基于西门子S7-200 PLC的温度控制系统设计毕业论文 程序

基于西门子S7-200 PLC的温度控制系统设计毕业论文第一章前言1.1 课题研究背景温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。

在科学研究和生产实践的诸多领域中, 温度控制占有着极为重要的地位, 特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。

对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。

例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等[1]。

温度控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。

可编程控制器（PLC）可编程控制器是一种工业控制计算机，是继承计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。

它具有抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编程简单，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用[2]。

目前在控制领域中，虽然逐步采用了电子计算机这个先进技术工具，特别是石油化工企业普遍采用了分散控制系统（DCS）。

但就其控制策略而言，占统治地位的仍然是常规的PID控制。

PID结构简单、稳定性好、工作可靠、使用中不必弄清系统的数学模型[3]。

PID的使用已经有60多年了，有人称赞它是控制领域的常青树。

组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。

在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序来实现的。

编写程序不但工作量大、周期长，而且容易犯错误，不能保证工期。

组态软件的出现，解决了这个问题。

对于过去需要几个月的工作，通过组态几天就可以完成.组态王是国内一家较有影响力的组态软件开发公司开发的，组态王具有流程画面，过程数据记录，趋势曲线，报警窗口，生产报表等功能，已经在多个领域被应用[4]。

1 引言1.1 设计目的温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。

1.2 设计内容主要是利用PLC S7-200作为可编程控制器，系统采用PID控制算法，手动整定或自整定PID参数，实时计算控制量，控制加热装置，使加热炉温度为为一定值，并能实现手动启动和停止，运行指示灯监控实时控制系统的运行，实时显示当前温度值。

1.3 设计目标通过对温度控制的设计，提高在电子工程设计和实际操作方面的综合能力，初步培养在完成工程项目中所应具备的基本素质和要求。

培养团队精神，科学的、实事求是的工作方法，提高查阅资料、语言表达和理论联系实际的技能。

2 系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理2.1.1 PLC型号的选择本温度控制系统采用德国西门子S7-200 PLC。

S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。

S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。

因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。

2.1.2 PLC CPU的选择S7-200 系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等类型。

S7-200PLC 硬件系统的组成采用整体式加积木式，即主机中包括定数量的I/O端口，同时还可以扩展各种功能模块。

S7-200PLC由基本单元（S7-200 CPU模块）、扩展单元、个人计算机（PC）或编程器，STEP 7-Micro/WIN编程软件及通信电缆等组成。

表2.1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元本设计采用的是CUP226。

它具有24输入/16输出共40个数字量I/O点。

纺织职业技术学院毕业设计（论文）基于PLCS7-200温度控制系统毕业设计肖志敏班级电气1012班专业电气自动化技术所在系机电工程系指导老师靖文完成时间2012年12月17日至2013年6月16日基于PLCS7-200温度控制系统毕业设计摘要温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。

在科学研究和生产实践的诸多领域中, 温度控制占有着极为重要的地位, 特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。

对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。

例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等。

温度控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。

可编程控制器（PLC）可编程控制器是一种工业控制计算机，是继承计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。

它具有抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编程简单，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用。

关键字：温度控制 PLC 新型自动装置AbstractTemperature is the common industrial production process parameter, any physical change and chemical reaction process closely is related with the temperature. In scientific research and production practice of many areas, temperature control occupied an extremely important position, especially in the metallurgical, chemical, building materials, food, machinery, petroleum industry, which play a decisive role role. For different production conditions and technological requirements of temperature control, the way of heating, fuel, control scheme is also different. For example, metallurgy, machinery, food, chemical and other types of industrial production is widely used in all kinds of heating furnace, heat treatment furnace, reactor; fuel gas, natural gas, oil, electricity etc.. Temperature control system of the process is complex and changeable, uncertain, so the system requires more advanced control technique and control theory.Programmable logic controller ( PLC ) programmable controller is a kind of industrial control computer, is the successor of computer, automatic control technology and communication technology as a whole new type of automatic device. It has strong anti-interference ability, low price, high reliability, easy programming, easy to use and other characteristics, in the industry in the field by the project operator like, so PLC has in the various fields of industrial control has been widely used.Key words:temperature control PLC automatic device目录引言 (4)1、温度控制系统的意义 (4)2、温度控制系统背景 (4)3、研究介绍 (4)第一章硬件设计 (6)第1节硬件配置 (6)第2节 I/O分配表 (8)第3节硬件接线图 (9)第二章软件设计 (10)第1节 PID控制程序设计 (10)第2节 S7-200程序设计流程图 (14)第3节存地址分配与PID指令回路表 (15)第4节 S7-200程序设计梯形图 (16)第三章组态编程 (21)第1节 PLC通信配置与通信方式 (22)第2节网络的通讯PPI协议 (22)第3节组态软件 (23)第4节组态定义外部设备和数据变量 (24)第5节组态界面 (26)第6节启动组态 (26)结论 (28)致 (30)参考文献 (31)引言1、温度控制系统的意义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。

1 引言1.1 设计目的温度的测量和控制对人类平常生活、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，及时准确获得目的的温度、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，可以在工业、农业等各领域中广泛使用。

1.2 设计内容重要是运用PLC S7-200作为可编程控制器，系统采用PID控制算法，手动整定或自整定PID参数，实时计算控制量，控制加热装置，使加热炉温度为为一定值，并能实现手动启动和停止，运营指示灯监控实时控制系统的运营，实时显示当前温度值。

1.3 设计目的通过对温度控制的设计，提高在电子工程设计和实际操作方面的综合能力，初步培养在完毕工程项目中所应具有的基本素质和规定。

培养团队精神，科学的、实事求是的工作方法，提高查阅资料、语言表达和理论联系实际的技能。

2 系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理2.1.1 PLC型号的选择本温度控制系统采用德国西门子S7-200 PLC。

S7-200 是一种小型的可编程序控制器，合用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。

S7-200系列的强大功能使其无论在独立运营中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。

因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。

2.1.2 PLC CPU的选择S7-200 系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等类型。

S7-200PLC 硬件系统的组成采用整体式加积木式，即主机中涉及定数量的I/O端口，同时还可以扩展各种功能模块。

S7-200PLC由基本单元（S7-200 CPU模块）、扩展单元、个人计算机（PC）或编程器，STEP 7-Micro/WIN编程软件及通信电缆等组成。

表2.1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元本设计采用的是CUP226。

它具有24输入/16输出共40个数字量I/O点。

基于PLC S7—200温度控制系统设计与实现文章讲述了以PLC为核心的温度控制系统的设计，通过对S7-200的程序编辑和PID算法原理的运用给出了系统的硬件设计和软件设计过程，实现了对温度的闭环控制。

标签：PLC；加热器；温度控制；PID引言PLC以其自有的可靠性高，适应性强等优点已经被越来越多的应用于生活以及工业的各个领域，其中S7-200编程软件STEP7Micro/WIN编程简单且功能强大。

其强大的通信功能以及丰富的CPU模块，让设计者可以方便的选取所需功能的CPU和对应的通訊协议。

灵活的控制和强大的指令集使PLC能够控制各种设备以满足自动化控制要求。

PLC通过模拟量I/O模块实现A/D和D/A之间的转换，以便PLC用PID指令实现系统的闭环控制。

1 系统工作原理及温度控制的基本思路本设计是由PLC控制变频器调速装置与传感器、加热器以及恒温箱组成闭环控制系统如图1所示。

通过对温度值进行PID调节来进行恒温控制，由于加热器不能接收模拟量调节，所以温控主要采用PLC对其工作的占空比来控制，PID运算结果控制接通加热器。

温度传感器检测到温度信息，交由PLC处理，经PID运算得到一个0-1的实数，再经比例换算为0-100的整数，把这个整数当作一个0-10s的时间t。

设计一个周期为10s的脉冲，脉冲宽度为t，把这个脉冲加给电加热器达到控制温度的目的。

系统工作原理如图1所示。

2 系统的硬件选型及连接PLC的选型及参数设定：采用S7-200系列的CPU266，规格是：供电120-240V AC；CPU输入：24*24VDC；CPU输出：16*继电器。

