基于PLC的温度控制系统的设计.doc
基于PLC温度控制系统设计
编号: 毕业论文(设计)题目基于PLC温度控制系统的设计指导教师学生姓名学号专业自动化教学单位机电工程学院毕业论文（设计）开题报告书德州学院毕业论文（设计）中期检查表院(系)：机电工程学院专业：自动化 2014 年 4月 7日目录1引言 (2)1.1课题背景以及研究的目的、意义 (2)1.2温控系统的现状 (2)1.3项目研究内容 (3)2系统硬件设计 (4)2.1 PLC选择 (4)2.2 硬件电路设计 (7)3 系统软件设计 (13)3.1 编程与通信软件的使用 (14)3.2 程序设计 (14)3.3 系统程序流程图 (15)3.4 控制系统控制程序的开发 (16)4系统的仿真和运行测试 (25)4.1 组态王的运行 (25)4.2 实时曲线的观察 (26)4.3 分析历史趋势曲线 (27)4.4 编辑数据的报表 (27)4.5系统稳定性测试及最终评估 (27)参考文献 (29)谢辞 (30)附录一三菱FX系列PLC指令一览表 (30)附录二系统程序（梯形图） (32)基于PLC温度控制系统的设计（德州学院机电工程学院，山东德州253023）摘要：本文主要介绍了基于日本三菱公司FX2N系列的可编程控制器从而进行硬件设计和软件设计，进而完成了一个完整的关于炉温控制系统的设计方案。
该设计编程时调用了PID控制模块，使得程序更为简洁，运行速度更为理想。
在软件上，则是通过利用比较新型的三菱专用软件三菱（PLC）GX Developer 8.86Q，实现控制系统的实时监控、数据的实时采样与处理。
实验证明，此系统具有快、准、稳等优点，在工业温度控制领域能够广泛应用。
关键词：温度控制；可编程控制器；三菱FX2N；PID控制模块1引言1.1课题背景以及研究的目的、意义进入21世纪后，我国社会的各项发展突飞猛进,世界的技术更是日新月异，竞争也愈演愈烈,传统的人工的操作已不能满足于目前的制造业前景,也无法保证高质量的要求，更不能提升高新技术企业的形象。
基于PLC的温度控制系统的设计
1 引言1.1 设计目的温度的测量和控制对人类日常生活、工业生产、气象预报、物资仓储等都起着极其重要的作用。
在许多场合，及时准确获得目标的温度、湿度信息是十分重要的。
近年来，温湿度测控领域发展迅速，并且随着数字技术的发展，温湿度的测控芯片也相应的登上历史的舞台，能够在工业、农业等各领域中广泛使用。
1.2 设计内容主要是利用PLC S7-200作为可编程控制器，系统采用PID控制算法，手动整定或自整定PID参数，实时计算控制量，控制加热装置，使加热炉温度为为一定值，并能实现手动启动和停止，运行指示灯监控实时控制系统的运行，实时显示当前温度值。
1.3 设计目标通过对温度控制的设计，提高在电子工程设计和实际操作方面的综合能力，初步培养在完成工程项目中所应具备的基本素质和要求。
培养团队精神，科学的、实事求是的工作方法，提高查阅资料、语言表达和理论联系实际的技能。
2 系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理2.1.1 PLC型号的选择本温度控制系统采用德国西门子S7-200 PLC。
S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。
S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。
因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。
2.1.2 PLC CPU的选择S7-200 系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等类型。
S7-200PLC 硬件系统的组成采用整体式加积木式，即主机中包括定数量的I/O端口，同时还可以扩展各种功能模块。
S7-200PLC由基本单元（S7-200 CPU模块）、扩展单元、个人计算机（PC）或编程器，STEP 7-Micro/WIN编程软件及通信电缆等组成。
表2.1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元本设计采用的是CUP226。
它具有24输入/16输出共40个数字量I/O点。
基于plc温度控制系统的设计论文
基于plc温度控制系统的设计论文摘要：本设计论文基于PLC温度控制系统，旨在设计一个可靠、稳定、高效、精确的温度控制系统，应用于实际工业生产中。
通过研究传感器、执行器、控制器等硬件设备的特性和功能，并结合PID控制算法和PLC编程技术，实现对温度的自动控制和实时监测。
关键词：PLC、温度控制系统、PID控制、编程技术Abstract:This design paper is based on the PLC temperature control system with the aim of designing a reliable, stable, efficient, precise temperature control system that can be applied in industrial production. Through research of the characteristics and functions of hardware equipment such as sensors, actuators, and controllers, combined with PID control algorithms and PLC programming technology, we will achieve automatic control and real-time monitoring of temperature.Keywords: PLC, temperature control system, PID control, programming technology一、引言随着科技和工业的进步，现代化工业生产中需要用到大量的自动化控制系统来实现对生产过程的智能控制，提高生产效率和品质，还能有效地降低生产成本。
