基于西门子s7300PLC的恒温控制的课程设计.docx

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基于西门子s7300PLC的恒温控制的课程设计

基于西门子s7-300PLC的恒温控制的课程设计

大连民族学院机电信息工程学院

自动化系

电气控制技术课程设计报告

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：

2013.6.17~2013.7.5

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

2013.6.17~2012.6.18学习温度变送器和固态继电器的工作原理；

⒉2013.6.19~2013.6.21总体方案及PLC硬件设计；

2013.6.22~2013.6.26PLC控制系统的软件设计和仿真调试；

2013.6.27~2013.7.1PLC控制系统的现场调试；

2013.7.2~2013.7.3撰写设计报告；

2013.7.4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

2总体方案设计

根据系统具体指标要求，可以对每一个具体部分进行分析设计。

整个控制系统分为硬件电路设计和软件程序设计两部分。

系统硬件框图结构如图所示:

-

图2.1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把这个测量信号经过标度变换与设定值比较得到偏差，经PID运算后，发出PWM控制信号，经PWM来控制固态继电器，来调节炉丝两端的电压，从而实现炉丝温度的连续控制。

2.1硬件方案

经过资料查找，并观看了课程设计设备，确定了以下硬件方案，由西门子s7-300PLC做控制器，通过PWM控制固态继电器来调节炉丝电压，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模块进行调节。

2.2软件方案

经过考虑，选择了顺序控制作为软件设计的模板，并在OB35模块中对采样和偏差计算部分进行调用。

并对PID参数进行初步调节。

3硬件设计与实现

3.1检测电路

这里的检测电路主要由Pt100测量电路和变送器的变送电路组成。

除了 用于测量温度的热电偶，实际生产中经常使用热电阻。

  这些设备的直流电阻变化（几乎）作为线性温度的函数。

  或许其中最常见的是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变化。

  而温度系数略有不同在一个很宽的温度范围内，（通常为0.0036至0.0042欧姆/ º C），它可以被认为是合理恒定在50或100 º C范围内。

  普遍接受的平均温度系数为0.00385欧姆每º C。

  据此，PT100往往可以在不超过这个范围线性化使用提供相应的系数进行评估。

  这个装置也能承受的温度范围很广，从-200到800 º C的能力，以及一些应用中的温度系数的变化可以容忍的。

  此外，PT100提供了稳定和可重复的温度特性。

仪器仪表应用经常使用可编程逻辑控制器（PLC）来存储和处理数据，因此在检测设备模拟输出信号必须为AD转换器缩放的PLC输入卡适当关注。

  这通常是由传感器来完成驱动电路。

  有几个标准电压由制造商使用的范围 ，这些包括0至1，0至5和0至10伏

3.2控制电路

控制电路则由PLC的DO端口输出的PWM对固态继电器进行连续控制。

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，采用混合工艺组装来实现控制回路（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，但它们的工作原理基本上是相似的。

主要由输入（控制）电路，驱动电路和输出（负载）电路三部分组成。

固态继电器的输入电路是为输入控制信号提供一个回路，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控制电流随输入电压呈线性的正向变化。

恒流输入电路，在输入电压达到一定值时，电流不再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

4.1主程序

4.2中断程序

5调试及性能分析

5.1调试分析

5.1.1软件调试

在最开始，软件没有使用OB35中断模块，并且没用使用背景数据块与共享数据块，在一些参数的调用上会出现错误，并且PID模块FB58也无法正常工作，后来查找了一些资料，并询问了后知道了并不能这么调用。

需要另外建立一个共享数据块对设定值进行存储，这样OB1与OB35都可以调用这个变量且不会产生错误。

至于背景数据块则是在运行过程中对PID的参数进行存储，不至于产生别的影响，使程序正常运行。

5.1.2硬件调试

在最开始的时候，硬件问题主要集中在程序无法下载中，后来使用下载线进行程序下载。

在使用了下载线后，程序能够下载了，但是FC105模块的使能信号一经触发便会产生错误，经过老师的检查发现是AI接口的错误，AI接口无法采集数据，在多次调试无效后换了一台实验台，这个现象就消失了。

5.1.3系统功能调试

进过调试后，系统平稳运行，虽然还有2℃以内的误差，但是基本符合了系统的设计要求，PID参数也进行了人工整定，控制状态良好

总结

本设计研究了电炉的温度控制，系统采用西门子的S7-300PLC为控制器，运用了PID算法对炉丝温度进行控制，最后可在监控的电压表上观测到温度变送器的实时变化。

该系统采用S7-300PLC对电炉丝温度进行控制，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掌握。

但是对于操作该类PLC配套的人来说还是有些地方有混淆，但是可以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控制，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，并不是每次都会得到理想的参数，并且参数的自整定需要花很成长的时间；系统的硬件部分过于复杂，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进的。

参考文献

[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

附录1调试系统照片