毕业设计（论文）-基于PLC电阻炉温度控制系统设计_精品.doc

基于PLC的电阻炉温度控制系统设计 【摘要】温度是各种工业生产和科学实验中最普遍、也是最重要的热工参数之一。温度控制的精度对产品或实验结果会产生重大的影响。温度控制的模式多样，而PLC可靠性高，抗干扰能力强，易学易用，采用PLC控制是其中一种比较优越的控制。 基于PLC的电阻炉温度控制系统设计，硬件方面PLC采用了CPU型号为226的S7-200、K型热电偶和温度模块EM235。热电偶作为温度的采集元件，采集的信号经过EM235的处理后就可把数据送入PLC中进行处理。PLC的程序中采用了位置式PID算法，脉宽调制PWM方式，运用了粗调和细调的思想，程序在不同的温度段使用不同的PID参数，实现温度的自动控制。 人机界面采用的是国内的一个比较流行的组态王软件。组态王可以实现在线监控。组态项目中制作了曲线画面、报表画面、报警画面和参数监控画面，用户可方便地查询PLC的运行情况、数据采集和在线控制。 实验结果表明，采用了粗调和细调思想的程序的PLC系统，具有反应速度快，超调量小，调节迅速，精度高等特点。组态王功能强大，操作方便，有助于系统的监视与控制，表明了组态软件的具有很好的发展前景。 【关键词】温度控制 可编程控制器 PID 组态王 目 录 1 引言 1 1.1 课题研究背景 1 1.2 电阻炉温度控制系统的发展状况 1 2 PLC的概述 2 2.1 PLC的介绍 2 2.2 PLC的基本组成 3 3 硬件配置和软件环境 3 3.1 实验配置 3 3.1.1 西门子S7-200 3 3.1.2 传感器 3 3.1.3 EM 235模拟量输入模块 3 3.2 STEP 7 Micro/WIN32软件介绍 4 4 控制算法描述 4 4.1 PWM技术 4 4.2 PID控制程序设计 4 4.2.1 PID控制算法 5 4.2.2 PID在PLC中的回路指令 6 4.2.3 PID参数整定 8 5 程序设计 9 5.1 方案设计思路 9 5.2 程序流程图 11 5.3 梯形图（见附录） 12 6 组态画面设计 12 6.1 组态软件概述 12 6.2 组态王的介绍 12 6.3 组态画面的建立 13 6.3.1 创建项目 13 6.3.2 建立主画面 15 6.3.3 建立趋势曲线画面 16 6.3.4 建立数据报表 17 6.3.5 建立报警窗口 19 6.3.6 建立参数监控画面 20 7 系统测试 20 7.1 启动组态王 20 7.2 参数监控和设定 22 7.3 报警信息提示 22 7.4 报表系统查询 23 7.5 趋势曲线监控 23 7.5.1 实时趋势曲线 23 7.5 趋势曲线监控 24 7.5.1 实时趋势曲线 24 7.5.2 分析历史趋势曲线 24 结论 26 参考文献 28 附录 梯形图 29 1 引言 1.1 课题研究背景 电阻炉温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。在科学研究和生产实践的诸多领域中，温度控制占有着极为重要的地位， 特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种电阻炉；燃料有煤气、天然气、油、电等[1]。电阻炉温度控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。 可编程控制器(PLC)是一种工业控制计算机，是继承计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。它具有抗干扰能力强，可靠性强等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用[2]。 目前在控制领域中，虽然逐步采用了电子计算机这个先进技术工具，特别是石油化工企业普遍采用了分散控制系统(DCS)。但就其控制策略而言，占统治地位的仍然是常规的PID控制。PID控制结构简单、稳定性好、工作可靠、使用中不必弄清系统的数学模型[3]。 组态王软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序来实现的。编写程序不但工作量大、周期长，而且容易犯错误，不能保证工期。组态王软件的出现，解决了这个问题。对于过去需要几个月的工作，通过组态王软件几天就可以完成.组态王是国内一家较有影响力的组态软件开发公司开发的，组态王具有流程画面，过程数据记录，趋势曲线，报警窗口，生产报表等功能，已经在多个领域被应用[4]。 1.2 电阻炉温度控制系统的发展状况 电阻炉温度控制系统在工业生产中获