完整版基于SMART200的温度PID控制系统设计与调试毕业论文设计Word下载.docx
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校内指导教师:
(副教授)
校外指导教师:
完成日期:
2015年5月
摘要:
温度是工业和科学实验中最常见和最重要的热工参数之一了。
现在产品对于温度控制的精度要求越来越高。
无论是在科学领域还是我们的生产实践中,温度控制都是极其重要的,特别是像冶金、化工、石油、机械、建材等大型工业中,都占有着极大的比重。
而温度控制的系统也有很多种,PLC凭借着它较高的可靠性,较强的抗干扰能力,已经成为许多用户信赖的产品,而且他的操作也较为简单。
本文介绍了西门子S7-200smart设计硬件与Smart700IE7寸触摸屏。
PLC是数字控制型的电子计算机,他运用了可编程存储器的储存指令,具有顺序、逻辑、计数、计时等一些功能。
可以通过模拟输入、输出和数字输入输出等组件,进行控制各种程序和设备。
关键词:
PLC温度控制PID触摸屏
Abstract
Temperatureindustrialandscientificexperiments,themostcommonandthemostimportantthermalparametersof.Nowproductsareincreasinglytemperaturecontrol.Whetherinscienceorourproductionpractices,thetemperaturecontrolisextremelyimportant,especiallyasthemetallurgical,chemical,petroleum,machinery,buildingmaterialsandotherlargeindustry,.Thetemperaturecontrolsystemtherearemany,PLCWithitsisrelativelysimple.Thispaperintroducesthedesignof.PLCisacomputernumericcontroltype,
1引言
1.1应用背景
据我们所了解,温度作为工业中重要的参数,基本所有的物理变化或者化学反应都和温度有所关联。
但是他们所使用的加热方法、燃料,还有控制方法都是有所差别的,毕竟它们的生产情况和精度要求都是不同的。
比如化工、冶金这类工业大都采用加热炉,或者反应炉;
而燃料则有天然气、煤气、电等。
总之,温度控制的过程很复杂而且多变,所以我们对系统要求更为先进的控制技术和理论。
可编程控制器(PLC)作为工业控制计算机的一种,是集合了计算机、自动控制技术和通信技术的优点的一种新型自动化装置。
它不仅抗干扰能力极强,而且价格更合理,更加可靠,最主要的是编程简单,易于上手。
现如今PLC已经深入到工业控制的各个领域中,并得到很高的评价。
现阶段的控制领域,电子计算机已经逐渐成为主流,像石油化工这类企业基本都是使用的分散控制系统(DCS)。
但如果从控制的策略方面考虑,PID控制仍然是龙头。
因为PID不仅结构简单,稳定性也不错,而且我们在使用的时候不用担心系统的数学模型。
虽然PID已经有60多年的历史了,但它还是这么的炙手可热。
组态软件作为数据采集和过程控制的专用软件,他们对监控层的开发环境和软件平台的创建都有着一定的作用。
在过去,我们要完成一些任务,必须通过编程才能实现,这样不仅会有很大的工作过量,而且会花费我们大量的时间,而且我们还不能保证正确度。
但现在有了组态软件之后,我们的工作就很简单了,我们只需花费比以前小十几倍的精力就可以完成了。
现如今组态软件已经在很多领域使用了。
1.2温度控制的技术现状
温度控制不仅在工业领域得到广泛使用,在农业方面、科研领域,平常的生活中甚至国防领域都占有一定的比重。
距今为止温度控制已经发展了200多年,经历了从低级阶段到高级阶段,从简单工艺到复杂过程的发展阶段,伴随着我们对温度控制的精度要求越来越高,温度控制技术得到了极大的发展。
目前比较常见的的几种温度控制系统分别是:
基于PLC的温度控制系统、基于单片机的温度控基于工控机的温度控制、集散型温度控制系统(DCS)和现场总线控制系统(FCS)。
(1)PLC是数字控制型的电子计算机,他运用了可编程存储器的储存指令,具有顺序、逻辑、计数、计时等一些功能。
上文已经提到过,PLC不仅抗干扰性强,有很高的可靠性,而且编程简单,容易掌握,和工控机,DCS,FCS等系统相比,PLC更加便宜,应用更广泛。
所以PLC还是有很广阔的发展前景的。
(2)单片机虽然发展时间不长,但已经在很多领域得到了使用,因为他不仅价格低,体积小,而且有很强大的功能和很高的可靠性。
现在,单片机已经从刚开始的4位机发展成现在的32位机,这是一个巨大的进步,无论是功能还是硬件都是极大的提升。
它的温控系统还是很稳定的,工作精度也很高。
但单片机也是有缺点的,它的响应速度较慢,而且中断源较少,所以在要求很高,工程比较复杂的系统中一般不会使用。
(3)工控机(IPC)就是工业方面使用的个人计算机。
它凭借着可靠地性能、较低的成本,丰富的软件,已经在许多领域得到应用。
它具有其他温控系统所不具备的优点,它能够适应许多恶劣的工业环境,能够抗高温、抗震动,还能防灰尘和电磁辐射。
以往的锅炉一般使用人工结合的仪表进行监控,很难达到要求,因为工业锅炉的燃烧系统是多变量输入的系统。
有着极其复杂的影响因素,很难建立正确的数学模型。
而计算机可以提供比如滤波、用积分来分离PID、参数自行整定等各种算法,这些都是常规仪表难以达到的。
