基于西門(mén)子s7-300plc的恒溫控制的課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　自動(dòng)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(zhuān) 業(yè)：自動(dòng)化</p><p>　班 級(jí)：自動(dòng)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(cè)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(jiàn)的過(guò)

7、程變量。其中，溫度是一個(gè)非常重要的過(guò)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(duì)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(zhǎng)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(lái)簡(jiǎn)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(wèn)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(duì)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%。考慮到本系統(tǒng)控制對(duì)象為電爐，是一個(gè)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(duì)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間不予要求。</p><p>　　對(duì)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(guò)程變量由在受熱體中的Pt100測(cè)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(duì)每一個(gè)具體部分進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。整個(gè)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(duì)象為爐內(nèi)溫度，溫度傳感器檢測(cè)爐內(nèi)的溫度信號(hào)，經(jīng)溫度變送器將溫度值轉(zhuǎn)換成4~20mA的電流信號(hào)送入PLC AI模塊。PLC把這個(gè)測(cè)量信號(hào)經(jīng)過(guò)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(hào)，經(jīng)PWM來(lái)控制固態(tài)繼電器，來(lái)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(guò)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(mén)子s7-300 PLC做控制器，通過(guò)PWM控制固態(tài)繼電器來(lái)調(diào)節(jié)爐絲電壓，檢測(cè)變送環(huán)節(jié)由Pt100檢測(cè)，并由變送器變送給PLC。電流信號(hào)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(guò)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(duì)采樣和偏差計(jì)算部分進(jìn)行調(diào)用。并對(duì)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(cè)電路</b></p><p>　　這里的檢測(cè)電路主要由Pt100測(cè)量電路和變送器的變送電路組成。</p><p>　　除了

14、 用于測(cè)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(jiàn)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(gè)合理的線性方式。  顯示了一個(gè)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(gè)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(guò)這個(gè)范圍線性化使用提供相應(yīng)的系數(shù)進(jìn)行評(píng)估。  這個(gè)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(lái)存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)，因此在檢測(cè)設(shè)備模擬輸出信號(hào)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(lái)完成驅(qū)動(dòng)電路。  有幾個(gè)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(duì)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(xiě)SSR)是一種無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)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(lái)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(hào)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(wú)任何可動(dòng)部件。盡管市場(chǎng)上的固態(tài)繼電器型號(hào)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(dòng)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(hào)提供一個(gè)回路，使之成為固態(tài)繼電器的觸發(fā)信號(hào)源。固態(tài)繼電器的輸入電路多為

19、直流輸入，個(gè)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(shí)，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(kāi)始，軟件沒(méi)有使用OB35中斷模塊

21、，并且沒(méi)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(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，并且PID模塊FB58也無(wú)法正常工作，后來(lái)查找了一些資料，并詢(xún)問(wèn)了后知道了并不能這么調(diào)用。</p><p>　　需要另外建立一個(gè)共享數(shù)據(jù)塊對(duì)設(shè)定值進(jìn)行存儲(chǔ)，這樣OB1與OB35都可以調(diào)用這個(gè)變量且不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。</p><p>　　至于背景數(shù)據(jù)塊則是在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)PID的參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)，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(kāi)始的時(shí)候，硬件問(wèn)題主要集中在程序無(wú)法下載中，后來(lái)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(hào)一經(jīng)觸發(fā)便會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，經(jīng)過(guò)老師的檢查發(fā)現(xiàn)是AI接口的錯(cuò)誤，AI接口無(wú)法采集數(shù)據(jù)，在多次調(diào)試無(wú)效后換了一臺(tái)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，這個(gè)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(guò)調(diào)試后，系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，雖然還有2℃以?xún)?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(mén)子的S7-300PLC為控制器，運(yùn)用了P

24、ID算法對(duì)爐絲溫度進(jìn)行控制，最后可在監(jiān)控的電壓表上觀測(cè)到溫度變送器的實(shí)時(shí)變化。</p><p>　　該系統(tǒng)采用S7-300PLC對(duì)電爐絲溫度進(jìn)行控制，雖說(shuō)之前有學(xué)過(guò)該類(lèi)PLC，但S7-300PLC的軟硬件學(xué)習(xí)還不是很熟悉，雖說(shuō)通過(guò)實(shí)際操作很容易掌握。但是對(duì)于操作該類(lèi)PLC配套的人來(lái)說(shuō)還是有些地方有混淆，但是可以通過(guò)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(shuō)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(wèn)題，如：PID參數(shù)的整定，利用PLC內(nèi)部功能模塊對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行整定的時(shí)，并不是每次都會(huì)得到理想的參數(shù)，并且參數(shù)的自整定需要花很成長(zhǎng)的時(shí)間；系統(tǒng)的硬件部分過(guò)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(gè)系統(tǒng)硬件過(guò)于繁雜。這些問(wèn)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>