基于s7200的家用浴缸水溫pid的控制 課程設(shè)計(jì)

1、 學(xué)號(hào) 電氣控制與 PLC 技術(shù)課 程 設(shè) 計(jì) （ 屆本科） 題 目： 基于S7-200的家用浴缸水溫PID的控制 系（部）院：專業(yè)： 作者姓名：指導(dǎo)教師： 完成日期： 年 二 一 三 年 六 月目 錄摘 要. 1第一章 概述. 21.1 PLC簡述 . 21.2 PLC工作原理 . 2第二章 硬件設(shè)計(jì). 32.1 控制要求 . 32.2選擇PLC型號(hào)和硬件 . 4 2.2.1 PLC型號(hào)選擇 . 4 2.2.2 硬件選擇 . 42.3 S7-200 PLC的PID功能指令 . 42.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖 . 62.5 I/O分配表 . 72.6 I/O接線圖 . 8第三章 軟件設(shè)計(jì). 93.1

2、軟件梯形圖 . 93.2程序調(diào)試 . 113.3語句表 . 123.4實(shí)際操作 . 12結(jié)束語 . 15參考文獻(xiàn). 16 摘 要 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度,流量，壓力和液位是最常見的四種過程變量。其中溫度是一個(gè)重要的變量。例如在冶金工業(yè)，化工工業(yè)和電力工業(yè)等諸多領(lǐng)域，都需要對(duì)加熱爐，熱處理爐和鍋爐等的溫度進(jìn)行控制。本次試驗(yàn)?zāi)M工業(yè)控制中對(duì)溫度的控制。本次PLC課程設(shè)計(jì)為溫度PID控制，顧名思義就是用PID的算法去控制溫度，使之快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的達(dá)到要求的溫度值。在硬件方面主要用到溫度控制單元、計(jì)算機(jī)、S7-200 PLC；而軟件方面則通STEP7-Micro/WIN32編程軟件對(duì)

3、PLC的PID指令進(jìn)行操作。實(shí)驗(yàn)需要在溫度控制單元上進(jìn)行連線，應(yīng)用PLC的擴(kuò)展模塊模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊對(duì)反饋回來的值進(jìn)行處理,然后再送往PLC的CPU?？梢杂密浖M(jìn)行監(jiān)控，觀察系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間，然后不斷改變PID系數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到最佳。 關(guān)鍵字：PLC；PID；受熱體；加熱器；溫度控制1第一章 概述1.1 PLC簡述可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC具有控制能力

4、強(qiáng)、可靠性高、使用靈活方便和易于編程、擴(kuò)張、通信等一系列優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)今及今后工業(yè)控制的主要手段和控制核心，因此PLC技術(shù)、數(shù)控計(jì)數(shù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)以及機(jī)器人技術(shù)、已并列為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的四大支柱。西門子是中國多個(gè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域的領(lǐng)先工業(yè)解決方案供應(yīng)商，在制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)控制、驅(qū)動(dòng)、低壓控制以及電氣安裝技術(shù)方面提供了各類創(chuàng)新、可靠、高效和優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。并全面提供系統(tǒng)的解決方案和服務(wù)，產(chǎn)品涵蓋范圍廣，在信息、通信、自動(dòng)化與控制、電力、交通醫(yī)療、照明等各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域處于優(yōu)勢(shì)。1.2 PLC工作原理PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的，即在PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根

5、據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器的程序。按指令序號(hào)（或地址號(hào)）做周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的掃描一個(gè)周期必須輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。輸入刷新階段 在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成輸入端刷新工作后，將關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變，而這些變化必須等到下一工作周期的輸入刷新階段才能被讀入。程序執(zhí)

6、行階段 在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐步執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸入刷新階段。輸出刷新階段 當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電 2路（輸出映像寄存器），并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實(shí)際輸出。由此可見，輸入刷新、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段構(gòu)成PLC一個(gè)工作周期，由此循環(huán)往復(fù)，因此稱為循環(huán)掃描工作方式。顯然掃描周期的長短主要取決于程序的長短。掃描周期越長，響應(yīng)速度越慢。由于每個(gè)掃描周期只進(jìn)行一次I/O刷新，即每一個(gè)掃描周期P