温度传感器：温度传感器采用热电阻作为测温元件，带变送器。

测量范围是0-100℃，输出4-20mA，串接电阻把电流信号转换成1-5V电压信号，送入PLC 的模拟量输入通信。

系统的硬件连接：计算机和PLC之间通讯协议为PPI协议，用PC/PPI电缆将二者连接；在温度控制控制部分采用PLC的一个继电器输出口串接到加热回路中。

Automatic Control •自动化控制Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 127【关键词】温度控制 电热炉 S7-200 PLC PID本文在研究电热炉温度控制系统问题时，对S7-200PLC 控制系统进行了应用，这一系统具有一定的优越性，能够提供4种不同不同基本单元和6种扩展单元，可以更好地满足温度控制需要。

该系统主要由基本单元、扩展单元、文本显示器、存储卡等元件组成。

本文在进行系统设计过程中，主要采用了CPU226这一型号。

1 总体设计方案本系统以PLC 作为控制器，选用德国西门子S7-200，CPU 226型号PLC ，经过热电偶传感器检测电热炉中的温度，把温度信号转化成对应的电压信号，经过PLC 控制器模数转换后进行PID 调节。

根据PID 输出值来控制下一个周期内的加热时间和非加热时间。

在加热时间内使得继电器接通，电热炉就处于加热状态，反之则停止加热。

2 硬件设计2.1 热电偶传感器热电偶传感器在应用过程中，可以将温度信号转化为电压信号，并且在应用过程中，对高温具有较好的适应性。

热电偶传感器是一种将温度变化转化为电量变化的装置，其中K 型热电偶测温范围大约是0～1000℃。

系统里的烤炉最高温度不过几百度，加上一定的裕度，满足系统设计要求。

2.2 模拟输入模块在对模拟输入模块应用过程中，其可以将接收到的电压信号进行转换，将温度信息转化为0-41mv 的电压信号，以实现对信息的读取，从而对温度进行有效地控制。

与西门子S7-200 PLC 配套有EM231 4TC 模拟量输入模块，也称为热电偶模块。

EM231热电偶模块可直接连接K 型热电偶传感器，无需使用变送器，可直接通过DIP 开关进行组态：SW1～SW8组态为00100000。

2.3 固态继电器（SSR）固态继电器（SSR ）能够实现电隔离，从基于S7-200 PLC 电热炉温度控制系统文/潘天赐而更好地满足PLC 控制系统的需要。

73科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION工 业 技 术DOI：10.16661/ki.1672-3791.2019.08.073基于西门子S7-200PLC温度控制系统设计①李军(广西工业技师学院 广西南宁 530031)摘 要：为了更好地让锅炉在实际用途中发挥功能，该文采用西门子S7-200控制器，对锅炉的温度控制进行了系统设计。

西门子S7-200系列的PLC是一种小型的控制器，可以通过编程控制，把集成电源、输入及输出电路和微处理器集成在一个较小的环境中，更适合用于工业环境。

该文主要以某地水浴锅炉的控制系统设计为例，采用西门子S7-200控制器，进行锅炉温度控制系统的设计。

关键词：西门子S7-200PLC 温度控制 系统设计中图分类号：TG581 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2019)03(b)-0073-02①作者简介:李军（1988—），男，汉族，广西南宁人，硕士，讲师，研究方向：控制工程、自动化领域。

锅炉在物料运输、动能传输等物质的运输上具有非常广泛的应用，但是由于运输时的条件不同，使得锅炉常处于高温或者低温的状态下，尤其在低温的环境中，物质的流动性差，在运输中途，会人为地对锅炉进行加热，以保证顺利运输。

但是锅炉容易出现温度延时和滞后的情况，降低锅炉使用的安全性，甚至会发生事故。

那么由于这种原因，在加温时锅炉所使用的控制系统的好坏，就会对锅炉温度产生重要影响。

随着计算机科技的不断发展，PLC 所具有的逻辑运算和数据处理功能都有了显著的提高，可以将复杂的控制系统嵌在PLC中，目前的PLC已逐渐成为人们设计自动化方案的首要选择。

该文主要以某地水浴锅炉的控制系统设计为例，采用西门子S7-200控制器，进行锅炉温度控制系统的设计。

1 锅炉设计的要求锅炉内的温度根据使用条件和环境的不同，其温度范围一般在-25℃~85℃。

锅炉的控制器一般都是直接放在室外，就算是雪雨、刮风、扬沙也可以正常使用。

摘要中央空调已经广泛应用于商用与民用建筑中，用于保持整栋建筑温度恒定。

传统的设计中，无论季节、昼夜和用户负荷的怎样变化，各电机都长期固定在工频状态下全速运行，所以会造成极大的的能源浪费。

本设计采用变频器、PLC、温度传感器等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量达到节能目的。

该系统采用西门子的S7—200PLC作为主控制单元，利用传统PID控制算法，通过西门子MM440变频器控制水泵运转速度，保证系统根据实际负荷的情况调整流量，实现恒温控制，从而最大程度的解决能源浪费问题。

本设计通过采用基于USS 协议的RS-485总线通讯的网络，通过西门子TD200文本显示器实现人机界面的设计，使用MCGS工控组态软件，对系统进行理论分析。

通过分析该设计，验证了该设计的可靠性，可以解决中央空调的能源浪费问题。

关键词：中央空调，PLC，PID，变频器ABSTRACTThe central air conditioning has been widely used in commercial and civil buildings, which are used to maintain constant temperature of the building. In traditional design, regardless of the season, day and night, and how the user load changes, the motor is fixed to run at full speed for a long time in the condition of power frequency. It will cause great waste of energy.This design is developed based on the combination of frequency converter, PLC, temperature sensor. It makes up a temperature difference closed-loop automatic control system and automatically adjust the output flow of pump to achieve energy saving. The system adopts the Siemens S7-200 PLC as the main control unit, using the traditional PID to control algorithm, using Siemens MM440 inverter to control of pump speed, to guarantee system adjust load flow according to actual situation. All of these will bring out constant temperature control, so as to solve the problem of energy waste to a great extent.This design use RS - 485 bus communication networks which is based on USS protocol and using the Siemens TD200 to realize the human-computer interface design, and using the software made from MCGS, to carries on the theoretical analysis to the system. Verified the reliability of the design, the design can solve the problem of central air conditioning energy waste through the analysis of the design.KEY WORDS: The central air conditioning, PLC, PID, frequency converter目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1 中央空调的发展 (1)1.1.1 中央空调现在状况 (1)1.1.2 中央空调发展趋势 (1)1.2 本设计的意义 (1)1.2.1 设计的主要内容 (1)1.2.2 设计的意义 (2)第2章中央空调系统介绍 (3)2.1 中央空调结构 (3)2.1.1 中央空调概述 (3)2.1.2 中央空调结构 (3)2.2 中央空调系统工作原理 (4)2.2.1 制冷原理 (4)2.2.2 工作原理 (4)2.2.3 中央空调的控制原理 (4)2.3 中央空调的评价 (5)2.4 本章小结 (5)第3章中央空调控制系统的硬件设计 (6)3.1 变频器 (6)3.1.1 变频器的介绍 (6)3.1.2 变频调速的原理 (6)3.1.3 变频器的选择 (9)3.1.4 使用注意的问题 (10)3.2 电机的软启动原理及应用 (11)3.2.1 软启动的介绍 (11)3.2.2 软启动工作原理 (11)3.2.3 软启动的优点 (11)3.2.4 软启动与变频器的对比 (12)3.3 PLC选型 (12)3.3.1 PLC的工作原理 (12)3.3.2 西门子S7—200介绍 (13)3.4 温度传感器 (14)3.5 温度变送器 (15)3.6 人机界面选型方案 (15)3.7 总体硬件设计 (16)3.8 本章小结 (19)第4章软件设计 (20)4.1 PID控制 (20)4.1.1 PID控制简介 (20)4.1.2 PID参数整定 (20)4.1.3 对中央空调的PID控制 (21)4.2 应用软件STEP7 (21)4.3 plc编程 (22)4.3.1 程序流程图 (22)4.3.2 中央空调控制系统的I/O分配表 (24)4.3.3 程序中使用的存储器及其功能 (25)4.3.4 中央空调温度控制系统程序 (25)4.4 设备通讯 (26)4.4.1 RS-485介绍 (26)4.4.2 USS协议软件与S7—200间的通讯 (26)4.5 MCGS组态软件 (27)4.5.1 MCGS组态软件简介 (27)4.5.1 MCGS组态画面 (27)4.6 本章小结 (29)第5章结论 (30)致谢 (31)参考文献 (32)附录 (33)第1章绪论1.1 中央空调的发展1.1.1 中央空调现在状况中央空调行业现在存在着巨大的竞争，这种竞争是产品革新所产生的，产品革新主要围绕低碳环保进行，低碳环保在这个时代有着很重大的意义。

