基于PLC的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于 PLC的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)12020 年 4 月 19 日文檔僅供參考1 引言1.1 設(shè)計(jì)目的溫度的測(cè)量和控制對(duì)人類日常生活、工業(yè)生產(chǎn)、氣象預(yù)報(bào)、物資倉(cāng)儲(chǔ)等都起著極其重要的作用。在許多場(chǎng)合，及時(shí)準(zhǔn)確獲得目標(biāo)的溫度、濕度信息是十分重要的。近年來(lái)，溫濕度測(cè)控領(lǐng)域發(fā)展迅速，而且隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，溫濕度的測(cè)控芯片也相應(yīng)的登上歷史的舞臺(tái)，能夠在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各領(lǐng)域中廣泛使用。1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是利用 PLC S7-200 作為可編程控制器，系統(tǒng)采用 PID 制算法，手動(dòng)整定或自整定 PID 參數(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算控制量，控制加熱裝置，使加熱爐溫度為為一定值，并能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)啟動(dòng)和停止，運(yùn)行指示燈監(jiān)控實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值。控1.3 設(shè)計(jì)目標(biāo)經(jīng)過(guò)對(duì)溫度控制的設(shè)計(jì)，提高在電子工程設(shè)計(jì)和實(shí)際操作方面的綜合能力，初步培養(yǎng)在完成工程項(xiàng)目中所應(yīng)具備的基本素質(zhì)和要求。培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神，科學(xué)的、實(shí)事求是的工作方法，提高查閱資料、語(yǔ)言表示和理論聯(lián)系實(shí)際的技能。22020 年 4 月 19 日文檔僅供參考2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理2.1.1 PLC型號(hào)的選擇本溫度控制系統(tǒng)采用德國(guó)西門子S7-200 PLC。 S7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200 系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200 系列具有極高的性能 / 價(jià)格比。2.1.2 PLC CPU的選擇S7-200 系列的 PLC有 CPU221、CPU222、 CPU224、CPU226等類型。 S7-200PLC硬件系統(tǒng)的組成采用整體式加積木式，即主機(jī)中包括定數(shù)量的I/O端口，同時(shí)還能夠擴(kuò)展各種功能模塊。S7-200PLC 由基本單元（ S7-200 CPU 模塊）、擴(kuò)展單元、個(gè)人計(jì)算機(jī)（ PC）或編程器，STEP 7-Micro/WIN編程軟件及通信電纜等組32020 年 4 月 19日文檔僅供參考成。表 2.1S7-200 系列 PLC中 CPU22X的基本單元型號(hào)輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)擴(kuò)展模塊數(shù)量S7-200CPU221640S7-200CPU222862S7-200CPU22424107S7-200CPU224XP24167S7-200CPU22624167本設(shè)計(jì)采用的是CUP226。它具有24 輸入 /16輸出共40 個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248 路數(shù)字量I/O點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn)。 26K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。 6 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器， 2 路獨(dú)立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。 2 個(gè) RS485通訊 / 編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、 MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O 端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/ 輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。CPU226模塊的 I/O 配置及四肢分配主機(jī)模塊 0模塊 1模塊 2模塊 3CPU2268IN4IN/4OUT4AI/1AQ4AI/1AQI4.0/Q2.0AIW0/AQW0AIW8/AQW4I0.0-I2.7/I3.0-I3.7I4.1/Q2.1AIW2AIW10Q0.0-Q1,.7I4.2/Q2.3AIW4AIW12I4.3/Q2.3AIW6AIW142.1.3 EM235 模擬量輸入 / 輸出模塊42020 年 4 月 19 日文檔僅供參考在溫度控制系統(tǒng)中，傳感器將檢測(cè)到的溫度轉(zhuǎn)換成4-20mA的電流信號(hào)，系統(tǒng)需要配置模擬量的輸入模塊把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再送入PLC 中進(jìn)行處理。在這里我們選擇西門子的EM235 模擬量輸入 / 輸出模塊。 EM235 模塊具有4 路模擬量輸入 /一路模擬量的輸出。它允許S7-200 連接微小的模擬量信號(hào)，80mV 范圍。用戶必須用DIP 開(kāi)關(guān)來(lái)選擇熱電偶的類型，斷線檢查，測(cè)量單位，冷端補(bǔ)償和開(kāi)路故障方向：SW1SW3 用于選擇熱電偶的類型，SW4 沒(méi)有使用，SW5 用于選擇斷線檢測(cè)方向，SW6 用于選擇是否進(jìn)行斷線檢測(cè)，SW7 用于選擇測(cè)量方向，SW8用于選擇是否進(jìn)行冷端補(bǔ)償。所有連到模塊上的熱電偶必須是相同類型。2.1.4 傳感器熱電偶是一種感溫元件，它直接測(cè)量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。常見(jiàn)熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、應(yīng)答誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒(méi)有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶中國(guó)從1988年1 月1 日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、 J、 T 七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為中國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。本論文采用的是 K 型熱電阻。52020 年 4 月 19 日