目录目录 (1)第一章摘要 (2)1.1应用背景与需求 (2)2.1 PLC的特点 (4)第二章.系统设计 (4)2.1 系统设计要求 (4)2.2 温度控制系统的设计 (5)2.3 PLC控制系统的构成 (5)2.4系统的组成原理框图 (5)第三章控制系统的I/O点及地址分配 (6)第四章 PLC控制系统选型与拓展模块 (6)第五章电气原理图 (7)5.1 主电路设计 (7)5.2 控制电路图 (7)5.3 PLC外围接线 (8)第六章系统程序设计 (9)6.1 PID控制器基本概念 (9)6.2 PLC温度监测与控制梯形图的设计 (10)6.3 程序流程图 (11)6.4程序中使用的元器件及功能 (12)6.5程序语句表 (12)第七章课程设计总结 (16)参考文献 (17)第一章摘要1.1应用背景与需求在工业生产自动控制中，为了生产安全或保证产品质量，对于温度、压力、流量、成份、速度等一些重要的被控参数，通常需要进行自动监测，并根据监测结果进行相应的控制。

温度是工业生产对象中主要的被控参数之一，温度和人类的生产、生活有着密切的关系，同时也是工业生产中最常见最基本的工艺参数，例如机械、电子、石油、化工等各类工业中广泛需要对温度的监测与控制。

并且随着人们生活水平的提高，人们对自己的生存环境越来越关注，而空气中温度的变化与人体的舒适度和情绪都有直接的影响，所以对温度的监测及控制就非常有必要了。

本文通过设计温度监测与控制系统，体现PLC在模拟量信号监测与控制中应用的优越性。

总之，环境温度的检测与调节仪器的设计和开发具有非常大的市场前景和实用价值。

温度控制系统广泛应用于工业控制领域，如钢铁厂、化工厂、火电厂等锅炉的温度控制系统，电焊机的温度控制系统等。

加热炉温度控制在许多领域中得到广泛的应用。

这方面的应用大多是基于单片机进行PID 控制, 然而单片机控制的DDC 系统软硬件设计较为复杂, 特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处, 然而PLC 在这方面却是公认的最佳选择。

1.2 PLC的特点编程方法简单易学：梯形图是使用的最多的PLC编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易用，熟悉继电器电路图的电气技术人员只需花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。

功能强，性能价格比高：一台小型的PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，可以实现非常复杂的控制功能。

与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。

PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。

硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强：PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。

PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。

硬件配置确定后，通过修改用户程序，就可以方便快速地适应工艺条件的变化。

可靠性高，抗干扰能力强：PLC用软件取代了继电器控制系统中大量的中间继电器和时间继电器，接线可减少到继电器控制系统的十分之一以下，大大减少了因触点接触不良造成的故障。

S7-300有极强的故障诊断能力。

PLC使用了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被公认为最可靠的工业控制设备之一。

系统的设计、安装、调试工作量少：PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。

PLC的梯形图程序可以用顺序控制设计法来设计。

这种设计方法很有规律，容易掌握。

可以在实验室模拟调试PLC的用户程序，用小开关来模拟输入信号，通过个输出点对应的发光二极管的状态来观察输出信号的状态，调试的时间比继电器系统少的多。

维修工作量小，维修方便：PLC的故障率很低，并且有完善的故障诊断功能。

PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，根据PLC上的发光二极管或编程软件提供的信息，可以很方便地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。

体积小，能耗低：对于复杂的控制系统，使用PLC后，由于减少了大量的中间继电器和时间继电器，开关柜的体积比继电器控制系统小的多。

1.3 PLC应用领域由于PLC自身的特点和优势，在工业控制中PLC已经得到了广泛的应用，包括机械、冶金、化工、电力、运输、建筑等众多领域，应用范围也在不断扩大。

PLC主要的应用领域包括以下几个方面：（1）逻辑控制逻辑控制是PLC最基本的应用，它可以取代传统的继电器控制装置，如机床电器控制、各种电机控制等，可实现组合逻辑控制、定时控制和顺序逻辑控制等功能。

PLC的逻辑控制功能相当完善，可用于单机控制，也可用于多机群控制及自动生产线控制，其应用领域已遍及各行各业。

（2）运动控制PLC使用专用的运动控制模块，可对直线运动或圆周运动的位置、速度和加速度进行控制，实现单轴、双轴和多轴位置控制，并使运动控制和顺序控制能有机结合在一起。

PLC的运动控制功能可用于各种机械，如金属切削机床、金属成形机械、机器人、电梯等场合，可方便地实现机械设备的自动化控制。

（3）闭环过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。

PLC通过其模拟量I/O模块，及数据处理和数据运算等功能，实现对模拟量的闭环控制。

现代的大中型PLC一般都有PID闭环控制功能，这一功能可以用PID子程序或专用的PID模块来实现，可用于热处理炉、锅炉、塑料挤压成型机等设备的控制。

（4）数据处理现代PLC具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表等功能，可以完成数据的采集、分析和处理等操作。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值进行比较，也可以用通信功能传送到其他智能设备，或将它们打印制表。

数据处理功能一般用于大型控制系统，如无人柔性制造系统，也可以用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品加工中的一些大型控制系统。

