基于PLC和組態(tài)王的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-答辯課件

1、指導(dǎo)教師：王力基于PLC和組態(tài)王的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院：承德石油高專(zhuān)班級(jí)：自動(dòng)化1102姓名：xxx學(xué)號(hào)：xxx研究概述研究背景 不管是在工業(yè)的冶金還是農(nóng)業(yè)的種植等領(lǐng)域上，溫度控制都是一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)，一旦溫度控制得不好會(huì)直接導(dǎo)致產(chǎn)品品質(zhì)低下，嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)效益。 研究意義 利用PLC的下位機(jī)和HMI功能的上位機(jī)相結(jié)合,設(shè)計(jì)出一套溫度控制系統(tǒng)，來(lái)用于溫度自動(dòng)控制場(chǎng)合中。研究對(duì)象 本設(shè)計(jì)是屬于通用溫控系統(tǒng)，用于對(duì)溫度要求不太嚴(yán)格環(huán)境中。例如耐熱性或喜溫性蔬菜，包括冬瓜、苦瓜、西瓜、豇豆、莧菜、蕹菜等；熱帶或亞熱帶的花卉，像王蓮的種子、仙人掌等。 論文的主要內(nèi)容第一部分：PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第二部分

2、：PLC控制程序的設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)PLC軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)第四部分：系統(tǒng)仿真調(diào)試及結(jié)果第三部分：系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)PID控制原理PLC控制程序設(shè)計(jì)人機(jī)界面軟件的選擇組態(tài)王人機(jī)界面設(shè)計(jì)系統(tǒng)仿真調(diào)試系統(tǒng)仿真結(jié)果硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中用到的PLC是屬于德國(guó)西門(mén)子公司的S7-200系列的，它的體積小、價(jià)格低。S7-200系列PLC提供多種具有不同I/O點(diǎn)數(shù)的CPU模塊和數(shù)字量模擬量I/O擴(kuò)展模塊供用戶(hù)選用。S7-200系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM等類(lèi)型。 基于本設(shè)計(jì)中所用到的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)不多，只需用CPU224即可。PLC型號(hào)的選擇：硬件系

3、統(tǒng)設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中，將溫度這個(gè)模擬量作為輸入量，而PLC只能處理數(shù)字量，則需要把傳感器和變送器送來(lái)的模擬量經(jīng)功能擴(kuò)展模塊處理為數(shù)字量給主機(jī)，再由主機(jī)通過(guò)特殊功能模塊處理，輸出模擬量去控制設(shè)備。 在本設(shè)計(jì)中選擇模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊EM235，它具有4路模擬量輸入，1路模擬量輸出。功能擴(kuò)展模塊： 假設(shè)模擬量的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)是A0Am（如：420mA），A/D 轉(zhuǎn)換后數(shù)值為D0Dm（如：640032000），設(shè)模擬量的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)是A，A/D 轉(zhuǎn)換后的相應(yīng)數(shù)值為D，由于是線性關(guān)系，函數(shù)關(guān)系A(chǔ)f（D）可以表示為數(shù)學(xué)方程：A（DD0）*（AmA0）/（DmD0）A0 根據(jù)該方程式，可以方便地根據(jù)D 值計(jì)算

4、出A值。將該方程式逆變換，得出函數(shù)關(guān)系Df（A）可以表示為數(shù)學(xué)方程：D（AA0）*（DmD0）/（AmA0）D0模擬量值和A/D 轉(zhuǎn)換值的轉(zhuǎn)換：PLC控制程序的設(shè)計(jì)1、在主程序中，用特殊繼電器SM0.1對(duì)主程序只在首次掃 描時(shí)進(jìn)行執(zhí)行，然后進(jìn)入子程序。設(shè)計(jì)思路：2、在子程序當(dāng)中，通過(guò)特殊繼電器SM0.0產(chǎn)生初始化脈沖進(jìn)行 初始化，將溫度設(shè)定值，PID參數(shù)值等，存入有關(guān)的數(shù)據(jù)寄 存器，接著進(jìn)入中斷程序。3、傳感器從外部采集溫度并通過(guò)溫度變送器轉(zhuǎn)換（4-20mA） 送往EM235模塊。中斷一開(kāi)始執(zhí)行，PLC就以0.1秒的速度 采集溫度值，并經(jīng)過(guò)PID計(jì)算，再送到EM235模塊輸給驅(qū)動(dòng) 模塊去驅(qū)動(dòng)電

