完整版基于PLC的锅炉温度控制系统毕业设计论文.docx
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完整版基于PLC的锅炉温度控制系统毕业设计论文
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基于PLC的锅炉温度控制系统
作者姓名xxx
专业自动化
指导教师姓名xxx
专业技术职务讲师
摘要1
1.2国内外研究现状3
1.3项目研究内容4
第二章PLC和组态软件基础5
2.1可编程控制器基础5
2.1.1可编程控制器的产生和应用5
2.1.3可编程控制器的分类及特点7
2.2组态软件的基础8
2.2.1组态的定义8
2.2.2组态王软件的特点8
2.2.3组态王软件仿真的基本方法8
第三章PLC控制系统的硬件设计9
3.1PLC控制系统设计的基本原则和步骤9
3.1.1PLC控制系统设计的基本原则9
3.1.2PLC控制系统设计的一般步骤9
3.1.3PLC程序设计的一般步骤10
3.2PLC的选型和硬件配置11
3.2.1PLC型号的选择11
3.2.2S7-200CPU的选择12
3.2.3EM235模拟量输入输出模块12
3.2.4热电式传感器12
3.2.5可控硅加热装置简介12
3.3系统整体设计方案和电气连接图13
3.4PLC控制器的设计14
3.4.1控制系统数学模型的建立14
3.4.2PID控制及参数整定14
第四章PLC控制系统的软件设计16
4.1PLC程序设计的方法16
4.2编程软件STEP7--MicroWIN概述17
4.2.1STEP7--MicroWIN简单介绍17
4.2.2计算机与PLC的通信18
4.3程序设计18
4.3.1程序设计思路18
4.3.2PID指令向导19
4.3.3控制程序及分析25
第五章组态画面的设计29
5.1组态变量的建立及设备连接29
5.1.1新建项目29
5.2创建组态画面33
5.2.1新建主画面33
5.2.2新建PID参数设定窗口34
5.2.3新建数据报表34
5.2.4新建实时曲线35
5.2.5新建历史曲线35
5.2.6新建报警窗口36
第六章系统测试37
6.1启动组态王37
6.2实时曲线观察38
6.3分析历史趋势曲线38
6.4查看数据报表40
6.5系统稳定性测试42
结束语43
参考文献44
致谢45
摘要
从上世纪80年代至90年代中期，PLC得到了快速的发展，在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
本文介绍了以锅炉为被控对象，以锅炉出口水温为主被控参数，以炉膛内水温为副被控参数，以加热炉电阻丝电压为控制参数，以PLC为控制器，构成锅炉温度串级控制系统；采用PID算法，运用PLC梯形图编程语言进行编程，实现锅炉温度的自动控制。
电热锅炉的应用领域相当广泛，在相当多的领域里，电热锅炉的性能优劣决定了产品的质量好坏。
目前电热锅炉的控制系统大都采用以微处理器为核心的计算机控制技术，既提高设备的自动化程度又提高设备的控制精度。
本文分别就电热锅炉的控制系统工作原理，温度变送器的选型、PLC配置、组态软件程序设计等几方面进行阐述。
通过改造电热锅炉的控制系统具有响应快、稳定性好、可靠性高,控制精度好等特点，对工业控制有现实意义。
关键词：
电热锅炉的控制系统温度控制串级控制PLCPID
ABSTRACT
Fromthelastcenturyto90inthemid80's,PLCrapiddevelopmentinthisperiod,PLCcapabilityindealingwithanaloganddigitalcomputingpower,man-machineinterfacecapabilitiesandnetworkcapabilitiesaregreatlyimproved,PLCgraduallyenteringthefieldofprocesscontrol,replacedinsomeapplicationsinthefieldofprocesscontroldominantDCS.PLC,.PLCcontrol,especiallyintheindustrialautomationsequencecontroltheposition,intheforeseeablefuture,isnosubstitute.
Thispaperintroducestheboilerasthechargedobjecttotheboilerwatertemperatureofthemainaccusedoftheexportparameterstofurnacetemperatureasdeputyaccusedofparameterstocontroltheaconsiderablenumberoffield,theelectricboilerperformanceadvantagesanddisadvantagesofthedecisionThequalityoftheproduct.Electricboilercontrolsystemscurrentlyusedmostlyforcomputercontrolmicroprocessorcoretechnology,bothtoimprovetheautomationequipmentequipment.
