2021年度基于PLC的锅炉温度控制系统设计

河南职业技术学院

毕业设计（论文）

题目 PLC锅炉温度控制系统

系（分院）电气工程系
学生姓名孔永婷
学号 11112036
专业名称电气自动化
指导老师徐瑞丽

11月8日

目 录

摘要∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙11.1课题背景∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙11.2项目内容∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙2第二章 PLC和组态软件∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙32.1可编程控制器基础∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙32.1.1可编程控制器产生和应用∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙32.1.2可编程控制器组成和工作原理∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙32.1.3可编程控制器分类及特点∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙52.2组态软件基础∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙62.2.1组态定义∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙62.2.2组态王软件特点和仿真基础方法∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙6第三章 PLC控制系统硬件设计∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙7

3.1 PLC控制系统设计基础标准和步骤∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙73.1.1PLC控制系统设计基础标准∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙73.1.2PLC控制系统设计通常步骤∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙73.1.3PLC程序设计通常步骤∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙83.2 PLC选型和硬件配置∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙93.2.1PLC型号选择∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙93.2.2S7-200CPU选择∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙93.2.3EM235模拟量输入/输出模块∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙103.2.4热电式传感器∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙10

3.2.5可控硅加热装置介绍∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙103.3 系统整体设计方案和电气连接图∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙113.4 PLC控制器设计∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙113.4.1控制系统数学模型建立∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙113.4.2PID控制及参数整定∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙12第四章 PLC控制系统软件设计∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙144.1 PLC程序设计方法∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙1.2 编程软件STEP7--Micro/WIN概述∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙1.2.1 STEP7--Micro/WIN简单介绍∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙1.2.2计算机和PLC通信∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙1.3 程序设计∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙1.3.1程序设计思绪∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙1.3.2PID指令向导∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙1.3.3控制程序及分析∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙17第五章组态画面设计∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙215.1组态变量建立及设备连接∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙215.1.1新建项目∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙215.2创建组态画面和主画面∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙225.2.2新建PID参数设定窗口∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙235.2.3新建实时曲线∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙235.2.5新建报警窗口∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙24第六章系统测试∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙25

6.1开启组态王∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙26

6.2实时曲线观察∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙266.3查看数据报表∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙276.4系统稳定性测试∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙28结束语∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙29参考文件∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙30

基于PLC锅炉温度控制系统

摘 要

从上世纪80年代至90年代中期,PLC得到了快速发展,在这时期,PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、 人机接口能力和网络能力得到大幅度提升,PLC逐步进入过程控制领域,在一些应用上替换了在过程控制领域处于统治地位DCS系统。PLC含有通用性强、使用方便、 适应面广、 可靠性高、 抗干扰能力强、编程简单等特点。 PLC在工业自动化控制尤其是次序控制中地位,在可预见未来,是无法替换。

本文介绍了以锅炉为被控对象,以锅炉出口水温为主被控参数,以炉膛内水温为副被控参数,以加热炉电阻丝电压为控制参数,以PLC为控制器,组成锅炉温度串级控制系统;采取PID算法,利用PLC梯形图编程语言进行编程,实现锅炉温度自动控制。

电热锅炉应用领域相当广泛,在相当多领域里,电热锅炉性能优劣决定了产品质量好坏。现在电热锅炉控制系统大全部采取以微处理器为关键计算机控制技术,

本文分别就电热锅炉控制系统工作原理,温度变送器选型、PLC配置、组态软件程序设计等几方面进行叙述。经过改造电热锅炉控制系统含有响应快、 稳定性好、可靠性高,控制精度好等特点,对工业控制有现实意义。

关键词:电热锅炉控制系统 温度控制 串级控制 PLC PID

1.1课题背景

电热锅炉应用领域相当广泛,电热锅炉性能优劣决定了产品质量好坏。现在电热锅炉控制系统大全部采取以微处理器为关键计算机控制技术,既提升设备自动化程度又提升设备控制精度。

PLC快速发展发生在上世纪80年代至90年代中期。在这时期,

人机接口能力和网络能力得到了很大提升和发展。PLC逐步进入过程控制领域,在一些应用上替换了在过程控制领域处于统治地位DCS系统。PLC含有通用性强、使用方便、 适应面广、 可靠性高、 抗干扰能力强、编程简单等特点。 [4]
电热锅炉是机电一体化产品,可将电能直接转化成热能,含有效率高,体积小,无污染,运行安全可靠,供热稳定,自动化程度高优点,是理想节能环境保护供暖设备。加上现在大家环境保护意识提升,电热锅炉越来越受大家重视,在工业生产和民用生活用水中应用越来越普及。电热锅炉现在关键用于供暖和提供生活用水。关键是控制水温度,确保恒温供水。