5、熱絲控制溫度 。PLC控制程序的設(shè)計(jì) 熱電偶將檢測(cè)到的實(shí)際溫度通過(guò)溫度變送器轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)（4-20mA），經(jīng)過(guò)EM235模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)（6400-32000），并送到PLC中進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，再傳輸?shù)紼M235模擬量輸出模塊，模擬量輸出控制，將PLC中PID控制器輸出通過(guò)EM235輸出0-10V電壓，該0-10V電壓作為驅(qū)動(dòng)模塊的輸入信號(hào)，該模塊將接收的0-10V可調(diào)電壓變換成0-24V可調(diào)電壓給電加熱絲，從而控制電加熱絲的加熱強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)溫度控制。整個(gè)系統(tǒng)框架如圖所示。系統(tǒng)框架圖 ：給定模塊I/O模塊控制器I/O模塊執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象溫度變送器溫度檢測(cè)人機(jī)界面圖2 系統(tǒng)框架圖

6、 圖3 模擬量輸出控制圖 系統(tǒng)仿真調(diào)試及結(jié)果 下面就北方冬天菜棚里種苦瓜或者南瓜為例設(shè)定溫度參數(shù)，其生長(zhǎng)最佳溫度在33左右，40和26分別為不佳生成溫度的上下限。 參數(shù)的設(shè)置：進(jìn)行系統(tǒng)仿真錄像：圖4 變量的報(bào)警設(shè)置點(diǎn)擊播放全文總結(jié) 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制中，模擬量的PID調(diào)節(jié)是常見(jiàn)的一種控制方式，同時(shí)PID調(diào)節(jié)器又具有典型的結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)被控對(duì)象的具體情況,采用PID的變種，只需設(shè)定好PID參數(shù)，運(yùn)行PID控制指令，就能準(zhǔn)確控制回路的輸出值，有較強(qiáng)的靈活性和適用性。另外加上人機(jī)界面可以對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控，包括參數(shù)監(jiān)測(cè)、信息處理、在線優(yōu)化、報(bào)警提示、數(shù)據(jù)記錄等功能，從而使控制系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單易懂、操

7、作人性化，深受廣大用戶(hù)的喜歡。在本設(shè)計(jì)中，我使用了西門(mén)子S7-200系列PLC和組態(tài)軟件組態(tài)王，成功的設(shè)計(jì)出了溫度控制系統(tǒng)，基本上實(shí)現(xiàn)了基于PLC的下位機(jī)和完成HMI功能的上位機(jī)相結(jié)合。 雖然在本設(shè)計(jì)中基本完成了對(duì)溫度的控制和監(jiān)控，基本能適合于對(duì)溫控控制要求不高的環(huán)境當(dāng)中。但由于是單環(huán)反饋，不能像串級(jí)控制那樣能進(jìn)行粗調(diào)和微調(diào)，從而更快速更穩(wěn)定的達(dá)到給定值，這是本設(shè)計(jì)的一個(gè)遺憾，希望有機(jī)會(huì)再加上一個(gè)PID控制進(jìn)行粗調(diào)。另外在采樣環(huán)節(jié)對(duì)溫度進(jìn)行多次采樣，剔除壞值，達(dá)到更準(zhǔn)確的輸入值。 本系統(tǒng)具有通用性，對(duì)于不同溫度控制環(huán)境，可以通過(guò)改造相關(guān)的輸入輸出設(shè)備及程序參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)。本文能夠順利完成，要特別

8、感謝我的指導(dǎo)老師xxx，還有感謝xxx的關(guān)心和幫助，另外還有感謝xxx同學(xué)的幫助。向所有教過(guò)我的老師，像xxx等老師表示衷心的感謝，向所有關(guān)心和幫助過(guò)我的人表示真心的感謝。致謝I/O點(diǎn)分配 本設(shè)計(jì)用到的I/O點(diǎn)數(shù)不多，具體如下表所示。表1 I/O點(diǎn)分配表PLC程序（梯形圖） 下面就北方冬天菜棚里種苦瓜或者南瓜為例，其生長(zhǎng)溫度在33左右，40和26分別為不佳生成溫度的上下限。其PLC梯形圖（L）程序如下： 上面是個(gè)主程序，只用了特殊繼電器SM0.1對(duì)主程序只在首次掃描時(shí)進(jìn)行執(zhí)行，然后進(jìn)入子程序。子程序網(wǎng)絡(luò)1：對(duì)PID控制器參數(shù)進(jìn)行了初始化，把苦瓜最佳生長(zhǎng)溫度33送到寄存器VD100，而增益KC=100，采樣時(shí)間TS=8秒，積分時(shí)間=20分鐘，微分時(shí)間分別給到PID指令回路所對(duì)應(yīng)的偏移地址中去。=1分鐘子程序網(wǎng)絡(luò)2：只是把苦瓜的生長(zhǎng)溫度上限值40給到寄存器VD250。子程序網(wǎng)絡(luò)3：把100ms送進(jìn)只讀特殊寄存器SM34，啟動(dòng)中斷0。PLC程序（梯形圖） 中斷子程序網(wǎng)絡(luò)4：是把PID輸出控制量反歸一化。由于驅(qū)動(dòng)模塊的接收電壓為1.