水箱温度控制系统Word文档格式.docx
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本次设计是基于PLC水箱恒温控制系统，通过可编程控制器控制，让水箱中的水保持恒定值60°
。
首先要通过PT-100铂电阻来检测水温，并把检测到的温度与设定值进行比较，将其偏差值经过PID运算后控制双向晶闸管的导通角，调节加热丝的功率，从而使实际温度迅速接近给定值温度。
PID参数主要受到进出
水流量、水箱水温设定控制温度、室温等因素影响。
水箱温度控制实物图如图
1-1所示。
在设计中我会先进行硬件设计部分，然后进行软件设计并调试，依次向大家阐述整个编程所需要的知识。
寸三二
图1-1水箱控制示意图
2水箱控制系统的硬件
本章首先介绍，.（本章思路总体叙述）
2.1PLC组成和工作原理
2.1.1PLC的组成
PLC基本组成包括中央处理器（CPU、储存器、输入/输出接口（缩写为I/O,包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等）、外部设备编程器及电源模块组成。
PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系
统。
中央处理器由控制器、运算器和寄存器组成并集成在一个芯片内。
CPU通过
数据总线、地址总线、控制总线和电源总线与储存器、输入输出接口、编程器和电源相连接。
存储器是具有记忆功能的半导体电路，主要用来放存系统程序、用户程序和工作数据等。
PLC中使用的存储器由只读存储器（ROM、随机存储器（RAM及察除只读存储器（EPROM组成。
存储器是衡量PLC性能的一个重要指标。
I/O接口，输入接口用于接收和采集两种类型的输入信号，一类是按钮、转换开关、行程开关、继电器触头等开关量输入信号；
另一类是有电位器、测速发电机和各种变换器提供的连续变化的模拟量输入信号。
输出接口模块是PLC与现场设备之间的连接部件，用来将输出信号送给控制对象。
其它接口用于主机单元的I/O数量不够用，可以通过I/O扩展接口电缆与I/O扩展但愿相连进行扩充。
编程器作用是将用户编写的程序下载至PLC的用户程序储存器，并利用编程器检查、修改和调试用户程序，监视用户程序的执行过程，显示PLC状态、内部器件及系统的参数等。
电源是为PLC将外部供给的交流电转换成供CPU存储器等所需的直流电。
是整个PLC的能源供给中心。
PLC大都采用高质量的工作稳定信号、抗干扰能力强的开关稳定电源，大多PLC内部电源还可以向外部提供24V稳压电源。
2.1.2PLC的工作原理
PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式，每次扫描过程集中对输入信号进行采样，输入刷新过程中当输入端口关闭时，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。
只有程序进行下次扫描时，新状态才被读入。
一个扫描周期分为输入采样、程序执行、输出刷新。
元件影响寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。
扫描周期的长短决定CPI执行指令的速度、指令本
身占有的时间和指令数。
由于采用集中采样，集中输出方式，存在输入/输出滞
后的现象。
2.2输入输出设备选用
221EM235温度模块
温度控制模块可以直接接热电偶、铂电阻等温度检测元件项链，接受来自温度传感器的信号，温度控制模块就相当于温度变送器A/D转换器将生产现场的温度信号值送给PLC经PLC处理后通过模拟量输出模块这样就可以实现温度控制系统。
EM235是最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。
模拟量扩展块提供了模拟量输入/输出的功能，使用与复杂的控制现场和直接与传感器执行器相连接，具有12位的分辨率和多种输入/输出范围，并且EM235模块可直接与PT-100热电阻相连。
EM235模块是组合强功率精密线性电流互感器、意法半导体（ST）单片集成变送器ASIC芯片于一体的新一代交流电流隔离变送器模块，它可以直接将被测主回路交流电流转换成按线性比例输出的DC4-20mA!
