基于西門子s7-300plc的恒溫控制的課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　自動化系</b></p><p>　　電氣控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　設(shè)計(jì)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(xué)生姓名：</p><p>　指導(dǎo)教師：</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1任務(wù)分析和性能指標(biāo)1</p><p><b>　　1.1任務(wù)分析1</b></p><p><b>　　1.2性能指標(biāo)1<

3、/b></p><p><b>　　2總體方案設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與實(shí)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(shè)計(jì)與實(shí)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(diào)試及性能分析8</p><p>　　5.1 調(diào)試分析8</p><p>　　5.1.1 軟件調(diào)試8</p><p>　　5.1.2 硬件調(diào)試8</p><p>　　5.1.3 系統(tǒng)功能調(diào)試8</p><p><b>　　總 結(jié)9</b></p&g

6、t;<p><b>　　參考文獻(xiàn)10</b></p><p>　　附錄1 調(diào)試系統(tǒng)照片11</p><p>　　1任務(wù)分析和性能指標(biāo)</p><p><b>　　1.1任務(wù)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(chǎn)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(jī)械加工和食品加工等許多領(lǐng)域，都需要對各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐的溫度進(jìn)行控制。</p><p>　　這方面的應(yīng)用大多是基于單片機(jī)進(jìn)行PID控制,然而單片機(jī)控制的DDC系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)較為復(fù)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(rèn)的最佳選擇。</p><p>　　隨著電子技術(shù)

8、的發(fā)展，可編程序控制器（PLC）已經(jīng)由原來簡單的邏輯量控制，逐步具有了計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(biāo)</b></p><p>　　本PLC溫度控制系統(tǒng)的具體指標(biāo)要求是：對加熱器加熱溫度調(diào)

9、整范圍為40℃—200℃，溫度控制精度小于2℃，系統(tǒng)的超調(diào)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(diào)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(biāo)值）可以預(yù)先設(shè)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(jīng)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(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)具體指標(biāo)要求，可以對每一個具體部分進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。整個控制系統(tǒng)分為硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)兩部分。 </p><p>　　系統(tǒng)硬件框圖結(jié)構(gòu)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(nèi)溫度，溫度傳感器檢測爐內(nèi)的溫度信號，經(jīng)溫度變送器將溫度值轉(zhuǎn)換成4~20mA的電流信號送入PLC AI模塊。PLC把這個測量信號經(jīng)過標(biāo)度變換與設(shè)定值比較得到偏差，經(jīng)PID運(yùn)算后，發(fā)出PWM控制信號，經(jīng)PWM來控制固態(tài)繼電器，來調(diào)節(jié)爐絲兩端的電壓，從而實(shí)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(jīng)過資料查找，并觀看了課程設(shè)計(jì)設(shè)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(diào)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(nèi)經(jīng)標(biāo)度變換后給PID模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　2.2軟件方案</b></p><p>　　經(jīng)過考慮，選擇了順序控制作為軟件設(shè)計(jì)

13、的模板，并在OB35模塊中對采樣和偏差計(jì)算部分進(jìn)行調(diào)用。并對PID參數(shù)進(jìn)行初步調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　3硬件設(shè)計(jì)與實(shí)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(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常使用熱電阻。  這些設(shè)備的直流電阻變化（幾乎）作為線性溫度的函數(shù)。  或許其中最常見的是PT100，鉑為基礎(chǔ)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(shù)略有不同在一個很寬

15、的溫度范圍內(nèi)，（通常為0.0036至0.0042歐姆/ º C），它可以被認(rèn)為是合理恒定在50或100 º C范圍內(nèi)。  普遍接受的平均溫度系數(shù)為0.00385歐姆每º C。  據(jù)此，PT100往往可以在不超過這個范圍線性化使用提供相應(yīng)的系數(shù)進(jìn)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(yīng)用中的溫度系數(shù)的變化可以容忍的。  此外，PT100提供了穩(wěn)定和可重復(fù)的溫度特性。</p><p>　　儀器儀表應(yīng)用經(jīng)常使用可編程邏輯控制器（PLC）來存儲和處理數(shù)據(jù)，因此在檢測設(shè)備模擬輸出信號必須為AD轉(zhuǎn)換器縮放的PLC輸入卡適當(dāng)關(guān)注。  這通常是由傳感器來完成驅(qū)動電路。  有幾個標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(diǎn)電子開關(guān)，由分立元器件、膜

18、固定電阻網(wǎng)絡(luò)和芯片，采用混合工藝組裝來實(shí)現(xiàn)控制回路(輸入電路)與負(fù)載回路(輸出電路)的電隔離及信號耦合，由固態(tài)器件實(shí)現(xiàn)負(fù)載的通斷切換功能，內(nèi)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(qū)動電路和輸出(負(fù)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(dá)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(dāng)寬的輸入電壓范圍。</p><p><b>　　4軟件設(shè)計(jì)與實(shí)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(diào)試及性能分析</b></p><p><b>　　5.1 調(diào)試分析</b></p><p>　　5.1.1 軟件調(diào)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(shù)據(jù)塊與共享數(shù)據(jù)塊，在一些參數(shù)的調(diào)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(diào)用。</p><p>　　需要另外建立一個共享數(shù)據(jù)塊對設(shè)定值進(jìn)行存儲，這樣OB1與OB35都可以調(diào)用這個變量且不會產(chǎn)生錯誤。</p><p>　　至于背景數(shù)據(jù)塊則是在運(yùn)行過程中對PID的參數(shù)進(jìn)行存儲，不至于產(chǎn)生別的影響，使程序正常運(yùn)行。&

22、lt;/p><p>　　5.1.2 硬件調(diào)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(jìn)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(jīng)觸發(fā)便會產(chǎn)生錯誤，經(jīng)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(shù)據(jù)，在多次調(diào)試無效后換了一臺實(shí)驗(yàn)臺，這個現(xiàn)象就消失了。</p&

23、gt;<p>　　5.1.3 系統(tǒng)功能調(diào)試</p><p>　　進(jìn)過調(diào)試后，系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，雖然還有2℃以內(nèi)的誤差，但是基本符合了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，PID參數(shù)也進(jìn)行了人工整定，控制狀態(tài)良好</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)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(yùn)用了P

24、ID算法對爐絲溫度進(jìn)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(shí)時變化。</p><p>　　該系統(tǒng)采用S7-300PLC對電爐絲溫度進(jìn)行控制，雖說之前有學(xué)過該類PLC，但S7-300PLC的軟硬件學(xué)習(xí)還不是很熟悉，雖說通過實(shí)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(jī)界面方便的監(jiān)控PLC的運(yùn)行狀態(tài)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)雖說成

25、功的實(shí)現(xiàn)了電爐絲的恒溫控制，但在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中也存在一些問題，如：PID參數(shù)的整定，利用PLC內(nèi)部功能模塊對PID參數(shù)進(jìn)行整定的時，并不是每次都會得到理想的參數(shù)，并且參數(shù)的自整定需要花很成長的時間；系統(tǒng)的硬件部分過于復(fù)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(jìn)一步研究改進(jìn)的。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>