基于PLC的触摸屏温度控制系统

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基于PLC和触摸屏的动态冰蓄冷空调控制系统设计

（东海洋大学信息学院广（国科学院研究生院。中湛江北京５４８）２０８１０４）００９
（国科学院广州能源研究所广州５０４）。中１６０
摘要：于动态冰蓄冷空调系统结构和控制要求的分析，绍了一个分布式控制系统的设计。基介
２００８年第６期总第１６期６
低温工程
ＣＲＹＯＧＥＮＩＣＳ
ＮＯ６２０８．０ＳｍＮｏ６ｕ．１６
基于ＰＣ和触摸屏的动态冰蓄冷空调控制系统设计Ｌ
徐今强，肖睿黄冲董凯军冯自平
中图分类号：Ｐ５，Ｐ７．２Ｔ６７Ｔ２３２
文献标识码：Ａ
文章编号：００６１（０８０．０００１０．５６２０）６０４ —５
Ｄｅｉｎｏｙａｉｃ－ｔｒｇｉ－ｏｄｉｉｎｎｏｔｏｙｔｍｓｄｏｓｇｆｄｎｍｃｉｅｓｏａｅａｒｃｎｔｏｉｇｃｎｒｌｓｓｅｂａｅｎ
（ＣｉｅｅＡａｅｆｃｅｃｓｕｎｚｏｎｔｕｅｏｎｒｙＣｎｅｓｎＧａｇｈｕ５０４，Ｃｉ）ｈｎｓｃｄｍｙｏｉｅａｇｈｕＩｓｔｔｆｅｇｏｖｒｏ，ｕｎｚｏ１６０ｈｎＳｎＧｉＥｉａ（ｒｄａｃｏｌｆＣｉｅｅＡａｅｆＳｉｃｓｅｉｇ１０４，ＣｉａＧａｕｔＳｈｏｏｈｎｓｃｄｍｙｏｃｅｅ，Ｂｉｎ００９ｈｎ）ｅｎｊ

基于PLC和触摸屏的电加热水浴温度控制系统设计

基于PLC和触摸屏的电加热水浴温度控制系统设计摘要：温度控制系统是大部分制造业生产过程中不可或缺的一部分。

由于一些简单的温度控制系统的精确度较低，因此其控制效果不佳。

PLC技术的出现大大改善了传统温度控制系统的不足，它具有可靠性极强、操作简单易行的特点。

通过将PLC和触摸屏有机地融入到一个温度控制系统中，不仅可以充分展现PLC的可靠性优势，也可以展现触摸屏便捷性的优势，进而大大提高了温度控制系统的总体效率。

通过结合PLC技术与触摸屏技术，继而开发出一套先进的智能化电加热水浴温度控制系统。

这个系统使用了S7200PLC作为控制器，并使用了Smart1000触摸屏来提供人机交互界面。

该系统使用了数字PID控制算法，具有自动调整功能，可以通过触摸屏进行灵活调整。

经过实践证明，这种控制系统具有易于使用、操作简单、稳定性强、控制准确性高的特点，能够有效地满足化学反应室中水浴实验的要求。

关键词：可编程控制器；触摸屏；PID自整定；温度控制在化学实验中，水浴装置得以广泛使用，对于需要用到这一装置的化工实验而言，其关键在于需要精确地调节温度。

PID控制算法因其具有简洁的结构和出色的鲁棒性，已成为控制方面中最受青睐的算法之一。

然而，PID控制中的比例、积分和微分3个参数共同作用，使得人工整定一组理想参数变得复杂而且具有一定的挑战性。

1984年，K.J.Astrom和T.Hagglund提出了一种新的延时反馈自整定算法，并通过二十年的实践探索，这种算法被广泛应用于工业控制的各个领域，以自动整定PID参数。

近年来，西门子S7200PLC的PID指令集成了上述的自整定算法，为了更好地控制温度，经过许多科研人员的努力，开发出了一种基于PIC和上位机的温控系统，但是在进行操作时对上位机的依赖性较强。

