温度控制系统设计与实现.pdf

PLC

题目:温度控制系统设计与实现

系别:

专业:自动化

姓名:

学号:

指导教师:

目录

一、概述……………………………………………………2

1.1内容概述…………………………………………………………2
1.2研究背景与意义…………………………………………………2
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二、温度控制原理…………………………………………

2.1温度控制原理………………………………………………………………2
三、温度控制系统方案设计………………………………3

3.1设计方法…………………………………………………………3
3.2相关支持条件……………………………………………………3
四、温度控制系统设计…………………………………3

4.1任务………………………………………………………………3
4.2方案实现…………………………………………………………3
4.3硬件实现框图……………………………………………………3
4.4PID控制及参数整定……………………………………………5
4.5PLC程序…………………………………………………………6
4.6人机界面及实时曲线……………………………………………10
五、实训心得………………………………………………14

5.1心得体会…………………………………………………………14
六、参考资料………………………………………………15

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第一章概述

1.1内容概述：
本次实训研究的是PLC技术在组态温度监控系统上的应用。从整体上分析和研究了控制
系统的硬件配置、电路图的设计、程序设计，控制对象数学模型的建立、控制算法的选择和
参数的整定，人机界面的设计等。

1.2研究背景与意义：
在工业生产过程中，温度是最常见的过程参数之一。在冶金、化工、电力、机械制造和
食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行
检测和控制。由于其具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点，它对控制调

节器要求极高。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为PID控制。
可编程控制器(PLC)是一种应用非常广泛的自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、
计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性高、适宜长期连
续工作的特点，非常适合温度控制的要求。

基于PLC的温度控制系统以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、能耗低
等优点深受许多用户的青睐，在工业温度控制场合得到了广泛的应用。同时，人机界面的出
现可以使用户对控制系统进行全面监控，包括参数监测、信息处理、在线优化、报警提示、
数据记录等功能，从而使控制系统变得简单易懂、操作人性化。

第二章温度控制原理

2.1温度控制原理：
首先，通过温度传感器和变送器检测实时温度，在经过标度转换和PLC的数学运算指令计算
后，HMI可以从结果寄存器中读取并直接显示为工程量。模拟量输出控制，将PLC中PID控
制器输出通过EM235AO输出0-5V电压，该0-5V电压作为方案中驱动模块的输入信号，
该模块将接收的0-5V可调电压变换成0-24V可调电压给电加热丝，从而控制电加热丝
的加热强度，从而实现温度控制。
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第三章温度控制系统方案设计

3.1设计方法：
通过西门子PLC控制器，温度传感器将检测到的实际炉温转化为电压信号，经过模拟量
输入模块转换成数字量信号并送到PLC中进行PID调节，PID控制器输出量转化成占空比，通
过固态继电器控制炉子加热的通断来实现对炉子温度的控制。同时利用组态软件组态王设计

一个人机界面（HMI），通过串行口与可编程控制器通信，对控制系统进行全面监控，从而使
用户操作更方便。
总体上包括的技术路线：硬件设计，软件编程，参数整定等。

3.2相关支持条件：
西门子PLC控制器组态软件组态王

第四章温度控制系统设计

4.1任务：
利用搭建的回路，采用相应的控制算法实现对对象的良好控制，算法采用常规PID控制
器、改进PID控制器，并利用组态软件组态较人性化的人机画面，组态软件采用组态王或
者MCGS。

4.2方案实现：
计算机控制技术实训方案中控制器采用西门子PLC200，IO模版采用工控室与西门子配
套的5套EM235(其中4个AI，1个AO)，被控对象为温度对象。

4.3硬件实现框图
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图4-1硬件实现电路图

图4-2计算机控制系统实训方案（模块控制）
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评估控制任务

PLC机型的选择

控制流程的设计

程序设计
控制柜设计及布