PID控制是迄今为止最通用控制方法之一。因为其可靠性高、 算法简单、

所以被广泛应用于过程控制中,尤其适适用于可建立正确数学模型确实定性系统。PID控制效果完全取决于其四个参数,即采样周期ts、百分比系数 Kp、

所以,PID参数整定和优化一直是自动控制领域研究关键课题。

在此期间即使有很多控制算法问世,但因为PID算法以它本身特点,再加上大家在长久使用中积累了丰富经验,使之在工业控制中得到广泛应用。

在PID算法中,针对P、I、D三个参数整定和优化问题成为关键问题。[5]1.2项目内容

以锅炉为被控对象,以锅炉出口水温为主被控参数,以炉膛内水温为副被控参数,以加热炉电阻丝电压为控制参数,以PLC为控制器,组成锅炉温度串级控制系统;采取PID算法,利用PLC梯形图编程语言进行编程,

实现锅炉温度自
动控制。

自动控制技术和通信技术为一体新型自动控制装置。其性能优越,已被广泛应用于工业控制各个领域,并已经成为工业自动化三大支柱（PLC、工业机器人、 CAD/CAM）之一。

PLC技术在温度监控系统上应用从整体上分析和研究了控制系统硬件配置、电路图设计、 程序设计,控制对象数学模型建立、控制算法选择和参数整定、 人机界面设计等。论文经过对德国西门子企业S7-200系列PLC控制器,

经过模拟量输入模块转换成数字信号送到PLC中进行PID调整,

10mA电流信号输入控制可控硅电压调整器或触发板改变可控硅管导通角大小来调整输出功率。对于监控画面,利用亚控企业组态软件“组态王“

其中一个调整器输出作为另一个调整器给定值系统。整个系统包含两个控制回路,主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、 副调整器、 调整阀和副过程组成;主回路由主变量检测变送、主调整器、 副调整器、 调整阀、 副过程和主过程组成。一次扰动:作用在主被控过程上,而不包含在副回路范围内扰动。二次扰动:作用在副被控过程上,即包含在副回路范围内扰动。在串级控制系统中,因为引入了一个副回路,不仅能及早克服进入副回路扰动,而且又能改善过程特征。副调整器含有“粗调”作用,主调整器含有“细调”作用,从而使其控制品质得到深入提升。[7]

二 PLC和组态软件

可编程控制器是是一个工业控制计算机,简称PLC（Programmablelogic Controller),它使用可编程序记忆以存放指令,用来实施逻辑、次序、 计时、 计数、 和演算等功效,并经过数字或模拟输入输出,以控制多种机械或生产过程。

2.1.1可编程控制器产生和应用
1969年美国数字设备企业成功研制世界第一台可编程序控制器PDP-14,并在GM企业汽车自动装配线上首次使用并取得成功。1971年日本从美国引进这项技术,很快研制出第一台可编程序控制器DSC-18。1973年西欧国家也研制出她们第一台可编程控制器。中国从1974年开始研制,1977年开始工业推广应用。进入20世纪70年代,伴随电子技术发展,尤其是PLC采取通讯微处理器以后,这种控制器功效得到更深入增强。进入20世纪80年代,伴随大规模和超大规模集成电路等微电子技术迅猛发展,以16位和少数32位微处理器组成微机化PLC,使PLC功效增强,工作速度快,体积减小,可靠性提升,成本下降,编程和故障检测更为灵活,方便。现在,PLC在中国外已广泛应用于钢铁、石油、 化工、 电力、 建材、 机械制造、 汽车、 轻纺、交通运输、 环境保护及文化娱乐等各个行业。

2.1.2可编程控制器组成和工作原理
可编程控制器组成:
PLC包含CPU模块、I/O模块、内存、 电源模块、 底板或机架。

1．CPU
CPU是PLC关键,它按PLC系统程序给予功效接收并存贮用户程序和数据,用扫描方法采集由现场输入装置送来状态或数据,并存入要求寄存器中,同时,诊疗电源和PLC内部电路工作状态和编程过程中语法错误等。CPU关键由运算器、控制器、 寄存器及实现它们之间联络数据、 控制及状态总线组成,CPU单元还包含外围芯片、总线接口及相关电路。 内存关键用于存放程序及数据,是PLC不可缺乏组成单元。CPU速度和内存容量是PLC关键参数,它们决定着PLC工作速度,

