【正文】 ines traditional relay control technology, puter technique and munication technology, and it characterized by strong control ability, flexible operation, high reliability and suitable for continuous working. This thesis introduces the principles, design and application of each module from the selection, design, and application of hardware, and selection, pile of software in details. Experiments prove that use PLC as the control centre and control temperature object through programming by PLC, we can design desirable temperature control system conveniently and flexiblely. Key words: S7200PLC。 本文先從課題研究背景說起，通過幾個溫控 系統(tǒng)簡單介紹了國內外發(fā)展現(xiàn)狀。 第二章 設計總體方案：簡單的從硬件部分和軟件部分介紹了系統(tǒng)的工作原理，并對 PID 控制算法做了基本介紹，簡單闡述了 PID 運算在本設計中的用法，和對相關參數(shù)進行了確定 第三 章， 系 統(tǒng)硬件設計：介紹了硬件系統(tǒng)設計的組成和連線圖，對系統(tǒng)所用到的硬件進行了介紹和選型。 總體方案是采用 PLC 控制器來對系統(tǒng)進行總體控制，溫度變送器采集夾套和內膽溫度信號；兩個數(shù)顯儀表分別對夾套溫度和內膽溫度的實際值進行實時顯示；兩個啟動按鈕對系統(tǒng)的運行與停止進行手動控制；指示燈來顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài)；模擬量擴展模塊承擔兩個模擬量輸入和一個模擬量輸出的任務；調功器根據(jù) PLC 的控制信號對加熱器進行控制，來實現(xiàn)對溫度的控制。有的還具有自學習功能，能夠根據(jù)歷史經(jīng)驗及控制對象的變 化情況，自動調整相關參數(shù)，以保證控制效果 4 的最優(yōu)化；⑥是具有控制精度高、抗干擾力強、魯棒性好的特點。但由于國外技術保密及我國開發(fā)工作的滯后還沒有開發(fā)出性能可靠的自整定軟件 ， 控制參數(shù)大多靠人工經(jīng)驗及現(xiàn)場調試確定。 溫度控制 系統(tǒng)在國內各行業(yè)的應用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從溫度控制來講，總體發(fā)展水平 仍然 不高，同日本、美國、德國等先進國 家相比有著較大的差距。這方面的應用大多是基于單片機進行的 PID 控制 ， 然而單片機控制的 DDC 系統(tǒng)軟硬件設計較為復雜，特別是設計到邏輯方面更不是其長處，然而 PLC 在這方面卻 是公認的最佳選擇。 畢業(yè)論文中需有與本課題有關的國內外的研究現(xiàn)狀，系統(tǒng)總體方案設計，硬件的工程設計與實現(xiàn) ， PLC控制程序設計（ I/O地址分配，程序流程圖），總結。 主要內容和要求 （ 包括 設計（研究）內容、主要指標與技術參數(shù)，并根據(jù)課題性質對學生提出具體要求 ）： 如圖 1 所示的加熱爐，它是由溫度內膽、夾套、加熱器、溫度檢測變送器組成。 1 本 科 畢 業(yè) 設 計（論文）任 務 書 基于 PLC 的加熱爐溫度控制系統(tǒng)設計本科畢業(yè)設計論文 題目 : 基于 PLC 的加熱爐 溫度控制系統(tǒng)設計 原始依據(jù) (包括 設計（論文）的工作基礎、研究條件、應用環(huán)境、工作目的等 )： 溫度控制系統(tǒng)在國內各行各業(yè)的應用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國內生產的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同國外的日本、美國、德國等先進國家相比，仍然有著較大的差距。 圖 1 加熱爐溫度系統(tǒng) 加熱器采用 傳統(tǒng)的價格較低 的 電阻板加熱 ，水系統(tǒng)是加速加熱爐溫度 恒定。 日程安排： . 8 認真收集有關資料，完成開題報告 提 出總體方案 并進行論證 論文主體設計 論文撰寫，完成初稿 程序調試和修改論文 . 