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基于欧姆龙PLC温度控制系统设计

一、设计目的和要求

（一）目的

设计锅炉温度电加热控制系统，温度设定在30—60℃可调，超调1℃，稳

态误差0.5℃，用组态软件实现温度曲线监控。通过本次设计，掌握过程控制

工程设计技术。

（二）要求

1、综合运用计算机、PLC、单片机、智能仪表、温度传感器等组成控制系

统对模拟工业对象的电加热锅炉进行控制。

2、掌握温度对象数学模型测试技术。

3、掌握PID、PWM算法程序设计技术。

4、掌握控制参数整定技术。

5、掌握组态软件监控设计技术。

6、提高要求：设计程序控温算法程序，实现锅炉温度升温—保温曲线控制。

二、设计内容及步骤

1、设计温度检测和变送电路，包括热电阻、热电偶安装设计。

2、设计电加热主回路，包括防干烧联锁、导线线径计算、空开、继电器、

接触器选用等。

3、设计力控组态软件程序，实现温度曲线监控。

4、设计PLC控制程序。

5、测试温度对象的数学模型，写出传递函数。

6、认真学习欧姆龙PLC的PID控制算法，针对自己的控制对象，选择合

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适的PID控制规律，整定PID参数。主要包括：控制周期、P、I、D参

数。

7、在力控组态软件中用脚本语言自主编写位置式PID、PWM算法程序进

行温度控制。

8、撰写设计说明书，主要包含：

系统设计思想

控制系统电气设计

系统运行监控曲线和技术数据（温控曲线、调节时间、超调量、稳态误

差）

程序清单和说明

PID/PWM控制参数设置

画出PLC硬件配置图或单片机电路图、程序流程图、实验台安装图（含

锅炉和传感器）、管道仪表流程图、控制回路接线图等。

三、设计方案论证

（一）主要设备

CQM1H温度传感器智能仪表AI808加热丝继电器手动给定

阀门开度接触器继电器

（二）设计思路

确立锅炉温度为被控变量；热电阻配合AI818仪表作为温度采集及变送装

置；欧姆龙CQM1HPLC为调节器；“继电器+接触器+加热丝”作为执行器。由于

被控变量为模拟量，而执行器要接收的信号为开关量，这就要求我们控制算法不

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能只是单一的PID调节，还需要加入PWM脉宽调制运算，之后方可输出。

（三）硬件滤波电路的设计

（四）变送电路

补偿导线型号：KX—GA—VVRP—（正极：多股软线心，负极：多股软线心）

变送原理：热电阻将检测出的温度信号转换为热电势信号传送给AI818温度

变送器，AI818将此信号变送为4-20mA的电流信号传送给omronCQM1H的模

拟量单元AD041。

（五）电加热主回路的设计

加热主回路：加热丝的功率1.5kw，主回路的额定电流I=1500/220=6.82A,

安全电流的选择为额定电流的的1.2倍，I’=1.2*I=8.18，BVV2*1铜芯聚氯乙烯绝

缘聚氯乙烯护套两芯导线，每芯截面积为1平方毫米。

主回路：加热丝功率+PLC+开关电源+继电器线圈+接触器线圈+温度变送器+信

号指示灯=1500+30+108+65+1.2*3+4.6+4.4*3=1724.4W,通过电流约为

1724/(0.9*220)=8.71A。

选择电源线的额定电流为：8.71*1.2=10.45。

电源线选用：BVV2*1.5（截流量14A*0.8=11.2A）。

空开选择：DZ47LE—C16（额定不动作电流为16A）。

接触器选择：安全电流I’’=1.5*6.82=10.2A,所以选择额定电流为10A的交流接触

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器CJ20-10。

（六）数学模型测试

1、温度开环控制：

（1）每次开环实验的条件应大致相同，加热锅炉内液位为高度为8格。

（2）起始温度约20℃加热至5060℃左右时停止加热，等待温度稳定后截

图。

（3）使用六组不同的的开度进行加热。

（4）用六组控制数据进行计算，计算Ti与τ，进而，可得数学模型。

2、建模程序

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3、力控脚本程序

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4、脚本监控图形

5、测得的数学模型
1
G(s)e-70.6s
30.05s

6、验证数学模型

（七）控制系统程序流程图

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上电初始
化初始化寄
存器

检测PN结温度等待捕捉中断

设置上升沿捕捉

延迟30分钟到否

清零定时器1

否

延迟20s设置下降沿捕捉
检测K型热电偶温
度

等待捕捉中断

PID控温

取走计数值

通讯输出
清零定时器1

主程序流程图AD转换结果读取流程图

初始化PID
参数

从发送数据区取走
数据

计算偏差

是否