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
型号的选择
2.1.1 PLC
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（ P C）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
型号 S7-200CPU221 S7-200CPU222 S7-200CPU224 S7-200CPU224XP S7-200CPU226
6 8 24 24 24 输入点
4 6 10 16 16
输出点
扩展模块数量 0 2 7 7 7
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。可 连接 7 个扩展模块， 最大扩展至 248 路数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点。26K 字节程序和数据存储空间。 6 个独立的 30kHz高速计数器， 2 路独立的 20kHz高 速脉冲输出，具有 PID 控制器。2 个 RS485通讯/ 编程口，具有 PPI 通讯协议、 MPI通讯协议和自由方式通讯能力。 I/O 端子排可很容易地整体拆卸。用于较高 要求的控制系统，具有更多的输入 / 输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行 速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系 统。
CPU226模块的 I/O 配置及四肢分配
主机 CPU226
模块 0 8IN
模块 1 4IN/4OUT
4AI/1AQ
模块 2
4AI/1AQ
模块 3
I4.0/Q2.0
I0.0-I2.7/ Q0.0-Q1,.7
I4.2/Q2.3 I4.3/Q2.3
2.1.3 EM235
模拟量输入 / 输出模块 I3.0-I3.7
I4.1/Q2.1
AIW0/AQW0 AIW2
AIW4 AIW6
AIW8/AQW4 AIW10
AIW12 AIW14
在温度控制系统中，传感器将检测到的温度转换成 4-20mA的电流信号，系
PLC中进行处
统需要配置模拟量的输入模块把电流信号转换成数字信号再送入
理。在这里我们选择西门子的 EM235模拟量输入 / 输出模块。 EM235模块具有 4 路模拟量输入 / 一路模拟量的输出。它允许 S7-200 连接微小的模拟量信号，± 80mV范围。用户必须用 DIP 开关来选择热电偶的类型，断线检查，测量单位， 冷端补偿和开路故障方向： SW1～SW3用于选择热电偶的类型， 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用于选择测量方 向，SW8用于选择是否进行冷端补偿。 所有连到模块上的热电偶必须是相同类型。 2.1.4
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、 应答误差、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 S、B、E、K、R、J、T 七种标准化热电偶为我国统一设计型 热电偶。本论文采用的是 K型热电阻。 2.1.5
可控硅加热装置
PID 调节的数字式
对于要求保持恒温控制而不要温度记录的电阻炉采用带
温度显示调节仪显示和调节温度， 输出 0～10mA作为直流信号输入控制可控硅电 压调整器或触发板改变可控硅管导通角的大小来调节输出功率，
完全可以满足要
求，投入成本低， 操作方便直观并且容易维护。 温度测量与控制是热电偶采集信 号通过 PID温度调节器测量和输出 0～10mA或4～20mA控制触发板控制可控硅导 通角的大小， 从而控制主回路加热元件电流大小， 使电阻炉保持在设定的温度工 作状态。可控硅温度控制器由主回路和控制回路组成。 主回路是由可控硅， 过电 流保护快速熔断器、过电压保护 RC和电阻炉的加热元件等部分组成。
2.1.6 系统组成原理图
2.2 系统变量定义及分配表 2.2.1 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
特殊标志位存储器 1 特殊标志位存储器 2 双字变量存储器 1 双字变量存储器 2 双字变量存储器 3 双字变量存储器 4 双字变量存储器 5 特殊标志位内存字节
中断连接指令 中断允许指令
SM0.0 SM0.1 VD104 VD112 VD116 VD120 VD124 SMB34 ATCH ENI I_DI
CPU运行时，该位始终为 1
首次扫描时该位为 1 将实数 0.4 送入 VD104 将实数 0.15 送入 VD104 将实数 0.1 送入 VD104 将实数 30.0 送入 VD104 将实数 0.0 送入 VD104 设置中断控制字节（ SMB34}=100 建立中断事件 EVNT和程序 INT 条件成立时，允许所有中断事件 模拟量输入映像寄存器 AIW0的值送入累
加器 AC0
12 双整数到实数转换指令 13 14
实数除法运算指令
回路指令
DI_R 累加器 AC0中的值转换后存入累加器 AC0 DIV_R 累加器 AC0中的值除以 32000 后再送入 AC0 PID
根据 TBL中的输入 VB108和配置信息对
LOOP执行 PID 循环
15
实数乘法指令
MUL_R 双字变量存储器 VD108中的内容与 32000 相乘结果送入累加器
AC0
符号表 符号
地址
注释
11 整数到双整数转换指令
16 实数到双整数转换指令 ROUND累加器 AC0中的值转换后存入累加器 AC0
17 双整数到整数转换指令 DI_I 累加器 AC0中的值转换后存入累加器 AC0
2.2.2 I/O 分配表 输入信号
输出信号
地址
名称
启动指示灯
地址 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5
名称
脉冲输入 I0.1
启动按钮 停止按钮
停止指示灯 正常运行指示灯 温度越上限报警指示灯 加热指示灯
2.3 系统接线图设计
3 控制系统设计
3.1 控制程序流程图设计
基于PLC的温度控制系统的设计.doc.doc
