基于PLC的恒温控制系统(共48页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上 本 科 生 毕 业 论 文（设计）题 目： 基于PLC的恒温控制系统 院 系： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 二 一 四 年 五 月专心-专注-专业摘 要在工业控制领域，基于运行稳定性考虑，要对生产过程中的各种物理量进行详细的检测和控制。这在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。其中温度控制又以其较为复杂的工艺过程而备受人们关注。所以各种加热炉、热处理炉、反应炉等得到了广泛应用。这些都对温度控制系统的设计提出了更高的要求。本设计采用S7-200PLC对加热炉温度进行控制。随着自动控制技术的迅速发展，PLC对温度的控制技术应用越

2、来越广泛。本文采用PLC对温度进行控制，通过合理的设计，提高温度控制水平，进而改善温度运行的稳定性，使其更加精确。本文主要介绍了温度控制的PLC控制系统总体方案设计、设计过程、组成、梯形图，并给出了系统组成框图，分析流量逻辑关系，提出PLC的编程方法。本系统分析了加热炉温度控制的PID控制原理，设计了系统的数学控制模型以及系统控制框图，用组态王软件组态配置工业控制监控系统，对数据进行实时监控。通过对单回路控制系统的参数整定以及组态王的PID控制程序，实现了加热炉温度的精确控制。通过对PLC程序的仿真调试以及对组态的系统仿真，验证了本加热炉温度控制系统的设计合理性，系统动态响应符合了最初的设计要

3、求，也具有一定的实用价值。关键词：温度控制，可编程控制器，PID，组态王 AbstractIn the field of industrial control, based on the operational stability considerations, detection and control of various physical quantities in the production process. In the metallurgical, chemical, building materials, food, machinery, oil industry, which

4、 plays a decisive role. Temperature control and its more complex processes have attracted much attention. Various furnace, heat treatment furnaces, reactors, etc. has been widely applied. These are put forward higher requirements for the design of the temperature control system.This design uses the

5、S7-200PLC as the core of the furnace temperature control. With the rapid development of automatic control technology, PLC temperature control technology is applied more and more widely. This paper used PLC to temperature control, through reasonable design, improve the temperature of control level, t

6、hereby improving the temperature stability of running, making them more precise. This article mainly introduced the temperature of PLC control system design, design process, composition, lists the flow ladder diagram, and gives the block diagram of the system, analyzes the flow of logic relation, pu

7、t forward PLC programming method. Giving some suggestions, basic principle, basic flow programming ideas have roughly understanding.The system analysis of the PID control principle of pipeline temperature control, has designed the system mathematical model and control block diagram of control system

8、, using the Kingview configuration software configuration control monitoring system, real-time monitoring of data. The parameters of single loop control system tuning and Kingview PID control procedures, to achieve the precise control of pipeline flow. Through the simulation and debugging of PLC pro

9、gram and system simulation of the Kingview, verify the rationality of the control system of the pipeline temperature design, dynamic response of the system in line with the requirements of the original design, and also has a certain practical value.Keywords: Temperature Control, PLC,PID,Kingview目 录

10、第一章 前言1.1 恒温控制的现状与意义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。近年来，国内外对温度控制器的研究进行了广泛、深入的研究，特别是随着计算机技术的发展，温度控制器的研究取得了巨大的发展，形成了一批商品化的温度调节器，如:职能化PID、模糊控制、自适应控制等，其性能、控制效果好,可广泛应用于温度控制系统及企业相关设备的技术改造服务。在工业自动化领域内,P

11、LC（可编程控制器）以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、性价比高、体积小、能耗低等显著特点广泛应用于现代工业的自动控制之中。目前的工业控制中,常常选用PLC作为现场的控制设备,用于数据采集与处理、逻辑判断、输出控制；而上位机则是利用HMI软件来完成工业控制状态、流程和参数的显示,实现监控、管理、分析和存储等功能。这种监控系统充分利用了PLC和计算机各自的特点,得到了广泛的应用。在这种方式的基础上设计了一套温度控制系统。以基于PLC的下位机和完成HMI功能的上位机相结合,构建成分布式控制系统,实现了温度自动控制。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

