PLC加热器温度控制课程设计

重庆科技学院

课程设计报告

院（系）:_电气与信息工程学院专业班级:测控普2007-01

学生姓名:刘恩刚学号: 2007440774 设计地点（单位）__I502________ __ ________ __

设计题目:__基于WinCC和S7-200的温度测控系统__

完成日期：2010年 12 月 10 日

指导教师评语: _______________________________________

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成绩（五级记分制）:______ __________

指导教师（签字）:________ ________

目录

1 设计任务书 (1)

2 温度控制对象概述 (1)

2.1 功能特点与技术参数 (1)

2.2 控制手段 (1)

3 方案设计 (2)

3.1 现场总线概述 (2)

3.2 WinCC+S7-200温度控制系统的硬件组成 (2)

3.3 WinCC+S7-200温度控制系统的软件配置 (3)

3.4 WinCC+S7-200温度控制系统的网络结构 (4)

3.5 温度控制算法 (4)

4 S7-200 PLC控制程序的设计 (5)

4.1 控制程序的组成 (5)

4.2 温度采集程序设计 (5)

4.3 数字滤波程序设计 (5)

4.4 PID控制程序设计 (5)

5 WinCC组态 (7)

5.1 变量组态 (7)

5.2 画面组态 (7)

5.3 变量连接 (8)

6 程序调试 (9)

6.1 PLC程序调试方法与结果 (9)

6.2 WinCC组态调试方法与结果 (9)

7 PID参数的整定 (11)

7.1 整定方法 (11)

7.2 整定结果及分析 (12)

8 技术小结 (13)

参考文献 (14)

附录1：S7-200控制程序清单 (15)

1 设计任务书

设计题目：基于WinCC和S7-200的温度测控系统

教研室主任：指导教师：胡文金、刘显荣

2010 年 11月 26 日

2 温度控制对象概述

2.1 功能特点与技术参数

这次课程设计的任务是基于WinCC和S7-200的温度测控系统，所以本次的控制对象是加热炉的温度，所用的控制器是PLC。即通过加热器里面的温度传感器和变送器把0到100℃的温度信号转变成4到20毫安的直流信号，并通过S7-200PLC的AD采集模块采集直流信号，在经过标度变换和PID运算，把输出量作用于DA模块，经过DA输出去控制加热器的加热量，从而控制加热器的温度。同时，本次设计还用到了上位机控制，通过Profibus总线构成了PLC和上位机通信，可以把设定值、比例系数，微分时间、积分时间等常数传输给PLC，也可以把采集到的温度值等信号传输给上位机。

通过两个星期对加热器控制对象的了解，发现了它具有一定的滞后性，这是加热对象常有的现象。并且，在这次控制对象中，加热器的升温比较快，滞后性相对比较小，因为加热器本身体积不是很大，容积滞后比较小，纯滞后也比较小，所以升温比较快。但是在降温时，由于没有安装特定的降温设备，这使得降温要完全靠它自身的散热来达到降温的目的。这样一来，降温就显得非常慢，控制就变得很不灵敏。因此要达到控制效果好的目的，就必须减小超调量，这样不仅可以使系统调节的品质变好，还可以达到缩短调节时间的目的。

2.2 控制手段

通过以上的分析，系统的总的滞后时间比较大，升温的滞后时间相对降温来说是比较小的。因此，在PID调节中，要使系统的品质变好，除了加入适当的积分以消除静态误差外，还应该加强比例作用使调节更加灵敏，减小调节时间，同时还应该加入适当的微分作用，使系统的超调量减小。

3 方案设计

3.1 现场总线概述

现场总线这一技术是发展十分迅速和活跃的，而Profibus正是各种现场总线中非常有代表性的一种。它是德国20世纪90年代初制定的国家工业现场总线协议标准，德国科学技术部总结了20世纪80年代德国工业自动控制技术的发展经验，认为为了适应20世纪90年代分布式计算机自动控制系统的发展需求，有必要对现有的各家公司自己定义的网络协议加以规范化、公开化，使得不同厂家生产的自动控制设备在网络通信级能够兼容。以利于工业整体标准化水平的提高，于1987年将Profibus列为德国国家项目，由13家公司以及5家研究所经过两年多的时间完成了该现场总线协议标准的制定。Profibus现在已是欧洲首屈一指的开放式现场总线系统，它的应用领域包括加工制造、过程和建筑自动化，如今已成为国际化的开放式现场总线标准，即欧洲EN50179欧洲标准。

在这次温度控制中，我们所使用的现场总线是Profibus-DP，它主要用于传感器和执行器的高速数据传输，以ＤＩＮ１９２４５的第一部分为基础，根据其所需要达到的目标对通信功能加以扩充，ＤＰ的数据传输速率可达１２Ｍｂｉｔ＼ｓ，一般构成单主站系统，主站、从站间采用循环数据传送方式工作。它的设计目的在用于设备一级的高速数据传送。在这一级，中央控制器（如ＰＬＣ）通过高速串行线同分散的现场设备进行通信，同这些分散的设备进行数据交换的多数是层次用户。

3.2 WinCC+S7-200温度控制系统的硬件组成

本系统采用西门子公司推出的S7-200PLC 作为现场控制器，选用CPU226 主机模块；通过现场总线完成现场控制器同中控机之间的通信。现场控制器S7-200 扩展了一块EM235AD\ DA模块，该模块带有4 个模拟输入点，集成有12位/转换器，分辨率达0.003℃。因此，扩展后的S7-200PLC能够同时完成数据采集和数据处理功能，如采集电流信号，进行软件滤波处理等。系统的温度信号的检测采用加热器自带的PT100温度传感器，这种温度传感器具有测量精度较高高、性能稳定可靠的特点。同时这种加热装置还带有硬件数据处理能力，它把变送器也集成在这一个加热装置中了。因此，可以认为这个加热装置出来的信号是和温度成线性关系的工业标准的DDZ-3型电流信号。同时，由于现场控制器S7-200 不能直接同PROFIBUS—DP 现场总线相连，因而为S7-200 外扩了PROFIBUSDP 模块EM277。

要实现对加热器温度的控制，本设计方案是通过上位机把设定值通过现场总