基于西门子S7-200PLC温度控制系统设计摘要：锅炉广泛应用于物料输送、动能输送等物料输送。

但由于运输条件的不同，锅炉往往处于高低温状态，特别是在低温环境下，物料流动性差。

在运输过程中，为保证运输的顺利进行，对锅炉进行人工加热。

但锅炉容易出现温度滞后和延时，降低锅炉的安全性，甚至发生事故。

因此，锅炉控制系统的好坏将对锅炉的温度产生重要影响。

因此，本文根据以上论证，对西门子S7-200PLC温度控制系统的设计进行了分析和研究。

关键词：西门子；S7-200PLC；温度控制；系统设计引言西门子S7-200PLC温度控制系统中的温湿度测量与控制在人类日常生活、工业生产、气象预报、物料储存等方面起着极其重要的作用，同时PLC的英文名称是Programmable Logic Controller，即PLC。

可编程控制器是一种基于微处理器的通用工业控制装置。

1 基于西门子S7-200PLC温度控制系统设计意义温度是工业生产中常用的工艺参数之一。

任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。

在科学研究和生产实践的许多领域，温度控制起着极其重要的作用，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等行业。

对于不同生产条件和工艺要求下的温度控制，加热方式、燃料和控制方案也不同。

例如，广泛应用于冶金、机械、食品、化工等各种工业生产中的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，燃料包括煤气、天然气、石油、电力等。

温度控制系统的过程复杂、不确定，对控制技术和控制理论提出了更高的要求。

PLC是一种工业控制计算机。

它是继计算机技术、自动控制技术和通信技术之后的一种新型自动装置。

它具有抗干扰能力强、价格低廉、可靠性强、编程简单、易学易用等特点，深受工业领域工程操作人员的喜爱，因此在工业控制的各个领域得到了广泛的应用。

2 基于西门子S7-200PLC温度传感器控制热电偶是一种直接测量温度并将温度信号转换成热电动势信号的温度传感元件。

普通热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶。

题目:基于S7-200温度控制系统设计姓名:学院:专业:班级:学号:指导教师:职称:摘要 ............................................................................................................................................................... １关键字 ........................................................................................................................................................... １Abstract. ......................................................................................................................................................... １Key words ...................................................................................................................................................... １1 绪论 ......................................................................................................................................................... １1.1 课题研究的背景及意义....................................................................................................................... １1.2 国内外研究概况................................................................................................................................... ２1.2.1 控制理论的发展状况........................................................................................................................ ２1.2.2 温度控制发展现状............................................................................................................................ ２1.3 PID控制与智能控制 ........................................................................................................................... ２1.3.1 传统PID控制 ................................................................................................................................... ２1.3.2 智能控制 ........................................................................................................................................... ３1.4 论文的总体结构................................................................................................................................... ３2 温度控制系统的理论分析与研究.......................................................................................................... ３2.1 温度对象控制特点............................................................................................................................... ３2.2 温度控制的数学模型........................................................................................................................... ３2.2.1 温度控制的简化数学模型................................................................................................................ ３2.2.2 温度控制各动态参数的确定............................................................................................................ ４2.3 PID算法介绍....................................................................................................................................... ４2.3.1 模拟PID控制介绍 ........................................................................................................................... ５2.3.2 数字PID控制介绍 ........................................................................................................................... ６2.4 PID参数整定....................................................................................................................................... ７2.4.1 经验法 ............................................................................................................................................... ７2.4.2 Z-N法................................................................................................................................................ ７2.5 PID参数自整定 ................................................................................................................................... ８3 温度控制系统的软硬件设计.................................................................................................................. ８3.1 温度控制系统的硬件设计................................................................................................................... ８3.1.1 总体设计 ........................................................................................................................................... ８3.1.2 温度传感器 ....................................................................................................................................... ８3.1.3 西门子S7-200PLC介绍................................................................................................................... ８3.1.3.1 可编程逻辑控制器介绍................................................................................................................. ８3.1.3.2 西门子S7-200型PLC ................................................................................................................... ８3.1.4 模拟量输入模块EM231 ................................................................................................................... ９3.1.5 电气原理图与接线实物图................................................................................................................ ９3.2 系统的软件程序设计....................................................................................................................... １１3.2.1 PLC 的程序设计语言 .................................................................................................................. １１3.2.2 STEP7 Micro/WIN32 V4.0软件介绍........................................................................................... １１3.2.3 控制算法描述 ............................................................................................................................... １２3.2.4 PLC编程 ....................................................................................................................................... １２3.3 组态软件设计 .................................................................................................................................. １８3.3.1 组态软件概述 ............................................................................................................................... １８3.3.2 MCGS组态软件介绍 ................................................................................................................... １８3.3.3 组态软件的具体设计.................................................................................................................... １９4 系统的调试 ......................................................................................................................................... ２２4.1 系统调试的总体过程....................................................................................................................... ２２4.2 电阻炉的实验过程........................................................................................................................... ２２4.2.1 对温度传感器进行标定................................................................................................................ ２２4.2.2 测量控对象飞升曲线.................................................................................................................... ２２4.2.3 开关型温度控制............................................................................................................................ ２２4.2.4 确定PID的参数 ........................................................................................................................... ２３4.2.5 实验调整PID参数 ....................................................................................................................... ２３4.3 水壶的实验过程............................................................................................................................... ２３4.3.1 水壶的飞升曲线............................................................................................................................ ２３4.3.2 开关型温度控制............................................................................................................................ ２４4.3.3 确定PID的参数 ........................................................................................................................... ２４4.3.4 实验调整PID参数 ....................................................................................................................... ２４5 结果分析与结论 ................................................................................................................................. ２７致谢 ........................................................................................................................................................... ２７参考文献 ................................................................................................................................................... ２８基于S7-200温度控制系统设计机械设计制造及其自动化专业学生任航指导教师杨勇摘要：温度控制被广泛地应用在工业生产和生活中，温度控制效果也直接影响到生产效率和产品质量，因而对温度控制系统的控制要求很高。

