基于SMART200的温度PID

学号127301116苏州市职业大学毕业设计题目基于SMART200的温度PID控制系统设计与调试学生姓名：专业班级：12电气自动化技术(1)班学院(部)：电子信息工程学院校内指导教师：（副教授）校外指导教师：完成日期：2015年5月苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计1摘要：温度是工业和科学实验中最常见和最重要的热工参数之一了。现在产品对于温度控制的精度要求越来越高。无论是在科学领域还是我们的生产实践中，温度控制都是极其重要的，特别是像冶金、化工、石油、机械、建材等大型工业中，都占有着极大的比重。而温度控制的系统也有很多种，PLC凭借着它较高的可靠性，较强的抗干扰能力，已经成为许多用户信赖的产品，而且他的操作也较为简单。本文介绍了西门子S7-200smart设计硬件与Smart700IE7寸触摸屏。PLC是数字控制型的电子计算机，他运用了可编程存储器的储存指令，具有顺序、逻辑、计数、计时等一些功能。可以通过模拟输入、输出和数字输入输出等组件，进行控制各种程序和设备。关键词：PLC温度控制PID触摸屏苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计2AbstractTemperatureindustrialandscientificexperiments,themostcommonandthemostimportantthermalparametersof.Nowproductsareincreasinglyhighrequirementsforprecisiontemperaturecontrol.Whetherinscienceorourproductionpractices,thetemperaturecontrolisextremelyimportant,especiallyasthemetallurgical,chemical,petroleum,machinery,buildingmaterialsandotherlargeindustry,hasplayedasignificantproportion.Thetemperaturecontrolsystemtherearemany,PLCWithitshighreliability,stronganti-jammingcapability,manyusershavebecomereliableproducts,andhisoperationisrelativelysimple.ThispaperintroducesthedesignofhardwareandSiemensS7-200smartSmart700IE7-inchtouchscreen.PLCisacomputernumericcontroltype,heusedaprogrammablememorytostoreinstructions,withorder,logic,counting,timingandsomeotherfunctions.Viaanaloginput,output,anddigitalinputandoutputcomponents,controlproceduresandequipment.Keywords:PLCtemperaturecontrolPIDTouchscreen苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计1目录1引言.............................................................11.1应用背景...................................................11.2温度控制的技术现状.........................................11.3设计方案...................................................32硬件系统设计.....................................................52.1西门子smart200.............................................52.2触摸屏.....................................................62.3温度传感器................................................82.4模拟量模块................................................93软件系统设计与调试..............................................113.1PID基本机理...............................................113.2系统程序流程..............................................143.3软件设计..................................................183.4温度的控制界面及调试分析....................................19结论.............................................................24致谢..............................................................25参考文献...........................................................26苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计11引言1.1应用背景据我们所了解，温度作为工业中重要的参数，基本所有的物理变化或者化学反应都和温度有所关联。