基于PLC的温度控制闭环系统

1 绪论.................................................................................................................................... 2 1.1 课题背景 ....................................................................................................................... 2 1.2 研究的主要内容 ........................................................................................................... 2 2 基于PLC的炉温控制系统的硬件设计 ........................................................................... 3 2.1系统控制要求 ................................................................................................................ 3 2.2系统设计思路 ................................................................................................................ 3 2.3系统的硬件配置 ............................................................................................................ 3 3 炉温PID控制算法 ........................................................................................................... 7 3.1模拟PID算法简介 ........................................................................................................ 7 3.2 PID算法的数字化处理 ................................................................................................ 8 4 基于PLC的炉温控制系统的软件设计 ......................................................................... 12 4.1 STEP 7 MICRO/WIN32软件介绍 ................................................................................ 12 4.2 输入输出点配置 ......................................................................................................... 12 表4.1程序使用输入输出点配置 ...................................................................................... 13 4.3 系统流程图 ................................................................................................................. 13 4.4 系统程序实现 ............................................................................................................. 13 4.5 系统程序调试 ............................................................................................................. 18 5 基于MT500 系列触摸屏的监控软件的设计 ................................................................ 23 5.1 MT500系列触摸屏概述 .............................................................................................. 23 5.2 触摸屏编程软件Eview简介 ..................................................................................... 23 5.3 监控软件设计流程图 ................................................................................................. 23 图5.1监控软件设计流程图 .............................................................................................. 24 5.4 监控软件设计 ............................................................................................................. 24 5.6 系统联机调试 ............................................................................................................. 31 结 论 .................................................................................................................................. 33 致 谢 .................................................................................................................................. 34 参 考 文 献 ........................................................................................................................ 35

1 绪论

1.1 课题背景

随着现代工业的逐步发展，在工业生产中，温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量。其中，温度是一个非常重要的过程变量。例如：在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域，都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行控制[1]。这方面的应用大多是基于单片机进行PID控制,然而单片机控制的DDC系统软硬件设计较为复杂,特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处,然而PLC在这方面却是公认的最佳选择。

随着PLC功能的扩充在许多PLC控制器中都扩充了PID控制功能,因此在逻辑控制与PID控制混合的应用场所中采用PLC控制是较为合理的，通过采用PLC来对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大的优点，而且可以大幅度提高被测温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，PLC对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。这也正是本课题所重点研究的内容。

1.2 研究的主要内容

本课题的研究内容主要有： 1）温度的检测；

2）采用PLC进行恒温控制； 3）PID算法在PLC中如何实现； 4）PID参数对系统控制性能的影响； 5）温控系统人机界面的实现。

2 基于PLC的炉温控制系统的硬件设计

2.1系统控制要求

本PLC温度控制系统的具体指标要求是：对加热器加热温度调整范围为0℃—150℃，温度控制精度小于3℃，系统的超调量须小于15%。软件设计须能进行人机对话，考虑到本系统控制对象为电炉，是一个大延迟环节，且温度调节范围较宽，所以本系统对过渡过程时间不予要求。

2.2系统设计思路

根据系统具体指标要求，可以对每一个具体部分进行分析设计。整个控制系统分为硬件电路设计和软件程序设计两部分。

系统硬件框图结构如图所示:

给定温度 CPU运算处理 S7-200PLC 温 度 变送器 温 度 传感器 SSR 加热器 炉子 图2.1系统硬件框图

被控对象为炉内温度，温度传感器检测炉内的温度信号，经温度变送器将温度值转换成0～10V的电压信号送入PLC模块。PLC把这个测量信号与设定值比较得到偏差，经PID运算后，发出控制信号，经调压装置输出交流电压用来控制电加热器的端电压，从而实现炉温的连续控制。

2.3系统的硬件配置

2.3.1 S7-200PLC选型

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，它能够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。由于它具有极强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥作用[2]

S7-200系列可以根据对象的不同, 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。