毕业论文基于S7-200的温度控制系统设计附表三、毕业论文答辩情况学术诚信声明本人所呈交的毕业论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料均真实可靠。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。

对本论文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。

本毕业论文的知识产权归属于培养单位。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

本人签名：日期：摘要温度是各种工业生产和科学实验中最普遍、也是最重要的热工参数之一。

温度控制的精度对产品或实验结果会产生重大的影响。

温度控制的模式多样，而PLC可靠性高，抗干扰能力强，易学易用，采用PLC控制是其中一种比较优越的控制。

本文介绍了基于西门子可编程控制器(PLC)S7-200和组态软件组态王的炉温监控系统的设计方案。

硬件方面采用了CPU型号为224的S7-200、K型热电偶和温度模块EM231。

热电偶作为温度的采集元件，采集的信号经过EM231的处理后就可把数据送入PLC中进行处理。

PLC的程序中采用了位置式PID算法，脉宽调制PWM方式，运用了粗调和细调的思想，程序在不同的温度段使用不同的PID 参数，实现温度的自动控制。

人机界面采用的是国内的一个比较流行的组态王软件。

组态王可以实现在线监控。

组态项目中制作了曲线画面、报表画面、报警画面和参数监控画面，用户可方便地查询PLC的运行情况、数据采集和在线控制。

实验结果表明，采用了粗调和细调思想的程序的PLC系统，具有反应速度快，超调量小，调节迅速，精度高等特点。

组态王功能强大，操作方便，有助于系统的监视与控制，表明了组态软件的具有很好的发展前景。

关键词：温度控制；可编程控制器；PID；组态王AbstractTemperature is the most universal and important industrial parameter in all kinds of technical produce and scientific experiment. The manipulative precision of temperature will take a great effect on production or experimental result. In many cases，we need to control the temperature of various types of furnace, heat treatment furnaces, reactors .But they are complex and changing .As a result, its control over demand regulator .The mode of temperature control is various. The programmable logic controller(PLC) is Reliable、not easily to be jamming and easily to be learned and used , welcomed by workers and widely used in industry.Programmable controller (PLC) is a digital electronic computing operating system, designed for applications in industrial environments designed. It uses a programmable memory for storage in its internal implementation of logic operations, sequence control, timing, calculation and arithmetic operations, such as operating instructions, and through digital and analog input and output, control of various types of machinery or the production process.Configuration is to use application software to provide the tools, methods, and to complete the works in the course of a specific task. Configuration software applications is broad, it can be applied to power systems, water supply systems, petroleum, chemical and other fields of data acquisition and supervisory control and process control and many other fields. Before the concept of the configuration, in order to achieve a particular task, using the preparation process is achieved. Programming is not only a heavy workload, long and easy to make mistakes, can not guarantee period. The emergence of the configuration software can solve the problem. The Kingview can help complete the task in a few days.This thesis mainly introduces a design of temperature control system with SIMATIC programmable logic controller (PLC) S7-200 and the Kingview configuration soft .We use the PLC s7-200 with cup 224、the K type thermocoupleand temperature module EM231 as the hardware, and use the V4.0 STEP 7 Micro WIN to programming . The thermocouple can measure the temperature of the stove, and translate the temperature signal to the voltage signal. And then the EM235 will transmit it to the PLC after disposing the signal .This system use positional type PID arithmetic and Pulse-Width Modulation methodology .And the procedure use idea of coarse adjustment algorithm and the fine adjustment algorithm. The procedure will run with different PID parameter in different condition.We have designed Human Machine Interface（HMI）with the Kingview configuration soft which is developed by domestic company . The Kingview can monitor and control the PLC on line. We also have designed several menu ,including the historical curve screen 、the real time curve screen、the data report forms screen、the alarm screen and parameter monitoring screen. Users can easily query the operation of PLC, data acquisition and on-line control.The experimental results show that，the plc can work reliably, stably. The system using coarse adjustment algorithm and the fine adjustment algorithm can get a better result. That is fast response, small overshoot, rapid adjustment, high accuracy. The Kingview is powerful, easy to operate. We can speculate that configuration software will have a good prospect for development.Keywords：Temperature Control；PLC；PID；KingView目录第一章前言 (1)1.1课题研究背景 (1)1.2温度控制系统的发展状况 (2)1.3本文的研究内容 (4)第二章可编程控制器的概述 (5)2.1可编程控制器的产生 (5)2.2可编程控制器的基本组成 (5)第三章硬件配置和软件环境 (8)3.1实验配置 (8)3.1.1 西门子S7-200 (8)3.1.2 传感器 (8)3.1.3 EM 231模拟量输入模块 (9)3.2STEP7M ICRO/WIN32软件介绍 (10)3.2.1安装STEP 7-MWIN32 V4.0 (10)3.2.2 系统参数设置 (12)第四章控制算法描述 (14)4.1PWM技术 (14)4.2PID控制程序设计 (14)4.2.1 PID控制算法 (15)4.2.2 PID在PLC中的回路指令 (16)4.2.3 PID参数整定 (19)第五章程序设计 (21)5.1方案设计思路 (21)5.2程序流程图 (23)5.3助记符语言表 (24)5.4梯形图 (29)第六章组态画面设计 (35)6.1组态软件概述 (35)6.2组态王的介绍 (35)6.3组态画面的建立 (35)6.3.1创建项目 (36)6.3.2建立主画面 (38)6.3.3建立趋势曲线画面 (39)6.3.4建立数据报表 (41)6.3.5建立报警窗口 (43)6.3.6建立参数监控画面 (45)第七章系统测试 (46)7.1启动组态王 (46)7.2参数监控和设定 (47)7.3报警信息提示 (48)7.4报表系统查询 (49)7.5趋势曲线监控 (50)7.5.1实时趋势曲线 (50)7.5.2 分析历史趋势曲线 (51)第八章结论 (54)参考文献 (55)致谢 (56)第一章前言1.1 课题研究背景温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。

基于PLC的温度控制系统设计摘要：可编程控制器(plc)作为传统继电器控制装置的替代产品已广泛应用工业控制的各个领域，由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小，组装灵活，编程简单抗干扰能力强及可靠性高等特点，非常适合于在恶劣的工业环境下使用。

本文所涉及到的温度监控系统能够监控现场的温度，并且能够通过现场和计算机控制，其软件控制主要是编程语言，对PLC而言是梯形语言，梯形语言是PLC目前用的最多的编程语言。

关键词：西门子S7-200PLC；编程语言；温度1．工艺过程在工业生产自动控制中，为了生产安全或为了保证产品质量，对于温度，压力，流量，成分，速度等一些重要的被控参数，通常需要进行自动监测，并根据监测结果进行相应的控制，以反复提醒操作人员注意，必要时采取紧急措施。

温度是工业生产对象中主要的被控参数之一。

本设计以一个温度监测与控制系统为例，来说明PLC在模拟量信号监测与控制中的应用问题。

2．系统控制要求PLC在温度监测与控制系统中的逻辑流程图如图所示：具体控制要求如下：将被控系统的温度控制在50度-60度之间，当温度低于50度或高于60度时，应能自动进行调整，当调整3分钟后仍不能脱离不正常状态，则应采用声光报警，以提醒操作人员注意排除故障。