无论是在科学领域还是我们的生产实践中，温度控制都是极其重要的，特别是像冶金、化工、石油、机械、建材等大型工业中，都占有着极大的比重。但是他们所使用的加热方法、燃料，还有控制方法都是有所差别的，毕竟它们的生产情况和精度要求都是不同的。比如化工、冶金这类工业大都采用加热炉，或者反应炉；而燃料则有天然气、煤气、电等。总之，温度控制的过程很复杂而且多变，所以我们对系统要求更为先进的控制技术和理论。可编程控制器（PLC）作为工业控制计算机的一种，是集合了计算机、自动控制技术和通信技术的优点的一种新型自动化装置。它不仅抗干扰能力极强，而且价格更合理，更加可靠，最主要的是编程简单，易于上手。现如今PLC已经深入到工业控制的各个领域中，并得到很高的评价。现阶段的控制领域，电子计算机已经逐渐成为主流，像石油化工这类企业基本都是使用的分散控制系统（DCS）。但如果从控制的策略方面考虑，PID控制仍然是龙头。因为PID不仅结构简单，稳定性也不错，而且我们在使用的时候不用担心系统的数学模型。虽然PID已经有60多年的历史了，但它还是这么的炙手可热。组态软件作为数据采集和过程控制的专用软件，他们对监控层的开发环境和软件平台的创建都有着一定的作用。在过去，我们要完成一些任务，必须通过编程才能实现，这样不仅会有很大的工作过量，而且会花费我们大量的时间，而且我们还不能保证正确度。但现在有了组态软件之后，我们的工作就很简单了，我们只需花费比以前小十几倍的精力就可以完成了。现如今组态软件已经在很多领域使用了。1.2温度控制的技术现状温度控制不仅在工业领域得到广泛使用，在农业方面、科研领域，平常的生苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计2活中甚至国防领域都占有一定的比重。距今为止温度控制已经发展了200多年，经历了从低级阶段到高级阶段，从简单工艺到复杂过程的发展阶段，伴随着我们对温度控制的精度要求越来越高，温度控制技术得到了极大的发展。目前比较常见的的几种温度控制系统分别是：基于PLC的温度控制系统、基于单片机的温度控//基于工控机的温度控制、集散型温度控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）。（1）PLC是数字控制型的电子计算机，他运用了可编程存储器的储存指令，具有顺序、逻辑、计数、计时等一些功能。可以通过模拟输入、输出和数字输入输出等组件，进行控制各种程序和设备。上文已经提到过，PLC不仅抗干扰性强，有很高的可靠性，而且编程简单，容易掌握，和工控机，DCS，FCS等系统相比，PLC更加便宜，应用更广泛。所以PLC还是有很广阔的发展前景的。（2）单片机虽然发展时间不长，但已经在很多领域得到了使用，因为他不仅价格低，体积小，而且有很强大的功能和很高的可靠性。现在，单片机已经从刚开始的4位机发展成现在的32位机，这是一个巨大的进步，无论是功能还是硬件都是极大的提升。它的温控系统还是很稳定的，工作精度也很高。但单片机也是有缺点的，它的响应速度较慢，而且中断源较少，所以在要求很高，工程比较复杂的系统中一般不会使用。（3）工控机（IPC）就是工业方面使用的个人计算机。它凭借着可靠地性能、较低的成本，丰富的软件，已经在许多领域得到应用。它具有其他温控系统所不具备的优点，它能够适应许多恶劣的工业环境，能够抗高温、抗震动，还能防灰尘和电磁辐射。以往的锅炉一般使用人工结合的仪表进行监控，很难达到要求，因为工业锅炉的燃烧系统是多变量输入的系统。有着极其复杂的影响因素，很难建立正确的数学模型。而计算机可以提供比如滤波、用积分来分离PID、参数自行整定等各种算法，这些都是常规仪表难以达到的。可以这么说，工控机大大的改善了对锅炉的监控品质，极大的提高了热效率。（4）集散型温度控制系统（DCS），它是功能上分散，管理上集中的一种新型控制系统。集散型温控系统最主要的还是他的通信功能，他的主要工作是为系统的各个部分提供通信网络，而数据公路作为DCS的核心部分，它的设计关系到整个系统的灵活性和安全性。集散型温度控制系统极大的减少了使用人员的苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计3工作量，而且还提高了系统的工作效率。（5）现场总线控制系统（FCS）集合了多种系统的优点，包括：数字通信技术、计算机技术、自动化技术、智能仪表和网络技术等。FCS能现场直接处理信息，可以直接进行传感、控制、报警和计算。它还有其他系统所不能比的一点就是，他可以对现场装置进行远程诊断和维护。目前现场总线控制系统还不完善，处于刚刚起步的阶段，而且现场总线的国标有12种多，这都阻碍了FCS的发展。我们要根据温度控制系统各自的优缺点，结合实际的需要去选择配置，有时也可以将多个系统组合起来使用，以达到更好的控制。在国内温度控制系统已经得到了很大的发展，但和欧洲、美国等发达国家相比我们还存在很大的差距。成品主要是“点位”控制和常规PID控制器为主，它只适用一般的温控系统，一些复杂的系统就难于控制了。我国的技术还不是很成熟，而国外在仪表控制参数的自整定方面已经有了比较成熟的产品了。1.3设计方案电炉主要应用在厂房、宾馆、学校、宿舍、商场等各种需要取暖供热的场合，用PLC控制电炉的温度取代用电控制炉子的温度，这样可以使炉子更加的安全和环保，效率也提高了很多。（1）课题分析以往的电加热锅炉的控制一般使用继电器和接触器进行控制，这就导致控制功能比较简单，而且电加热管也容易损坏，系统的可靠性和优化控制都存在各种各样的问题，面对这些问题，我们可以通过使用可编程序控制器（PLC）对它的控制部分进行改善。首先，将继电器硬件的布线控制换成PLC软件，这样系统的应用范围就更加广了，其次，就像上文提到的除了PLC的抗干扰能力强，可靠性高，操作简单等优点外，PLC还采用了一种面向可管制过程的梯形图语言，比微机控制中的汇编语言要简单易学的多。随着现代工艺的改变，接口功能变的更加完善，也更易于和计算机接口连接，也本课题设计了一个电炉温度控制系统，根据炉温对给定温度的偏差值，自动改变热源能量的大小，使炉温稳定在给定温度范围内。温控系统主要由温度传感苏州