Thispaperontheoftemperaturetransmitter,PLCconfigurations,theconfigurationsoftwaredesignaspectsweredescribed.Throughthetransformationofelectricboilercontrolsystem，因为主控制器采用PI控制，所以微分时间Td=0。
2.回路输入量的极性与范围，如图4-5：
图4-5输入输出量的设置
3.PID指令的参数表占用的V存储区的起始地址如图4-6：
图4-6地址设置
4.向导完成，如图4-7
图4-7向导完成
副回路PID指令向导：
副回路采用1号PID回路，如图4-8：
图4-8副回路PID回路设置
1.新建PID配置，如图4-9：
图4-9PID配置新建
2.设置PID参数，如图4-10
图4-10副回路PID设置
因为副回路主要起到“粗调”、“快调”的作用，所以我们采用P调节作用，比例增益Kc=-4.0，Ti无穷大，Td=0;
3.副回路输入量的极性与范围，如图4-11
如图4-11副回路输入输出设置
4.PID指令的参数表占用的V存储区的起始地址，如图4-12：
图4-12副回路存储区设置
5.向导完成，如图4-13
图4-13副回路向导完成
4.3.3控制程序及分析
因为由AIW0和AIW2输入的是的数字量，所以要转换为实际的温度要进行运算，运算公式为：
公式（4-1）
其中，T为实际温度，D为AIWO和AIW2输入的数字量。
PLC的内存地址分配见表4-1
地址
说明
VD250
锅炉出口水温度存放地址
VD260
炉膛水温存放地址
VD270
主控制器PID输出存放地址
VD300
目标设定温度存放地址
VD304
主控制器Kc存放地址
VD308
主控制器Ti存放地址
VD312
主控制器Td存放地址
VD320
副调节器Kc存放地址
表4-1内存地址分配
PID指令表见表4-2：
地址
名称
说明
VD0
主调节器过程变量（PVn）
必须在0.0~1.0之间
VD4
主调节器给定值（SPn）
必须在0.0~1.0之间
VD8
主调节器输出值（Mn）
必须在0.0~1.0之间
VD12
主调节器增益（Kc）
比例常数，可正可负
VD16
主调节器采样时间（Ts）
单位为s，必须是正数
VD20
主调节器积分时间（Ti）
单位为min，必须是正数
VD24
主调节器微分时间（Td）
单位为min，必须是正数
VD120
副调节器过程变量（PVn）
必须在0.0~1.0之间
VD124
副调节器给定值（SPn）
必须在0.0~1.0之间
VD128
副调节器输出值（Mn）
必须在0.0~1.0之间
VD132
副调节器增益（Kc）
比例常数，可正可负
VD136
副调节器采样时间（Ts）
单位为s，必须是正数
VD140
副调节器积分时间（Ti）
单位为min，必须是正数
VD144
副调节器微分时间（Td）
单位为min，必须是正数
表4-2PID指令回路表
控制程序如图4-14—图4-所示：
主程序：
图4-14控制程序1
主调节器程序：
图4-15控制程序2
图4-16控制程序3
图4-17控制程序4
副调节器程序：
图4-18控制程序5
图4-19控制程序6
图4-20控制程序7
第五章组态画面的设计
本章详细的讲解一个组态系统的建立和设计。
5.1组态变量的建立及设备连接
5.1.1新建项目
双击组态王的快捷方式，出现组态王的工程管理器窗口，双击新建按扭，按照弹出的建立向导，填写工程名称。
然后打开刚建立的工程。
进入组态画面的设计，如图5-1：
图5-1新建工程
1.新建画面
进入工程管理器后，在画面右方双击“先建”，新建画面，并设置画面属性，图5-2所示：
图5-2画面新建
2.新建设备
因为组态画面要与西门子S7-200PLC连接之后才能使用，所以要新建S7-200的连接，具体步骤如图5-3：
图5-3步骤1
图5-4步骤2
图5-5步骤3
图5-6步骤4
3.新建变量
要实现组态王对S7-200的在线监控，就先必须建立两者之间的联系，那就需要建立两者间的数据变量。
基本类型的变量可以分为“内存变量”和IO变量两类。
内存变量是组态王内部的变量，不跟被监控的设备进行交换。
而IO变量是两者之间互相交换数据的桥梁，S7-200和组态王的数据交换是双向的。
如图
5-7所示：
图5-7新建变量
项目中所用到的变量见图5-8：
图5-8变量表
5.2创建组态画面
5.2.1新建主画面
如图5-9所示，高温报警用来显示当温度高于95°C的时候，等会变红闪烁，加热炉上的指示灯用来指示加热炉的加热状态。
图5-9控制系统主画面
5.2.2新建PID参数设定窗口
图5-10PID参数设定窗口
如图5-10所示，PID参数设定窗口，用来设定主控制器和副控制器的PID参数值，可与PID参数的整定。
5.2.3新建数据报表
数据报表是反应生产过程中的数据、状态等，并对数据进行记录的一种重要形式。
数据报表有实时数据报表和历史数据报表，既能反应系统实时的运行情况，也能监测长期的系统运行状况，如图5-11所示：
图5-11数据报表窗口
5.2.4新建实时曲线
实时趋势曲线可在工具箱中双击后在画面直接获得。
