基于PLC的恒温控制系统

1恒温控制系统2摘要随着计算机技术、通信技术、自动控制技术以及各种智能技术的迅速发展，高可靠性可编程控制器(PLC)出现，使得现代工业控制系统的设计开发周期短，可靠性高，成本低。本文结合恒温控制系统的特点，提出控制系统的总体设计方案，采用PLC和检测仪表完成系统硬件设计；编写PLC控制程序和监控组态界面，实现温度采集与显示，实现了温度在线监测和控制。并采用工业以太网，实现现场控制单元与上位机进行信息交换，并能与企业内部联网。关键词：自动检测；PLC；温度；监控组态3ABSTRACTWithcomputertechnology,communicationtechnology,automaticcontroltechnology,aswellastherapiddevelopmentofsmarttechnology,highreliability,programmablelogiccontroller(PLC)theemergenceofmodernindustrialcontrolsystemsmakesthedesignofashortdevelopmentcycle,highreliabilityandcostreduction.Inthispaper,thecharacteristicsofconstanttemperaturecontrolsystem,thecontrolsystemdesignprogram,PLCandinstrumentationusedtocompletesystemhardwaredesign;PLCcontrolprocedurestoprepareandmonitortheconfigurationinterface,collectionanddisplaytemperaturetoachieveatemperature-linemonitoringandcontrol.AndtheuseofIndustrialEthernet,therealizationofthescenecontrolunitandhostcomputerexchangeofinformationandnetworkingandtheenterprise.Keywords:Automaticdetection；PLC；Temperature；Monitoringconfiguration4目录第一章绪论............................................11.1选题背景..........................................11.1.1PLC控制技术与继电器控制技术的区别.............11.1.2PLC控制技术和通用计算机控制技术的区别.........11.1.3PLC控制技术与单片机控制技术的区别.............21.2本课题研究现状.....................................21.3本文主要的研究工作................................3第二章恒温控制系统的硬件设计..........................42.1恒温控制系统的组成.................................42.2恒温控制系统总体设计方案...........................52.3PID控制原理.......................................62.4可编程序控制器介绍.................................72.5PLC的选型.........................................92.6模拟量模块选择....................................102.7其他硬件选择......................................112.8系统供电接线图....................................162.9PLC硬件接线图.....................................17第三章恒温控制系统软件设计...........................213.1STEP7－Micro/Win32编程软件介绍...................213.2I/O地址分配......................................223.3系统主程序.......................................2453.4PID控制算法程序...................................263.5标度转换.........................................273.6数码显示.........................................283.7人机界面.........................................29第四章结论............................................31参考文献...............................................32致谢.................................................33附录系统各部分程序....................................34主程序...............................................34标度变换程序.........................................38PID参数设定程序......................................40PID输出中断程序......................................41数显程序.............................................421第一章绪论1.1选题背景随着计算机技术、通信技术、自动控制技术，以及各种智能技术的迅速发展，出现了多种实用的控制技术，如继电器控制技术、计算机控制技术、单片机控制技术及PLC控制技术等，每种控制技术有各自的优缺点和应用领域。