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基于PLC的锅炉温度控制系统
作者姓名xxx
专业自动化
指导教师姓名xxx
专业技术职务讲师
目录
摘要 (1)
第一章绪论·······························错误！未定义书签。
1.1课题背景及研究目的和意义 ···················错误！未定义书签。
1.2国内外研究现状 (3)
1.3项目研究内容 (4)
第二章 PLC和组态软件基础 (5)
2.1可编程控制器基础 (5)
2.1.1可编程控制器的产生和应用 (5)
2.1.2可编程控制器的组成和工作原理 ··········错误！未定义书签。
2.1.3可编程控制器的分类及特点 (7)
2.2组态软件的基础 (8)
2.2.1组态的定义 (8)
2.2.2组态王软件的特点 (8)
2.2.3组态王软件仿真的基本方法 (8)
第三章 PLC控制系统的硬件设计 (9)
3.1 PLC控制系统设计的基本原则和步骤 (9)
3.1.1 PLC控制系统设计的基本原则 (9)
3.1.2 PLC控制系统设计的一般步骤 (9)
3.1.3 PLC程序设计的一般步骤 (10)
3.2 PLC的选型和硬件配置 (11)
3.2.1 PLC型号的选择 (11)
3.2.2 S7-200CPU的选择 (12)
3.2.3 EM235模拟量输入输出模块 (12)
3.2.4 热电式传感器 (12)
3.2.5 可控硅加热装置简介 (12)
3.3 系统整体设计方案和电气连接图 (13)
3.4 PLC控制器的设计 (14)
3.4.1 控制系统数学模型的建立 (14)
3.4.2 PID控制及参数整定 (14)
第四章 PLC控制系统的软件设计 (16)
4.1 PLC程序设计的方法 (16)
4.2 编程软件STEP7--MicroWIN 概述 (17)
4.2.1 STEP7--MicroWIN 简单介绍 (17)
4.2.2 计算机与PLC的通信 (18)
4.3 程序设计 (18)
4.3.1程序设计思路 (18)
4.3.2 PID指令向导 (19)
4.3.3 控制程序及分析 (25)
第五章组态画面的设计 (29)
5.1组态变量的建立及设备连接 (29)
5.1.1新建项目 (29)
5.2创建组态画面 (33)
5.2.1新建主画面 (33)
5.2.2新建PID参数设定窗口 (34)
5.2.3新建数据报表 (34)
5.2.4新建实时曲线 (35)
5.2.5新建历史曲线 (35)
5.2.6新建报警窗口 (36)
第六章系统测试 (37)
6.1启动组态王 (37)
6.2实时曲线观察 (38)
6.3分析历史趋势曲线 (38)
6.4查看数据报表 (40)
6.5系统稳定性测试 (42)
结束语 (43)
参考文献 (44)
致谢 (45)
摘要
从上世纪80年代至90年代中期，PLC得到了快速的发展，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，PLC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。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
本文介绍了以锅炉为被控对象，以锅炉出口水温为主被控参数，以炉膛内水温为副被控参数，以加热炉电阻丝电压为控制参数，以PLC为控制器，构成锅炉温度串级控制系统；采用PID算法，运用PLC梯形图编程语言进行编程，实现锅炉温度的自动控制。
电热锅炉的应用领域相当广泛，在相当多的领域里，电热锅炉的性能优劣决定了产品的质量好坏。目前电热锅炉的控制系统大都采用以微处理器为核心的计算机控制技术，既提高设备的自动化程度又提高设备的控制精度。
本文分别就电热锅炉的控制系统工作原理，温度变送器的选型、PLC配置、组态软件程序设计等几方面进行阐述。通过改造电热锅炉的控制系统具有响应快、稳定性好、可靠性高,控制精度好等特点，对工业控制有现实意义。
从上世纪80年代至90年代中期，PLC得到了快速的发展，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，PLC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。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
本文介绍了以锅炉为被控对象，以锅炉出口水温为主被控参数，以炉膛内水温为副被控参数，以加热炉电阻丝电压为控制参数，以PLC为控制器，构成锅炉温度串级控制系统；采用PID算法，运用PLC梯形图编程语言进行编程，实现锅炉温度的自动控制。
