【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(gè)溫控 系統(tǒng)簡(jiǎn)單介紹了國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。 第二章 設(shè)計(jì)總體方案：簡(jiǎn)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(duì) PID 控制算法做了基本介紹，簡(jiǎn)單闡述了 PID 運(yùn)算在本設(shè)計(jì)中的用法，和對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了確定 第三 章， 系 統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：介紹了硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的組成和連線圖，對(duì)系統(tǒng)所用到的硬件進(jìn)行了介紹和選型。 總體方案是采用 PLC 控制器來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體控制，溫度變送器采集夾套和內(nèi)膽溫度信號(hào)；兩個(gè)數(shù)顯儀表分別對(duì)夾套溫度和內(nèi)膽溫度的實(shí)際值進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；兩個(gè)啟動(dòng)按鈕對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行與停止進(jìn)行手動(dòng)控制；指示燈來顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；模擬量擴(kuò)展模塊承擔(dān)兩個(gè)模擬量輸入和一個(gè)模擬量輸出的任務(wù)；調(diào)功器根據(jù) PLC 的控制信號(hào)對(duì)加熱器進(jìn)行控制，來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。有的還具有自學(xué)習(xí)功能，能夠根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)及控制對(duì)象的變 化情況，自動(dòng)調(diào)整相關(guān)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(qiáng)、魯棒性好的特點(diǎn)。但由于國(guó)外技術(shù)保密及我國(guó)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(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試確定。 溫度控制 系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行業(yè)的應(yīng)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(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó) 家相比有著較大的差距。這方面的應(yīng)用大多是基于單片機(jī)進(jìn)行的 PID 控制 ， 然而單片機(jī)控制的 DDC 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，特別是設(shè)計(jì)到邏輯方面更不是其長(zhǎng)處，然而 PLC 在這方面卻 是公認(rèn)的最佳選擇。 畢業(yè)論文中需有與本課題有關(guān)的國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ， PLC控制程序設(shè)計(jì)（ I/O地址分配，程序流程圖），總結(jié)。 主要內(nèi)容和要求 （ 包括 設(shè)計(jì)（研究）內(nèi)容、主要指標(biāo)與技術(shù)參數(shù)，并根據(jù)課題性質(zhì)對(duì)學(xué)生提出具體要求 ）： 如圖 1 所示的加熱爐，它是由溫度內(nèi)膽、夾套、加熱器、溫度檢測(cè)變送器組成。 1 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）任 務(wù) 書 基于 PLC 的加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 題目 : 基于 PLC 的加熱爐 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 原始依據(jù) (包括 設(shè)計(jì)（論文）的工作基礎(chǔ)、研究條件、應(yīng)用環(huán)境、工作目的等 )： 溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同國(guó)外的日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)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(jià)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(rèn)真收集有關(guān)資料，完成開題報(bào)告 提 出總體方案 并進(jìn)行論證 論文主體設(shè)計(jì) 論文撰寫，完成初稿 程序調(diào)試和修改論文 . 7 編寫設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯提綱，進(jìn)行答辯 主要參考文獻(xiàn)和書目： [1] 樓順天、姚若玉、沈俊霞， 程序設(shè)計(jì)語言，西安電子科技大學(xué)出版社， 20xx [2] 黃友銳、曲立國(guó)， PID 控制器參數(shù)整定與實(shí)現(xiàn)，科學(xué)出版社， 20xx [4] 盧京潮，自動(dòng)化控制原理，西北工業(yè)大學(xué)出版社， 20xx [5] 周美蘭 、 周封 、 王岳宇 ， PLC 電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)，科學(xué)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(xué)， 20xx [7] 吳長(zhǎng)勝，基于 PLC 控制的加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)， [學(xué)士論文 ]，貴州師范大學(xué)， 20xx [8] 李世斌、李宏偉， PLC 在鍋爐控制中的應(yīng)用、自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用， 20xx 年第 22 卷第 1期 [9] 歐祖鴻，基于 Wincc 和 S7200 的溫度測(cè)控系統(tǒng)， [學(xué)士論文 ]，重慶科技學(xué)院， 20xx [10] 廖常初， PLC 編程及應(yīng) 用，機(jī)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(yīng)用，北京國(guó)防工業(yè)出版社， 1996 [12] 王偉、張晶逃、柴天佑， PID 參數(shù)先進(jìn)整定方法綜述，自動(dòng)化學(xué)報(bào)， 20xx,5（ 26） 347~355 [13] 胡學(xué)林，可編程控制器教程，電子工業(yè)出版社， 20xx [14] 張揚(yáng)、蔡春偉、孫明健， S7200PLC 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詳細(xì)介紹了各個(gè)模塊的原理、設(shè)計(jì)和使用，并對(duì)程序中所使用的控制算法進(jìn)行詳細(xì)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(luò)算法，遺傳算法等都應(yīng)用在溫度控制系統(tǒng)中。