7、LC只對(duì)輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，所以系統(tǒng)存在輸入輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。但是由于其對(duì)I/O的變化每個(gè)周期只輸出刷新一次，并且只對(duì)有變化的進(jìn)行刷新，這對(duì)一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會(huì)造成影響，還會(huì)提高抗干擾能力。這是因?yàn)檩斎氩蓸与A段僅在輸入刷新階段進(jìn)行，PLC在一個(gè)工作周期的大部分時(shí)間是與外設(shè)隔離的，而工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的干擾常常是脈沖、短時(shí)間的，誤動(dòng)作將大大減小。PLC在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)行程序執(zhí)行階段。PLC在程

8、序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后，其結(jié)果在寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。此課程設(shè)計(jì)使用S7-200實(shí)現(xiàn)溫度PID控制第二章 硬件設(shè)計(jì)2.1 控制要求欲使受熱體維持一定的溫度，則需要降溫工具不斷給其降溫。這就需要同時(shí)有一加熱器以不同加熱量給受熱體加熱，這樣才能保證受熱體溫度恒定。本系統(tǒng)的給定值（目標(biāo)值）可以預(yù)先設(shè)定后直接輸入到回路中；過程標(biāo)量由在受熱體中的Pt100測(cè)溫并進(jìn)過溫度變送器給出，為單極性電源模擬量；輸出值是送至加熱器的電源，其允許變化范圍為最大的0%至100%。32.2選擇PLC型號(hào)和硬件2.2.1

9、 PLC型號(hào)選擇本溫度控制系統(tǒng)采用德國西門子S7200PLC。S7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。2.2.2 硬件選擇S7-200系列PLC可提供4個(gè)不同的基本型號(hào)CPU供您使用，即CPU221、CPU222、CPU224、CPU226。此系統(tǒng)選用S7-200CPU226型號(hào)， CPU226集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立

10、的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。可完全適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。2.3 S7-200 PLC的PID功能指令PID循環(huán)（PID）指令根據(jù)表格(TBL)中輸入和配置信息對(duì)引用LOOP執(zhí)行PID循環(huán)計(jì)算。 提供PID循環(huán)指令（成比例、整數(shù)、導(dǎo)出循環(huán)）進(jìn)行PID計(jì)算。邏輯堆棧（TOS）頂值必須是“打開”（功率流）狀態(tài)，才能啟用P

11、ID計(jì)算。本指令有兩個(gè)操作數(shù)：表示循環(huán)表起始地址的TBL地址和0至7常量的“循環(huán)”號(hào)碼。循環(huán)表存儲(chǔ)九個(gè)參數(shù)，用于控制和監(jiān)控循環(huán)運(yùn)算，包括程序變量、設(shè)置點(diǎn)、輸出、增益、樣本時(shí)間、整數(shù)時(shí)間（重設(shè)）、導(dǎo)出時(shí)間（速率）以及整數(shù)和（偏差）的當(dāng)前值及先前值。如果循環(huán)表起始地址或指令中指定的PID循環(huán)號(hào)碼操作數(shù)超出范圍，CPU編譯器將生成一則錯(cuò)誤（范圍錯(cuò)誤），編譯將會(huì)失敗。PID指令不對(duì)某些循環(huán)表輸入值進(jìn)行范圍檢查。您必須保證程序變量和設(shè)置點(diǎn)（以及作為輸入的偏差和先前程序變量）是0.0和1.0之間的實(shí)數(shù)。如果進(jìn)行PID計(jì)算的數(shù)學(xué)運(yùn)算時(shí)遇到錯(cuò)誤，將設(shè)置SM1.1（溢出或非法數(shù)值）并終止PID指令的執(zhí)行。（對(duì)循

