PLC恒温控制器设计说明

PLC恒温控制器设计学院名称机电信息工程学院专业名称学生学号指导教师设计完成日期： 2012年 7月9日摘要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、控制温度恒定是十分重要的。

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, PLC 在这方面却是公认的最佳选择。

本文研究设计了一套电炉的恒温控制系统，该系统基于PLC（S7-300），结合F58功能块，固态继电器，温度传感器等组成硬件。

简要介绍了相关硬件设计结构，软件设计方法以及其设计的核心程序及处理程序。

关键词：西门子S7-300PLC，PID，温度传感器，固态继电器AbstractTemperature measurement and control of human daily life, industrial production, weather forecast, material storage and so plays a very important role, in many occasions, timely and accurate access to the target temperature, constant temperature control is very important. .The application of this aspect is based on SCM which is making the PID control, yet the hardware and software design of DDC system controlled by SCM is somewhat complicated , it’s not an advantage especially related to logic control, however it is accepted as the best choice when mentioned to PLC. This paper studied and designed a set of electric furnace temperature control system, the system is based on PLC ( S7-300), with F58 function block, solid state relay, temperature sensors and other components of the hardware. Briefly introduced the hardware structure, software design and the design method of the core program and processing program.Key Words: Siemens S7-300 PLC，PID，temperature pickup, solid state relay目录1 绪论............................................................... - 1 -2 设计任务........................................................... - 2 -3 硬件设计与实现 ..................................................... - 3 -3.1 硬件配置...................................................... - 3 -3.1.1 西门子S7-300 .............................................. - 3 -3.1.2固态继电器.................................................. - 4 -3.1.3温度传感器.................................................. - 4 -3.2 I/O分配表及系统硬件配置图..................................... - 5 -3.3 硬件的组态..................................................... - 6 -3.4参数设置........................................................ - 7 -3.5硬件接线图...................................................... - 8 -4 软件设计与实现 ..................................................... - 9 -4.1 PID控制程序设计................................................ - 9 -4.1.1 PID控制算法................................................ - 9 -4.1.2 FB58功能模块完成相应PID算法.............................. - 10 -4.1.3 设定值与过程变量的处理 .................................... - 10 -4.2 程序设计流程图 ................................................ - 11 -5 实验调试.......................................................... - 12 -结论................................................................ - 14 -参考文献............................................................ - 15 -附录程序设计梯形图 ................................................ - 16 -1 绪论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。

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IFCS)等。

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。

电阻炉是热处理常用设备之一，电阻炉可以提供室温至1200℃围的温场。

维持电阻炉某一围的温度恒定是必须要解决的问题。

电阻炉的发热体为电阻丝。

电阻炉通常采用模拟仪表测量温度，并通过控制交流接触器的通断时间比例来控制加热功率，由于模拟仪表本身的测量精度差，加上交流接触器的寿命短，通断比例低，故控制精度低。

本文设计一个采用PLC(S7-300)可编程序控制器实现对电阻炉温度的自动控制。

PLC的模拟量输入模块反馈的炉温实际值与给定值的偏差进行PID运算，运算结果输出控制电阻炉平均功率的大小，来达到控制炉温的目的。

2 设计任务采用所给的设备(S7-300系列PLC、固态继电器、温度传感器等)实现对电炉温度的恒温控制。

在本实验装置中,温度由220v的烙铁芯通过固态继电器加热控制，温度的测量通过PT100温度变送器输出4-20MA电流信号，送至模拟量输入模块SM331.温度变送器测量的温度值送到数字式电压表上，通过数字式电压表上显示的数值，即可以熟悉温度变化的过程。

（温度变送器整定值为0～200摄氏度，对应电压值为1～5v）。

系统通过设置PID参数，控制PLC的输出脉冲产生PWM脉冲信号，控制固态继电器的断通的周期，来控制加热温度。

3 硬件设计与实现3.1 硬件配置3.1.1 西门子S7-300这里我们主要介绍的是西门子S7-300，S7-300属于模块式PLC。

西门子的PLC以其极高的性价比，在国占有很大的市场份额，在我国的各行各业得到了广泛的应用。

S7-300模块式PLC，主要由机架、CPU模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成，各种模块安装的机架上。

通过CPU模块或通信模块上的通信接口，PLC被连接到通信网络上，可以与计算机、其它PLC或其它设备通信。

图4-1是PLC控制系统的示意图。

图3.1 PLC控制系统示意图CPU模块：CPU模块主要由微处理器和存储器组成，S7-300将CPU模块简称为CPU。

在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出，模块中的存储器用来存储程序和数据。

信号模块：输入（Input）模块和输出（Output）模块一般简称为I/O模块，开关量输入/输出模块简称为DI模块和DO模块，模拟量输入/输出模块简称为AI模块和AO模块，在S7-300中统称为信号模块。

信号模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。

输入模块用来接收和采集输入信号，开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关等来的开关量输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流电压信号。

开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备，模拟量输出模块用来控制电动调节阀、变频器等执行器。

在信号模块中，用光耦合器、光敏晶闸管、小型继电器等器件来隔离PLC的部电路和外部的输入、输出电路。

功能模块：为了增强PLC的功能，扩大应用领域，减轻CPU的负担，PLC厂家开发了各种各样的功能模块。

主要用于完成某些对实时性和存储容量要求很高的控制任务。

接口模块：CPU模块所在的机架称为中央机架，如果一个机架不能容纳全部模块，可以增设一个或多个扩展机架。

接口模块用来实现中央机架和扩展机架之间的通信，有的接口模块还可以为扩展机架供电。

通信处理器：通信处理器用于PLC之间、PLC与远程I/O之间、PLC与计算机和其他智能设备之间的通信，可以将PLC接入MPI、PROFIBUS-DP、AS-i和工业以太网，或者用于点对点通信。