电热锅炉的应用领域相当广泛，在相当多的领域里，电热锅炉的性能优劣决定了产品的质量好坏。目前电热锅炉的控制系统大都采用以微处理器为核心的计算机控制技术，既提高设备的自动化程度又提高设备的控制精度。
本文分别就电热锅炉的控制系统工作原理，温度变送器的选型、PLC配置、组态软件程序设计等几方面进行阐述。通过改造电热锅炉的控制系统具有响应快、稳定性好、可靠性高,控制精度好等特点，对工业控制有现实意义。
关键词：电热锅炉的控制系统温度控制串级控制PLC PID
摘要
从上世纪80年代至90年代中期，PLC得到了快速的发展，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，PLC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。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
本文介绍了以锅炉为被控对象，以锅炉出口水温为主被控参数，以炉膛内水温为副被控参数，以加热炉电阻丝电压为控制参数，以PLC为控制器，构成锅炉温度串级控制系统；采用PID算法，运用PLC梯形图编程语言进行编程，实现锅炉温度的自动控制。
电热锅炉的应用领域相当广泛，在相当多的领域里，电热锅炉的性能优劣决定了产品的质量好坏。目前电热锅炉的控制系统大都采用以微处理器为核心的计算机控制技术，既提高设备的自动化程度又提高设备的控制精度。
本文分别就电热锅炉的控制系统工作原理，温度变送器的选型、PLC配置、组态软件程序设计等几方面进行阐述。通过改造电热锅炉的控制系统具有响应快、稳定性好、可靠性高,控制精度好等特点，对工业控制有现实意义。
ABSTRACT
From the last century to 90 in the mid 80's, PLC rapid development in this period, PLC capability in dealing with analog and digital computing power, man-machine interface capabilities and network capabilities are greatly improved, PLC gradually entering the field of process control, replaced in some applications in the field of process control dominant DCS.PLC , .PLC control, especially in the industrial automation sequence control the position, in the foreseeable future, is no substitute.
This paper introduces the boiler as the charged object to the boiler water temperature of the main accused of the export parameters to furnace temperature as deputy accused of parameters to control the a considerable number of field, the electric boiler performance advantages and disadvantages of the decision The quality of the product.Electric boiler control systems currently used mostly for computer control microprocessor core technology, both to improve the automation equipment equipment.
This paper on the of temperature transmitter, PLC configurations, the configuration software design aspects were described.Through the transformation of electric boiler control system ，因为主控制器采用PI控制，所以微分时间T
=0。
d
2.回路输入量的极性与范围，如图 4-5：
3.PID指令的参数表占用的V存储区的起始地址如图 4-6：
4.向导完成，如图4-7
图 4-7 向导完成
