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1、 基于 PLC的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 2020 年 4 月 19 日 文檔僅供參考 1 引言 1.1 設(shè)計(jì)目的 溫度的測量和控制對人類日

2、常生活、工業(yè)生產(chǎn)、氣象預(yù)報(bào)、物資倉儲(chǔ)等都起著極其重要的作用。在許多場合，及時(shí)準(zhǔn)確獲得目標(biāo)的溫度、濕度信息是十分重要的。近年來，溫濕度測控領(lǐng)域發(fā)展迅速，而且隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，溫濕度的測控芯片也相應(yīng)的登上歷史的舞臺(tái)，能夠在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各領(lǐng)域中廣泛使用。 1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 主要是利用 PLC S7-200 作為可編程控制器，系統(tǒng)采用 PID 制算法，手動(dòng)整定或自整定 PID 參數(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算控制量，控制加熱裝置，使加熱爐溫度為為一定值，并能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)啟動(dòng)和停止，運(yùn)行指示燈監(jiān)控實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值。 

3、 控 1.3 設(shè)計(jì)目標(biāo) 經(jīng)過對溫度控制的設(shè)計(jì)，提高在電子工程設(shè)計(jì)和實(shí)際操作方面 的綜合能力，初步培養(yǎng)在完成工程項(xiàng)目中所應(yīng)具備的基本素質(zhì)和 要求。培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神，科學(xué)的、實(shí)事求是的工作方法，提高查閱 資料、語言表示和理論聯(lián)系實(shí)際的技能。 2 2020 年 4 月 19 日 文檔僅供參考 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)

4、計(jì) 2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理 2.1.1 PLC型號(hào)的選擇 本溫度控制系統(tǒng)采用德國西門子 S7-200 PLC。 S7-200 是一種 小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、 監(jiān)測及控制的自動(dòng)化。 S7-200 系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn) 行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此 S7-200 系列具 有極高的性能 / 價(jià)格比。 2.1.2 PLC CPU的選擇 S7-200 系列的 PLC有 CPU221、CPU222、 CPU224、CPU226等 類型。。

5、 S7-200PLC硬件系統(tǒng)的組成采用整體式加積木式，即主機(jī) 中包括定數(shù)量的 I/O 端口，同時(shí)還能夠擴(kuò)展各種功能模塊。 S7- 200PLC 由基本單元（ S7-200 CPU 模塊）、擴(kuò)展單元、個(gè)人計(jì)算機(jī) （ PC）或編程器，  STEP 7-Micro/WIN  編程軟件及通信電纜等組 3 2020 年 4 月 19  日 文檔僅供參考 成。 表 2.1 S7-200 系列 PLC中 CPU22X的基本單元 型號(hào) 輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn) 擴(kuò)展模塊數(shù)量 S7

6、-200CPU221 6 4 0 S7-200CPU222 8 6 2 S7-200CPU224 24 10 7 S7-200CPU224XP 24 16 7 S7-200CPU226 24 16 7 本設(shè)計(jì)采用的是  CUP226。它具有  24 輸入 /16  輸出共  40 個(gè)數(shù) 字量  I/O  點(diǎn)。可連接  7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至  248 路數(shù)字量  I/O 點(diǎn)或

7、 35 路模擬量 I/O 點(diǎn)。 26K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。 6 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器， 2 路獨(dú)立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。 2 個(gè) RS485通訊 / 編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、 MPI 通 訊協(xié)議和自由方式通訊能力。 I/O 端子排可很容易地整體拆卸。用 于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入 / 輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò) 展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏? 全適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 CPU226模塊的 I/O 配置及四肢分配 主機(jī) 模塊 0 模塊 1

8、模塊 2 模塊 3 CPU226 8IN 4IN/4OUT 4AI/1AQ 4AI/1AQ I4.0/Q2.0 AIW0/AQW0 AIW8/AQW4 I0.0-I2.7/ I3.0-I3.7 I4.1/Q2.1 AIW2 AIW10 Q0.0-Q1,.7 I4.2/Q2.3 AIW4 AIW12 I4.3/Q2.3 AIW6 AIW14 2.1.3 EM235 模擬量輸入 / 輸出模塊 4 2020 年 4 月 19 日 文檔僅供參考 在溫度控制系統(tǒng)中，傳感器將檢測到的溫度轉(zhuǎn)換成 4-20

9、mA 的電流信號(hào)，系統(tǒng)需要配置模擬量的輸入模塊把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成 數(shù)字信號(hào)再送入 PLC 中進(jìn)行處理。在這里我們選擇西門子的 EM235 模擬量輸入 / 輸出模塊。 EM235 模塊具有 4 路模擬量輸入 / 一路模擬量的輸出。它允許 S7-200 連接微小的模擬量信號(hào)， 80mV 范圍。用戶必須用 DIP 開關(guān)來選擇熱電偶的類型，斷線檢 查，測量單位，冷端補(bǔ)償和開路故障方向： SW1～SW3 用于選擇 熱電偶的類型， SW4 沒有使用， SW5 用于選擇斷線檢測方向， SW6 用于選擇是否進(jìn)行斷線檢測， SW7 用

10、于選擇測量方向， SW8 用于選擇是否進(jìn)行冷端補(bǔ)償。所有連到模塊上的熱電偶必須是相 同類型。 2.1.4 傳感器 熱電偶是一種感溫元件，它直接測量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn) 換成熱電動(dòng)勢信號(hào)。常見熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電 偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢與溫 度的關(guān)系、應(yīng)答誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與 其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量 級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于 某些特殊場合的測量。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶中國從  1988  年  1 月  1 日起， 熱電偶和熱電阻全部按  IEC  國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定  S、B、E、K、 R、 J、 T 七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為中國統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。本論文采用 的是 K 型熱電阻。 5 2020 年 4 月 19 日