基于PLC和组态王的温度控制系统设计

• 功耗：3W
• 输入特性 本机输入：4路模拟量输入
• 电源电压：标准DC 24V/4mA
• 输入类型：0~10V，0~5V，±5V,±2.5V,0~20mA
• 分辨率：12 Bit
• 转换速度：250μS
• 隔离：有
• 耗电
从CPU的DC 5V （I/O总线）耗电10mA
• DIP开关 SW1 0, SW2 0, SW3 1（以K型热电偶为例）
PLC控制系统设计的基本原则和步骤
弄懂PLC的基本工作原理和指令系统后,就 可以把PLC应用到实际的工程项目中。无 论是用PLC组成集散控制系统，还是独立 控制系统，PLC控制部分的设计都可以参 考图所示的步骤。
• PLC控制系统设计步骤
评估控制任务 PLC机型的选择 控制流程的设计
控制柜设计及布线 PLC安装
EM231模拟量输入模块
• 本温度控制系统中，传感器将检测到的温度转换 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：J、 K、E、N、S、T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 组态： SW1～SW3用于选择热电偶类型，SW4 没有使用，SW5
电偶有S、B、E、K、R、J、T七种类型，在本系统中，
我们选用了K型热电偶（分度表如表3-3所示），其测温范
围大约是0～1000℃。系统里的烤炉最高温度不过几百度，
加上一定的裕度就足够了，另外其成本也不算高[12]。
I/O点分配及电气连接图
• 该温度控制系统中I/O点分配表如表所示。
•
2)系统整体设计方案及硬件连接图。系统选用PLC
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。配有2个RS485通讯口，具有PPI，
MPI和自由方式通讯能力，波特率最高为38.4 kbit/s，可
用于较高要求的中小型控制系统[11]。
• 本温度控制系统由于输入/输出点数不多，本可以使用 CPU224以下的类型，不过为了能调用编程软件STEP 7 里的PID模块，只能采用CPU226及以上机种。
方法最为普遍。其中最常用于测量温度的是热电偶和热电 阻，热电偶是将温度变化转换为电势变化,而热电阻是将
温度变化转换为电阻的变化。这两种热电式传感器目前在 工业生产中已得到广泛应用。
•
该系统中需要用传感器将温度转换成电压，且炉子的
温度最高达几百度,所以我们选择了热电偶作为传感器。
热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。国际标准热
CPU226为控制器， K型热电偶将检测到的实际炉温转化为
电压信号，经过EM231模拟量输入模块转换成数字量信号并
送到PLC中进行PID调节，PID控制器输出量转化成占空比，
通过固态继电器控制炉子加热的通断来实现对炉子温度的控
制。PLC和HMI相连接，实现了系统的实时监控。整个硬件
联机调试 是否满足要求 程序备份 投入使用
程序设计 程序检查、调试
模拟运行
修改软、硬件
PLC控制系统设计的一般步骤
• 1. 熟悉被控对象 • 2. 硬件选择 • 3. 编写应用程序 • 4. 程序调试
5. 编写技术文件
PLC的选型与硬件配置
• PLC型号的选择 • 本温度控制系统选择德国西门子公司的
S7-200系列的PLC。S7-200 PLC属于小型 整体式的PLC, 本机自带RS-485通信接口、 内置电源和I/O接口。它的硬件配置灵活， 既可用一个单独的S7-200 CPU构成一个简 单的数字量控制系统，也可通过扩展电缆 进行数字量I/O模块、模拟量模块或智能接 口模块的扩展，构成较复杂的中等规模控 制系统[10]。完整的S7-200系列PLC实物如 图所示。
存储单元
中央处理单元CPU
输
输
入
出
接
接
口
口
电源
人机界面产品的特点
• (1) 系统运行过程清晰化 • • (2) 系统操作简单化 • • (3) 显示报警 • • (4) 数据归档 • • (5) 报表系统 •
PLC控制系统硬件设计
• 在掌握了PLC的硬件构成、工作原理、指令 系统以及编程环境后，就可以PLC作为主要 控制器来构造PLC控制系统。主要从系统设 计结构和硬件设计角度，介绍该项目的PLC 控制系统设计步骤、PLC的硬件配置、外部 电路设计以及PLC控制器的设计和参数的整 定。
S7-200 CPU的选择
•
S7-200系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、
CPU224XP、CPU226等类型。此系统选用S7-200
CPU226，CPU226集成了24点输入/16点输出，共有40个
数字量I/O。可连接7个扩展模块，最大扩展至248点数字
量或35点模拟量I/O。还有13KB程序和数据存储空间空间，
基于PLC和组态王的温度控 制系统设计
PLC和HMI基础
可编程逻辑控制器是一种工业控制计算机，简 称PLC，它使用了可编程序的记忆以存储指令， 用来执行诸如逻辑、顺序、计时、计数和演算 等功能，并通过数字或模拟的输入和输出，以
控制各种机械或生产过程。
可编程控制器基础
• 可编程控制器的组成和工作原理
• 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。本 系统用的是K型热电偶，所以DIP开关SW1～SW8组态为 00100000；EM231具体技术指标见表3-1。
•
型号
EM231模拟量输入模块
• 总体特性 外形尺寸：71.2mm×80mm×62mm
•
表所示
为如何使
用DIP开关
设置
EM231模
块，开关1、
2和3可选
择模拟量
输入范围。
所有的输
入设置成
相同的模
拟量输入
范围。表
中，ON为
wenku.baidu.com接通，
OFF为断
开。
• EM231校准和配置位置图如图所示
热电式传感器
• 热电式传感器是一种将温度变化转化为电量变化的装置。 在各种热电式传感器中，以将温度量转换为电势和电阻的