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基于PLC的锅炉温度控制系统的设计

摘要：本文介绍了基于西门子可编程控制器PLCS7-200和组态软件MCGS的
锅炉温度监控系统的设计方案。硬件方面采用CPUS7-200、Pt100温度传感器作
为温度的采集元件、PLC的程序中采用了位式PID算法，脉宽制PWM方式。运通
了粗调和细调的思想，人机交互界面采用MCGS组态软件，实验结果表明，此系

统具有反应快，超调量小，调节迅速，精度高的特点。

关键词：温度控制；可编程控制器；PID；MCGS组态软件

本文采用可编程控制器PLCS7-200和组态软件MCGS的锅炉温度监控系统的
设计方案。硬件方面采用CPUS7-200、Pt100温度传感器作为温度的采集元件、
PLC的程序中采用了位式PID算法，脉宽制PWM方式。运通了粗调和细调的思想，
人机交互界面采用MCGS组态软件，此系统具有反应快，超调量小，调节迅速，

精度高的特点。

一．本系统的结构图和方框图如图1-1所示。本实验的被控对象为锅炉内胆，
系统的被控制量为内胆的水温。由于实验中用到的调节器输出只有“开”或“关”
两种极限的工作状态，故称这种控制器为二位式调节器。温度变送器把铂电阻

TT1检测到的锅炉内胆温度信号转变为反馈电压Vi。它与二位调节器设定的上限
输入Vmax和下限输入Vmin比较，从而决定二位调节器输出继电器是闭合或断开，

即控制位式接触器的接通与断开。图1-1为锅炉位式控制系统结构图。

图1-1锅炉内胆温度位式控制系统
(a)结构图(b)方框图

图1-2位式控制器的输入-输出特性

图中：V0------位式控制器的输出；

Vi------位式控制器的输入；

Vmax-----位式控制器的上限输入；

Vmin-----位式控制器的下限输入。

由图1-2可见，当被控制的锅炉水温T减小到小于设定下限值时，即V≤V
imin
时，位式调节器的继电器闭合，交流接触器接通，使电热管接通三相380V电源
进行加热,随着水温T的升高，Vi也不断增大，当增大到大于设定上限值时，即
V≥V时，则位式调节器的继电器断电，交流接触器随之断开，切断电热丝的供
imax
电。由于这种控制方式是断续的二位式控制，故只适用于对控制质量要求不高的

场合。

位式控制系统的输出是一个断续控制作用下的等幅振荡过程，因此不能用连
续控制作用下的衰减振荡过程的温度品质指标来衡量，而用振幅和周期作为控制
品质的指标。一般要求振幅小，周期长。然而对于同一个位式控制系统来说，若
要振幅小，则周期必然短；若要周期长，则振幅必然大。因此可通过合理选择中

间区以使振幅保持在限定范围内，而又尽可能获得较长的周期。

1.

PID算法

比例积分微分(PID)调节器

PID是常规调节器中性能最好的一种调节器。由于它具有各类调节器的优点，

因而使系统具有更高的控制质量。它的传递函数为(1-1)
G(s)=K(1++Ts)＝(1++Ts)(1-1)
CPDD

1.

方案设计思路

本系统PLC采用的是S7-200.CPU是224系列，采用了5个等来显示过程的
状态，分别是运行灯，停止灯，温度正常灯，温度过高灯，和加热灯可以通过5
个灯的开关状况判断锅炉内的大概情况。温度传感器吧温度信号转化成对应的电

压信号，经过PLC模块转换后进行PID调节。根据PID输出值来控制下一个周期
内的加热时间和非加热时间。在加热时间内使得继电器接通，那建国路就可处于

加热状态，反之则停止加热。硬件图如下如1-3所示

图1-3锅炉温度控制系统硬件图

1.

程序流程图

图1-4主程序图图1-5子程序图

五．系统仿真结果

图1-6锅炉温度位式控制系统主画面

图1-760度~90度仿真曲线

六．结论

本文成功的运用了组态王和S7-200设计了一个人机监控的温度控制系统，

系统采用了位置式PID控制，控制精度高，稳定性可靠的温度控制系统。

参考文献

【1】郁汉琪，可编程控制器原理及应用.北京：中国电力出版社，2004

【2】周万珍.PLC分析与应用.北京：电子工业出版社，2004

【3】齐剑玲，曾玉红.工控机在工业锅炉温度检测控制系统中的应用.微计

算机信息，19（9）：36-37,2003

【4】付家才.PLC实验与实践.北京：高等教育出版社，2006

【5】SIMATIC.S7-200可编程控制器系统手册，2005