基于西门子s7300PLC的恒温操纵的课程设计.docx

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基于西门子s7300PLC的恒温操纵的课程设计

大连民族学院机电信息工程学院

自动化系

电气操纵技术课程设计报告

题目：

恒温控制

专业：

自动化

班级：

自动化104

学生姓名：

金政宏、邓新义、李喆

毕琳、杜晓敏、邓凯什

指导教师：

孙进生

设计完成日期：

2013年7月3日

课程设计任务书

题目：

恒温控制

课程设计时间：

一、设计任务

采用西门子S7-300系列PLC，使用Step-7编写并调试PLC控制程序，控制电炉丝加热，实现手动调温、自动恒温、超温报警、显示温度等功能。

二、设计内容及要求

1.掌握温度变送器的工作原理；

2.掌握固态继电器的工作原理；

3.恒温控制装置的总体方案设计；

4.PLC控制系统的硬件设计；

5.PLC控制系统的软件设计和调试；

6.撰写课程设计报告。

三、设计重点

PLC控制系统的软件设计与现场调试。

四、课程设计进度要求

⒈学习温度变送器和固态继电器的工作原理；

⒉总体方案及PLC硬件设计；

⒊PLC控制系统的软件设计和仿真调试；

⒋PLC控制系统的现场调试；

⒌撰写设计报告；

⒍验收答辩。

五、参阅书目

[1]SIEMENSSIMATIC温度控制手册，2003年12月版

[2]SIEMENSSIMATIC使用STEP7编程手册，2007年8月版

1任务分析和性能指标

任务分析

随着现代工业的慢慢进展，在工业生产中，温度、压力、流量和液位是四种最多见的进程变量。

其中，温度是一个超级重要的进程变量。

例如：

在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食物加工等许多领域，都需要对各类加热炉、热处置炉、反映炉和锅炉的温度进行操纵。

这方面的应用大多是基于单片机进行PID操纵,但是单片机操纵的DDC系统软硬件设计较为复杂,专门是涉及到逻辑操纵方面更不是其优势,但是PLC在这方面却是公认的最正确选择。

随着电子技术的进展，可编程序操纵器（PLC）已经由原先简单的逻辑量操纵，慢慢具有了运算机操纵系统的功能。

在现代工业操纵中，PLC占有了很重要的地位，它能够和运算机一路组成操纵功能完善的操纵系统。

在许多行业的工业操纵系统中，温度操纵都是要解决的问题之一。

性能指标

本PLC温度操纵系统的具体指标要求是：

对加热器加热温度调整范围为40℃—200℃，温度操纵精度小于2℃，系统的超调量须小于15%。

考虑到本系统操纵对象为电炉，是一个大延迟环节，且温度调剂范围较宽，因此本系统对过渡进程时刻不予要求。

对给定值（目标值）能够预先设定后直接输入到回路中；进程变量由在受热体中的Pt100测量并经温度变送器给出，为单极性电压模拟量；输出值是送至固态继电器的PWM，其许诺转变范围为最大值的0% 至100% 

2整体方案设计

依照系统具体指标要求，能够对每一个具体部份进行分析设计。

整个操纵系统分为硬件电路设计和软件程序设计两部份。

系统硬件框图结构如下图:

-

PWM生成

SSR

炉丝子

Pt100

给定温度

S7-300PLC

CPU运算处理

温度

变送器

图系统硬件框图 

被控对象为炉内温度，温度传感器检测炉内的温度信号，经温度变送器将温度值转换成4~20mA的电流信号送入PLCAI模块。

PLC把那个测量信号通过标度变换与设定值比较取得误差，经PID运算后，发出PWM操纵信号，经PWM来操纵固态继电器，来调剂炉丝两头的电压，从而实现炉丝温度的持续操纵。

硬件方案

通过资料查找，并观看了课程设计设备，确信了以下硬件方案，由西门子s7-300PLC做操纵器，通过PWM操纵固态继电器来调剂炉丝电压，检测变送环节由Pt100检测，并由变送器变送给PLC。