系统设置一个启动按纽-启动控制程序，设置绿，红，黄3个指示灯来指示温度状态。

被控温度在要求范围内，绿灯亮，表示系统运行正常。

当被控温度超过上限或低于下限时，经调整3分钟后仍不能回到正常范围，则红灯或黄灯亮，并有声音报警，表示温度超过上限或低于下限。

在被控系统中设置4个温度测量点，温度信号经变送器变成0~5V的电信号（对应温度0~100度），送入4个模拟量输入通道。

PLC读入四路温度值后，再取其平均值作为被控系统的实际值。

若被测温度超过允许范围，按控制算法运算后，通过模拟两输出通道，向被控系统送出0~10V的模拟量温度控制信号。

PLC通过输入端口连接启动按钮，通过输出端口控制绿灯的亮灭，通过输出端口控制红灯的亮灭，通过输出端口控制黄灯的亮灭。

基于西门⼦S7-200plc的温度和湿度检测和显⽰摘要本论⽂主要讲述了基于西门⼦S7-200系列可编程控制器（PLC）为主要的控制元件，实现对环境的温度和湿度进⾏实时检测和显⽰，并同时实现对时间进⾏显⽰和校正等功能的显⽰装置的设计⽅法。

本设计的传感器部分采⽤集成温度和湿度传感器，集成传感器具有功能强、精度⾼、响应速度快、体积⼩、微功耗、价格低、适合远距离传输信号等特点。

集成传感器的外围电路简单，具有较⾼的性价⽐。

经过选择集成温度传感器采⽤电压输出式单⽚精密集成温度传感器LM35系列产品；集成湿度传感器选择线性电压输出式集成湿度传感器 HM1500，它的主要特点是采⽤恒压供电、内置放⼤电路、能输出与相对湿度呈⽐例关系的伏特级电压信号、响应速度快、重复性好、抗污染能⼒强。

显⽰部分采⽤LED七段码进⾏显⽰，本装置⼀共使⽤了⼗七个LED数码管进⾏显⽰，能够同时显⽰当时环境的温度、湿度和时间，还可以显⽰年⽉⽇等信息，并能实现当环境的温湿度超过⼀定范围时进⾏报警的功能。

关键词：PLC、温度传感器、湿度传感器、LED显⽰装置- I -⽬录摘要............................................... I Abstract ............................ 错误！未定义书签。

⽬录.............................................. II 第⼀章引⾔(1)1.1 课题的背景和意义 (1)1.2 基于PLC和LED数码管显⽰装置的研究现状 (1)1.3 传感器的研究现状 (2)1.3.1 集成温度传感器的研究现状 (2)1.3.2 集成湿度传感器的研究现状 (3)第⼆章系统简介及⽅案论证 (4)2.1 系统设计主要技术指标与参数 (4)2.2 设计⽅案的论证 (4)第三章可编程控制器概述 (7)3.1 PLC的定义 (7)3.2 PLC的发展 (7)3.2.1 我国PLC的发展 (8)3.3 PLC的系统组成与⼯作原理 (8)3.3.1 PLC的组成结构 (8)3.3.2 PLC的扫描⼯作原理 (9)3.4 PLC的发展趋势 (10)第四章系统的硬件⽅案与设计 (11)4.1 传感器的选型与设计 (11)4.1.1 集成温度传感器介绍与选型 (11)4.1.2 集成湿度传感器介绍与选型 (15)4.2 PLC的选型与模块配置 (19)4.2.1 PLC的选型原则 (19)4.2.2 本系统中可编程序控制器的选取及其特点 (21)4.3显⽰⽅案的设计 (25)4.3.1 与LED显⽰相关的知识 (25)- II -4.3.2 显⽰⽅案的设计 (26)4.4 ⼯作电源部分 (27)第五章系统软件设计 (29)5.1 显⽰系统主程序 (29)5.1.1 温度读⼊⼦程序 (30)5.1.2 湿度读⼊⼦程序 (31)5.1.3 显⽰⼦程序 (32)5.1.4 实时时钟指令 (33)5.2 程序清单 (33)结论.............................. 错误！未定义书签。

