辽宁工业大学 PLC应用技术课程设计（论文）题目：聚合釜温度控制系统的设计院（系）：电气工程学院专业班级：测控092班学号：学生姓名：指导教师：起止时间： 2012.6.20～2012.7.3课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：测控技术与仪器注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要随着现代工业的逐步发展，在工业生产中，温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量。

其中，温度是一个非常重要的过程变量。

例如：在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域，都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和聚合釜的温度进行控制。

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。

随着PLC功能的扩充在许多PLC控制器中都扩充了PID控制功能,因此在逻辑控制与PID控制混合的应用场所中采用PLC控制是较为合理的，通过采用PLC来对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大的优点，而且可以大幅度提高被测温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。

因此，PLC对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。

这也正是本课题所重点研究的内容。

本文分别就聚合釜的控制系统工作原理，温度变送器的选型、PLC配置、程序设计等几方面进行阐述。

通过改造聚合釜的控制系统具有响应快、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：聚合釜；传感器；PLC；PID调节目录第1章绪论 (1)第2章课程设计的方案 (3)2.1概述 (3)2.2系统组成总体结构 (3)第3章硬件设计 (5)3.1PLC的选型和硬件配置 (5)3.2传感器的选择 (6)3.3变频器的参数设置 (7)第4章基于PLC温度控制系统软件设计 (8)4.1STEP7MICRO/WIN32软件介绍 (8)4.2系统PID算法及流程图 (8)4.2.1PID算法简介 (8)4.2.2PID算法的数字化处理 (9)4.3I/O分配 (13)4.4PLC外部接线 (14)第5章设计总结 (15)参考文献 (16)第1章绪论温度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信息是十分重要的，近年来，温度测控领域发展迅速，并且随着数字技术的发展，温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。

随着现代工业的逐步发展，在工业生产中，温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量。

其中，温度是一个非常重要的过程变量。

例如：在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域，都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行控制。

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。

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，PLC在这方面却是公认的最佳选择。

通过采用PLC来对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大的优点，而且可以大幅度提高被测温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。

因此，PLC对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。

随着科学技术的不断发展，人们对温度控制系统的要求越来越高，因此，高精度、智能化、人性化的温度控制系统是国内外必然发展趋势。

这也正是本课题所重点研究的内容。

温度控制系统在工业生产中获得了广泛的应用，在工农业生产、国防、科研以及日常生活等领域占有重要的地位。

温度控制系统是人类供热、取暖的主要设备的驱动来源，它的出现迄今已有两百余年的历史。

期间，从低级到高级，从简单到复杂，随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高，温度控制系统的控制技术得到迅速发展。

当前比较流行的温度控制系统有基于单片机的温度控制系统，基于PLC 的温度控制系统，基于工控机（IPC）的温度控制系统，集散型温度控制系统（DCS），现场总线控制系统（FCS）等。

单片机的发展历史虽不长，但它凭着体积小，成本低，功能强大和可靠性高等特点，已经在许多领域得到了广泛的应用。

单片机已经由开始的4位机发展到32位机，其性能进一步得到改善。

基于单片机的温度控制系统运行稳定，工作精度高。

但相对其他温度系统而言，单片机响应速度慢、中断源少，不利于在复杂的，高要求的系统中使用。

国外温度控制系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果。

日本、美国、德国、瑞典等技术领先的国家，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表，并在各行业广泛应用。

目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展。

工控机（IPC）即工业用个人计算机。

IPC的性能可靠、软件丰富、价格低廉，应用日趋广泛。

它能够适应多种工业恶劣环境，抗振动、抗高温、防灰尘，防电磁辐射。

过去工业锅炉大多用人工结合常规仪表监控，一般较难达到满意的结果，原因是工业锅炉的燃烧系统是一个多变量输入的复杂系统。

影响燃烧的因素十分复杂，较正确的数学模型不易建立，以经典的PID为基础的常规仪表控制，已很难达到最佳状态。

而计算机提供了诸如数字滤波，积分分离PID，选择性PID。

参数自整定等各种灵活算法，以及“模糊判断”功能，是常规仪表和人力难以实现或无法实现的。

在工业锅炉温度检测控制系统中采用控机工可大大改善了对锅炉的监控品质，提高了平均热效率。

但如果单独采用工控机作为控制系统，又有易干扰和可靠性差的缺点。

第2章 课程设计的方案2.1 概述本PLC 温度控制系统的具体指标要求是：设计一个温度检测调节系统，主要用于聚合釜温度控制。

本系统的给定值（目标值）可以预先设定后直接输入到回路中；过程变量由在冷却水中的一体化温度变送器和一体化流量变送器测量并经变送器给出，为双极性模拟量；用以控制冷水阀门的开度，可以在0到100%间变化。