12、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。现代PLC 以集成度高、功能强、抗干扰能力强、组态灵活、工作稳定受到普遍欢迎，在传统工业的现代化改造中发挥越来越重要的作用,尤其适合温度控制的要求。此外，随着工业自动化水平的迅速提高，用户对控制系统的过程监控要求越来越高，人机界面（HMI）的出现正好满足了用户这一需求。人机界面可以对控制系统进行全面监控，包括参数监测、信息处理、在线优化、报警提示、数据记录等功能，从而使控制系统变得简单易懂、操作人性化，深受广大用户的喜欢。人机界面（）在自动控制领域的作

13、用日益显著。正在成为引导工业生产制造走向成功的重要因素，因为这些系统越来越多的用于监控生产过程，让过程变得更加准确、简洁和快速。 在工业生产中加热锅炉在全球使用非常广泛，对其控制技术的先进程度决定着对其使用率的高低。顺应这种理念的发展，加热炉的控制系统大都采用以微处理器为核心的计算机控制技术，既提高设备的自动化程度又提高设备的控制精度。这些核心技术主要体现在如今发展较为成熟的PLC领域。PLC的快速发展发生在上世纪80年代至90年代中期。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到了很大的提高和发展。PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于

14、统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。加热锅炉是机电一体化的产品，它很好的将前面所述的技术运用到实际当中去。除此之外，它可将电能直接转化成热能，具有效率高，体积小，无污染，运行安全可靠，供热稳定，自动化程度高的优点，是理想的节能环保的供暖设备。再者人们的环保意识的提高，电热锅炉越来越受人们的重视，在工业生产和民用生活用水中应用越来越普及。电热锅炉目前主要用于供暖和提供生活用水。主要是控制水的温度，保证恒温供水。1.2 系统设计要求本设计的原理是利用扩展模块EM235（AI4/AQ1*12位）进行数据采集，然后把采集到的数据利用程序

15、进行工程量转换，给定量与输入量相减得出偏换，送到执行器，从而构成的是单闭环控制。(1) 根据锅炉温度单回路过程控制系统的具体对象和控制要求，独立设计控制方案，正确选用传感器。(2) 根据流量单回路过程控制系统A/D、D/A和开关I/O的需要，正确选用PLC过程模块。(3) 根据与计算机串行通讯的需要，正确选用RS485/RS232转换与通讯模块。(4) 编写基于西门子S7200的恒温控制方案，选择合适CPU的和模块，给出PLC的信号输入输出，设计PLC的电气原理接线图，并且编写PID恒温控制程序。(5) 运用组态软件，正确设计温度单回路过程控制系统的组态图、组态画面和组态控制程序。(6)编写组

16、态王程序，使锅炉的出口温度输出值恒定。程序界面上要有输入构件以设置流量，要有显示构件显示实际温度，界面要美观，要有运算代码（推荐PID运算）根据目标量和测量量产生相应的输出。1.3 设计主要内容 可编程控制器(PLC)是集计算机技术、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动控制装置。其性能优越，已被广泛应用于工业控制的各个领域，并已成为工业自动化的三大支柱(PLC、工业机器人、CAD/CAM)之一。PLC的应用已成为一个世界潮流，在不久的将来PLC技术在我国将得到更全面的推广和应用。本论文研究的是PLC技术在温度监控系统上的应用。从整体上分析和研究了控制系统的硬件配置、电路图的设计、程序设计，控

17、制对象数学模型的建立、控制算法的选择和参数的整定，人机界面的设计等。本论文通过德国西门子公司的S7-200系列PLC控制器，温度传感器将检测到的实际炉温转化为电压信号，经过模拟量输入模块转换成数字量信号并送到PLC中进行PID调节，PID控制器输出量转化成占空比，通过固态继电器控制炉子加热的通断来实现对加热炉温度的控制。同时利用亚控公司的组态软件“组态王”设计一个人机界面（HMI），通过串行口与可编程控制器通信，对控制系统进行全面监控，从而使用户操作更方便。总体上包括的技术路线：硬件设计，软件编程，参数整定等。全论文分七章,各章的主要内容说明如下。第一章，对温度控制系统应用的背景及国内外的发展

18、状况进行了阐述，指出了本文的研究意义所在。第二章，主要从系统设计结构和硬件设计角度,介绍该项目的PLC控制系统设计步骤、PLC的硬件配置、外部电路设计以及PLC控制器的设计和参数的整定。第三章，在硬件设计的基础上，详细介绍了本项目软件设计，主要包括软件设计的基本步骤、方法，编程软件STEP7-Micro/WIN的介绍以及本项目程序设计。第四章，详细介绍了如何在亚控公司的组态软件“组态王”的基础上进行人机界面的设计。第五章，展示了系统运行结果，然后对其分析得出结论。第六章，总结全文。第二章 恒温控制系统硬件设计在掌握了PLC的硬件构成、工作原理、指令系统以及编程环境后，就可以PLC作为主要控制器

