩充设备，有丰富的特殊扩设备，其中的模拟输入设备和通信设备更是符合全自动洗衣机控制系统的要求与特点。本设计选择 S7-200 为核心部件，着重进行硬件接口设计，利用梯形图和指令表进行编程，实现了水的加热控制系统的自动化。在整个设计程序以及程序结束的处理操作过程中，更快捷。总之，整体梯形图的设计简练，有很强的可读性及操作性。关键字：PLC 、继电接触器、可编程控制器、自动化ModelAlong with the constant progress of science and technology and the social rapid development, the water heate
3、r become Peoples Daily life is closely linkedElectrical products; . Design method are also beginning to varied, so that the automatic hot water machine appear more intelligent. Programmable controller (PLC) in the microprocessor as the core, the widely used electrical principle diagram based on rela
4、y contactor control system establishment of ladder diagram programming language, programming easy, convenient function extension and modification flexible and simple structure, strong anti-jamming capability.S7-200 series programmable controller instruction is rich, can meet various output and input
5、 expansion equipment, has a lot of special equipment, and the analog input equipment and communication equipment is in accordance with the requirements and features of fully automatic washing machine control system.This design choose S7-200 as the core part, emphatically carries on the hardware inte
6、rface design and programming using ladder diagram and instruction list, automate the water heating control system. Throughout the design process, in the process of the processing operations by the end of the program and more quickly. In a word, the whole ladder diagram design concise, has the very s
7、trong readability and operability.Key words: PLC, relay contactor, PLC, automation安徽建筑大学 毕业设计（论文）1 绪论 .12 系统的介绍 .32.1 系统的描述 .32.2 系统的功能 .32.3 系统的流程图 .43 硬件设计 .53.1 温度变送器 .53.3PLC 的简介 .103.3.1 PLC 主机的选型 .103.3.2 PLC 的输入和输出模块的选型 .113.4 PID .123.4.1 PID 在 PLC 中的回路指令 .143.4.2 回路输入输出变量的数值转换方法 .153.4.3 实数
8、归一化处理 .153.4.4 PID 参数整定 .153.5 可控硅 .164 软件设计 .17.1 软件的设计 .174.2 程序的编写 .18致 谢 .23参考文献 .24附录 .25附录 2.281 外文文献 .28安徽建筑大学 毕业设计（论文）11 绪论温度及湿度的测量和控制对人类日常生活、工业生产、气象预报、物资仓储等都起着极其重要的作用。在许多场合，及时准确获得目标的温度、湿度信息是十分重要的，近年来，温湿度测控领域发展迅速，并且随着数字技术的发展，温湿度的测控芯片也相应的登上历史的舞台，能够在工业、农业等各领域中广泛使用。自 70 年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子
9、技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国内外温度控制系统发展迅速，并在职能化、自适应、参数自整定等方面取得成果，在这方面，一日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，都产生了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表，并在各行各业广泛应用。其中 PLC 的快速发展使得各种控制系统更加的简洁，效率更高，而且系统稳定可靠。S7-200 是西门子公司开发的一种可编程控制器。PLC（Programmable Logic Controller）可编程逻辑控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序