12、環(huán)表中的輸出數(shù)值的更新可能不完整，因此您應(yīng)當(dāng)忽略這些數(shù)值，并在 4執(zhí)行下一個(gè)循環(huán)PID指令之前糾正引起數(shù)學(xué)錯(cuò)誤的輸入值。）在PID指令框中輸入的表格（TBL）起始地址為循環(huán)表分配三十六個(gè)字節(jié)。表2.1 回路表格式52.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖本系統(tǒng)的應(yīng)用程序主要由主程序、中斷服務(wù)程序和子程序組成。主程序的任務(wù)是對(duì)系統(tǒng)初始化，實(shí)現(xiàn)參數(shù)輸入并控制電加熱爐的正常運(yùn)行。主程序流程圖 圖2.1 主程序流程圖 62.5 I/O分配表表2.2 I/O分配表 表2.3 輸入輸出分配 72.6 I/O接線圖圖2.2硬件接線圖（，為正負(fù)接線端子：，代表內(nèi)部觸點(diǎn)） 驅(qū)動(dòng)模塊加熱器溫度變送 圖2.3 I/0接線圖 未用圖2

13、.3 I/0接線圖(局部放大)8第三章 軟件設(shè)計(jì)3.1軟件梯形圖 主程序： 910 3.2程序調(diào)試 打開電源，運(yùn)行PLC，接通SM0.0，開始調(diào)用子程序。 VD104目標(biāo)值43度VD112增益0.25VD116采樣時(shí)間0.1sVD120積分時(shí)間30minVD124微分時(shí)間0s輸入設(shè)定溫度，把設(shè)定溫度、各個(gè)值都導(dǎo)入PID，每個(gè)一定設(shè)置的時(shí)間中斷一次子程序進(jìn)行PID運(yùn)算。11 12 模擬信號(hào)的采樣處理，歸一化導(dǎo)入PID，讀入溫度并轉(zhuǎn)換，把實(shí)際溫度值放入VD100中，調(diào)用PID指令，PID程序進(jìn)行運(yùn)算，輸出PID的運(yùn)算結(jié)果，逆轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。停止過程中，把模擬量AQW0清零，停止繼續(xù)加熱，停止調(diào)用子

14、程序，仍然顯示原溫度。3.2語句表LD SM0.1CALL SBR_0:SBR0LD SM0.0MOVR 0.6, VD104MOVR 0.25, VD112MOVR 0.1, VD116MOVR 30.0, VD120MOVR 0.1, VD124MOVB 100, SMB34ATCH INT_0:INT0, 10 13ENILD SM0.0 ITD AIW0, AC 0 DTR AC 0, AC 0 /R 32000.0, AC 0 MOVR AC 0, VD100 LD I0.0 PID VB100, 0 LD I0.0MOVR VD108, AC 0 *R 32000.0, AC 0

15、ROUND AC 0, AC 0 DTI AC 0, AC 0 MOVW AC 0, AQW03.4實(shí)際操作 14結(jié)束語通過本次課程設(shè)計(jì)，是我加強(qiáng)了對(duì)PLC地形圖、指令表、外部接線的理解，還有經(jīng)過在網(wǎng)上查找資料以及到圖書館學(xué)習(xí)，也使我更好的理解和認(rèn)識(shí)了關(guān)于PLC設(shè)計(jì)原理和實(shí)際中的應(yīng)用過程。在課程設(shè)計(jì)過程中我們互相討論，請(qǐng)教老師，在不斷地調(diào)試各自的程序中，發(fā)現(xiàn)了很多各自的問題并進(jìn)行研究解決。我們?cè)囍貌煌脑O(shè)計(jì)方法來實(shí)現(xiàn)我們的課題，這樣不僅可以拓展我們的思路，還可以使我們的設(shè)計(jì)成果更加嚴(yán)謹(jǐn)。本次課程設(shè)計(jì)可以為以后工作打下一定的基礎(chǔ)，感謝本次課程設(shè)計(jì)，感謝我的指導(dǎo)老師！在這次課程設(shè)計(jì)中，我以前關(guān)于PLC的知識(shí)面得到了拓展，知道的得到了鞏固，不知道的借助于圖書館和網(wǎng)絡(luò)得到了解決，很棘手的疑難雜癥在老師的幫助下得到了很好的解決。在相關(guān)的資料的查詢中，我對(duì)信息的篩選能力有得到了提升。再次感謝指導(dǎo)老師不惜浪費(fèi)自己的時(shí)間來幫助我們解決問題15參考文獻(xiàn)1吳中