19、来构造PLC控制系统。本章主要从系统设计结构和硬件设计角度，介绍该项目的PLC控制系统设计步骤、PLC的硬件配置、外部电路设计以及PLC控制器的设计和参数的整定。2.1 总体分析学习了PLC的硬件系统、指令系统和编程方法以后，对设计一个PLC系统时，要全面考虑许多因素，不管所设计的控制系统的大小，要按照下列设计步骤进行系统设计。如图2-1：分析评估控制任务PLC机型选择，I/O设备选择I/O地址分配电气系统安装程序设计程序调试N设计硬件系统接线图和控制柜满足要求？Y连机调试NN满足要求？使用图2=1 PLC控制系统设计步骤2.2 PLC控制系统设计的基本原则和步骤弄懂PLC的基本工作原理和指令

20、系统后,就可以把PLC应用到实际的工程项目中。无论是用PLC组成集散控制系统，还是独立控制系统，PLC控制部分的设计都可以参考图2-1所示的步骤。2.2.1 PLC控制系统设计的基本原则任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象(生产设备或生产过程)的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。而在实际设计过程中，设计原则往往会涉及很多方面，其中最基本的设计原则可以归纳为4点。1. 设计原则 (1)完整性原则。最大限度的满足工业生产过程或机械设备的控制要求。 (2)可靠性原则。确保计算机控制系统的可靠性。 (3)经济型原则。力求控制系统简单、实用、合理。(4)发展性原则。适当考虑生产发展和工艺改进的需要

21、，在I/O接口、通信能力等方面留有余地。 2. 评估控制任务 根据系统所需完成的控制任务，对被控对象的生产工艺及特点进行详细分析，特别是从以下几个方面给以考虑。 (1) 控制规模 一个控制系统的控制规模可用该系统的I/O设备总数来衡量。当控制规模较大时,特别是开关量控制的I/O设备较多时，最适合采用PLC控制。 (2) 工艺复杂程度 当工艺要求较复杂时,采用PLC控制具有更大的优越性.(3) 可靠性要求 目前,当I/O点数在20甚至更少时，就趋向于选择PLC控制了。 (4) 数据处理速度 若数据处理程度较低，而主要以工业过程控制为主时，采用PLC控制将非常适宜。2.2.2 PLC控制系统设计的

22、一般步骤 PLC控制系统设计包括硬件设计和软件设计。所谓硬件设计，是指PLC外部设备的设计，而软件设计即PLC应用程序的设计。整个系统的设计分以下5步进行。 1. 熟悉被控对象 深入了解被控系统是设计控制系统的基础。设计人员必须深入现场，认真调查研究，收集资料，并于相关技术人员和操作人员一起分析讨论，相互配合，共同解决设计中出现的问题。这一阶段必须对被控对象所有功能全面的了解，对对象的各种动作及动作时序、动作条件、必要的互锁与保护;电气系统与机械、液压、气动及各仪表等系统间的关系;PLC与其他设备的关系，PLC之间是否通信联网;系统的工作方式及人机界面，需要显示的物理量及显示方式等。 2. 硬

23、件选择 具体包括如下。 (1) 系统I/O设备的选择。输入设备包括按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等。输出设备包括继电器、接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等。(2) 选择PLC。PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择。 (3) PLC的I/O端口分配。在进行I/O通道分配时应给出I/O通道分配表，表中应包含I/O编号、设备代号、名称及功能等。(4) 绘制PLC外围硬件线路图。画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。 (5)计数器、定时

24、器及内部辅助继电器的地址分配。 3. 编写应用程序 根据控制系统的要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。程序通常还应包括以下内容： (1)初始化程序。在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。 (2)检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。 (3)保护和连锁程序。保护和连锁是程

25、序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。 4. 程序调试程序调试分为2个阶段，第一阶段是模拟调试、第二阶段是现场调试。程序模拟调试是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。 (1)硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。 (2)软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的

