基于西門子s7-300plc的恒溫控制的課程設計

1、<p><b>　　自動化系</b></p><p>　　電氣控制技術課程設計報告</p><p>　　設計完成日期： 2013年 7月3日</p><p>　題 目：恒溫控制</p><p>　專 業(yè)：自動化</p><p>　班 級：自動化104</p>

2、<p>　學生姓名：</p><p>　指導教師：</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1任務分析和性能指標1</p><p><b>　　1.1任務分析1</b></p><p><b>　　1.2性能指標1<

3、/b></p><p><b>　　2總體方案設計2</b></p><p><b>　　2.1硬件方案2</b></p><p><b>　　2.2軟件方案3</b></p><p>　　3硬件設計與實現(xiàn)4</p><p><b&g

4、t;　　3.1檢測電路4</b></p><p><b>　　3.2控制電路4</b></p><p>　　4軟件設計與實現(xiàn)6</p><p><b>　　4.1 主程序6</b></p><p><b>　　4.2中斷程序7</b></p>

5、<p>　　5 調試及性能分析8</p><p>　　5.1 調試分析8</p><p>　　5.1.1 軟件調試8</p><p>　　5.1.2 硬件調試8</p><p>　　5.1.3 系統(tǒng)功能調試8</p><p><b>　　總 結9</b></p&g

6、t;<p><b>　　參考文獻10</b></p><p>　　附錄1 調試系統(tǒng)照片11</p><p>　　1任務分析和性能指標</p><p><b>　　1.1任務分析</b></p><p>　　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

7、程變量。其中，溫度是一個非常重要的過程變量。例如：在冶金工業(yè)、化工工業(yè)、電力工業(yè)、機械加工和食品加工等許多領域，都需要對各種加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐的溫度進行控制。</p><p>　　這方面的應用大多是基于單片機進行PID控制,然而單片機控制的DDC系統(tǒng)軟硬件設計較為復雜,特別是涉及到邏輯控制方面更不是其長處,然而PLC在這方面卻是公認的最佳選擇。</p><p>　　隨著電子技術

8、的發(fā)展，可編程序控制器（PLC）已經由原來簡單的邏輯量控制，逐步具有了計算機控制系統(tǒng)的功能。在現(xiàn)代工業(yè)控制中，PLC占有了很重要的地位，它可以和計算機一起組成控制功能完善的控制系統(tǒng)。在許多行業(yè)的工業(yè)控制系統(tǒng)中，溫度控制都是要解決的問題之一。</p><p><b>　　1.2性能指標</b></p><p>　　本PLC溫度控制系統(tǒng)的具體指標要求是：對加熱器加熱溫度調

9、整范圍為40℃—200℃，溫度控制精度小于2℃，系統(tǒng)的超調量須小于15%?？紤]到本系統(tǒng)控制對象為電爐，是一個大延遲環(huán)節(jié)，且溫度調節(jié)范圍較寬，所以本系統(tǒng)對過渡過程時間不予要求。</p><p>　　對給定值（目標值）可以預先設定后直接輸入到回路中；過程變量由在受熱體中的Pt100測量并經溫度變送器給出，為單極性電壓模擬量；輸出值是送至固態(tài)繼電器的PWM，其允許變化范圍為最大值的0% 至100% 

10、</p><p><b>　　2總體方案設計</b></p><p>　　根據系統(tǒng)具體指標要求，可以對每一個具體部分進行分析設計。整個控制系統(tǒng)分為硬件電路設計和軟件程序設計兩部分。 </p><p>　　系統(tǒng)硬件框圖結構如圖所示: </p><p>　　圖2.1系統(tǒng)硬件框圖 </p&g

11、t;<p>　　被控對象為爐內溫度，溫度傳感器檢測爐內的溫度信號，經溫度變送器將溫度值轉換成4~20mA的電流信號送入PLC AI模塊。PLC把這個測量信號經過標度變換與設定值比較得到偏差，經PID運算后，發(fā)出PWM控制信號，經PWM來控制固態(tài)繼電器，來調節(jié)爐絲兩端的電壓，從而實現(xiàn)爐絲溫度的連續(xù)控制。</p><p><b>　　2.1硬件方案</b></p>&

12、lt;p>　　經過資料查找，并觀看了課程設計設備，確定了以下硬件方案，由西門子s7-300 PLC做控制器，通過PWM控制固態(tài)繼電器來調節(jié)爐絲電壓，檢測變送環(huán)節(jié)由Pt100檢測，并由變送器變送給PLC。電流信號在PLC內經標度變換后給PID模塊進行調節(jié)。</p><p><b>　　2.2軟件方案</b></p><p>　　經過考慮，選擇了順序控制作為軟件設計

13、的模板，并在OB35模塊中對采樣和偏差計算部分進行調用。并對PID參數進行初步調節(jié)。</p><p><b>　　3硬件設計與實現(xiàn)</b></p><p><b>　　3.1檢測電路</b></p><p>　　這里的檢測電路主要由Pt100測量電路和變送器的變送電路組成。</p><p>　　除了

14、 用于測量溫度的熱電偶，實際生產中經常使用熱電阻。  這些設備的直流電阻變化（幾乎）作為線性溫度的函數。  或許其中最常見的是PT100，鉑為基礎的傳感器，其電阻在0℃，正是100歐姆。  由于傳感器的溫度升高其電阻也是如此，在一個合理的線性方式。  顯示了一個PT100傳感器的電阻隨溫度的變化。  而溫度系數略有不同在一個很寬