PLC的在现代工业生产中的广泛应用决定了它的重要地位，因此学会并掌握使用PLC并可利用简单的编程通过PLC控制工业生产系统成为当代大学生一项不可或缺的技能。

第二章.系统设计2.1 系统设计要求本设计是基于西门子S7-200系列PLC为主要控制元件进行设计的，可编程控制器（PLC）是综合了计算机技术、自动控制技术的一种新型的、通用的自动控制装置。

它具有功能强、可靠性高、使用灵活方便，易于编程及适应工业环境下应用等一系列优点，近年来的工业自动化、机电一体化、传统产业技术等方面应用越来越广，成为现代工业控制三大支柱之一。

PLC的最终目标是用于实践，提高生产力。

如今，应用PLC已经成为世界潮流，PLC将在我国得到更全面的推广应用。

本文中被控对象为电加热炉，在炉温自动控制系统中，炉温经热电偶检测和温度变送器的转换，变为相应的电压信号，送往PLC控制器，再经模拟量输入/输出模块(A/D)转换为数字量，并由程序将给定的温度值与测量值比较，然后根据偏差大小按比例调节规律，计算出校正量。

通过模拟量输入/输出模块的输出控制作用，消除炉温的偏差，送往现场的执行机构—过零触发器及可控硅装置，从而使炉温达到并稳定在给定的数值上。

同时设有声光报警系统，当温度超过设置的上、下限时，发出报警，并用不同颜色的灯光显示不同的温度状态。

控制器的外部也设置实时显示系统，以实时显示温度。

2.2 温度控制系统的设计系统要求，将被控系统的温度控制在50~60℃之间，当温度低于50℃或高于60℃时，应能自动进行调整，当调整3min后仍不能脱离不正常状态，则应采用声光报警，一提醒操作人员注意排除故障。

系统设置一个启动按钮来启动控制程序，设置绿、红、黄3个指示温度状态。

被控温度在要求范围内，绿灯亮，表示系统运行正常。

当被控温度超过上限或低于下限时，经调整3min后尚不能回到正常范围，则红灯或黄灯亮，并有声音报警，表示温度超过上限或低于下限。

2.3 PLC控制系统的构成在被控系统中设置4个温度测量点，温度信号经变送器变成0~5V的电信号(对应温度为0~100度)，送入4个模拟量输入通道。

PLC读入四路温度后，在取其平均值作为被控系统的温度值。

若被测温度超过允许范围，按控制算法运算后，通过模拟输出通道，相被控系统送出0~10V的模拟温度控制信号。

PLC通过输入端口连接启动按钮，通过输出端口控制绿灯的亮灭，通过输出端口控制红灯的亮灭，通过输出端口控制黄灯的亮灭。

2.4系统的组成原理框图图.1 系统组成原理框图第三章控制系统的I/O点及地址分配第四章PLC控制系统选型与拓展模块从上面分析可以知道，系统共有开关量输入点3个、开关量输出点5个；模拟量输入点4个，如果选用CPU 224PLC，也许扩展单元；如果选用CPU 226PLC，则价格较高，浪费较大。

参照四门子PLC S7-200产品目录及市场价实际价格，选用主机为CPU 222（8入/6继电器输出）一台，加上一台扩扩展模块EM 235（4 AI/1 AO）。

这样的配置是最经济的。

整个PLC系统的配置如图2所示。

图2 PLC系统组成第五章电气原理图5.1 主电路设计如图3所示为电控系统主电路图。

五台点机分别为M1、M2、M3、M4、M5。

接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5分别控制M1、M2、M3、M4、M5的工频运行。

QS为总电路的启动开馆，FU为主电路的熔断器，起保护电路作用，FR为各台电机的过载保护用的热继电器。

电路中利用各常闭触电对点击的启动进行相互之间的控制，从而避免了混乱情况的发生。

当电机M2启动时，其它四台电机都不会启动，说明温度正常。

当M3启动时M2、M4不会被启动。

当M4启动时，M2、M3不会被启动。

图3 电控系统主电路图5.2 控制电路图根据电控系统主电路和设计要求得出控制电路图如下：FR为电路的总过载保护，SB1为停止按钮，SB0为启动按钮，KM0为启动自锁动作线圈。

KA1是一个欠电压继电器线圈，当电压小于设定值时动作对应温度信号的下线动作。

KA2是一个过电流继电器线圈，当温度信号转换出来的电信号大于设定值时动作。

KM1为温度控制装置继电器动作线圈。

KM2为控制绿灯动作的继电器线圈。

KM3为控制红灯动作的继电器线圈。

KM4为控制黄灯动作的继电器线圈。

KM5为控制蜂鸣器报警的继电器线圈。

KT1是一个延时动作的继电器线圈。

按下启动开关，线圈KM0启动,常开触电KM0闭合自锁。

同时KA1、KA2检测电压电流的大小是否在范围内，当KA1、KA2都不动作时说明温度在要求范围内，此时KM2动作，常开触点闭合常闭触点断开，绿灯亮，同时线圈KM1、KM3、KM4、KM5都不会动作。

当KA1或KA2至少有一个动作时KM2都不动作，绿灯不亮。