基于西门子S7-200 PLC的温度控制系统设计毕业论文[订阅] RSS网易博客首页相册搜索随便看看注册登录单片机开发平台httpmcudatacom 首页日志相册音乐收藏博友关于我日志[图] 单片机开单片机开发平台提供专业单片机学习资料包括51ARMPLCDSPCPLDFPGANECSTMAVR开关电源嵌入式系统等单片机资料还有单片机毕业论文与技术文章httpmcudatacom 加博友关注他最新日志三相异步电动机Y-?三角形从C8051F看8位单片机发展之一种基于AT89C2051单片机的全自动洗衣机的PLC控制设计 2009年索伊冰箱家电下乡产品基于FPGA芯片的数字频率计设随机阅读FromBerlinwithlove张国焘为何成为一大中的二号人物魔鬼地洞中国和流氓国家成为朋友的代价 [DrYOU第62期]塑料皮儿该怎么撕剧的报恩首页推荐翻拍红楼梦堪比创业全球最恐怖四条灵异路美国赌场养两头活狮非诚勿扰改版后不好看丝袜上的插画风情万种相亲会美女盛装登场更多基于单片机的闭环实时温度控制系统基于AT89C51单片机的多路温度检测报警系统基于西门子S7-200 PLC的温度控制系统设计毕业论文默认分类 2009-05-26 210612 阅读 1267 评论 1 字号大中小基于西门子S7-200 PLC的温度控制系统设计毕业论文本文摘自单片机开发平台httpmcudatacomWebmasterdanpianjilunwen2009052617476>html第一章前言11 课题研究背景温度是工业生产中常见的工艺参数之一任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关在科学研究和生产实践的诸多领域中温度控制占有着极为重要的地位特别是在冶金化工建材食品机械石油等工业中具有举足轻重的作用对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制所采用的加热方式燃料控制方案也有所不同例如冶金机械食品化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉热处理炉反应炉等燃料有煤气天然气油电等[1]温度控制系统的工艺过程复杂多变具有不确定性因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论可编程控制器PLC可编程控制器是一种工业控制计算机是继承计算机自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置它具有抗干扰能力强价格便宜可靠性强编程简单易学易用等特点在工业领域中深受工程操作人员的喜欢因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用[2]目前在控制领域中虽然逐步采用了电子计算机这个先进技术工具特别是石油化工企业普遍采用了分散控制系统DCS但就其控制策略而言占统治地位的仍然是常规的PID控制PID结构简单稳定性好工作可靠使用中不必弄清系统的数学模型[3]PID的使用已经有60多年了有人称赞它是控制领域的常青树组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境使用灵活的组态方式为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的通用层次的软件工具在组态概念出现之前要实现某一任务都是通过编写程序来实现的编写程序不但工作量大周期长而且容易犯错误不能保证工期组态软件的出现解决了这个问题对于过去需要几个月的工作通过组态几天就可以完成组态王是国内一家较有影响力的组态软件开发公司开发的组态王具有流程画面过程数据记录趋势曲线报警窗口生产报表等功能已经在多个领域被应用[4]12 温度控制系统的发展状况温度控制系统在工业生产中获得了广泛的应用在工农业生产国防科研以及日常生活等领域占有重要的地位温度控制系统是人类供热取暖的主要设备的驱动来源它的出现迄今已有两百余年的历史期间从低级到高级从简单到复杂随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高温度控制系统的控制技术得到迅速发展当前比较流行的温度控制系统有基于单片机的温度控制系统基于PLC 的温度控制系统基于工控机IPC的温度控制系统集散型温度控制系统DCS现场总线控制系统FCS等单片机的发展历史虽不长但它凭着体积小成本低功能强大和可靠性高等特点已经在许多领域得到了广泛的应用单片机已经由开始的4位机发展到32位机其性能进一步得到改善[5]基于单片机的温度控制系统运行稳定工作精度高但相对其他温度系统而言单片机响应速度慢中断源少不利于在复杂的高要求的系统中使用PLC是一种数字控制专用电子计算机它使用了可编程序存储器储存指令执行诸如逻辑顺序计时计数与演算等功能并通过模拟和数字输入输出等组件控制各种机械或工作程序PLC可靠性高抗干扰能力强编程简单易于被工程人员掌握和使用目前在工业领域上被广泛应用[6]相对于 IPCDCSFSC等系统而言PLC是具有成本上的优势因此PLC占领着很大的市场份额其前景也很有前途工控机IPC即工业用个人计算机IPC的性能可靠软件丰富价格低廉应用日趋广泛它能够适应多种工业恶劣环境抗振动抗高温防灰尘防电磁辐射过去工业锅炉大多用人工结合常规仪表监控一般较难达到满意的结果原因是工业锅炉的燃烧系统是一个多变量输入的复杂系统影响燃烧的因素十分复杂较正确的数学模型不易建立以经典的PID为基础的常规仪表控制已很难达到最佳状态而计算机提供了诸如数字滤波积分分离PID选择性PID 参数自整定等各种灵活算法以及模糊判断功能是常规仪表和人力难以实现或无法实现的[7]在工业锅炉温度检测控制系统中采用控机工可大大改善了对锅炉的监控品质提高了平均热效率[7]但如果单独采用工控机作为控制系统又有易干扰和可靠性差的缺点集散型温度控制系统DCS是一种功能上分散管理上集中上集中的新型控制系统与常规仪表相比具有丰富的监控协调管理功能等特点DCS的关键是通信也可以说数据公路是分散控制系统DCS的脊柱由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络因此数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性基本DCS的温度控制系统提供了生产的自动化水平和管理水平能减少操作人员的劳动强度有助于提高系统的效率[8]但DCS在设备配置上要求网络控制器电源甚至模件等都为冗余结构支持无扰切换和带电插拔由于设计上的高要求导致DCS成本太高现场总线控制系统FCS综合了数字通信技术计算机技术自动控制技术网络技术和智能仪表等多种技术手段的系统其优势在于网络化分散化控制基于总线控制系统FCS的温度控制系统具有高精度高智能便于管理等特点FCS系统由于信息处理现场化能直接执行传感控制报警和计算功能而且它可以对现场装置含变送器执行器等进行远程诊断维护和组态这是其他系统无法达到的[9]但是FCS还没有完全成熟它才刚刚进入实用化的现阶段另一方面另一方面目前现场总线的国际标准共有12种之多这给FSC的广泛应用添加了很大的阻力各种温度系统都有自己的优缺点用户需要根据实际需要选择系统配置当然在实际运用中为了达到更好的控制系统可以采取多个系统的集成做到互补长短温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛但从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有着较大差距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参数的自整定方面国外已有较多的成熟产品但由于国外技术保密及我国开发工作的滞后还没有开发出性能可靠的自整定软件控制参数大多靠人工经验及现场调试确定国外温度控制系统发展迅速并在智能化自适应参数自整定等方面取得成果日本美国德国瑞典等技术领先都生产出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业广泛应用目前国外温度控制系统及仪表正朝着高精度智能化小型化等方面快速发展[10]13本文的研究内容本论文主要是利用PLC S7-200 采用PID控制技术做一个温度控制系统要求稳定误差不超过正负1?并且用组态软件实现在线监控具体有以下几方面的内容第一章对PLC系统应用的背景进行了阐述并介绍当前温度控制系统的发展状况第二章简单概述了PLC的基本概念以及组成第三章介绍了控制系统设计所采用的硬件连接使用方法以及编程软件的简单介绍第四章介绍了本论文中用到的一些算法技巧和思想包括PWMPID控制PID在PLC 中的使用方法以及PID的参数整定方法第五章介绍了设计程序的设计思想和程序包括助记符语言表和梯形图第六章介绍了组态画面的设计方法第七章进行系统设计检验控制系统控制质量第八章对全文进行总结第二章可编程控制器的概述21 可编程控制器的产生可编程控制器是一种工业控制计算机英文全称Programmable Controller 为了和个人计算机 PC 区分一般称其为PLC可编程控制器 PLC 是继承计算机自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置其性能优越已被广泛地应用于工业控制的各个领域20世纪60年代计算机技术开始应用于工业控制领域但由于价格高输入输出电路不匹配编程难度大未能在工业领域中获得推广1968年美国的汽车制造公司通用汽车公司 GM 提出了研制一种新型控制器的要求并从用户角度提出新一代控制器应具备十大条件立即引起了开发热潮1969年美国数字设备公司 DEC 研制出了世界上第一台可编程序控制器并应用于通用汽车公司的生产线上可编程控制器自问世以来发展极为迅速1971年日本开始生产可编程控制器而欧洲是1973开始的如今世界各国的一些著名的电气工厂几乎都在生产可编程控制器[11]可编程控制器从诞生到现在经历了四次更新换代见表1-1 表 1-1 可编程控制器功能表代次器件功能第一代 1位处理器逻辑控制功能第二代 8位处理器及存储器产品系列化第三代高性能8位微处理器及位片式微处理器处理速度提高向多功能及联网通信发展第四代 16位32位微处理器及高性能位片式微处理器逻辑运动数据处理联网功能的多功能22 可编程控制器的基本组成PLC从组成形式上一般分为整体式和模块式两种整体式PLC一般由CPU板IO板显示面板内存和电源组成模块式PLC一般由CPU模块I O模块内存模块电源模块底版或机架组成本论文实物采用的是模块式的PLC不管哪种PLC都是属于总线式的开发结构其构成如图2-1所示 [12]1 CPU中央处理器和一般的微机一样CPU是微机PLC的核心主要由运算器控制器寄存器以及实现他们之间联系的地址总线数据总线和控制总线构成CPU在很大程度上决定了PLC的整体性能如整个系统的控制规模工作速度和内存容量CPU控制着PLC工作通过读取解释指令指导PLC有条不紊的工作2 存储器存储器内存主要用语存储程序及数据是PLC不可缺少的组成部分PLC中的存储器一般包括系统程序存储器和用户程序存储器两部分系统程序一般由厂家编写的用户不能修改而用户程序是随PLC的控制对象而定的由用户根据对象生产工艺的控制要求而编制的应用程序3 