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基于PLC的水箱温度控制系统
【摘要】
本文研究的是可编程控制器在水箱恒温控制系统中的应用，水箱恒温控制装置主要用来完成对水箱中液体的液位和温度检测，并对温度参数进行调节。
系统中温度控制是一个非常重要的部分。
通过铂热电阻对温度进行测量，将测量到的温度传到PLC中。
PLC对采集到的温度值与给定值进行比较，经过PID运算后，调节双向晶闸管在设定周期内通断时间的比例，改变加热丝中电流大小及加热时间，以完成对温度的控制要求。
本系统硬件部分主要由CPU224、EM235、双向晶闸管等组成；软件部分主要由PID控制来完成。
关键词：
PLCCPU224EM235双向晶闸管PID控制
Abstract:
Inthispaper,istheprogrammablecontrollerinthewatertanktemperaturecontrolsystemapplication,watertanktemperaturecontrolsystemismainlyusedtocompletethetankliquidlevelandtemperaturedetection,andadjustthetemperatureparameters.System,temperaturecontrolisaveryimportantpart.ByplatinumRTDtemperaturemeasurementwillbemeasuredinthetemperaturereachedthePLC.PLConthecollectedtemperaturevaluescomparedwithagivenvalue,afteraPIDoperation,theregulatorTriacoffthesetperiodoftimetheratioofchangeinheatingwireinthecurrentsizeandheatingtimetocompletetherighttemperaturecontrolrequirements.
ThesystemhardwaremainlybytheCPU224,EM235,bi-directionalthyristoretc.;software,someofthemajorbythePIDcontroltocomplete.
Keywords:
PLCCPU224EM235TriacPIDControl
目录
1.前言1
1.1恒温系统应用1
1.2PLC的结构1
1.2.1中央处理单元（CPU）1
1.2.2存储器1
1.2.3电源2
1.3PLC的工作原理2
1.3.1PLC的基本工作原理2
1.3.2PLC编程方式3
1.4PLC的控制系统发展趋势3
1.5PLC控制系统的构成设计原则及步骤4
1.5.1PLC的设计原则4
1.5.2PLC的设计步骤5
2硬件设计7
2.1工作过程7
2.2I/O地址分配7
2.3选择硬件8
2.3.1CPU2248
2.3.2双向晶闸管9
2.3.3热电阻原理构造10
3PID的介绍11
3.1PID的工作原理11
3.2PID参数整定12
3.3PID模块介绍13
3.3.1PID回路表的格式及初始化13
3.3.2PID程序14
4程序18
4.1顺序功能流程图18
4.2程序设计20
结束语25
谢辞26
参考文献27
1.前言
1.1恒温系统应用
在日常生活、工业生产和实验室中电热恒温箱的应用随处可以见到。
在生活中我们保存食物用到恒温箱，工业生产中一些生产原料的保存用到恒温箱，实验室里，特别是生物的培育实验室，恒温箱的应用更是普遍。
可编程控制器即PLC是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发出来的，现在已经广泛应用于工业控制的各个领域。
它以微处理器为核心，用编写程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量是输入/输出来控制设备或生产过程。
在本设计中，我们针对实验水箱而设计的一个恒温系统，针对温度控制的特点以及实现准确温度控制的意义，设计了一种基于PID的恒温检测控制系统。
1.2PLC的结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机相同。
1.2.1中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢，它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器I/O以及警戒定时器的状态；并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或算数运算,运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统或采用三CPU的表决式系统，这样即使某个CPU出现故障整个系统仍能正常运行。
1.2.2存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
（1）PLC常用的存储器类型
①RAM（RandomAssessMemory），这是一种读/写存储器（随机存储器），其存取速度最快，由锂电池支持。
②EPROM（ErasableProgrammableReadOnlyMemory），这是一种可擦除的只读存储器，在断电情况下存储器内的所有内容保持不变（在紫外线连续照射下可擦除存储器内容）。
③EEPROM（ElectricalErasableProgrammableReadOnlyMemory），这是一种电可擦除的只读存储器，使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。
（2）PLC存储空间的分配
虽然各种PLC的CPU的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理其存储空间一般包括以下三个区域：
系统程序存储区；系统RAM存储区（包括I/O映象区和系统软设备等）；用户程序存储区。
