基于PLC的热水箱恒温控制系统设计

摘要

温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。在科学研究和生产实践的诸多领域中, 温度控制占有着极为重要的地位, 特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等。温度控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。

可编程控制器（PLC）可编程控制器是一种工业控制计算机，是继承计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。它具有抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编程简单，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用。

关键词：恒温箱；PLC；传感器

ABSTRACT

Constant temperature equipment is widely used in the production, life, and experiments. In the medical, aquatic products, specialty industrial, industrial radiography, photographic and other industries, need to have a stable and accurate temperature. In this design, through the detection and transmission of the incubator temperature to the PLC, compared with a given value, the PLC for data processing control of the heating wire or cold water pump drive according to the size of the deviation signal to achieve the incubator a constant temperature control.

The incubator systems, PLC based design. Design during application of temperature sensor, digital display tube, the heating device, cooling water pumps, coolers, storage tanks, temperature display, valves and status indicator components. The thermostat system requirements to control the water temperature of the incubator to a set value in the range of 20 ~ 80 ℃. Two digital display tubes were used to display the set temperature and display the test temperature. When the water temperature below the set value, the electric heating to heat up. When the water temperature is higher than the set value, to release some hot water, and start the cooling water pump so that flow through the cooler cooling water supply to the incubators. This system as the core of the PLC controller, the design of control systems hardware and software program to complete the requirements of control tasks.

Keywords: Incubator; the PLC; Sensor

目录

摘要 (1)

ABSTRACT (2)

第一章绪论 (5)

1.1 引言 (5)

1.2选题的背景 (5)

第二章系统总体方案设计 (7)

2.1 系统功能 (7)

2.2 系统方案的论证 (8)

2.2.1 控制器模块 (8)

2.2.2 电源模块 (9)

2.2.3 加热器控制模块 (9)

2.2.4 温度采集模块 (9)

2.2.5 显示模块 (10)

2.2.6 键盘模块 (10)

2.2.7 报警模块 (11)

第三章硬件设计 (12)

3.1 硬件配置 (12)

3.1.1 西门子S7-200 CUP226 (12)

3.1.2 传感器 (12)

3.1.3 EM 235模拟量输入模块 (13)

3.1.4 温度检测和控制模块 (14)

3.2 I/O分配表 (14)

3.3 硬件接线图 (15)

第四章软件设计 (16)

4.1 流程图 (16)

4.2 控制程序的组成 (18)

4.3 温度采集程序设计 (18)

4.4 数字滤波程序设计 (19)

4.5 PID控制程序设计 (21)

第五章结论与展望 (23)

致谢 (24)

参考文献 (25)

第一章绪论

1.1 引言

可编程序控制器(Programmable Controller，简称PLC)是以微处理器为基础，综合了计算机技术、控制技术、通讯技术等高新技术的工业装置。现代PLC不仅具有传统继电器控制系统的控制功能，而且能扩展输入输出模块，特别是可以扩展一些智能控制模块，构成不同的控制系统，将模拟量输入输出控制和现代控制方法融为一体，实现智能控制、闭环控制、多控制功能一体的综合控制系统。在工农业生产中，常用闭环控制方式控制温度、压力、流量等连续变化的模拟量，PID控制是常见的一种控制方式。由于其不需要求出控制系统的数学模型，算法简单、鲁棒性好、可靠性高，在使用模拟量控制器的模拟控制系统和使用计算机(包括PLC)的数字控制系统中得到了广泛的应用。本文针对恒温水箱温控系统的要求，以PLC为温度控制系统的核心，利用PID控制算法实现水箱的恒温控制。

1.2选题的背景

温度是是工业上常见的被控参数之一，特别在冶金、化工、机械制造等领域，恒温控制系统被广泛应用于热水器等一些热处理设备中。在一些温控系统电路中，广泛采用的是通过热电偶、热电阻或PN结测温电路经过相应的信号调理电路，转换成A/D转换器能接收的模拟量，在通过采样/保持电路进行A/D转换，最终送入单片机及其相应的外围电路，完成监控。本文介绍单片机通过数字温度传感器检测外部温度对水箱进行恒温控制的设计，采用PID算法来控制PWM波形的产生，进而来控制热水箱的加热来实现恒温控制。采用单片机实现温度控制不仅具有控制方便、简单、灵活等优点，而且可以大幅度的提高被控温度的技术指标，从而大大提高产品的质量。

1.3用PLC设计的思路

本次设计是基于PLC水箱恒温控制系统，通过可编程控制器控制，让水箱中的水保持恒定值。首先要通过PT-100铂电阻来检测水温，并把检测到的温度与设定值进行比较，将其偏差值经过PID运算后控制双向晶闸管的导通角，调节加热丝的功率，从而使实际温度迅速接近给定值温度。PID参数主要受到进出水流量、水箱水温设定控制温度、室温等因素影响。水箱温度控制实物图如图1-1所示。

在设计中我会先进行硬件设计部分，然后进行软件设计并调试，依次向大家阐述整个编程所需要的知识。

图1-1水箱控制示意图