输入输出模块输入模块和输出模块通常称为IO模块或IO单元PLC提供了各种工作电平连接形式和驱动能力的IO模块有各种功能的IO模块供拥护选用按 IO点数确定模块的规格和数量IO模块可多可少但其最大数受PLC所能管理的配置能力即底版的限制PLC还提供了各种各样的特殊的IO模块如热电阻热电偶高速计算器位置控制以太网现场总线温度控制中断控制声音输出打印机等专用型或智能型模块用以满足各种特殊功能的控制要求智能接口模块是一独立的计算机系统它有自己的CPU系统程序存储器及与PLC系统总线相连接的接口4 编程装置编程器作用是将用户编写的程序下载至PLC的用户程序存储器并利用编程器检查修改和调试用户程序监视用户程序的执行过程显示PLC状态内部器件及系统的参数等常见的编程器有简易手持编程器智能图形编程器和基于PC的专用编程软件目前PLC制造厂家大都开发了计算机辅助PLC编程支持软件当个人计算机安装了PLC编程支持软件后可用作图形编程器进行用户程序的编辑修改并通过个人计算机和PLC之间的通信接口实现用户程序的双向传送监控PLC运行状态等5电源PLC的电源将外部供给的交流电转换成供CPU存储器等所需的直流电是整个PLC的能源供给中心PLC大都采用高质量的工作稳定性好抗干扰能力强的开关稳压电源许多PLC电源还可向外部提供直流24V稳压电源用于向输入接口上的接入电气元件供电从而简化外围配置第三章硬件配置和软件环境31实验配置311 西门子S7-200S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元其系统构成包括基本单元扩展单元编程器存储卡写入器文本显示器等本论文采用的是CUP224它具有24个输入点和16个输出点S7-200系列的基本单元如表3-1所示[13] 312 传感器热电偶是一种感温元件它直接测量温度并把温度信号转换成热电动势信号常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系允许误差并有统一的标准分度表的热电偶它有与其配套的显示仪表可供选用非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶一般也没有统一的分度表主要用于某些特殊场合的测量标准化热电偶我国从1988年1月1日起热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产并指定SBEKRJT七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶本论文才用的是K型热电阻[14]313 EM 231模拟量输入模块传感器检测到温度转换成0,41mv的电压信号系统需要配置模拟量输入模块把电压信号转换成数字信号再送入PLC中进行处理在这里我们选用了西门子EM231 4TC模拟量输入模块EM231热电偶模块提供一个方便的隔离的接口用于七种热电偶类型JKENST和R 型它也允许连接微小的模拟量信号 ?80mV范围所有连到模块上的热电偶必须是相同类型且最好使用带屏蔽的热电偶传感器EM231模块需要用户通过DIP开关进行选择的有热电偶的类型断线检查测量单位冷端补偿和开路故障方向用户可以很方便地通过位于模块下部的组态DIP开关进行以上选择如图3-2所示本设计采用的是K型热电偶结合其他的需要我们设置DIP开关为00100000对于EM231 4TC模块SW1,SW3用于选择热电偶类型见表3-3 SW4没有使用SW5用于选择断线检测方向SW6用于选择是否进行断线检测SW7用于选择测量单位SW8用于选择是否进行冷端补偿见表3-4[15]为了使DIP开关设置起作用用户需要给PLC的电源断电再通电32 STEP 7 MicroWIN32软件介绍STEP 7-MWIN32编程软件是基于Windows的应用软件是西门子公司专门为SIMTIC S7-200系列PLC设计开发的该软件功能强大界面友好并有方便的联机功能用户可以利用该软件开发程序也可以实现监控用户程序的执行状态该软件是SIMATIC S7-200拥护不可缺少的开发工具321安装STEP 7-MWIN32 V40在开始安装的时候是选择语言界面对于版本40来说这时候没有选择中文的但可以先选择其他语言见图3-5等软件安装好之后再进行语言的切换在安装的最后会出现一个界面按照硬件的配置我们需要用232通信电缆采用PPI的通信方式所以要选择PPIPC Cable PPI 这个时候在弹出来的窗口中选择端口地址通信模式一般选择默认就可以了见图3-6如果想改变编程界面的语言可在软件的主界面的工具栏中选择tools目录下选择option选项在出现的界面中选择general然后在右下角就可以选择中文了见图3-7所示322 系统参数设置系统块用来设置S7-200 CPU的系统选项和参数等系统块更改后需要下载到CPU 中新的设置才能生效系统块的设置如下需要注意的是PLC的地址默认是2但本设计中需要用到的地址是1如图3-8通信端口的设置同样的我们用到的地址是1如图3-9所示图 3-9 通信端口设置第四章控制算法描述41 PWM技术脉宽调制PWM是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术广泛应用在测量通信功率控制与变换的许多领域中PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法通过高分辨率计数器的使用方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码PWM信号仍然是数字的因为在给定的任何时刻满幅值的直流供电要么完全有 ON 要么完全无 OFF [16]本论文中采样周期和加热周期都是10秒采样后根据温差的大小进行PID调节转化得到一个加热时间0-10秒作为下一个加热周期的加热时间例如温差大加热时间就大温差小那么加热时间就小程序采用的是粗调和微控两段式控制方式在粗控调阶段占空比恒为一在微控制阶段占空比就根据温差不停地变化42 PID控制程序设计模拟量闭环控制较好的方法之一是PID控制PID在工业领域的应用已经有60多年现在依然广泛地被应用人们在应用的过程中积累了许多的经验PID的研究已经到达一个比较高的程度比例控制 P 是一种最简单的控制方式其控制器的输出与输入误差信号成比例关系其特点是具有快速反应控制及时但不能消除余差在积分控制 I 中控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系积分控制可以消除余差但具有滞后特点不能快速对误差进行有效的控制在微分控制 D 中控制器的输出与输入误差信号的微分即误差的变化率成正比关系微分控制具有超前作用它能预测误差变化的趋势避免较大的误差出现微分控制不能消除余差PID控制PID各有自己的优点和缺点它们一起使用的时候又和互相制约但只有合理地选取PID值就可以获得较高的控制质量[17]421 PID控制算法如图4-1所示PID控制器可调节回路输出使系统达到稳定状态偏差e和输入量r输出量c的关系42控制器的输出为43上式中 PID回路的输出比例系数P积分系数I微分系数DPID调节器的传输函数为44数字计算机处理这个函数关系式必须将连续函数离散化对偏差周期采样后计算机输出值其离散化的规律如表4-5所示表 4-5 模拟与离散形式模拟形式离散化形式所以PID输出经过离散化后它的输出方程为式48中称为比例项称为积分项称为微分项上式中积分项是包括第一个采样周期到当前采样周期的所有误差的累积值[17]计算中没有必要保留所有的采样周期的误差项只需要保留积分项前值计算机的处理就是按照这种思想故可利用PLC中的PID指令实现位置式PID控制算法量[18]422 PID在PLC中的回路指令现在很多PLC已经具备了PID功能STEP 7 MicroWIN就是其中之一有的是专用模块有些是指令形式西门子S7-200系列PLC中使用的是PID回路指令见表4-7 表4-7 PID回路指令名称 PID运算指令格式 PID指令表格式 PID TBLLOOP梯形图使用方法当EN端口执行条件存在时候就可进行PID运算指令的两个操作数TBL 和LOOPTBL是回路表的起始地址本文采用的是VB100因为一个PID回路占用了32个字节所以VD100到VD132都被占用了LOOP是回路号可以是07不可以重复使用PID回路在PLC中的地址分配情况如表4-8所示表4-8 PID指令回路表偏移地址名称数据类型说明0 过程变量PVn 实数必须在0010之间4 给定值SPn 实数必须在0010之间8 输出值Mn 实数必须在0010之间12 增益Kc 实数比例常数可正可负16 采样时间Ts 实数单位为s必须是正数20 采样时间Ti 实数单位为min必须是正数24 微分时间Td 实数单位为min必须是正数28 积分项前值MX 实数必须在0010之间32 过程变量前值PVn-1 实数必须在0010之间1 回路输入输出变量的数值转换方法本文中设定的温度是给定值SP需要控制的变量是炉子的温度但它不完全是过程变量PV过程变量PV和PID回路输出有关在本文中经过测量的温度信号被转化为标准信号温度值才是过程变量所以这两个数不在同一个数量值需要他们作比较那就必须先作一下数据转换温度输入变量的数10倍据转化传感器输入的电压信号经过EM231转换后是一个整数值他的值大小是实际温度的把AD模拟量单元输出的整数值的10倍但PID指令执行的数据必须是实数型所以需要把整数转化成实数使用指令DTR就可以了如本设计中是从AIW0读入温度被传感器转换后的数字量其转换程序如下MOVW AIW0 AC1DTR AC1 AC1MOVR AC1 VD1002 实数的归一化处理因为PID中除了采样时间和PID的三个参数外其他几个参数都要求输入或输出值0010之间所以在执行PID指令之前必须把PV和SP的值作归一化处理使它们的值都在0010之间归一化的公式如4949式中标准化的实数值未标准化的实数值补偿值或偏置单极性为00双极性为05值域大小为最大允许值减去最小允许值单极性为32000双极性为6400本文中采用的是单极性故转换公式为410因为温度经过检测和转换后得到的值是实际温度的10倍所以为了SP值和PV值在同一个数量值我们输入SP值的时候应该是填写一个是实际温度10倍的数即想要设定目标控制温度为100?时需要输入一个1000另外一种实现方法就是在归一化的时候值域大小可以缩小10倍那么填写目标温度的时候就可以把实际值直接写进去[19]3 回路输出变量的数据转换本设计中利用回路的输出值来设定下一个周期内的加热时间回路的输出值是在0010之间是一个标准化了的实数在输出变量传送给DA模拟量单元之前必须把回路输出变量转换成相应的整数这一过程是实数值标准化过程411S7-200不提供直接将实数一步转化成整数的指令必须先将实数转化成双整数再将双整数转化成整数程序如下ROUND AC1 AC1DTI AC1 VW34423 PID参数整定PID参数整定方法就是确定调节器的比例系数P积分时间Ti和和微分时间Td 改善系统的静态和动态特性使系统的过渡过程达到最为满意的质量指标要求一般可以通过理论计算来确定但误差太大目前应用最多的还是工程整定法如经验法衰减曲线法临界比例带法和反应曲线法。