10、控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。S7-200 系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。温度控制系统在国内各行各业的应用虽然十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比仍然有着较大的差距。目前，我国
11、在这方面总体水平处于 20 实际 80 年代中后期水平，成熟产品主要以“点位”控制及常规的 PID 控制器为主，它只能适应一安徽建筑大学 毕业设计（论文）2般温度系统控制，难于控制滞后、复杂、时变温度系统控制。而适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟。形成商品化并在仪表控制系统参数的自整定方面，还没开发性能可靠的自整定软件。参数大多靠人工经验及我国现场调试来确定。随着科学技术的不断发展，人们对温度控制系统的要求越来越高，因此，高精度、智能化、人性化的温度控制系统是国内外必然发展趋势。本次设计即是利用温度控制硬件设备、计算机与 PLC 相结合，实现对水箱温度自行控制的测
12、量。本装置主要由电源、S7-200 PLC，模拟量输入模块，模拟量输出模块，计算机，温度传感器及变送器，电力调整器、水箱构成。本次设计设计以上各个部分。本论文主要完成温度的采集，温度的调节以及水加热系统的设计。安徽建筑大学 毕业设计（论文）32 系统的介绍2.1 系统的描述本系统为基于 PLC 的水箱温度控制系统。开始的时候打开入口电磁阀箱水箱中加水，在水箱中放置一个浮球用来测试水面的高度。系统开始工作时，将水箱中得水温通过传感器传送给 PLC 主机，主机再通过控制加热器来加热水箱中的水，当水箱中的水温达到设定值时，就自动减少功率加热。当热水层中的水量少于一半时，停止加热，加热层在自动补水，补
13、满后继续加热，以此往复的工作。2.2 系统的功能本系统中所使用的有温度传感器用来实现对温度的数据的采集，所采集的数据通过温度变数器传送给 PLC，中间有个数据的转换，我们所使用的温度传感器是 Pt100，它主要是受温度的变化是的电阻也发生变化，根据这个原理来采集温度数据，因为直接采集的不是温度的具体值，所以要通过温度变送器来转化数据，然后通过 PLC 的程序来调节。这个被采集的数据不能直接送到 PLC中，需要一个输入模块，通过输入模块把数据送到 PLC 中，因为对数直接加热而不经过调节会使得误差较大，所以在这个系统中用了 PID 控制，它可以使得误差更小，对水温的调节更加的精确。经过 CPU
14、处理后，输出的数据通过 PLC的输出模块，来控制可控硅的偏转角，从而控制加热器。当达到所要求的水温时，因为水箱会散热，所以加热器不能停止加热，而是小功率的在加热。安徽建筑大学 毕业设计（论文）42.3 系统的 框图水箱 输入模块 PLC 主机 加热器输出模块开关量电源安徽建筑大学 毕业设计（论文）53 硬件设计3.1 温度变送器工作原理: 温度变送器采用热电偶、热电阻作为测温元件，从测温元件输出信号送到变送器模块，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I 转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的 420mA 电流信号输出。作用: 将物理测量信号或普通电信号转换为标准电信号输
15、出或能够以通讯协议方式输出的设备。温度变送器是将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表，主要用于工业过程温度参数的测量和控制。电流变送器是将被测主回路交流电流转换成恒流环标准信号，连续输送到接收装置。温度电流变送器是把温度传感器的信号转变为电流信号，连接到二次仪表上，从而显示出对应的温度。比如，温度传感器的型号为 PT100，那么温度电流变送器的作用就是把电阻信号转变为电流信号，输入仪表，显示温度。性能指标:* 执行标准：IEC688：1992，QB/LF 系列 20071* 输入范围： -60175* 精度等级： 0.5%.F.S* 整机功耗： 0.5VA* 绝缘电阻： 20M(DC50
16、0V)* 响应时间： 350mS* 工作环境： -1050，20%90%无凝露* 贮存环境： -40100，20%95%无凝露* 将被测环境温度隔离转换成按线性比例输出的单路标准直流电压或直流电流；安徽建筑大学 毕业设计（论文）6* 低功耗、可靠性高；* 优良的抗干扰能力；* 拔插端子接口、标准导轨（35mm ）安装；* 体积小、外型尺寸(mm)：95(L)37(W)32(H)；技术参数:1、热电偶温度变送器技术指标输入输入类型：K、E、S、B 、T、J 等型热电偶温度量程范围：（如下图）输入阻抗：20K冷端温度补偿：0100输出输出电流：420mA输出回路供电：12 30VDC最小工作电压：
17、12VDC负载电阻与供电电源的关系：综合参数标准精度：0.2%温度漂移：基本误差/10热电阻引线补偿：0.1% （010）负载变化影响：0.1% （允许负载范围内）电源变化影响：0.1% （12 30V ）安徽建筑大学 毕业设计（论文）7开机响应时间：1S（0 90% ）工作环境温度：0+100防护等级：IP00/IP54（传感器防护等级决定）电磁兼容：符合 IEC61000,EN610002、热电阻温度变送器技术指标输入温度量程范围：Pt100：-200850 Cu50：-50150最小温度量程：100引线电阻：10输出输出电流：420mA输出回路供电：12 30VDC最小工作电压：12VDC负载电阻与供电电源的关系：负载电阻（包括引线电阻）=供电电源（V）-12（V ）/0.02A综合参数标准精度：0.2%（参见选型表）注：需要高精度可订制温度漂移：基本误差/10热电阻引线补偿：0.1% （010）负载变化影响：0.1% （允许负载范围内）电源变化影响：0.1% （12 30V ）开机响应时间：1S（0 90% ）