15、的溫度范圍內，（通常為0.0036至0.0042歐姆/ º C），它可以被認為是合理恒定在50或100 º C范圍內。  普遍接受的平均溫度系數為0.00385歐姆每º C。  據此，PT100往往可以在不超過這個范圍線性化使用提供相應的系數進行評估。  這個裝置也能承受的溫度范圍很廣，從-200到

16、800 º C的能力，以及一些應用中的溫度系數的變化可以容忍的。  此外，PT100提供了穩(wěn)定和可重復的溫度特性。</p><p>　　儀器儀表應用經常使用可編程邏輯控制器（PLC）來存儲和處理數據，因此在檢測設備模擬輸出信號必須為AD轉換器縮放的PLC輸入卡適當關注。  這通常是由傳感器來完成驅動電路。  有幾個標準電壓由

17、制造商使用的范圍 ，這些包括0至1，0至5和0至10伏</p><p><b>　　3.2控制電路</b></p><p>　　控制電路則由PLC的DO端口輸出的PWM對固態(tài)繼電器進行連續(xù)控制。</p><p>　　固態(tài)繼電器(Solid State Relays,縮寫SSR)是一種無觸點電子開關，由分立元器件、膜

18、固定電阻網絡和芯片，采用混合工藝組裝來實現(xiàn)控制回路(輸入電路)與負載回路(輸出電路)的電隔離及信號耦合，由固態(tài)器件實現(xiàn)負載的通斷切換功能，內部無任何可動部件。盡管市場上的固態(tài)繼電器型號規(guī)格繁多，但它們的工作原理基本上是相似的。主要由輸入(控制)電路，驅動電路和輸出(負載)電路三部分組成。</p><p>　　固態(tài)繼電器的輸入電路是為輸入控制信號提供一個回路，使之成為固態(tài)繼電器的觸發(fā)信號源。固態(tài)繼電器的輸入電路多為

19、直流輸入，個別的為交流輸入。直流輸入電路又分為阻性輸入和恒流輸入。阻性輸入電路的輸入控制電流隨輸入電壓呈線性的正向變化。恒流輸入電路，在輸入電壓達到一定值時，電流不再隨電壓的升高而明顯增大，這種繼電器可適用于相當寬的輸入電壓范圍。</p><p><b>　　4軟件設計與實現(xiàn)</b></p><p><b>　　4.1 主程序</b></p

20、><p><b>　　4.2中斷程序</b></p><p><b>　　5 調試及性能分析</b></p><p><b>　　5.1 調試分析</b></p><p>　　5.1.1 軟件調試</p><p>　　在最開始，軟件沒有使用OB35中斷模塊

21、，并且沒用使用背景數據塊與共享數據塊，在一些參數的調用上會出現(xiàn)錯誤，并且PID模塊FB58也無法正常工作，后來查找了一些資料，并詢問了后知道了并不能這么調用。</p><p>　　需要另外建立一個共享數據塊對設定值進行存儲，這樣OB1與OB35都可以調用這個變量且不會產生錯誤。</p><p>　　至于背景數據塊則是在運行過程中對PID的參數進行存儲，不至于產生別的影響，使程序正常運行。&

22、lt;/p><p>　　5.1.2 硬件調試</p><p>　　在最開始的時候，硬件問題主要集中在程序無法下載中，后來使用下載線進行程序下載。</p><p>　　在使用了下載線后，程序能夠下載了，但是FC105模塊的使能信號一經觸發(fā)便會產生錯誤，經過老師的檢查發(fā)現(xiàn)是AI接口的錯誤，AI接口無法采集數據，在多次調試無效后換了一臺實驗臺，這個現(xiàn)象就消失了。</p&

23、gt;<p>　　5.1.3 系統(tǒng)功能調試</p><p>　　進過調試后，系統(tǒng)平穩(wěn)運行，雖然還有2℃以內的誤差，但是基本符合了系統(tǒng)的設計要求，PID參數也進行了人工整定，控制狀態(tài)良好</p><p><b>　　總 結</b></p><p>　　本設計研究了電爐的溫度控制，系統(tǒng)采用西門子的S7-300PLC為控制器，運用了P

24、ID算法對爐絲溫度進行控制，最后可在監(jiān)控的電壓表上觀測到溫度變送器的實時變化。</p><p>　　該系統(tǒng)采用S7-300PLC對電爐絲溫度進行控制，雖說之前有學過該類PLC，但S7-300PLC的軟硬件學習還不是很熟悉，雖說通過實際操作很容易掌握。但是對于操作該類PLC配套的人來說還是有些地方有混淆，但是可以通過人機界面方便的監(jiān)控PLC的運行狀態(tài)。</p><p>　　本設計的系統(tǒng)雖說成

25、功的實現(xiàn)了電爐絲的恒溫控制，但在系統(tǒng)的設計中也存在一些問題，如：PID參數的整定，利用PLC內部功能模塊對PID參數進行整定的時，并不是每次都會得到理想的參數，并且參數的自整定需要花很成長的時間；系統(tǒng)的硬件部分過于復雜，該系統(tǒng)在PLC的輸入和輸出端都需要加變送器，使得整個系統(tǒng)硬件過于繁雜。這些問題都是需要進一步研究改進的。</p><p><b>　　參考文獻</b></p>