26、方法，并利用编程器的监控功能。 现场调试。当控制台及现场施工完毕，程序模拟调试完成后，就可以进行现场调试，如不能满足要求，须重新检查程序和接线，及时更正软硬件方面的问题。 5. 编写技术文件技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明书等。2.3 PLC的选型与硬件配置2.3.1 PLC型号的选择本温度控制系统选择德国西门子公司的S7-200系列的PLC。S7-200 PLC属于小型整体式的PLC, 本机自带RS-485通信接口、内置电源和I/O接口。它的硬件配置灵活，既可用一个单独的S7-200 CPU构成一个简单的数字量控制系统，也可通过扩展电缆进

27、行数字量I/O模块、模拟量模块或智能接口模块的扩展，构成较复杂的中等规模控制系统。完整的S7-200系列PLC实物如图2-2所示。图2-2 S7-200系列PLC实物图2.3.2 S7-200 CPU的选择S7-200系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226等类型。此系统选用S7-200 CPU226，CPU226集成了24点输入/16点输出，共有40个数字量I/O。可连接7个扩展模块，最大扩展至248点数字量或35点模拟量I/O。还有13KB程序和数据存储空间空间，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

28、。配有2个RS485通讯口，具有PPI，MPI和自由方式通讯能力，波特率最高为38.4 kbit/s，可用于较高要求的中小型控制系统。本温度控制系统由于输入/输出点数不多，本可以使用CPU224以下的类型。2.3.3 EM231模拟量输入模块本温度控制系统中，传感器将检测到的温度转换成041mv的电压信号，系统需要配置模拟量输入模块把电压信号转换成数字信号再送入PLC中进行处理。在这里，我们选用了西门子EM231 4TC模拟量输入模块。EM231热电偶模块提供一个方便的，隔离的接口，用于七种热电偶类型：J、K、E、N、S、T和R型，它也允许连接微小的模拟量信号(80mV范围)，所有连到模块上的

29、热电偶必须是相同类型，且最好使用带屏蔽的热电偶传感器。EM231模块需要用户通过DIP开关进行组态： SW1SW3用于选择热电偶类型，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用于选择测量单位，SW8用于选择是否进行冷端补偿。本系统用的是K型热电偶，所以DIP开关SW1SW8组态为；EM231具体技术指标见表2-1。表2-1 EM231技术指标型号EM231模拟量输入模块总体特性 外形尺寸：71.2mm80mm62mm 功耗：3W输入特性本机输入：4路模拟量输入电源电压：标准DC 24V/4mA输入类型：010V，05V，5V,2.5V,020mA分辨率

30、：12 Bit转换速度：250S隔离：有耗电从CPU的DC 5V （I/O总线）耗电10mADIP开关SW1 0, SW2 0, SW3 1（以K型热电偶为例）2.3.4 热电偶温度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，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

31、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。镍铬-镍硅热电偶（K型热电偶）是目前用量最大的廉价金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和。正极（KP）的名义化学成分为：Ni:Cr=90:10，负极（KN）的名义化学成分为：Ni:Si=97:3，其使用温度为-200-1300。K型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中。广泛为用户所采用。K型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛中。EM235模块是组合强功率

32、精密线性电流互感器、意法半导体（ST）单片集成变送器ASIC芯片于一体的新一代交流电流隔离变送器模块，它可以直接将被测主回路交流电流转换成按线性比例输出的DC420mA（通过250电阻转换DC 15V或通过500电阻 转换DC210V）恒流环标准信号，连续输送到接收装置（计算机或显示仪表）。EM235热电偶模块提供一个方便的，隔离的接口，用于七种热电偶类型：J、K、E、N、S、T和R型，它允许连接微小的模拟量信号(80mV范围)，所有连到模块上的热电偶必须是相同类型，且最好使用带屏蔽的热电偶传感器。EM235模块需要用户通过DIP开关进行选择的有：热电偶的类型、断线检查、测量单位、冷端补偿和开

33、路故障方向，用户可以很方便地通过位于模块下部的组态DIP开关进行以上选择。表2-2 EM231选择模拟量输入范围的开关表单极性满量程输入分辨率SW1SW2SW3ONOFFON0到10V2.5mVONOFF0到5V1.25mV0到20mA5uA双极性满量程输入分辨率SW1SW2SW3OFFOFFON5V2.5mVONOFF2.5V1.25mVEM235校准和配置位置图如图2-3所示，本次设置PID开关为。图2-3 DIP配置EM2312.4 I/O地址分配及电气连接图1) 该温度控制系统中I/O点分配表如表2-3所示。表2-3 I/O点分配表输入I0.0启动按钮I0.1停止按钮输出Q0.0运行指