其中，温度控制系统是工业生产中最常用的自动化控制系统之一。
基于PLC的温度控制系统的设计
1 引言1.1 设计目的温度的测量和控制对人类平常生活、工业生产、气象预报、物资仓储等都起着极其重要的作用。
在许多场合，及时准确获得目的的温度、湿度信息是十分重要的。
近年来，温湿度测控领域发展迅速，并且随着数字技术的发展，温湿度的测控芯片也相应的登上历史的舞台，可以在工业、农业等各领域中广泛使用。
1.2 设计内容重要是运用PLC S7-200作为可编程控制器，系统采用PID控制算法，手动整定或自整定PID参数，实时计算控制量，控制加热装置，使加热炉温度为为一定值，并能实现手动启动和停止，运营指示灯监控实时控制系统的运营，实时显示当前温度值。
1.3 设计目的通过对温度控制的设计，提高在电子工程设计和实际操作方面的综合能力，初步培养在完毕工程项目中所应具有的基本素质和规定。
培养团队精神，科学的、实事求是的工作方法，提高查阅资料、语言表达和理论联系实际的技能。
2 系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理2.1.1 PLC型号的选择本温度控制系统采用德国西门子S7-200 PLC。
S7-200 是一种小型的可编程序控制器，合用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。
S7-200系列的强大功能使其无论在独立运营中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。
因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。
2.1.2 PLC CPU的选择S7-200 系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等类型。
S7-200PLC 硬件系统的组成采用整体式加积木式，即主机中涉及定数量的I/O端口，同时还可以扩展各种功能模块。
S7-200PLC由基本单元（S7-200 CPU模块）、扩展单元、个人计算机（PC）或编程器，STEP 7-Micro/WIN编程软件及通信电缆等组成。
表2.1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元本设计采用的是CUP226。
它具有24输入/16输出共40个数字量I/O点。
毕业设计(论文)-基于PLC实现的水温控制
基于PLC实现的水温控制XXX（陕西理工学院电气工程系自动化专业，2007级2班，陕西汉中723003）指导教师：XXX[摘要]针对工农业生产中现有的水温控制系统可靠性低、控制精度差、成本高等缺点。
我们利用三菱FX0N60-MR型PLC构建了一个水温控制系统对这一问题进行了研究。
在整个控制系统中以电阻炉作为被控对象，以水温为被控变量，以三菱FX0N60-MR型PLC为控制器，输入部分外加光电耦合器，并用按键和数码管构建了人机接口设置目标温度；控制算法的选择经过对模糊控制和PID算法的实验对比，最终选择采用PID。
PLC程序利用梯形图编程语言进行编写。
在系统搭建完成后我们利用试凑法，通过大量实验对PID控制器的参数进行了优化，进过测试系统能够达到设计要求。
除此之外该系统还具有硬件结构简单、系统可靠性高、制作成本低廉、控制器参数易于调试等优点。
能够利用小型PLC实现对水温较高精度的控制。
[关键词]PLC 温度控制PIDPLC-based temperature control to achieveLiao zhong lin(Grade 07,Class2,Major Automation，Department of Electrical Engineering，Shaanxi University ofTechnology，Hanzhong 723003，Shaanxi)Tutor: Liu pei[Abstract] According to the existing water temperature in the industry and agriculture production control system reliability, low cost, high control precision poor shortcomings. We use mitsubishi FX0N60-MR type PLC has constructed a water temperature control system for this problem is studied. In the whole control system to resistance furnace as controlled object to water temperature as controlled variables, the mitsubishi FX0N60-MR type PLC as the controller, input part plus