2.2 系统组成总体结构根据系统具体指标要求，可以对每一个具体部分进行分析设计。

整个控制系统分为硬件电路设计和软件程序设计两部分。

系统硬件框图结构如图所示:T图2.1 系统总体框图TT聚合釜出料 PLC 下位机 FT 冷却水TT整个控制系统是一个相对联系的结合体，但是又可以分开讨论。

当被控对象为聚合釜内温度，温度传感器检测聚合釜内的温度信号，经变送器将温度值转换成电压信号送入PLC 模块。

PLC 把这个测量信号与设定值比较得到偏差，经PID 运算后，发出控制信号，经可控阀门调控，从而实现聚合釜温度的控制。

如图2.2所示。

图2.2 聚合釜温度控制系统硬件框图当被控对象为冷却水流量，流量传感器检测冷却水输送管道内的流量信号，经变送器将流量值转换成电压信号送入PLC 模块。

PLC 把这个测量信号与设定值比较得到偏差，经PID 运算后，发出控制信号，经可控阀门调控，从而实现聚合釜温度的控制。

如图2.3所示。

图2.3冷却水流量检测控制硬件框图当被控对象为冷却水的温度，流量传感器检测燃烧冷却水输送管道内的温度信号，经变送器将流量值转换成电压信号送入PLC 模块。

PLC 把这个测量信号与设定值比较得到偏差，经PID 运算后，发出控制信号，经可控阀门调控，从而实图2.4 冷却水温度检测硬件框图可控阀门 聚合釜 温度传感器S7-200PLC CPU 运算处理 变送器 给定流量 可控阀门 冷却水输送管道 流量传感器S7-200PLC CPU 运算处理 变送器 给定流量 可控阀门 冷却水输送管道 温度传感器S7-200PLC CPU 运算处理 变送器 给定流量第3章硬件设计3.1PLC的选型和硬件配置S7-200 系列 PLC 是由德国西门子公司生产的一种超小型系列可编程控制器，它能够满足多种自动化控制的需求，其设计紧凑，价格低廉，并且具有良好的可扩展性以及强大的指令功能，，可代替继电器在简单的控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。

由于它具有极强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥作用。

S7-200系列可以根据对象的不同, 可以选用不同的型号和不同数量的模块。

并可以将这些模块安装在同一机架上。

SiemensS7-200 主要功能模块介绍：(1)CPU 模块S7-200的CPU 模块包括一个中央处理单元,电源以及数字I/O 点,这些都被集成在一个紧凑,独立的设备中。

CPU 负责执行程序,输入部分从现场设备中采集信号,输出部分则输出控制信号,驱动外部负载.从 CPU 模块的功能来看, CPU 模块为CPU22*,它具有如下五种不同的结构配置CPU 单元：①CPU221 它有 6 输入/4 输出,I/0 共计 10 点.无扩展能力,程序和数据存储容量较小,有一定的高速计数处理能力,非常适合于少点数的控制系统。

②CPU222 它有8 输入/6 输出，I/0 共计 14 点，和 CPU 221 相比,它可以进行一定的模拟量控制和2个模块的扩展,因此是应用更广泛的全功能控制器。

③CPU224 它有 14 输入/10 输出，I/0 共计 24 点，和前两者相比,存储容量扩大了一倍,它可以有 7 个扩展模块,有内置时钟,它有更强的模拟量和高速计数的处理能力,是使用得最多S7-200 产品。

④CPU226 它有 24 输入/16 输出,I/0 共计 40 点,和 CPU224 相比,增加了通信口的数量,通信能力大大增强。

它可用于点数较多,要求较高的小型或中型控制系统。

⑤CPU226XM 它在用户程序存储容量和数据存储容量上进行了扩展,其他指标和 CPU226相同。

(2)开关量 I/O 扩展模块当 CPU 的 I/0 点数不够用或需要进行特殊功能的控制时,就要进行 I/O 扩展,I/O 扩展包括 I/O 点数的扩展和功能模块的扩展。

通常开关量 I/O 模块产品分 3 种类型:输入模块,输出模块以及输入/输出模块。

为了保证 PLC 的工作可靠性,在输入模块中都采用提高可靠性的技术措施。

如光电隔离,输入保护(浪涌吸收器,旁路二极管,限流电阻),高频滤波,输入数据缓冲器等。

由于 PLC 要控制的对象有多种,因此输出模块也应根据负载进行选择,有直流输出模块, 交流输出模块和交直流输出模块。

按照输出开关器件种类不同又分为 3 种：继电器输出型,晶体管输出型和双向晶闸管输出型。