PLC和电气回路接口,是经过输入输出部分（I/O）完成。I/O模块集成了PLCI/O电路,其输入暂存器反应输入信号状态,输出点反应输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统,输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI）,开关量输出（DO）,模拟量输入（AI）,模拟量输出（AO）等模块。

编程器作用是用来供用户进行程序输入、编辑、调试和监视。

4.电源
PLC电源用于为PLC各模块集成电路提供工作电源。同时,有还为输入电路提供24V工作电源。电源输入类型有:交流电源（220VAC或110VAC）,直流电源（常见为24VDC）。[6] 可编程控制器工作原理:
PLC工作方法是一个不停循环次序扫描工作方法。每一次扫描所用时间称为扫描周期或工作周期。 CPU从第一条指令开始,

就是这么周而复始地反复上述循环扫描。

PLC工作全过程可用图2-1所表示运行框图来表示。

图2-1可编程控制器运行框图

2.1.3可编程控制器分类及特点
(一)小型PLC
小型PLCI/O 点数通常在128点以下,其特点是体积小、结构紧凑,整个硬件融为一体,除了开关量I/O以外,还能够连接模拟量I/O
和其它多种特殊功效模块。它能实施包含逻辑运算、 计时、 计数、 算术、运算数据处理和传送通讯联网和多种应用指令。

(二)中型PLC

中型PLC采取模块化结构,其I/O点数通常在256～1024点之间,I/O
处理方法除了采取通常PLC通用扫描处理方法外,
还能采取直接处理方法即在扫描用户程序过程中直接读输入刷新输出,
它能联接多种特殊功效模块,通讯联网功效更强,指令系统更丰富,内存容量更大,扫描速度愈加快。

(三)大型PLC
通常I/O点数在1024点以上称为大型PLC,大型PLC软硬件功效极强,含有极强自诊疗功效、通讯联网功效强,
有多种通讯联网模块能够组成三级通讯网实现工厂生产管理自动化,大型PLC还能够采取冗余或三CPU组成表决式系统使机器可靠性更高
2.2.1组态定义
组态就是用应用软件中提供工具、方法,完成工程中某一具体任务过程。组态软件是有专业性,一个组态软件只能适合某种领域应用。

组态概念最早出现在工业计算机控制中,如DCS(集散控制系统)组态,PLC梯形图组态。人机界面生成软件就叫工控组态软件。

工业控制中形成组态结果是用在实时监控。从表面上看,
组态工具运行程序就是实施自己特定任务。 工控组态软件也提供了编程手段,通常全部是内置编译系统,提供类BASIC语言,有支持VB,
现在有组态软件甚至支持C#高级语言。

在当今工控领域,部分常见大型组态软件关键有:ABB-OptiMax, WinCC, iFix, Intouch, 组态王,力控,易控,MCGS等。

本设计采取亚控组态王软件进行组态设计。

2.2.2组态王软件特点
组态王软件含有适应性强、开放性好、 易于扩展、 经济、 开发周期短等优点。通常能够把这么系统划分为控制层、 监控层、管理层三个层次结构。 其中监控层对下连接控制层,对上连接管理层,

它不仅实现对现场实时监测和控制,且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发关键作用。 尤其考虑三方面问题:画面、数据、 动画。

经过对监控系统要求及实现功效分析,采取组态王对监控系统进行设计。

组态软件也为试验者提供了可视化监控画面,有利于试验者实时现场监控。

而且,它能充足利用Windows图形编辑功效,方便地组成监控画面,并以动画方法显示控制设备状态,含有报警窗口、实时趋势曲线等,可便利生成多种报表。它还含有丰富设备驱动程序和灵活组态方法、数据链接功效[8]。