实时趋势曲线随时间变化自动卷动，可快速反应变量的新变化。
如图5-12所示:
图5-12实时曲线窗口
5.2.5新建历史曲线
历史趋势曲线可在图库管理器中得到。
历史趋势曲线可以查询查询过去的情况。
历史趋势曲线需要事先建立两个内存变量，分表是调整跨度和举动百分比。
图5-13历史曲线窗口
5.2.6新建报警窗口
在工具箱中选用报警窗口工具，在面板中绘制报警窗口，添加文本等就可。
如图5-14所示。
由于前面已经设置了报警变量，所以当变量值超过所设置的温度85度时，那就会在报警画面中被记录。
如图5-14所示:
图5-14历史报警窗口
其制作过程和历史报警窗口类似，不同的是，实时报警画面是要弹出来的，所以必须在新建画面的时候，把大小调好，并选择是“覆盖式”。
画面的自动弹出，在事件命令语言中，输入showpicture（"实时报警窗口"）;\\本站点\$新报警=0;，这样每次新报警有产生，就会立刻出报警画面。
如图5-15所示。
图5-15实时报警窗口
第六章系统测试
组态王和PLC编程软件不能同时启动，因为他们使用的是同一个端口，要想在线利用组态王监控程序，那就先必须在关闭组态王的情况下，先把PLC程序下载到PLC中，并且运行程序，再把编程软件关闭，才可以启动组态王，这样就可以利用组态王在线监控了。
6.1启动组态王
打开组态王的项目工程管理器，点击窗口栏中“WIEW”或者在画面中点击右键，选择“切换到VIEW”，启动组态王，进入主画面。
这个时候，系统会自动打开一个信息窗口，可以通过信息窗口来知道，组态王的运行情况以及和PLC的连接是否成功。
如果连接不成功，会出现通信失败的提示语言，那就要查明原因，否则不能监控。
如果提示连接设备成功，窗口会显示开始记录数据，那就表示可以开始系统的运行了。
组态监控启动之后，会自动显示组态画面，如图6-1所示：
图6-1监控主画面
6.2实时曲线观察
点击组态画面的实时曲线按钮，可以观察，在自PID参数的作用下，控制效果的情况。
如图图6-3所示：
图6-2温度实时曲线
6.3分析历史趋势曲线
点击主画面上的历史趋势曲线按钮，可以显示，温度控制的曲线记录，由此可以分析PID参数的作用效果，从而完成PID参数的整定。
图6-3温度历史曲线
如图6-3所示，控制器起到了调节作用，最后温度稳定在了设定温度上，但是调节时间太长，大约10min左右，所以，我们需要增大Kc。
点击主控控制画面的参数设定窗口，可以显示PID参数设定界面。
参数设置如图6-4所示：
图6-4PID参数设置
PID参数修改后的的控制曲线如图6-5所示：
图6-5响应曲线1
如图6-5所示，曲线的响应时间增快了，约5min。
但是曲线稳定后总是存在稳定误差，所以我们应减小主控制器的积分时间，把Ti设为3min，控制曲线如图6-6所示：
图6-6响应曲线2
如图6-6所示，主控制器Kc=4,Ti=3min，副控制器Kc=6得到了控比较理想的控制曲线。
6.4查看数据报表
点击主画面的数据报表窗口，出现报表窗口，点击报表查询，可以查看报表记录的数据。
如图6-7所示：
图6-7报表查询
记录的数据如图6-8所示：
图6-8数据记录
6.5系统稳定性测试
为了测试系统的的稳定性，我们把温度设定为80°C，所得到的控制曲线如图6-9所示：
图6-960-80时的控制曲线
如图所示，当设定温度改变时，系统是比较稳定的。
当实际温度超过85°C时，会出现报警画面，如图6-10所示：
图6-10报警画面
系统报警在工业生产中有着重要的作用。
结束语
本文成功的运用了西门子S7-200PLC和组态王设计了一个人机监控的温度控制系统。
系统采用串级PID控制，利用粗调和细调，得到了一个反应比较迅速，控制精度比较高的温度控制系统。
组态王操作方便，有利于我们比较直观的观看控制曲线和温度的变化。
其中的报表、历史曲线和报警显示都是在当今工业控制中常用的。
当然，本控制系统还有很多不足的地方。
例如，系统的自适应能力不强，因为是利用散热来降温的，所以与外界温度环境密接相关，在不同的温度环境下控制精度和控制能力是不同的。
参考文献
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[8]组态王.组态王使用说明书.北京亚控,2006
致谢
通过这一阶段的努力，我的毕业论文《基于PLC的锅炉温度控制系统》终于完成了，这意味着大学生活即将结束。
在大学阶段，我在学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。
在本论文的写作过程中，我的导师李长云老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。
同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。
写作毕业论文是一次再系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。
在今后的工作中把严密谨慎的优良传统发扬光大。
感谢各位老师的批评指导。
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