智能化温度控制系统设计

东北大学秦皇岛分校控制工程学院《过程控制系统》课程设计

设计题目：智能化温度控制系统设计

学生：刘剑武

专业：测控技术与仪器

班级学号：*******

指导教师：***

设计时间：2013.7. 8-2013.7.19

目录

一、前言 (3)

二、设计任务 (3)

三、总体设计 (3)

温度测量与控制过程 (4)

四、选型 (5)

pt100热电阻温度传感器 (5)

PLC (5)

EM235 (5)

三相可控硅交流调压移相和触发器 (7)

五、硬软件设计 (8)

硬件部分 (8)

总体设计图 (8)

主电路图 (9)

PLC控制连线图 (10)

软件部分 (11)

程序流程图 (11)

I/O地址分配表 (11)

PID控制编程实现 (12)

程序模块 (13)

六、总结分析及结论 (14)

七、参考文献 (14)

八、结束语 (14)

一、前言

1987 年，国际电工委员会（IEC）颁布的可编程控制器标准第三稿中，对可编程控制器的定义如下：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入/输出，控制各种机械或生产过程。

电阻炉是热处理常用设备之一，电阻炉可以提供室温至1200℃范围的温场。

维持电阻炉某一范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。

本文设计一个采用西门子公司S7-200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。

二、设计任务

1、系统构成：

系统主要由温度传感器，PLC控制系统、锅炉温度对象、执行器（查找资料自己选择）等组成。

温度传感器、控制器、执行器可查找资料自行选择，控制器选择PLC为控制器。PLC 型号自选。

2、写出温度测量与控制过程，绘制温度控制系统组成框图。

3、（1）系统硬件电路设计自选。

（2）编制温度测量控制程序：软件采用模块化程序结构设计，由温度采集程序、温度校准程序、温度控制程序等部分组成。

三、总体设计

温度测量与控制过程

PLC运行时，通过特殊继电器SM0.0产生初始化脉冲进行初始化，将温度设定值，PID 参数值等存入数据寄存器，随后系统开始温度采样5，pt100热电阻温度变送器将采集到的出口水温度信号转换为4-20mA的电流信号，电流信号在通过AIW2进入PLC，作为温度的反馈值，经过控制器的PID运算产生输出信号，由AQW0输出，输出的4-20mA电流信号控制可控硅的导通角，从而控制电加热管的电压，完成对温度的控制。

四、选型

pt100热电阻温度传感器

pt100热电阻温度传感器标准化输出信号主要为0mA~10mA和4mA~20mA（或1V~5V）的直流电信号。不排除具有特殊规定的其他标准化输出信号。温度变送器按供电接线方式可分为两线制和四线制。变送器有电动单元组合仪表系列的（DDZ-Ⅱ型、DDZ-Ⅲ型和DDZ-S型）和小型化模块式的，多功能智能型的。前者均不带pt100温度传感器，后两类变送器可以方便的与热电偶或热电阻组成带传感器的变送器。

pt100温度传感器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表。主要用于工业过程温度参数的测量和控制。带传感器的变送器通常由两部分组成：传感器和信号转换器。传感器主要是热电偶或热电阻；信号转换器主要由测量单元、信号处理和转换单元组成（由于工业用热电阻和热电偶分度表是标准化的，因此信号转换器作为独立产品时也称为变送器），有些变送器增加了显示单元，有些还具有现场总线功能。

测量方法可采用恒流恒压法，在传统的仪器仪表中，一般都采用这种方法，在构建恒流或者恒压法后，在利用欧姆定律，算出Pt100的阻值，然后查询分度表，得到温度。这种方法最简单也最通用。

PLC

提供8点、16点数字量输入输出扩展模块；提供电压、电流输入输出，热电阻等模拟量模块；可接受双极性、单极性电压，电流等输入信号。

使用STEP 7-MircoWIN软件编程，可直接运行西门子S7-200程序；支持SIMATIC和IEC1131-1指令集，支持协议库指令；可使用STL、梯形图、FBD三种编程器编程，支持中/英文编程。

参数：

2 A,继电器

继电器输出85 … 264 V AC 24 V DC 24 V DC, 24 …230 V

AC

EM235

连接控制系统的模拟量过程信号向过程控制系统输出模拟量控制信号;将过程模拟量信号转换为在SIMATIC S7-200内所处理的数字量信号,将S7-200的数字信号转换为过程所需的模拟量信号.为PLC扩展模拟量输入输出接口。

输入范围(额定值)，电流

0 - 20 mA √

电压输入

30 V

电压输入时允许的输入电压（破坏极限），

最大

电流输入

32 mA

电流输入时允许的输入电流（破坏极限），

最大

模拟量输出

模拟量输出点数 1

电压输出范围

-10 至 +10 V √

电流输出范围

0 - 20 mA √

输入阻抗(在额定输出范围内)

电压输出时，最小 5 kΩ

电流输出时，最大0.5 kΩ

模拟值生成

积分和转换时间/每个通道精度

过载区精度(包括符号位)，最大12 位；电流输出，11 位

基本转换时间，ms < 0.25 ms

干扰电压抑制，干扰频率 f1，Hz 40 dB, DC - 60 Hz 建立时间

用于电压输出100 µs

用于电流输出 2 ms

可显示转换值范围

双极性信号-32000 至 +32000

单极性信号0 至 32000 误差/精度

整个温度范围内的工作极限

电压，相对于输出范围+/- 2 %

电流，相对于输出范围+/- 2 % 基本误差极限(运行在25°C时）

电压，相对于输出范围+/- 0,5 %

电流，相对于输出范围+/- 0,5 % 干扰电压抑制 f = n x (fl +/- 1 %)；fl=干扰频

率

最大共模电压12 V

隔离

隔离，模拟量输入

隔离，模拟量输入x

隔离,模拟量输出

光隔离,模拟量输出x

尺寸和重量