photoelectric couplers, buttons and digital tube and constructing the man-machine interface set target temperature; The choice of control algorithm based on fuzzy control and PID algorithm experimental, finally choosing PID. PLC program use ladder diagram programming language to write. After the completion of the structures in the system we use trail-and-error, through a large number of experiments of PID controller parameters are optimized, the test system can meet the design requirements. Besides this system also has the hardware structure is simple, system reliability high, production cost is low, and the controller parameters is easy to debug, etc. Can use small PLC to control the water temperature higher accuracy.[Key words] PLC temperature control PID目录绪论 (1)1．设计方案的论证 (2)1.1PLC的选型 (2)1.1.1常用PLC的特点比较 (2)1.1.2本设计PLC的选型 (3)1.2控制方案的选择 (3)1.2.1采用模糊控制的温度控制 (3)1.2.2采用PID算法的温度控制 (3)1.2.3 控制方案的选择 (4)2．硬件电路的设计 (5)2.1PLC硬件资源分配设计 (5)2.2温度传感器 (8)2.2.1 利用温度变送器采集 (8)2.2.2 利用DS18B20采集 (8)2.3输入部分电路设计 (10)2.3.1 设置输入部分电路设计 (10)2.3.2 AD转换结果输入部分电路设计 (10)2.4输出部分电路设计 (10)3．系统软件的设计 (13)3.1PLC编程语言简介 (13)3.2输入部分程序设计 (15)3.3显示部分程序 (15)3.4PID运算部分程序设计 (15)4．系统的调试 (19)4.1硬件调试 (19)4.2软件调试 (19)4.1软硬件联合调试 (19)4.3实验数据 (19)参考文献 (20)英语科技文献翻译 (21)附录 (34)附录A：源程序 (34)附录B：元器件清单 (37)附录C：电路总图 (38)附录D：实物图 (39)致谢 (40)绪论温度控制系统在各行各业的应用虽然很广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高。
基于PLC的温度控制系统设计
基于PLC的温度控制系统设计
随着模拟及数字技术水平的不断提升，智能温度控制技术得以蓬勃发展。
基于PLC （程序控制器）的温度控制系统具有灵活性高、控制精度高、可靠性强等优点。
因此，基于PLC的温度控制系统已被广泛采用于电子产品、食品加工、医药制造等行业。
基于PLC的温度控制系统包括输入模块、PLC控制器、I/O模块、输出设备及其它组成部分，以及相应的软件系统。
输入模块负责采集温度数据，采用温度传感器或者比调剂测量温度变化，然后将其传输到PLC控制器中。
PLC控制器将采集到的温度数据转换为控制信息，并且根据设定的参数进行调节，以完成温度控制任务。
I/O模块用于接收PLC控制器输出的控制信号，将控制信号转换为电信号，向输出设备传送控制信号，从而实现温度控制任务的目的。
输出设备是根据输入的电信号控制负责调节温度的设备，比如冷气机、空调机等，以调整房间温度。
最后，软件系统在整个系统中起着至关重要的作用，它主要功能有温度数据记录、参数设定、报警处理、远程监控等。
综上所述，基于PLC的温度控制系统可以实现安全精确的温度控制，极大提高了传统温控系统的效率，为企业带来了良好的经济效益。
此外，基于PLC的温度控制系统还具备了良好的防范性能，有效地防止了因温度控制失常而发生的问题，具有重要的实际意义。
基于PLC对温度控制系统的设计
本人声明我声明，本论文及其设计工作是由本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。
毕业生签名：（手签）年月日辽宁职业学院毕业论文摘要温室技术具有合理利用农业资源、保护生态环境、提高农产品产量及在国际市场竞争力等优势，已成为当前国际前沿性研究领域。
如何利用自动控制系统有效地提高温室环境控制水平和现代化管理程度，是温室技术研究的重要课题之一。
随着过程控制技术、通讯技术、自动检测技术及计算机技术的发展，将工业上较为成熟的、先进的控制方法和管理手段引入到农业的生产设施中，实施有效的温室环境控制，已成为现阶段温室技术的主要研究方向。
本文论述了温室环境的控制原理，介绍了温室的结构和材料，分析了温度、湿度对温室内作物的影响，并在此基础上提出了智能化温室环境控制系统的总体方案，由PC机和多台西门子PLC组成的分布式控制系统，PC机和力控组态软件主要完成参数设定、数据处理等任务；而下位机主要完成数据采集、处理等实时控制任务。