7 編寫設計說明書，準備答辯提綱，進行答辯 主要參考文獻和書目： [1] 樓順天、姚若玉、沈俊霞， 程序設計語言，西安電子科技大學出版社， 20xx [2] 黃友銳、曲立國， PID 控制器參數(shù)整定與實現(xiàn)，科學出版社， 20xx [4] 盧京潮，自動化控制原理，西北工業(yè)大學出版社， 20xx [5] 周美蘭 、 周封 、 王岳宇 ， PLC 電氣控制與組態(tài)設計，科學出版社， 20xx [6 ] 李科，溫控系統(tǒng)的智能 PID 控制算法研究， [碩士論文 ]，中華科技大學， 20xx [7] 吳長勝，基于 PLC 控制的加熱爐溫度控制系統(tǒng)設計， [學士論文 ]，貴州師范大學， 20xx [8] 李世斌、李宏偉， PLC 在鍋爐控制中的應用、自動化技術與應用， 20xx 年第 22 卷第 1期 [9] 歐祖鴻，基于 Wincc 和 S7200 的溫度測控系統(tǒng)， [學士論文 ]，重慶科技學院， 20xx [10] 廖常初， PLC 編程及應 用，機械工業(yè)出版社， 20xx [11] 顧占松、陳鐵年，可編程控制器原理與應用，北京國防工業(yè)出版社， 1996 [12] 王偉、張晶逃、柴天佑， PID 參數(shù)先進整定方法綜述，自動化學報， 20xx,5（ 26） 347~355 [13] 胡學林，可編程控制器教程，電子工業(yè)出版社， 20xx [14] 張揚、蔡春偉、孫明健， S7200PLC 原理與應用系統(tǒng)技術，機械工業(yè)出版社， 20xx [15] Jurgen Muiler、張懷勇，西門子自動化系統(tǒng)實戰(zhàn)，人民郵電出版社， 20xx 指導教師簽字 ： 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日 3 本科畢業(yè)設計（論文）開題報告（綜述） 題 目： 基于 PLC 的加熱爐 溫度控制系統(tǒng)設計 本課題來源及研究現(xiàn)狀： 隨著現(xiàn)代工業(yè)的逐步發(fā)展，在工業(yè)生產中，溫度、壓力、流量和液位是四種最常見的過程變量。 隨著 PLC 功能的擴充，在許多 PLC 控制器中都擴充了 PID 控制功能， 因此在邏輯控制與 PID 控制混合的應用場所中采用 PLC 控制是較為合理的，通過采用 PLC 來對它們進行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大的優(yōu)先，而且可以大幅度提高被測溫度的技術指標，從而能夠大大提高產品的質量和數(shù)量。目前我國在這方面總體技術水平處于 20 實際 50 年代中后期水平，成熟產品主要以‘點位’控制及常規(guī)的 PID 控制為主。 國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應、參數(shù)自整定等方面取得成果。目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方面快速發(fā)展。其各個部分的組成連接如圖 2所示。 第 四 章， 系統(tǒng)軟件編程：對編程的思路和各個編程部分的任務、組成、流程圖和梯形圖進行了詳細介紹，并對編程用軟件的安裝進行了說明。然后主要通過對系統(tǒng)的總體方案設計，硬件的選擇、設計、使用，軟件程序的 思路、 流程圖、編寫等方面 詳細介紹了各個模塊的原理、設計和使用，并對程序中所使用的控制算法進行詳細的介紹。 EM235。各種溫度控制算法如： PID溫度控制，模糊控制算法，神經(jīng)網(wǎng)絡算法，遺傳算法等都應用在溫度控制系統(tǒng)中。隨著國家的“節(jié)能減排”政策的提出，嵌入式溫度控制系統(tǒng)能夠降低能耗，節(jié)約成本這一優(yōu)點使得其擁有更加廣闊的市場前景，而 PLC 就是最具代表性的一員。 溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況 溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)生產中獲得了廣泛的應用，在工農業(yè)生產、國防、科研以及日常生活等領域占有重要的地位。 單片機的發(fā)展歷史雖不長，但它憑著體積小，成本低，功能強大和可靠性高江西理工大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 2 等特點，已經(jīng)在許多領域得到了廣泛的應用。 PLC 是一種數(shù)字控制專用電子計算機，它使用了可編程序存儲器儲存指令，執(zhí)行諸如邏輯、順序、計時、計數(shù)與演算等功能，并通過模擬和 數(shù)字輸入、輸出等組件，控制各種機械或工作程序。 工控機（ IPC）即工業(yè)用個人計算機。影響燃燒的因素十分復雜，較正確的數(shù)學模型不易建立，以經(jīng)典的 PID 為基礎的常規(guī)儀表控制，已很難達到最佳狀態(tài)。但如果 單獨采用工控機作為控制系統(tǒng)，又有易干擾和可靠性差的缺點。也可以說數(shù)據(jù)公路是分散控制系統(tǒng) DCS 的脊柱。 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（ FCS）綜合了數(shù)字通信技術、計算機技術、自動控制技術、網(wǎng)絡技 術和智能儀表等多種技術手段的系統(tǒng)。但是， FCS 還沒有完全成熟，它才剛剛進入實用化的現(xiàn)階段，另一方面，目前現(xiàn)場總線的國際標準共有 12 種之多，這給 FSC 的廣泛江西理工大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 3 應用添加了很大的阻力。