基于 S7-200的温度控制系统设计摘要：采用西门子S7-200系列的可编程控制器为该温度控制系统的核心控制器件采用PID算法，选择PT100为温度传感器对室内的温度进行采集，将采集到的温度信号转为模拟信号通过EM235模块直接传输给PLC，PLC对传输来的信号，通过控制温度的模块来控制温度保持在适宜的温度。

关键词：PLC；PID；温度传感器；A/D转换0引言如今正是一个高速发展的时代，科学技术发展越来越快，我们对技术的要求也是越来越高，科学技术虽然发展快，但有时还是赶不上我们所需要的，温度作为许多领域都要重视的参数，人们对温度控制的要求也是越来越高，温度控制系统本身存在测量精度，测量速度，是否严重滞后的问题，我们设计一个温度控制系统也就是要围绕这些存在的问题进行改进，以达到满足人们所需要的适用的温度控制系统。

1 S7-200 PLC控制系统PLC控制系统可分为三部分：输入部分、逻辑部分、输出部分。

一个最基本的S7-200 PLC控制系统首先要用最基本的模块CPU作为大脑一样的控制中心（S7-200CPU）、还需要编程软件来编译程序，调试程序导入PLC中（STEP7-Micro/WIN）、还需用到计算机或程序编辑器（PC）。

根据控制系统的不同要求PLC配套也不一样，可以加入扩展模块。

有了以上的设备就可以进行控制系统的设计类。

2硬件设计2.1 S7-200 CPU226本设计使用的是西门子S7-200 CPU226型号的PLC，CPU226主要技术参数与其它型号相比该型号I/O点多，扩展能力强，运行快，功能更强，该配置完全可以适用于一些中小型控制系统。

适用于本设计的控制系统。

2.2 温度传感器PT100PT100就是说它的阻值在0度时为100欧姆，PT100温度传感器是一种以铂(Pt)作成的电阻式温度传感器，属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下：R=T*0.385+100 （1）将温度转换成电阻，再通过欧姆定律将电阻转换成电压或电流的值，转换成模拟量。

郑州大学毕业设计（论文）题目基于西门子S7-200 PLC的温度控制系统设计院系专业年级学生姓名指导教师2013 年6 月 2 日1v摘要温度是各种工业过程最普遍、最重要的参数之一，温度控制的精度对实验结果或工业生产都会产生重要的影响。

传统的温控系统采用温控仪表和继电器式控制柜等进行控制，其主要缺点是结构复杂，体积大，故障率高，通用性差，控制精度低．人机交互困难，自动化程度低．难以满足现代生产加工的需要。

随着现代传感技术与控制方法的不断革新和发展，对实时温度控制的精度以及反应快速性的要求越来越高。

本文就是基于PLC的温度控制系统设计。

本文主要介绍了PLC相关知识、温度控制系统的硬件设计、软件设计，同时对传感技术、PID算法以及调压技术进行了涉及。

在硬件上主要采用西门子S7-200系列CPU224XP，K型热电偶传感器及K型热电偶变送器、柱式电压调压器以及EM235模拟量输入输出扩展模块。

热电偶作为温度采集元件，采集的信号经温度变送器转换盒放大后送到EM235处理，随后送入PLC进行PID运算，运算结果控制调压器对加热过程进行调节实现自动化控制。

关键词温度控制PLC PIDvAbstractTemperature is one of the most common variety of industrial processes, the most important parameter, the accuracy of temperature control will have an important impact on the results or industrial production.The temperature control system is adopted in traditional temperature control meter and relay control cabinet control, its main disadvantage is the complicated structure, big volume, high failure rate, poor universality, low control accuracy. Human-computer interaction difficulties, low degree of automation. It is difficult to meet the needs of modern production and processing. With the continuous innovation and development of modern sensor technology and control method, the higher of the real-time temperature control precision and response speed are required. This article is based on the PLC temperature control system design.This paper mainly introduced the PLC related knowledge, the temperature control system hardware design, software design, at the same time, sensor technology, PID algorithm and the pressure regulating technology is involved. The hardware mainly adopts Siemens S7-200 series CPU224XP, the column voltage type K thermocouple sensor and K type thermocouple temperature transmitter, pressure regulator and EM235 analog input and output expansion module. Thermocouple as the temperature acquisition device, the signals collected by the temperature transmitter conversion kit amplified to EM235 processing, then sent to PLC PID operation, the control voltage regulator is adjusted to realize automatic control of heating process calculation results.Keywords temperature control PLC PIDIv目录摘要 .......................................................................................................................................................... Abstract . (I)第一章绪论 01.1 课题研究背景及意义： 01.2 课题研究的主要内容 (1)1.3 研究技术介绍 (1)1.3.1 传感检测技术 (1)1.3.2 PLC (2)1.3.3 上位机 (2)1.3.4 组态软件 (3)第二章硬件设计 (4)2.1 硬件配置 (4)2.1.1 西门子S7-200PLC (4)2.1.2 热电偶 (7)2.1.3 电力调整器 (8)2.2 硬件连接 (11)2.3 地址分配表 (12)第三章软件设计 (13)3.1 PID控制程序设计 (13)3.1.1 PID控制内容 (13)3.1.2 PID控制原理（PID算法） (13)3.1.3 PID输入输出值转换 (14)3.1.4 PID在PLC中的回路指令 (16)3.1.5 PID参数调整的一般步骤 (17)3.2 程序设计流程图 (17)3.3 内存分配地址及PID指令回路表 (19)3.4 S7-200程序设计梯形图 (20)3.4.1 启动/停止 (20)3.4.2 初始化 (20)3.4.3 调用子程序 (21)3.4.4 数据导入 (22)3.4.5 测量值归一处理 (23)3.4.6 计算设定量与过程变量差值 (24)3.4.7 根据具体情况选择合适的加热方式 (24)第四章组态软件Kingview (26)4.1 外部设备定义 (26)4.2 数据变量 (27)4.3 组态王画面设计 (28)4.3.1 建立新画面 (28)IIv4.3.2 实时趋势曲线制作 (29)4.3.3 报警窗口制作 (31)4.3.4 指示灯 (33)4.3.5 温度数值显示 (34)4.3 组态王与西门子PLC的通信 (35)第五章结论 (36)致谢 (37)参考文献 (38)IIIv第一章绪论1.1 课题研究背景及意义：工业生产当中，温度是一个非常重要的参数，温度的轻微变化均可能带来较大的物理化学变化，从而给生产质量带来了巨大的挑战。