电流信号在PLC内经标度变换后给PID模块进行调剂。

软件方案

从AI端口读取变送器变送的温度信号并进行标度变换

将标度变换后的测量值与给定值进行比较，PID模块通过偏差值计算控制量，并输出PWM信号。

读取按键

返回

开始

程序初始化

通过考虑，选择了顺序操纵作为软件设计的模板，并在OB35模块中对采样和误差计算部份进行挪用。

并对PID参数进行初步伐剂。

3硬件设计与实现

检测电路

那个地址的检测电路要紧由Pt100测量电路和变送器的变送电路组成。

除 用于测量温度的热电偶，实际生产中常常利用热电阻。

  这些设备的直流电阻转变（几乎）作为线性温度的函数。

  或许其中最多见的是PT100，铂为基础的传感器，其电阻在0℃，正是100欧姆。

  由于传感器的温度升高其电阻也是如此，在一个合理的线性方式。

  显示了一个PT100传感器的电阻随温度的转变。

  而温度系数略有不同在一个很宽的温度范围内，（一样为至欧姆/ º C），它能够被以为是合理恒定在50或100 º C范围内。

  普遍同意的平均温度系数为欧姆每º C。

  据此，PT100往往能够在不超过那个范围线性化利用提供相应的系数进行评估。

  那个装置也能经受的温度范围很广，从-200到800 º C的能力，和一些应用中的温度系数的转变能够容忍的。

  另外，PT100提供了稳固和可重复的温度特性。

仪器仪表应用常常利用可编程逻辑操纵器（PLC）来存储和处置数据，因此在检测设备模拟输出信号必需为AD转换器缩放的PLC输入卡适当关注。

  这一般是由传感器来完成驱动电路。

  有几个标准电压由制造商利用的范围 ，这些包括0至1，0至5和0至10伏

操纵电路

操纵电路那么由PLC的DO端口输出的PWM对固态继电器进行持续操纵。

固态继电器（Solid State Relays,缩写SSR）是一种无触点电子开关，由分立元器件、膜固定电阻网络和芯片，采纳混合工艺组装来实现操纵回路（输入电路）与负载回路（输出电路）的电隔离及信号耦合，由固态器件实现负载的通断切换功能，内部无任何可动部件。

尽管市场上的固态继电器型号规格繁多，但它们的工作原理大体上是相似的。

要紧由输入（操纵）电路，驱动电路和输出（负载）电路三部份组成。

固态继电器的输入电路是为输入操纵信号提供一个回路，使之成为固态继电器的触发信号源。

固态继电器的输入电路多为直流输入，个别的为交流输入。

直流输入电路又分为阻性输入和恒流输入。

阻性输入电路的输入操纵电流随输入电压呈线性的正向转变。

恒流输入电路，在输入电压达到必然值时，电流再也不随电压的升高而明显增大，这种继电器可适用于相当宽的输入电压范围。

4软件设计与实现

主程序

中断程序

5调试及性能分析

调试分析

软件调试

在最开始，软件没有利用OB35中断模块，而且没用利用背景数据块与共享数据块，在一些参数的挪用上会显现错误，而且PID模块FB58也无法正常工作，后来查找了一些资料，并询问了后明白了并非能这么挪用。

需要另外成立一个共享数据块对设定值进行存储，如此OB1与OB35都能够挪用那个变量且可不能产生错误。

至于背景数据块那么是在运行进程中对PID的参数进行存储，不至于产生别的阻碍，使程序正常运行。

硬件调试

在最开始的时候，硬件问题要紧集中在程序无法下载中，后来利用下载线进行程序下载。

在利用了下载线后，程序能够下载了，可是FC105模块的使能信号一经触发便会产生错误，通过教师的检查发觉是AI接口的错误，AI接口无法搜集数据，在多次调试无效后换了一台实验台，那个现象就消失了。

系统功能调试

进过调试后，系统平稳运行，尽管还有2℃之内的误差，可是大体符合了系统的设计要求，PID参数也进行了人工整定，操纵状态良好

总结

本设计研究了电炉的温度操纵，系统采纳西门子的S7-300PLC为操纵器，运用了PID算法对炉丝温度进行操纵，最后可在监控的电压表上观测到温度变送器的实时转变。

该系统采纳S7-300PLC对电炉丝温度进行操纵，虽说之前有学过该类PLC，但S7-300PLC的软硬件学习还不是很熟悉，虽说通过实际操作很容易把握。

可是关于操作该类PLC配套的人来讲仍是有些地址有混淆，可是能够通过人机界面方便的监控PLC的运行状态。

本设计的系统虽说成功的实现了电炉丝的恒温操纵，但在系统的设计中也存在一些问题，如：

PID参数的整定，利用PLC内部功能模块对PID参数进行整定的时，并非是每次都会取得理想的参数，而且参数的自整定需要花很成长的时刻；系统的硬件部份过于复杂，该系统在PLC的输入和输出端都需要加变送器，使得整个系统硬件过于繁杂。

这些问题都是需要进一步研究改良的。

参考文献

[1]SIEMENSSIMATIC温度操纵手册，2003年12月版

[2]SIEMENSSIMATIC利用STEP7编程手册，2007年8月版

附录1调试系统照片