基于PLC控制的加热炉温度控制系统设计

河北机电职业技术学院河北机电职业技术学院毕业设计论文题目基于PLC控制的加热炉温度控制系统系别电气工程系专业计算机控制技术班级计控0801班学生张海琳学号03030623080106指导教师都鑫2011年6月河北机电职业技术学院I摘要温度控制系统广泛应用于工业控制领域，如钢铁厂、化工厂、火电厂等锅炉的温度控制系统，电焊机的温度控制系统等。加热炉温度控制在许多领域中得到广泛的应用。这方面的应用大多是基于单片机进行PID控制,然而单片机控制的DDC系统软硬件设计较为复杂,特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处,PLC在这方面却是公认的最佳选择。加热炉温度是一个大惯性系统，一般采用PID调节进行控制。随着PLC功能的扩充在许多PLC控制器中都扩充了PID控制功能,因此在逻辑控制与PID控制混合的应用场所中采用PLC控制是较为合理的。本设计是利用西门子S7-300PLC控制加热炉温度的控制系统。首先介绍了温度控制系统的工作原理和系统的组成，然后介绍了西门子S7-300PLC和系统硬件及软件的具体设计过程。关键词：西门子S7-300PLC，PID，温度传感器，固态继电器河北机电职业技术学院IIAbstractTemperaturecontrolsystemhasbeenwidelyusedintheindustrycontrolledfield，asthetemperaturecontrolsystemofboilersandweldingmachinesinsteelworks、chemicalplant、heat-engineplantetc.Heating-stovetemperaturecontrolhasalsobeenappliedwidelyinallkindsoffields.TheapplicationofthisaspectisbasedonSCMwhichismakingthePIDcontrol,yetthehardwareandsoftwaredesignofDDCsystemcontrolledbySCMissomewhatcomplicated,it’snotanadvantageespeciallyrelatedtologiccontrol,howeveritisacceptedasthebestchoicewhenmentionedtoPLC.Thefurnacetemperatureofheating-stoveisalargeinertiasystem，sogenerallyusingPIDadjustingtocontrol.WiththeexpandingofPLCfunction,thecontrolfunctioninmanyPLCcontrollershasbeenexpanded.ThereforeitismorereasonabletoapplyPLCcontrollingintheapplicablefieldswherelogicalcontrolandPIDcontrolblendtogether.ThedesignhasutilizedthecontrolsystemwithwhichSiemensS7-300PLCcontrolthetemperatureheating-stove.Inthefirstplacethispaperpresentstheworkingprinciplesofthetemperaturecontrolsystemandtheelementsofthissystem.ThenitintroducesSiemensS7-300PLCandthespecificdesignproceduresofthehardwareandthesoftware.Keywords：SiemensS7-300PLC，PID，temperaturepickup,solidstaterelay河北机电职业技术学院III目录摘要...............................................................IAbstract..........................................................II第一章引言.......................................................11.1系统设计背景...............................................11.2系统工作原理...............................................11.3系统设计目标及技术要求.....................................21.4技术综述...................................................2第二章系统设计....................................................32.1控制原理与数学模型.........................................32.1.1PID控制原理.........................................32.1.2PID指令的使用注意事项...............................62.2采样信号和控制量分析.......................................72.3系统组成...................................................8第三章硬件设计....................................................93.1PLC的基本概念.............................................93.1.1模块式PLC的基本结构.................................93.1.2PLC的特点..........................................113.2PLC的工作原理............................................123.2.1PLC的循环处理过程..................................123.2.2用户程序的执行过程..................................143.3S7-300简介...............................................143.3.1数字量输入模块......................................143.3.2数字量输出模块......................................153.3.3数字量输入/输出模块.................................153.3.4模拟量输入模块......................................153.3.5模拟量输出模块......................................153.4温度传感器................................................163.4.1热电偶..............................................163.4.2热电阻..............................................173.5固态继电器................................................183.5.1概述................................................183.5.2固态继电器的组成....................................18河北机电职业技术学院IV3.5.3固态继电器的优缺点...................................19第四章软件设计...................................................204.1STEP7编程软件简介........................................204.1.1STEP7概述..........................................204.1.2STEP7的硬件接口....................................204.1.3STEP7的编程功能....................................204.1.4STEP7的硬件组态与诊断功能..........................214.2STEP7项目的创建...........................................224.2.1使用向导创建项目....................................224.2.2直接创建项目........................................224.2.3硬件组态与参数设置..................................224.3用变量表调试程序...........................................244.3.1系统调试的基本步骤..................................244.3.2变量表的基本功能....................................254.3.3变量表的生成........................................264.3.4变量表的使用........................................264.4S7-300的编程语言.........................................274.4.1PLC编程语言的国际标准..............................274.4.2STEP7中的编程技术..................................28结束语............................................................32致谢...............................................................33参考文献..........................................................34附录..............................................................35河北机电职业技术学院1第一章引言1.1系统设计背景近年来，加热炉温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统，温度是工业生产过程中重要的被控参数之一，冶金﹑机械﹑食品﹑化工等各类工业生产过程中广泛使用的各种加热炉﹑热处理炉﹑反应炉，对工件的处理均需要对温度进行控制。因此，在工业生产和家居生活过程中常需对温度进行检测和监控。由于许多实践现场对温度的影响是多方面的，使得温度的控制比较复杂，传统的加热炉电气控制系统普遍采用继电器控制技术，由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制，使控制系统的体积增大，耗电多，效率不高且易出故障，不能保证正常