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和PV值在同一个数量值0~1.0对应0~100℃，所以输入SP值的时候应该是填写一个是实际温度1/100的数，即想要设定目标控制温度为80℃时，需要输入一个0.8。
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0.0~1.0之间，是一个标准化了的实数，在输出变量传送给D/A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。
Rscal?(Mn?Offest)Span （2-7）
S7-200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, AC1 DTI AC1, VW34
2.2.3 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。
经验法又叫现场凑试法，它不需要进行事先的计算和实验，而是根据运行经验，利用一组经验参数，根据反应曲线的效果不断地改变参数，对于温度控制系统，工程上已经有大量的经验，其规律如表2-4所示。
表 2-4温度控制器参数经验数据
被控变量 温度 规律的选择 滞后较大 比例度 20~60 积分时间（分钟） 20~40 微分时间（分钟） 0~3
实验凑试法的整定步骤为“先比例，再积分，最后微分”。 1）整定比例控制
将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。
2）整定积分环节
先将步骤1）中选择的比例系数减小为原来的50～80％，再将积分时间置一个较大值，观测响应曲线。然后减小积分时间，加大积分作用，并相应调整比例系数，反复试凑至得到较满意的响应，确定比例和积分的参数。 3）整定微分环节环节
先置微分时间TD=0，逐渐加大TD，同时相应地改变比例系数和积分时间，反复试凑至获得满意的控制效果和PID控制参数。
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经过经验得出本设计的PID参数如下，
主控制器的增益为0.15，采样时间为0.2S，积分时间为30min，微分时间为3.0min； 副控制器的增益位2.0 ，采样时间为0.2S，积分时间位27min，微分之间为0min。
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第三章 系统硬件设计
3.1 系统的硬件组成 3.1.1系统结构组成
温度控制系统的结构包括一台可编程控制器、一台调功器、两个温度检测回路、一个加热器、一个模拟量输入输出扩展模块EM235、两个数显表、两个启动/停止按钮，一个系统运行指示灯。
3.1.2统各个组成部分完成的任务
（1）运行指示灯和启动按钮/停止按钮实现运行监控和启动和停止系统的控制：按下启动按钮，系统开始运行，运行指示灯点亮；按下停止按钮，系统停止运行系统指示灯熄灭。
（2）数显表：根据PLC的输出实时显示内胆温度和夹套温度的实际温度值，便于控制和观察。
（3）温度变送器：用来检测夹套和内胆温度，将温度值转换为PLC可以读取的电压模拟量信号，同时传送给PLC模拟量输入模块EM235。
（4）调功器和加热器：是PLC的控制对象，根据PLC模拟量输出模块输出的0~5V电压信号，来控制调功器的输出功率电压，对加热器进行控制，来加热炉内温度。
（5）可编程控制器和模拟量输入/输出扩展模块：可编程控制器对采集来的温度信号进行标度变换处理后得到实际的温度值，将数据传送给两个数显表对内胆温度和夹套温度分别显示；另一方面，根据采集到得温度值，和给定的温度值进行计算处理，采用PID控制算法处理后通过模拟量输入输出扩展对调功器进行控制来实现对加热器的控制。
3.2 可编程控制器
可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PLC。
3.2.1PLC的特点
（1）可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高
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的可靠性。
(2)配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中，加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
(3)易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
(4)系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。
(5)体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
3.2.2PLC的选型
全球PLC有二百多种，国内常用PLC也就二三十种，常用的有德国西门子，法国施耐德，美国AB，ABB，GE日本欧母龙，三菱，松下，韩国，三星，国产和利时，科创思等。
西门子PLC相对于其他的PLC价钱比较高，但是性能相对强大，可操作性强，有相配套的伺服系统和组态软件。而且在大学期间我所接触的也大多数是西门子公司的PLC。西门子PLC的种类分为S7-200PLC，S7-300PLC，S7-400PLC等，S7-300PLC，S7-400PLC与S7-200PLC相比功能更为强大，为S7-200的升级产品，但由于本系统所需功能和技术要求S7-200完全能够解决，所以从经济方面考虑选用西门子S7-200PLC系列产品。
S7-200系列PLC是由德国西门子公司生产的一种超小型系列可编程控制器，它能满足多种自动化控制的需求，其设计紧凑，价格低廉，并且具有良好的可扩展性以及强大的指令功能，可代替继电器在简单的控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。由于具有极强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充
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分发挥作用。
S7-200系列可以根据对象不同，可以选用不同的型号和不同数量的模块，并可以将这些模块安装在同一机架上。
3.2.3西门子S7-200主要功能模块介绍
（1）CPU模块：S7-200的CPU模块包括一个中央处理单元，电源及数字I/O点，这些都被集成在一个紧凑，独立的设备中，CPU负责执行程序，输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则输出控制信号，驱动外部负载。从CPU模块功能来看，CUP模块为CUP22*，它具有如下五种不同的结构配置CPU单元：①CPU221它有6输入/4输出，I/O共计10点。无扩展能力，程序和数据存储容量较小，有一定的高速计数处理能力，非常适合于少点数的控制系统。②CUP222它有8输入/6输出，I/O共计14点，和221相比，它可以进行一定的模拟量控制和2个模拟量扩展，因此是应用更广泛的全功能控制器。③CUP224它有14输入/10输出，I/O共计24点，和前两者相比，存储容量扩大了一倍，它可以有7个扩展模块，有内置时钟，它有更强的模拟量和高速计数的处理能力，是使用得最多S7-200产品。④CUP226 它有24输入/16输出，I/O共计40点，和CUP224相比，增加了通信口数量，通信能力大大增强。它可用于点数较多，要求较高的小型或中型控制系统。⑤CUP226XM 它在用户程序存储量和数据存储量上进行了扩展，其他指标和CUP226相同。
在本设计中由数字量2输入/4输出，需要一个模拟量扩展，而CUP222本机数字量8输入/6输出，和两个模拟量，可完成设计所需的技术要求，所以本设计选用CUP222 DC/DC/DC。CUP用24V DC电源，24V DC输入，24V DC输出，其功率为5W，订货号为6ES7 212-1AB23-0XB0。
（2）模拟量扩展模块：
温度传感器检测到温度转换成0～100mV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，得到的控制信号也要通过模拟量输出模块把数字信号转成0~5V的电压信号对调功器进行控制。S7-200PLC的模拟量模块有EM231，EM232和EM235三种类型的模拟量扩展模块。EM231有4路模拟量输入，EM232有2路模拟量输出，EM235有4路模拟量输入和2路模拟量输出。本设计中需要检测两个温度信号，和输出一个电压控制信号，所以需要2路模拟量输入/1路模拟量输出，所以我们选择EM235模拟量输入/输出模块，其功耗为2W。订货号为6ES7 235-0KD22-0XA0。
其输入/输出特性如表3-1所示。
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毕业论文《基于PLC的加热炉温度控制系统设计》