2.2.3组态王软件仿真基础方法
(1)图形界面设计
图形,是用抽象图形画面来模拟实际工业现场和对应工控设备。

(2)结构数据库

数据,就是创建一个具体数据库,并用此数据库中变量描述工控对象多种属性,比如水位、流量等。
(3)建立动画连接

连接,就是画面上图素以怎样动画来模拟现场设备运行,和怎样让操作者输入控制设备指令。

(4)运行和调试

三 PLC控制系统硬件设计

3.1 PLC控制系统设计基础标准和步骤3.1.1PLC控制系统设计基础标准

1．充足发挥PLC功效,最大程度地满足被控对象控制要求。

2．在满足控制要求前提下,努力争取使控制系统简单、经济、 使用及维修方便。

3．确保控制系统安全可靠。

4．应考虑生产发展和工艺改善,在选择PLC型号、
I／O点数和存放器容量等内容时,应留有合适余量,以利于系统调整和扩充。

3.1.2 PLC控制系统设计通常步骤

设计PLC应用系统时,首先是进行PLC应用系统功效设计,即依据被控对象功效和工艺要求,明确系统必需要做工作和所以必备条件。然后是进行PLC应用系统功效分析,即经过分析系统功效,提出PLC控制系统结构形式,控制信号种类、数量,系统规模、布局。 最终依据系统分析结果,具体确实定PLC机型和系统具体配置。

PLC控制系统设计能够按以下步骤进行:
1．熟悉被控对象,制订控制方案分析被控对象工艺过程及工作特点,了解被控对象机、电、 液之间配合,确定被控对象对PLC控制系统控制要求。

2．确定I／O设备依据系统控制要求,确定用户所需输入(如按钮、行程开关、 选择开关等)和输出设备(如接触器、电磁阀、 信号指示灯等)由此确定PLCI／O点数。

3．选择PLC选择时关键包含PLC机型、容量、 I／O模块、电源选择。

4．分配PLCI／O地址 依据生产设备现场需要,确定控制按钮,选择开关、接触器、 电磁阀、 信号指示灯等多种输入输出设备型号、规格、 数量;依据所选PLC型号列出输入／输出设备和PLC输入输出端子对照表,方便绘制PLC外部I／O接线图和编制程序。

进行控制柜（台）等硬件设计及现场施工。因为程序和硬件设计可同时进行,

而对于继电器系统必需先设计出全部电气控制线路后才能进行施工设计。

6．联机调试联机调试是指将模拟调试经过程序进行在线统调。3.1.3 PLC程序设计通常步骤

1．绘制系统功效图。

2．设计梯形图程序。

3．依据梯形图编写指令表程序。

4．对程序进行模拟调试及修改,直到满足控制要求为止。调试过程中,可采取分段调试方法,并利用编程器监控功效。

PLC控制系统设计步骤可参考图3-1:

图3-1PLC控制系统设计步骤

3.2 PLC选型和硬件配置

3.2.1PLC型号选择
本温度控制系统采取德国西门子S7-200PLC。S7-200
是一个小型可编程序控制器,适适用于各行各业,多种场所中检测、
监测及控制自动化。S7-200系列强大功效使其不管在运行中,
或相连成网络皆能实现复杂控制功效。所以S7-200系列含有极高性能/价格比。

3.2.2 S7-200 CPU选择
S7-200系列PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等类型。

此系统选择S7-200CPU226,CPU 226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。可连接7个扩展模块,最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。

13K字节程序和数据存放空间。6个30kHz高速计数器,
2路20kHz高速脉冲输出,含有PID控制器。2个RS485通讯/编程口,含有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方法通讯能力。

I/O端子排可很轻易地整体拆卸。

3.2.3 EM235 模拟量输入/输出模块
在温度控制系统中,传感器将检测到温度转换成4-20mA电流信号,系统需要配置模拟量输入模块把电流信号转换成数字信号再送入PLC中进行处理。在这里我们选择西门子EM235模拟量输入/输出模块。EM235模块含有4路模拟量输入/一路模拟量输出。它许可S7-200连接微小模拟量信号,±80mV范围。用户必需用DIP开关来选择热电偶类型,断线检验,测量单位,冷端赔偿和开路故障方向:SW1～SW3用于选择热电偶类型,SW4没有使用,SW5用于选择断线检测方向,SW6用于选择是否进行断线检测,SW7用于选择测量方向,SW8用于选择是否进行冷端赔偿。全部连到模块上热电偶必需是相同类型。

3.2.4 热电式传感器
热电式传感器是一个将温度改变转化为电量改变装置。

在多种热电式传感器中,以将温度量转换为电势和电阻方法最为普遍。

其中最为常见于测量温度是热电偶和热电阻,热电偶是将温度转化为电势改变,而热电阻是将温度改变转化为电阻改变。

这两种热电式传感器现在在工业生产中被广泛应用。

该系统需要传感器是将温度转化为电流,且水温最高是100℃,所以选择Pt100铂热电阻传感器。P100铂热电阻,简称为:PT100铂电阻,其阻值会伴随温度改变而改变。PT后100即表示它在0℃时阻值为100欧姆,