①系统程序存储区
在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序，包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序、等由制造厂商将其固化在EPROM中，用户不能直接存取，它和硬件一起决定了该PLC的性能。
②系统RAM存储区
系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备如：
逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器、等存储器。
aI/O映象区
由于PLC投入运行后只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设，因此它需要一定数量的存储单元（RAM）以存放I/O的状态和数据，这些单元称作I/O映象区，一个开关量I/O占用存储单元中的一个位（bit），一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字（16个bit），因此整个I/O映象区可看作两个部分组成：
开关量I/O映象区，模拟量I/O映象区。
b系统软设备存储区
除了I/O映象区区以外，系统RAM存储区还包括PLC内部各类软设备（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）的存储区，该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC断电时由内部的锂电池供电，数据不会遗失，后者当PLC断电时数据被清零。
c用户程序存储区
用户程序存储区存放用户编制的用户程序，不同类型的PLC其存储容量各不相同。
1.2.3电源
PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。
如果没有一个良好的可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视，一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内可以不采取其它措施，而将PLC直接连接到交流电网上去。
1.3PLC的工作原理
1.3.1PLC的基本工作原理
（1）PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式
1）每次扫描过程。
集中对输入信号进行采样。
集中对输出信号进行刷新。
2）输入刷新过程。
当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新
状态，新状态不能被读入。
只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。
3）一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。
4）元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。
5）扫描周期的长短由三条决定：
CPU执行指令的速度；指令本身占有的时间；指令条数。
6）由于采用集中采样。
集中输出的方式。
存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。
（2）PLC与继电器控制系统、微机区别
1）PLC与继电器控制系统区别
前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”。
前者用“软件”，后者用“硬件”。
2）PLC与微机区别
前者工作方式是“循环扫描”。
后者工作方式是“待命或中断”。
1.3.2PLC编程方式
PLC最突出的优点采用“软继电器”代替“硬继电器”。
用“软件编程逻辑”代替“硬件布线逻辑”。
PLC编程语言有梯形图、布尔助记符语言，等等。
尤其前两者为常用。
梯形图语言特点：
（1）每个梯形图由多个梯级组成。
（2）梯形图中左右两边的竖线表示假想的逻辑电源。
当某一梯级的逻辑运算结果是“1”，有假想的电流流过。
（3）继电器线圈只能出现一次，而它的常开、常闭触点可以出现无数次。
（4）每一梯级的运算结果，立即被后面的梯级所利用。
（5）输入继电器受外部信号控制。
只出现触点，不出现线圈。
1.4PLC的控制系统发展趋势
（1）PLC发展的潮流
目前，国外PLC制造商不断推出新产品。
西门子最初推出S5系列，然后推出S7系列；三菱开始是F系列，FX系列，现在是Q系列（A1、A2、A2X）。
大趋势是功能越来越多，集成度越来越高，网络功能越来越强。
特别是网络，因为联网是一个大潮流。
现在各种PLC都在发展自己的网络，一般从结构上有两种，一种在PLC模块上做了一个通信输出口，可以直接与计算机联接实现点对点通信（RS232联接）；另一种是通过多点联接（RS485联接），这适用于多层PLC。
这方面，西门子的产品具有代表性，它具有自己的PROFIBUS协议的网络标准，现在已经被世界上绝大多数国家接受，几乎已经成为国际标准，获得广泛的应用。
目前网络是一个发展趋势。
网络的控制中心一般有两台计算机，通过电缆与现场的PLC站相连，每个站就放在被控设备的附近，从设备到PLC站之间的电缆很短，从PLC站到控制中心只需一根电缆线，这样成本就大大降低了。
（2）PLC的最新发展动态
一是PLC网络化技术的发展，其中有两个趋势，一方面，PLC网络系统已经不再是自成体系的封闭系统，而是迅速向开放式系统发展，各大品牌PLC除了形成自己各具特色的PLC网络系统，完成设备控制任务之外，还可以与上位计算机管理系统联网，实现信息交流，成为整个信息管理系统的一部分。
另一方面，现场总线技术得到广泛的采用，PLC与其他安装在现场的智能化设备，比如智能化仪表，传感器，智能型电磁阀，智能型驱动执行机构等，通过一根传输介质（比如双绞线，同轴电缆，光缆）连接起来，并按照
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