1.1.1PLC控制技术与继电器控制技术的区别在PLC的编程语言中，梯形图是用得最多的语言。PLC的梯形图与继电器控制线路图比较相似，信号的输入/输出形式及控制功能也相同，但PLC的控制与继电器的控制又有不同之处，主要体现在以下几个方面。（1）控制逻辑：继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触头的串联或并联以及时间继电器的延时等组合成控制逻辑。其缺点是接线复杂，增加或改变功能都非常困难，继电器触头数目也有限。而PLC利用其内部存储器，以程序方式将控制逻辑存储在内存中，通过改变程序就可以很方便的改变控制逻辑，另外，软继电器触头数一般都非常多，因此PLC控制逻辑的灵活性和扩展性都很好。（2）控制速度：继电器控制是通过继电器机械触头的动作来实现，触头的开闭动作一般在几十毫秒数量级。而PLC通过程序指令控制半导体电路来实现控制逻辑，一般一条指令的执行时间在微秒数量级。（3）限时控制：继电器控制逻辑利用时间继电器的滞后动作进行限时控制，但其定时精度不高，易受环境影响，调整比较困难。PLC使用半导体集成电路定时器，定时精度高，定时范围可从0.001s到若干分钟，通过编写程序来进行定时控制，非常方便。（4）计数控制：继电器控制逻辑一般不具备计数的功能，而PLC能通过程序方便的实现计数功能。（5）可靠性和可维护性：继电器控制逻辑使用了大量的机械触头，触头开闭时产生的电弧容易损坏触点，因此可靠性和可维护性都比较差。而PLC采用无触点的半导体电路来代替继电器触点，因而不存在上述缺陷。PLC还带有自检功能，为现场的调试和维护提供了方便。（6）价格：继电器控制逻辑多使用机械开关、继电器等，功能简单，价格比较便宜。而PLC多使用集成电路，价格相对比较昂贵。1.1.2PLC控制技术和通用计算机控制技术的区别PLC是专门为工业控制环境而设计的，而通用计算机是专门为科学计算和数2据处理等而设计的，两者采用的都是计算机结构，但两者设计的出发点不同，因此也存在许多的差异，主要体现在以下几个方面。（1）应用范围：通用计算机除了应用在控制领域外，还大量应用在科学计算、数据处理、计算机通信等方面。而PLC主要用于工业控制领域。（2）使用环境：通用计算机对环境要求高。而PLC能适用于环境差的工业现场。（3）程序设计：通用计算机具有丰富的程序设计语言，如汇编语言、C语言等，能实现复杂的应用，对编程者要求高。而PLC能提供的编程语言少，逻辑简单，容易学习和使用。（4）运算速度和存储容量：随着各种电子技术的发展，通用计算机运算速度越来越快，一般在微秒级，存储容量也在增大。而PLC相对通用计算机运算速度要慢，其编程的软件少，编程简短，内存容量也很小。（5）价格：通用计算机功能多，硬件复杂，而PLC相对功能单一，因此在价格上一般PLC要比通用计算机便宜。1.1.3PLC控制技术与单片机控制技术的区别单片机控制技术一般用于数据采集和工业控制，单片机在配置上比通用计算机简单，价格上相对便宜，但它和通用计算机一样，也不是专门为工业现场控制所设计的。与通用计算机一样，单片机编程复杂、不易掌握，需要处理大量I/O接口，其输出口驱动负载能力较弱，要驱动工业负载需要复杂的外围电路。单片机控制技术的突出优点在于它具有较强的数据处理能力，但工业控制过程要处理的是大量的开关量，因而运用在工业现场控制中单片机的长处得不到发挥，其可靠性也远不如PLC。一般单片机控制技术仅使用于比较简单的工业控制过程和数据处理能力要求比较高的场合。PLC控制技术与单片机控制技术相比较而言，更适合于工业现场过程控制，但其数据处理能力不如后者。所以二者各有所长，不能互相替代。由此可见，随着PLC的成本降低及数据处理能力的增强，在工业现场控制方面，PLC控制技术面对其他的控制技术的挑战将会一直具有自身的优势。因此，掌握PLC控制技术对于工业控制技术人员来说是必不可少的技能之一。1.2本课题研究现状在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。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，因此温度控制是生产自动化的重要任务。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。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌3握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。目前，国内外恒温控制系统的应用技术已发展的比较成熟，大多数是使用单片机和PLC对温度进行控制，但随着PLC、工业网络及监控组态软件的迅速发展，在工业生产过程中基于PLC的恒温控制系统开始占据了主导地位。基于PLC的恒温控制系统在工业生产过程中充分体现了一下优点：（1）采用光电隔离、RC滤波器等屏蔽措施具有较高的抗干扰能力和可靠性；（2）针对不同的工业现场信号有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备直接连接；（3）采用模块化结构；（4）编程简单，易于实现；（5）系统设计、安装、调试方便；（6）维修方便，维修工作量小；（7）投产周期及成本比较低。本设计基于一个PLC的恒温控制监控系统，达到温度的实时控制与显示。该系统克服传统的位式调节器和PID调节器超调大的缺点,充分发挥PLC控制灵活、编程方便、适应性强和FameView的实时显示的优点,提高了控制的精确度。而且