可以这么说,工控机大大的改善了对锅炉的监控品质,极大的提高了热效率。
(4)集散型温度控制系统(DCS),它是功能上分散,管理上集中的一种新型控制系统。
集散型温控系统最主要的还是他的通信功能,他的主要工作是为系统的各个部分提供通信网络,而数据公路作为DCS的核心部分,它的设计关系到整个系统的灵活性和安全性。
集散型温度控制系统极大的减少了使用人员的工作量,而且还提高了系统的工作效率。
(5)现场总线控制系统(FCS)集合了多种系统的优点,包括:
数字通信技术、计算机技术、自动化技术、智能仪表和网络技术等。
FCS能现场直接处理信息,可以直接进行传感、控制、报警和计算。
它还有其他系统所不能比的一点就是,他可以对现场装置进行远程诊断和维护。
目前现场总线控制系统还不完善,处于刚刚起步的阶段,而且现场总线的国标有12种多,这都阻碍了FCS的发展。
我们要根据温度控制系统各自的优缺点,结合实际的需要去选择配置,有时也可以将多个系统组合起来使用,以达到更好的控制。
在国内温度控制系统已经得到了很大的发展,但和欧洲、美国等发达国家相比我们还存在很大的差距。
成品主要是“点位”控制和常规PID控制器为主,它只适用一般的温控系统,一些复杂的系统就难于控制了。
我国的技术还不是很成熟,而国外在仪表控制参数的自整定方面已经有了比较成熟的产品了。
1.3设计方案
电炉主要应用在厂房、宾馆、学校、宿舍、商场等各种需要取暖供热的场合,用PLC控制电炉的温度取代用电控制炉子的温度,这样可以使炉子更加的安全和环保,效率也提高了很多。
(1)课题分析
以往的电加热锅炉的控制一般使用继电器和接触器进行控制,这就导致控制功能比较简单,而且电加热管也容易损坏,系统的可靠性和优化控制都存在各种各样的问题,面对这些问题,我们可以通过使用可编程序控制器(PLC)对它的控制部分进行改善。
首先,将继电器硬件的布线控制换成PLC软件,这样系统的应用范围就更加广了,其次,就像上文提到的除了PLC的抗干扰能力强,可靠性高,操作简单等优点外,PLC还采用了一种面向可管制过程的梯形图语言,比微机控制中的汇编语言要简单易学的多。
随着现代工艺的改变,接口功能变的更加完善,也更易于和计算机接口连接,也
本课题设计了一个电炉温度控制系统,根据炉温对给定温度的偏差值,自动改变热源能量的大小,使炉温稳定在给定温度范围内。
温控系统主要由温度传感器、温度调节仪、执行装置、被控对象四个部分组成,其系统结构框图如图1.1所示。
图1.1温控系统结构框图
(2)论文的内容及工作安排
按要求做一些调查和研究,通过网络以及书籍来搜集些资料;
整理好资料,在立意时要注意记得以下一些方面的要求:
1.要简述国内外研究现状、生产需求状况,说明选题目的、意义,列出主要参考文献,参考文献的格式参见各类教材的参考文献,最好在说明书正文的相关位置予以标注;
2.符合现实需要,体现时代精神;
反映客观事物本质;
要有独到的见解;
3.图注和表注要规范;
图形要清晰,不可出现网页背景;
4.结构是文章的骨架,在考虑和安排文章的整体结构时要围绕主题安排结构,一定的逻辑性,有详有略,重点突出;
所研究的课题主要有以下几,方面的要求:
1.SMART200的国内研究现状及其发展趋势
2.温度PID控制系统设计与调试方案的确定
3触摸屏的设计方案
4.设计设备接线
5.连接线路
6.运行和调试,生成报表
2硬件系统设计
2.1西门子smart200
本次论文我选择的是PLC是西门子S7-200smart。
西门子S7-200smart具有两种不同类型的CPU模块,非别是标准型和经济型,可以满足大多数行业、客户或设备的各种需求。
标准型是可扩展CPU模块,可满足对IO规模有较大需求,逻辑控制较为复杂的应用;
而经济型CPU模块可以直接通过单机本体满足相对简单的控制需求。
图2.1西门子Smart200
西门子S7-200smartPLC有许多让我选择它的理由。
(1)smart200的机型更丰富,我们可以有许多不同的选择
首先它可以提供不同的类型,IO点数丰富的CPU模块,而且它的单体IO点数最高可达60点,基本满足了大部分小型自动化设备的控制需求。
同时,用户可以根据自己的需求,更加灵活的去选择产品的配置,这样可以极大的的控制成本。
(2)连接方式为以太网连接,更加经济和便捷
CPU模块具有以太网接口,集成了强大的以太网通信功能。
通过网线就将程序下载到PLC中,这样就省去了编程专用的电缆,节约了成本。
不仅如此,通过以太网接口你还可与通过它与其它CPU模块、触摸屏或者计算机进行通信,更加便于我们建立连接。
(3)具有卓越性能的高速芯片
Smart200配有西门子专用的高速处理器芯片,所以它基本指令执行时间只需0.15μS,这在其他PLC里是找不到的。
即使是再繁琐的程序逻辑,我们也可以很快速的解决它。
(4)人性化软件,使编程更高效
除了西门子编程软件所具有的其他所有功能外,还融入了许多人性化的设计,增加了带状式菜单、可移动的界面窗口,同时还有程序注释功能和更强的密码保护功能。
大大的提高了我们的使用效率,节约了许多时间。
(5)信号板包括通信端口、数字量通道和模拟量通道。
它不仅不占用电控柜空间,而且更加适合用户的实际配置需要,提高产品的使用率,同时还降低了成本。
(6)多个设备结合,更全面满足要求
西门子s7-200smart可编程控制器,Smart700IE触摸屏和SINAMICSV20变频器结合起来
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- 完整版 基于 SMART200 温度 PID 控制系统 设计 调试 毕业论文