基于PLC的PID多点温度的控制的系统Word文档下载推荐.doc

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它最初并没有像个人计算机那样得到名称上的广泛认同，但是却给制造业带来了同样意义重大的冲击。

PLC通常被称为工厂级别的个人计算机。

第一章PLC的起源及发展

1.1 PLC起源

1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求；

　　1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程逻辑控制器PDP—14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程逻辑控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。

1969年，美国研制出世界第一台PDP-14；

1971年，日本研制出第一台DCS-8；

1973年，德国研制出第一台PLC；

1974年，中国研制出第一台PLC。

1.2 PLC发展

20世纪70年代初出现了微处理器。

人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。

此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。

20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。

更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。

世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。

这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。

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，可编程逻辑控制器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。

20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。

这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。

1.3当前温度控制系统的发展状况

近年来，我国以信息化带动的工业化的方式正在蓬勃发展，温度已成为工业对象控制中一种重要的参数，特别是在冶金、化工、机械等各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等。

由于炉子的种类及原理不同，因此，所采用的加热方式及燃料也不同，如煤气、天然气、油、电等。

对于不同的生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，选用的燃料，控制方案也有所不同。

其控制方式有直接数字控制（DDC）,推断控制，预测控制，模糊控制（Fuzzy），专家控制（ExpertControl）,鲁棒控制（RobustControl）,推理控制等。

随着工业技术的不断发展，传统的控制方式已经不能满足高精度、高速度的控制要求。

如接触器温度控制仪表，其主要缺点是温度波动大，由于主要通过控制接触器的通段时间比例来改变加热功率的目的，受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制，通断频率很低。

近年来快速发展了多种先进的温度控制方式，如：

PID控制，模糊控制，神经网络及遗传算法控制等。

这些控制技术大大的提高了控制精度，不但是控制变得简便，而且使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效率。

第二章PLC的基本概念以及组成

2.1 PLC基本概念

可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

2.2 PLC组成基本结构

可编程逻辑控制器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，基本构成为：

2.2.1电源

可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。

如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器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

2.2.2中央处理单元（CPU）

中央处理单元（CPU）是可编程逻辑控制器的控制中枢。

它按照可编程逻辑控制器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。

当可编程逻辑控制器投入运行时，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。

为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双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。

2.2.3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。

2.2.4输入输出接口电路

1．现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。

2．现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。

2.2.5功能模块

如计数、定位等功能模块。

2.2.6通信模块

第三章PLC硬件及软件

3.1 PLC硬件介绍

3.3.1设备选型

选择S7-300系列CPU313C-2DP；

模拟量采集模块选择SM331；

模拟量输出模块选择SM332。

3.3.2设备参数

CPU313C-2DP:

数字输入16路

数字输出16路

三个计数器

外观如图3-1所示

图3-1CPU313C-2DP外观图

模拟量采集模块SM331：

4路模拟量输入（4-20mA）

模拟量输出模块SM332：

4路模拟量输出（4-20mA）

3.2 PLC安装及使用说明

如图3-2为S7-300安装图

图3-2S7-300安装图

模拟量模块一个通道占一个字地址。

从IB256开始，给每一个模拟量模块分配8个字。

S7-300CPU介绍：

1．模块诊断功能

可以诊断出以下故障：

失压，熔断器熔断，看门狗故障，EPROM、

RAM故障。

模拟量模块共模故障、组态/参数错误、断线、上下溢出。

2．过程中断

数字量输入信号上升沿、下降沿中断，模拟量输入超限，CPU暂

停当前程序，处理OB40。

3．状态与故障显示LED

SF（系统出错/故障显示，红色）：

CPU硬件故障或软件错误时亮。

BATF（电池故障，红色）：

电池电压低或没有电池时亮。

DC5V（＋5V电源指示，绿色）：

5V电源正常时亮。

FRCE（强制，黄色）：

至少有一个I/O被强制时亮。

RUN（运行方式，绿色）：

CPU处于RUN状态时亮；

重新启动

时以2Hz的频率闪亮；

HOLD（单步、断点）状态时以0.5Hz的频

率闪亮。

STOP（停止方式，黄色）：

CPU处于STOP，HOLD状态或重新启动时常亮。

BUSF（总线错误，红色）。

4．模式选择开关

（1）RUN-P（运行-编程）位置：

运行时还可以读出和修改用户程序，改变运行方式。

（2）RUN（运行）位置：

CPU执行、读出用户程序，但是不能修改用户程序。

（3）STOP（停止）位置：

不执行用户程序，可以读出和修改用户程序。

（4）MRES（清除存储器）：

不能保持。

将钥匙开关从STOP状态搬到MRES位置，可复位存储器，使CPU回到初始状态。

复位存储器操作：

通电后从STOP位置扳到MRES位置，“STOP”LED熄灭1s，亮1s，再熄灭1s后保持亮。

放开开关，使它回到STOP位置，然后又回到MRES，“STOP”LED以2Hz的频率至少闪动3s，表示正在执行复位，最后“STOP”LED一直亮。

3.3 PLC模拟量接线图

3.3.1模拟量SM331接线图如图3-3所示

图3-3模拟量输入模块

图3-4SM331模拟量输入模块的模拟值（双极性）

图3-5SM331模拟量输入模块的模拟值（单极性）

3.3.2模拟量SM332接线图如图3-6所示

图3-6图3-3模拟量输出模块

3.4S7-300编程软件

3.4.1S7-300编程软件介绍

S7-300编程软件为西门子STEP7　　

西门子STEP7是用于SIMATICS7-300/400站创建可编程逻辑控制程序的标准软件，可使用梯形图逻辑、功能块图和语句表进行编程操作。

在常规功能之外还具备以下的特点:

DK3964R