34、示灯Q0.1停止指示灯Q0.2正常指示灯Q0.3温度越上限报警指示灯Q0.4锅炉加热指示灯2)系统整体设计方案及硬件连接图。系统选用PLC CPU226为控制器， K型热电偶将检测到的实际炉温转化为电压信号，经过EM231模拟量输入模块转换成数字量信号并送到PLC中进行PID调节，PID控制器输出量转化成占空比，通过固态继电器控制加热炉加热的通断来实现对炉子温度的控制。PLC和HMI相连接，实现了系统的实时监控。整个硬件连接图如图2-4所示。计算机PLCEM231模块固态继电器热电偶加热炉 图2-4 系统框架图2.5 PLC硬件接线图根据系统设计要求，PLC外部接线图如下所示：图2-5 PLC

35、硬件连接图第三章 PLC控制系统软件设计PLC控制系统的设计主要包括硬件设计和软件设计两部分，上一章已经详细介绍了本项目硬件连接。本章在硬件设计的基础上，将详细介绍本项目软件设计，主要包括软件设计的基本步骤、方法，编程软件STEP7-Micro/WIN的介绍以及本项目程序设计。3.1 PLC程序设计方法编写PLC程序的方法很多，这里主要介绍几种典型的编程方法。1. 图解法编程图解法是靠画图进行PLC程序设计。常见的主要有梯形图法、逻辑流程图法、时序流程图法和步进顺控法。（1）梯形图法梯形图法是用梯形图语言去编制PLC程序。这是一种模仿继电器控制系统的编程方法，其图形甚至元件名称都有继电器电路十

36、分相似。这种方法很容易地把原继电器控制电路移植成PLC的梯形图语言。这对于熟悉继电器控制的人来说，是最方便的一种编程方法。（2）逻辑流程图法逻辑流程图法是用逻辑框图表示PLC程序的执行过程，反映输入与输出的关系。逻辑流程图会使整个程序脉络清晰，便于分析控制程序、查找故障点及调试和维修程序。（3）时序流程图法时序流程图法是首先画出控制系统的时序图（即到某一个时间应该进行哪项控制的控制时序图），再根据时序关系画出对应的控制任务的程序框图，最后把框图写成PLC程序。这种方法很适合以时间为基准的控制系统的编程方法。（4）步进顺控法步进顺控法是在顺控指令的配合下设计复杂的控制程序。一般比较复杂的程序都可

37、以分成若干个功能比较简单的程序段，一个程序可以看成整个控制过程的一步。2. 经验法编程经验法是运用自己的或者别人的经验进行设计。多数是设计前先选择与自己工艺要求相近的程序，把这些程序看成是自己的“试验程序”。结合自己工程的情况，对这些“试验程序”逐一修改，使之适合自己的工程要求。3.计算机辅助设计编程计算机辅助设计是通过PLC编程软件（比如STEP7-Micro/WIN）在计算机上进行程序设计、离线或在线编程、离线仿真和在线调试等。使用编程软件可以很方便的在计算机上离线或在线编程、在线调试，在计算机上进行程序的存取、加密以及形成EXE文件14。3.2 编程软件STEP7-Micro/WIN概述

38、STEP7-Micro/WIN编程软件是基于Windows的应用软件，由西门子公司专为s7-200系列可编程控制器设计开发，它功能强大，主要为用户开发控制程序使用，同时也可以实时监控用户程序的执行状态。它是西门子s7-200用户不可缺少的开发工具。现在加上中文程序后，可在全中文的界面下进行操作，用户使用起来更加方便。3.2.1 STEP7-Micro/WIN简单介绍以STEP7-Micro/WIN创建程序，为接通STEP 7-Micro/WIN，可双击STEP 7-Micro/WIN图标，或选择开始（Start） SIMATIC STEP 7 Micro/WIN 4.0菜单命令。如图4-1所示

39、，STEP 7-Micro/WIN项目窗口将提供用于创建控制程序的便利工作空间。工具栏将提供快捷键按钮，用于经常使用的菜单命令，可显示或隐藏工具栏的任何按钮。浏览条给出了多组图标，用于访问STEP 7-Micro/WIN的不同编程特性。指令树将显示用于创建控制程序的所有项目对象和指令。可将单个的指令从指令树拖放到程序中，或双击某个指令，以便将其插入到程序编辑器中光标的当前位置。程序编辑器包括程序逻辑和局部变量表，可在其中分配临时局部变量的符号名。子程序和中断程序在程序编辑器窗口的底部均按标签显示。单击标签可在子程序、中断程序和主程序之间来回变换。STEP 7-Micro/WIN提供了用于创建程