流环标准信号，连续输送到接收装置。
下面以EM235为例讲解模拟量扩展模块接线图，如图2-1。
EM235嘆拟组合4输入门输岀
（6ES7235-0KD22-0XA0）
Lj
24VDC=
电源
图2-1EM235示意图
图2-1演示了模拟量扩展模块的接线方法，对于电压信号，按正、负极直接接入X+和X—;
对于电流信号，将RX和X+短接后接入电流输入信号的“+”端；
未连接传感器的通道要将X+和X-短接。
对于某一模块，只能将输入端同时设置为一种量程和格式，即相同的输入量
程和分辨率。
2.2.2PT-100
pt100是铂热电阻，它的阻值跟温度的变化成正比。
PT100的阻值与温度
变化关系为：
当PT100温度为0C时它的阻值为100欧姆，在100C时它的阻值约为138.5欧姆。
它的工业原理：
当PT100在0摄氏度的时候他的阻
值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。
PT-100例图如
图2-2所示。
图2-2Pt-100
电阻式温度检测器是一种物质材料组成的电阻，它会随温度升高而改变电阻值，如果它随温度的上升而电阻值也跟着上升就称为正电阻系数，如果它随温度上升反而下降就称为负电阻系数。
大部分电阻式温度检测器是以金属做成的，其中以白金做成的电阻式温度检测器，最为稳定、耐酸、不会变质、相当线性等等，最受工业界采用。
PT-100温度传感器是一种以白金做成的电阻式温度检测器，属于正电阻系数，在电阻和温度变化的关系式如下：
R=Ro（1+aT其中a=0.00392,Ro为100欧姆，T为摄氏温度因此白金做成的电阻式温度检测器，又称为PT-100。
1:
Vo=2.55mA*100（1+0.00392T）=0.225+T/1000。
2:
量测Vo时，不可分出任何电流，否则量测值会不准。
电路分析由于一般电
源供应较多零件之后，电源是带杂讯的，因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件，由于7.2齐纳二极体的作用，使得1K电阻和5K可变电阻之电压和为6.5V，靠5K可变电阻的调整可决定电晶体的射极电流，而我们必须将集极电流调为2.55mA使得量测电压V如箭头所示为2.55+T/1000。
其后的非反向放大器，输入电阻几乎无限大，几乎同时又放大10倍，使得运算放大器输出位2.55+T/100。
6V齐纳二极体的作用如7.2V齐纳二极体的作用，我们利用它调出2.55V，因此
电压追随器的输出电压V1亦为2.55V。
其后差动放大器之输出为Vo=10（V2-V1）=10（2.55+T/100-2.55）=T/10，如果现在温室为25°
C,则输出电压为2.5V。
2.2.3S7-200PLC及CPL模块的选择
S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。
S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。
因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。
S7-200系列出色表现在以下几个方面：
极高的可靠性；
极丰富的指令集；
易于掌握;
便捷的操作；
丰富的内置集成功能；
实时特性；
强劲的通讯能力；
丰富的扩展模块。
S7-200PLC实物图如图2-3所示。
图2-3S7-200PLC实物
S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。
使用范围可覆盖从
替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。
应用领域极为广泛，覆盖所有与
自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。
女口：
冲压机床、磨床、印刷机械、橡胶化工机械、中央空调、电梯控制、运动系统。
S7-200系列PLC可提供5个不同的基本型号的8种CPU
表2-1S7-200CPU的技术指标
特性
CPU221
CPU222
CPU224
CPU224XP
CPU226
本机I/O
?
数字量
模拟量
6入/4出
8入/6出
14入/10出
2入/1出
24入/16出
取大扩展模块数量
0个模块
2个模块
7个模块
数据存储区
2048字节
8192字节
10240字节
掉电保持时间
50小时
100小时
程序存储器：
可在运行模式下编辑
不可在运行模式下编辑
4096字节
12288字节
16384字节
24576字节
高速计数器
单相
4路30KHz
6路30KHz
2路200KHz
双相
2路20KHz
4路20KHz
3路20KHz
1路100KHz
脉冲输出
（DC
2路100KHz
模拟电位
器
1
2
实时时钟
配时钟卡
内置
通讯口
1XRS485
1XRS485
2XRS485
2XRS-485
浮点数运
算
有
I/O映象区
256
128入/128
出
128入/128出
布尔指令执行速度
0.22卩s/
指令
0.22卩s/指令
0.22卩s/指
令
外形尺寸
（mr）i
90X80X62
120.5X80X62
140X80X62
190X80X62
S7-300
中/大型Higb^end
range
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