副回路PID指令向导：
副回路采用1号PID回路，如图 4-8：
1.新建PID配置，如图 4-9：
图4-9 PID 配置新建
2.设置PID 参数，如图4-10
图4-10 副回路PID 设置
因为副回路主要起到“粗调”、“快调”的作用，所以我们采用P 调节作用，比例增益K c =-4.0，T i 无穷大，T d =0;
3.副回路输入量的极性与范围，如图4-11
4.PID指令的参数表占用的V存储区的起始地址，如图4-12：
5.向导完成，如图4-13
图4-13 副回路向导完成
4.3.3 控制程序及分析
因为由AIW0和AIW2输入的是的数字量，所以要转换为实际的温度要进行运算，运算公式为：
公式（4-1）
其中，T为实际温度，D为AIWO和AIW2输入的数字量。
PLC的内存地址分配见表4-1
地址说明
VD250 锅炉出口水温度存放地址
VD260 炉膛水温存放地址
VD270 主控制器PID输出存放地址
VD300 目标设定温度存放地址
VD304 主控制器Kc存放地址
VD308 主控制器Ti存放地址
VD312 主控制器Td存放地址
VD320 副调节器Kc存放地址
表 4-1 内存地址分配
PID指令表见表4-2：
地址名称说明
VD0 主调节器过程变量（PVn）必须在0.0~1.0之间
VD4 主调节器给定值（SPn）必须在0.0~1.0之间
VD8 主调节器输出值（Mn）必须在0.0~1.0之间
VD12 主调节器增益（Kc）比例常数，可正可负
VD16 主调节器采样时间（Ts）单位为s，必须是正数VD20 主调节器积分时间（Ti）单位为min，必须是正数VD24 主调节器微分时间（Td）单位为min，必须是正数VD120 副调节器过程变量（PVn）必须在0.0~1.0之间
VD124 副调节器给定值（SPn）必须在0.0~1.0之间
VD128 副调节器输出值（Mn）必须在0.0~1.0之间
VD132 副调节器增益（Kc）比例常数，可正可负
VD136 副调节器采样时间（Ts）单位为s，必须是正数VD140 副调节器积分时间（Ti）单位为min，必须是正数VD144 副调节器微分时间（Td）单位为min，必须是正数
表4-2 PID指令回路表
控制程序如图4-14—图4-所示：
主程序：
图4-14 控制程序1
主调节器程序：
图4-15 控制程序2
图4-16 控制程序3
图4-17 控制程序4 副调节器程序：
图4-18 控制程序5
图4-19 控制程序6
图4-20控制程序7
第五章组态画面的设计
本章详细的讲解一个组态系统的建立和设计。
5.1 组态变量的建立及设备连接
5.1.1 新建项目
双击组态王的快捷方式，出现组态王的工程管理器窗口，双击新建按扭，按照弹出的建立向导，填写工程名称。然后打开刚建立的工程。进入组态画面的设计，如图5-1：
图5-1 新建工程
1.新建画面
进入工程管理器后，在画面右方双击“先建”，新建画面，并设置画面属性，图5-2所示：
图5-2 画面新建
2.新建设备
因为组态画面要与西门子S7-200 PLC连接之后才能使用，所以要新建S7-200的连接，具体步骤如图5-3：
图5-3 步骤1
图5-4 步骤2
图5-5 步骤3
图5-6 步骤4
3.新建变量
要实现组态王对S7-200的在线监控，就先必须建立两者之间的联系，那就需要建立两者间的数据变量。基本类型的变量可以分为“内存变量”和IO变量两类。内存变量是组态王内部的变量，不跟被监控的设备进行交换。而IO变量是两者之间互相交换数据的桥梁，S7-200和组态王的数据交换是双向的。如图
5-7所示：
图5-7 新建变量
项目中所用到的变量见图5-8：
图
5-8 变量表
5.2 创建组态画面
5.2.1 新建主画面
如图 5-9所示，高温报警用来显示当温度高于95°C的时候，等会变红闪烁，加热炉上的指示灯用来指示加热炉的加热状态。
图
5-9 控制系统主画面
5.2.2 新建PID参数设定窗口
图5-10 PID参数设定窗口
如图5-10所示，PID参数设定窗口，用来设定主控制器和副控制器的PID参数值，可与PID参数的整定。
5.2.3 新建数据报表
数据报表是反应生产过程中的数据、状态等，并对数据进行记录的一种重要形式。数据报表有实时数据报表和历史数据报表，既能反应系统实时的运行
情况，也能监测长期的系统运行状况，如图5-11所示：
图5-11 数据报表窗口
5.2.4 新建实时曲线
实时趋势曲线可在工具箱中双击后在画面直接获得。实时趋势曲线随时间
变化自动卷动，可快速反应变量的新变化。如图5-12所示:
图5-12 实时曲线窗口
5.2.5 新建历史曲线
历史趋势曲线可在图库管理器中得到。历史趋势曲线可以查询查询过去的
情况。历史趋势曲线需要事先建立两个内存变量，分表是调整跨度和举动百分
比。