它只能適應一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后、復雜、時變溫度系統(tǒng)控制。國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應、參數(shù)自整定等方面取得成果。 具體有以下幾方面的內容： 第一章 緒論：對課題研究背景國內外發(fā)展前景 進行了闡述， 并分別從 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)，基于 PLC 的溫度控制系統(tǒng)，基于工控機（ IPC）的溫度控制系統(tǒng)，集散型溫度 控制系統(tǒng)（ DCS），現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（ FCS）等 介紹當前溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況 。 江西理工大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 4 第二章 設計總體方案 及控制算法描述 系 統(tǒng) 總體方案 加熱爐溫控制系統(tǒng)主要有軟件與硬件兩部分組成。 通過啟動和停止產生的開關量數(shù)字信號來控制系統(tǒng)運行于停止，實現(xiàn)手動控制的功能。 其組成圖如圖 22 所示，流程圖如圖 23 所示。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。 在微分控制 (D)中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率 ）成正比關系。 PID 算法 圖 24 帶 PID 控制器的閉控制系統(tǒng)框圖 如圖 24 所示， PID 控制器可調節(jié)回路輸出，使系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。 表 21 模擬與離散形式 模擬形式 離散化形式 )()()( tctrte ?? )()()( nrne ?? dTtde)( T nene )1()( ?? ?t dtte0 )( ?? ?? ? nini ieTTie 00 )()( 江西理工大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 8 所以 PID 輸出經(jīng)過離散化后，它的輸出方程為 ； ? ?000)()()()1()()()()(unununuuneneTTieTTneKnudiPnidiP??????????? ????? ?? (24) 式 24 中， )()( neKnu PP ? 稱為比例項； ???niipi ieTTKnu0 )()( 稱為積分項； ? ?)1()()( ??? neneTTKnu dpd 稱為微分項； 上式中，積分項 ??ni e1 i)(是包括第一個采樣周期到當前采樣周期的所有誤差的累積值 。西門子 S7200 系列 PLC 中使用的是 PID 回路指令 見表 22。 PID 回路在 PLC 中的地址分配情況如表23 所示。使它們的值都在 ~ 之間?；芈返妮敵鲋凳窃?~ 之間，是一個標準化了的實數(shù)，在輸出變量傳送給 D/A 模擬量單元之前，必須把回路輸出變量轉換成相應的整數(shù)。一般可以通過理論計算來確定，但誤差太大。 1） 整定比例控制 將比例控制作用由小變到大，觀察各次響 應，直至得到反應快、超調小的響應曲線。 江西理工大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 11 經(jīng)過 經(jīng)驗 得出 本設計的 PID 參數(shù)如下， 主控制器的增益為 ，采樣時間為 ，積分時間為 30min，微分時間 為 ； 副控制器的增益位 ，采樣時間為 ，積分時間位 27min，微分之間為 0min。 （ 3）溫度變送器：用來檢測夾套和內膽溫度，將溫度值轉換為 PLC 可以讀取的電壓模擬量信號，同時傳送給 PLC 模擬量輸入模塊 EM235。隨著技術的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng) 大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱 PLC?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序改變生產過程成為可能。 的選型 全球 PLC 有二百多種，國內常用 PLC 也就二三十種，常 用的有 德國 西門子 ，法國 施耐德 ，美國 AB， ABB， GE 日本歐母龍， 三菱 ， 松下 ，韓國， 三星 ，國產和利時， 科創(chuàng) 思等 。 S7200 系列 PLC 是由德國西門子公司生產的一種超小型系列可編程控制器，它能滿足多種自動化控制的需求，其設計緊湊，價格低廉，并且具有良好的可擴展性以及強大的指令功能，可代替繼電器在簡單的控制場合，也可以用于復雜的自動化控制系統(tǒng)。從 CPU 模塊功能來看， CUP 模塊為 CUP22*，它具有如下五種不同的結構配置 CPU 單