40、序的三个编辑器：梯形图（LAD）、语句表（STL）和功能块图（FBD）。尽管有某些限制，在这些程序编辑器的任何一个中编写的程序均可用其它程序编辑器进行浏览和编辑。用的比较多的是梯形图（LAD）编程语言。下面详细介绍梯形图的特点。图3-1 编程软件STEP7-Micro/WIN主界面3.2.2 STEP7-Micro/WIN参数设置（通讯设置） 本项目中PLC要与电脑正确通信，安装完STEP7-Micro/WIN编程软件且设置好硬件后，可以按下列步骤进行通讯设置。 （1）在STEP7-Micro/WIN运行时单击通讯图标，或从“视图”菜单中选择选项“通信”，则会出现一个通信对话框（如图3-2所示

41、）。 图3-2 通信参数设置（2）在对话框中双击PC/PPI电缆的图标，将出现PG/PC接口对话框或者直接单击“检视”栏中单击“设置PG/PC接口”也行。如图4-3所示。图3-3 PG/PC接口对话框（3）单击Properties按钮，将出现接口属性对话框，检查各参数的属性是否正确，其中通信波特率默认值为9.6kbps（如图3-4所示）。图3-4 通信参数设置3.3 基于S7200的PID控制控制器的设计是基于模型控制设计过程中最重要的一步。首先要根据受控对象的数学模型和它的各特性以及设计要求，确定控制器的结构以及和受控对象的连接方式。然后根据所要求的性能指标确定控制器的参数值。3.3.1 控

42、制系统数学模型的建立本温度控制系统中，传感器（电热偶）将检测到的温度信号转换成电压信号经过温度模块后，与设定温度值进行比较，得到偏差，此偏差送入PLC控制器按PID算法进行修正，返回对应工况下的固态继电器导通时间，调节电热丝的有效加热功率，从而实现对加热炉的温度控制。控制系统结构图如图3-5所示，方框图如图3-6所示。PLC控制器固态继电器烤炉温度模块热电偶 图3-5 控制系统结构图Gc(s)Go(s) R(s) + E(s) U(s) Y(s) _ 图3-6 控制系统方框图图3-7中，R(s)为设定温度的拉氏变换式；E(s)为偏差的拉氏变换式； Gc(s)为控制器的传递函数；Go(s)为广义

43、对象，即控制阀、对象控制通道、测量变送装置三个环节的合并；该温度控制系统是具有时滞的一阶闭环系统，传递函数为 （3-1）式3-1中，为对象放大系数；为对象时间常数；为对象时滞。 （3-2） 由阶跃响应法求得， =0.5；=2.5分钟；=1.2分钟。3.3.2 PID在PLC中的回路指令西门子S7-200系列PLC中使用的PID回路指令，见表3-1。表3-1 PID回路指令名称PID运算指令格式PID指令表格式PID TBL,LOOP梯形图使用方法：当EN端口执行条件存在时候，就可进行PID运算。指令的两个操作数TBL和LOOP，TBL是回路表的起始地址，本文采用的是VD100，因为一个PID回

44、路占用了32个字节，所以VD100到VD132都被占用了。LOOP是回路号，可以是0-7，不可以重复使用。PID回路在PLC中的地址分配情况如表3-2所示。表3-2 PID指令回路表偏移地址名称数据类型说明0过程变量（PVn）实数必须在0.0-1.0之间4给定值（SPn）实数必须在0.0-1.0之间8输出值（Mn）实数必须在0.0-1.0之间12增益（Kc)实数比例常数，可正可负16采样时间（Ts）实数单位为s，必须是正数20积分时间（Ti）实数单位为min，必须是正数24微分时间（Td）实数单位为min，必须是正数28积分项前值（MX）实数必须在0.0-1.0之间32过程变量前值（PVn-1）实数必须在0.0-1.0之间3.4 内存地址分配与PID指令回路表S7200的PID内存地址如表3-3所示。表3-3 内存地址分配地址说明VD0实际温度存放VD4设定温度存放VD30当前温度存放VD100过程变量（PVn）必须在0.0-1.0之间VD104给定值（SPn）必须在0.0-1.0之间VD108输出值（Mn）必须在0.0-1.0之间VD112增益（Kc）比例常