隨著國(guó)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(diǎn)使得其擁有更加廣闊的市場(chǎng)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?fàn)顩r 溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、科研以及日常生活等領(lǐng)域占有重要的地位。 單片機(jī)的發(fā)展歷史雖不長(zhǎng)，但它憑著體積小，成本低，功能強(qiáng)大和可靠性高江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 等特點(diǎn)，已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 PLC 是一種數(shù)字控制專用電子計(jì)算機(jī)，它使用了可編程序存儲(chǔ)器儲(chǔ)存指令，執(zhí)行諸如邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)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(jī)械或工作程序。 工控機(jī)（ IPC）即工業(yè)用個(gè)人計(jì)算機(jī)。影響燃燒的因素十分復(fù)雜，較正確的數(shù)學(xué)模型不易建立，以經(jīng)典的 PID 為基礎(chǔ)的常規(guī)儀表控制，已很難達(dá)到最佳狀態(tài)。但如果 單獨(dú)采用工控機(jī)作為控制系統(tǒng)，又有易干擾和可靠性差的缺點(diǎn)。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(chǎng)總線控制系統(tǒng)（ FCS）綜合了數(shù)字通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技 術(shù)和智能儀表等多種技術(shù)手段的系統(tǒng)。但是， FCS 還沒有完全成熟，它才剛剛進(jìn)入實(shí)用化的現(xiàn)階段，另一方面，目前現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)共有 12 種之多，這給 FSC 的廣泛江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 應(yīng)用添加了很大的阻力。它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變溫度系統(tǒng)控制。國(guó)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成果。 具體有以下幾方面的內(nèi)容： 第一章 緒論：對(duì)課題研究背景國(guó)內(nèi)外發(fā)展前景 進(jìn)行了闡述， 并分別從 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，基于 PLC 的溫度控制系統(tǒng)，基于工控機(jī)（ IPC）的溫度控制系統(tǒng)，集散型溫度 控制系統(tǒng)（ DCS），現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（ FCS）等 介紹當(dāng)前溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r 。 江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第二章 設(shè)計(jì)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(dòng)和停止產(chǎn)生的開關(guān)量數(shù)字信號(hào)來控制系統(tǒng)運(yùn)行于停止，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)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(hào)成比例關(guān)系。 在微分控制 (D)中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率 ）成正比關(guān)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(diào)節(jié)回路輸出，使系統(tǒng)達(dá)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(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(xiàng)； ???niipi ieTTKnu0 )()( 稱為積分項(xiàng)； ? ?)1()()( ??? neneTTKnu dpd 稱為微分項(xiàng)； 上式中，積分項(xiàng) ??ni e1 i)(是包括第一個(gè)采樣周期到當(dāng)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。回路的輸出值是在 ~ 之間，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化了的實(shí)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(zhuǎn)換成相應(yīng)的整數(shù)。一般可以通過理論計(jì)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(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。 江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 經(jīng)過 經(jīng)驗(yàn) 得出 本設(shè)計(jì)的 PID 參數(shù)如下， 主控制器的增益為 ，采樣時(shí)間為 ，積分時(shí)間為 30min，微分時(shí)間 為 ； 副控制器的增益位 ，采樣時(shí)間為 ，積分時(shí)間位 27min，微分之間為 0min。 （ 3）溫度變送器：用來檢測(cè)夾套和內(nèi)膽溫度，將溫度值轉(zhuǎn)換為 PLC 可以讀取的電壓模擬量信號(hào)，同時(shí)傳送給 PLC 模擬量輸入模塊 EM235。隨著技術(shù)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(jiǎn)稱 PLC?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。 的選型 全球 PLC 有二百多種，國(guó)內(nèi)常用 PLC 也就二三十種，常 用的有 德國(guó) 西門子 ，法國(guó) 施耐德 ，美國(guó) AB， ABB， GE 日本歐母龍， 三菱 ， 松下 ，韓國(guó)， 三星 ，國(guó)產(chǎn)和利時(shí)， 科創(chuàng) 思等 。 S7200 系列 PLC 是由德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的一種超小型系列可編程控制器，它能滿足多種自動(dòng)化控制的需求，其設(shè)計(jì)緊湊，價(jià)格低廉，并且具有良好的可擴(kuò)展性以及強(qiáng)大的指令功能，可代替繼電器在簡(jiǎn)單的控制場(chǎng)合，也可以用于復(fù)雜的自動(dòng)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(jié)構(gòu)配置 CPU 單