本文以智能温室为研究对象，对智能温室的控制算法进行研究。
温室环境系统是一类多变量的大惯性非线性系统，且有交连，时滞等现象，很难对这类系统建立精确的数学模型及用经典控制方法实现控制。
基于上述情况，本文采用模糊控制算法，选用T —S模型进行模糊推理，并完成了算法的PLC程序实现。
随后讨论了基于Profibus —DP的PLC网络组态方法，解决了监控层与过程控制层间的网络通讯和接口问题，并利用力控组态软件，根据温室环境系统监控要求设计编写了上位监控软件，实现远程监控、报警记录、曲线显示和用户管理等多项监控功能。
文章最后将模糊理论的知识表达与神经网络的自学习能力有机地结合起来，提出了一种模糊神经网络控制方经网络这种控制方法应用于温室自动控制系统的可行性。
整个系统经实际运行表明：具有容错性强、效率高且易扩展，适用性较强等特点，为实现温室环境的更多参数测控系统的研究和设计奠定了技术基础。
基于PLC的温度控制系统设计毕业论文
基于PLC的温度控制系统设计毕业论文目录1 绪论 (1)1.1课题背景及设计目的和意义 (1)1.2国外研究现状 (1)1.3项目设计容 (2)2 PLC和组态软件基础 (3)2.1 plc基础 (3)2.1.1 plc的产生和应用 (3)2.1.2 plc的组成和工作原理 (3)2.1.3 plc的分类及特点 (5)2.2组态软件的基础 (5)2.2.1组态的定义 (5)2.2.2组态王软件的特点 (5)2.2.3组态王软件仿真的基本方法 (6)3 PLC控制系统的硬件设计 (7)3.1 PLC控制系统设计的原则和步骤 (7)3.1.1 PLC控制系统设计的原则 (7)3.1.2 PLC控制系统设计的一般步骤 (7)3.1.3 PLC程序设计的一般步骤 (7)3.2 PLC的选型和硬件配置 (8)3.2.1 PLC型号的选择 (8)3.2.2 S7-200CPU的选择 (9)3.2.3 EM235模拟量输入/输出模块 (9)3.2.4 热电式传感器 (9)3.2.5 可控硅加热装置简介 (9)3.3 系统整体设计方案和电气连接图 (10)3.4 PLC控制器的设计 (10)3.4.1 控制系统数学模型的建立 (11)3.4.2 PID控制及参数整定 (11)4 PLC控制系统的软件设计 (14)4.1 PLC程序设计的方法 (14)4.2 编程软件STEP7--Micro/WIN 概述 (14)4.2.1 STEP7--Micro/WIN 简单介绍 (14)4.2.2 计算机与PLC的通信 (15)4.3 程序设计 (15)4.3.1程序设计思路 (15)4.3.2 PID指令向导 (16)4.3.3 控制程序及分析 (20)5 组态画面的设计 (24)5.1组态变量的建立及设备连接 (24)5.1.1新建项目 (24)5.2创建组态画面 (27)5.2.1新建主画面 (27)5.2.2新建PID参数设定窗口 (27)5.2.3新建数据报表 (28)5.2.4新建实时曲线 (28)5.2.5新建历史曲线 (29)5.2.6新建报警窗口 (29)6 系统测试 (31)6.1启动组态王 (31)6.2实时曲线观察 (31)6.3分析历史趋势曲线 (32)6.4查看数据报表 (34)6.5系统稳定性测试 (34)结论 (36)致谢 (37)参考文献 (38)附录 (43)1 绪论1.1 课题背景及设计目的和意义电锅炉广泛应用,电热锅炉的性能决定了产品的质量。
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1 引言
1.1 设计目的
温度的测量和控制对人类日常生活、工业生产、气象预报、物资仓储等都起着极其重要的作用。
在许多场合，及时准确获得目标的温度、湿度信息是十分重要的。
近年来，温湿度测控领域发展迅速，并且随着数字技术的发展，温湿度的测控芯片也相应的登上历史的舞台，能够在工业、农业等各领域中广泛使用。
1.2 设计内容
主要是利用PLC S7-200作为可编程控制器，系统采用PID控制算法，手动整定或自整定PID参数，实时计算控制量，控制加热装置，使加热炉温度为为一定值，并能实现手动启动和停止，运行指示灯监控实时控制系统的运行，实时显示当前温度值。
1.3 设计目标
通过对温度控制的设计，提高在电子工程设计和实际操作方面的综合能力，初步培养在完成工程项目中所应具备的基本素质和要求。
培养团队精神，科学的、实事求是的工作方法，提高查阅资料、语言表达和理论联系实际的技能。
2 系统总体方案设计
2.1 系统硬件配置及组成原理
2.1.1 PLC型号的选择
本温度控制系统采用德国西门子S7-200 PLC。
S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。
S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。
因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。
2.1.2 PLC CPU的选择
S7-200 系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等类型。
S7-200PLC 硬件系统的组成采用整体式加积木式，即主机中包括定数量的I/O端口，同时还可以扩展各种功能模块。
S7-200PLC由基本单元（S7-200 CPU模块）、扩展单元、个人计算机（PC）或编程器，STEP 7-Micro/WIN编程软件及通信电缆等组成。
表2.1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元
本设计采用的是CUP226。
它具有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。
26K 字节程序和数据存储空间。
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。
2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。
I/O端子排可很容易地整体拆卸。
用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。
可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。
CPU226模块的I/O配置及四肢分配
2.1.3 EM235 模拟量输入/输出模块
在温度控制系统中，传感器将检测到的温度转换成4-20mA的电流信号，系统需要配置模拟量的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的EM235 模拟量输入/输出模块。
EM235 模块具有4路模拟量输入/一路模拟量的输出。
它允许S7-200连接微小的模拟量信号，±80mV范围。
用户必须用DIP开关来选择热电偶的类型，断线检查，测量单位，冷端补偿和开路故障方向：SW1～SW3用于选择热电偶的类型，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补偿。
所有连到模块上的热电偶必须是相同类型。
2.1.4 传感器
热电偶是一种感温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号。
常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。
所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、应答误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。
非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。
标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。
本论文采用的是K型热电阻。
2.1.5 可控硅加热装置
对于要求保持恒温控制而不要温度记录的电阻炉采用带PID调节的数字式温度显示调节仪显示和调节温度，输出0～10mA作为直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的大小来调节输出功率，完全可以满足要求，投入成本低，操作方便直观并且容易维护。
温度测量与控制是热电偶采集信号通过PID温度调节器测量和输出0～10mA或4～20mA控制触发板控制可控硅导通角的大小，从而控制主回路加热元件电流大小，使电阻炉保持在设定的温度工作状态。
可控硅温度控制器由主回路和控制回路组成。
主回路是由可控硅，过电流保护快速熔断器、过电压保护RC和电阻炉的加热元件等部分组成。
2.1.6 系统组成原理图
2.2 系统变量定义及分配表
2.2.1 符号表
符号地址注释
序
号
1 特殊标志位存储器1 SM0.0 CPU运行时，该位始终为1
2 特殊标志位存储器2 SM0.1 首次扫描时该位为1
3 双字变量存储器1 VD10
4 将实数0.4送入VD104
4 双字变量存储器2 VD112 将实数0.15送入VD104
5 双字变量存储器3 VD11
6 将实数0.1送入VD104
6 双字变量存储器4 VD120 将实数30.0送入VD104
7 双字变量存储器5 VD124 将实数0.0送入VD104
8 特殊标志位内存字节SMB34 设置中断控制字节（SMB34}=100
9 中断连接指令ATCH 建立中断事件EVNT和程序INT
10 中断允许指令ENI 条件成立时，允许所有中断事件
11 整数到双整数转换指令I_DI 模拟量输入映像寄存器AIW0的值送入累
加器AC0
12 双整数到实数转换指令DI_R 累加器AC0中的值转换后存入累加器AC0
13 实数除法运算指令DIV_R 累加器AC0中的值除以32000后再送入AC0
14 回路指令PID 根据TBL中的输入VB108和配置信息对
LOOP执行PID循环
15 实数乘法指令MUL_R 双字变量存储器VD108中的内容与32000相乘结果送入累加器AC0
16 实数到双整数转换指令ROUND 累加器AC0中的值转换后存入累加器AC0
17 双整数到整数转换指令DI_I 累加器AC0中的值转换后存入累加器AC0
2.2.2 I/O分配表
输入信号输出信号
名称地址名称地址
脉冲输入I0.1 启动按钮
停止按钮
启动指示灯Q0.1
停止指示灯Q0.2
正常运行指示灯Q0.3
温度越上限报警指示灯Q0.4
加热指示灯Q0.5
2.3 系统接线图设计
3 控制系统设计
3.1 控制程序流程图设计
3.1.2 子程序
读入温度并转换
把实际温度放入VD100
调用PID命令
物体的温度上升？
N
Y
停止加热继续加热
输出PID值
3.2 控制程序时序图设计
3.3 控制程序设计思路
3.3.1 初次上电
3.3.2 子程序
1）输入设定温度。
2）把设定温度、P值、I值、D值都导入PID
3）每100ms中断一次子程序进行PID运算。
3.3.3 中断程序，PID的计算
1）模拟信号的采样处理，归一化导入PID。
2）DIP程序运算。
3）输出DIP运算结果，逆转换为模拟信号。