基于此，本文特提出了一种无需依赖上位机、编程软件的温控系统。

一、温控系统硬件架构这个系统由一系列高性能的部件组成，包括S7—200PIC、Smart1000触摸屏、PAC15P调压板、可控硅功率元件、500W电加热套和PT100热电阻。

基于plc的控制系统毕业设计

基于PLC的控制系统毕业设计1. 引言在工业自动化领域，PLC（可编程逻辑控制器）是一种广泛应用的控制设备。

它通过编程控制输入输出（I/O）模块的状态，实现自动化的逻辑控制。

本毕业设计将基于PLC开发一个控制系统，旨在展示PLC在实际工程中的应用。

2. 毕业设计背景在工业自动化领域，控制系统的设计和实施对于提高生产效率、降低能源消耗和减少人为错误等方面都具有重要意义。

PLC作为一种可靠稳定的控制设备，广泛应用于各种自动化系统中。

本毕业设计将基于PLC开发一个控制系统，以解决某个具体工业过程中的控制问题。

3. 设计目标本毕业设计的主要目标是设计一个基于PLC的控制系统，能够实现对某个工业过程的自动化控制。

具体设计目标如下： - 实现对输入输出设备的控制和监测； - 实现对工业过程的逻辑控制； - 实现人机界面，方便操作和监测； - 提高系统的稳定性和可靠性； - 实现故障诊断和状态监测。

4. 设计方案4.1 系统硬件设计本系统将采用以下硬件设备: - 基于PLC的控制器：选用某款主流PLC控制器，具备足够的输入输出接口，支持编程和通信功能； - 输入输出（I/O）模块：选择适应工业过程需求的I/O模块，用于与外部设备的接口； - 传感器和执行器：根据实际需求选择合适的传感器和执行器，用于检测和控制工业过程中的状态； - 人机界面：采用触摸屏或其它交互设备，方便操作和监测工业过程； - 通信设备：可选配通信模块，实现与上位机或其它设备的数据交互。

4.2 系统软件设计本系统将采用以下软件技术: - 编程语言：选择常用的PLC编程语言，如 ladder diagram (LD) 或 function block diagram (FBD)； - 编程编辑软件：根据所选PLC型号选择合适的编程编辑软件； - 数据库管理系统：可选配数据库管理系统，用于存储和管理工业过程中的数据； - 数据通信协议：根据实际需求选择合适的通信协议，实现与其它设备的数据交互。

棉种加工温度控制系统设计——基于触摸屏与PLC

和离心机底部的出料器出料。２）进料。输送带（２）把经过初步甩干的含酸毛籽适量送人烘干滚筒（５）。３）烘干。除尘风机把锅炉中的热风经进风口（２１）吸入，由出风口（１７）排出，对棉种进行烘干。４）温／湿度检测。由进出口及滚筒壁上的测温装置对烘干滚筒进行综合测温，并把所得数据输入到ＰＬＣ，经过预设程序的处理，改变配风口的开度以调节
关键词：棉种加工；温度控制；ＰＬＣ；ＰＩＤ算法中图分类号：￥１２６；ＴＰ２７３文献标识码：Ａ文章编号：１００３ — １８８Ｘ【２０１３）０４－０１８３＿０４
０引言
棉种酸脱绒处理是一项较先进的棉种生产加工技术，因具有设备生产率高、脱绒效果好、可直接对种子进行消毒和杀菌等优点，被广泛用于棉种生产。目前，国内很多产棉基地都已使用棉籽稀硫酸脱绒成套
擦滚筒，进行下一步的摩擦除绒。
基金项目：国家科技支撑计划项目（２０１２ＢＡＦ０７Ｂ０４）
ｕ
．
作者简介：李宏伟（１９７０一），男，新疆石河子人，硕士研究生，（Ｅ一
２棉种ｍ－ｒ温度控制系统硬件设计
本文主要针对棉种脱绒过程中的温度控制难题，在原有设备的基础上，设计了一种基于触摸屏与ＰＬＣ的温度自动控制系统，摆脱完全依靠人工调节来控制

基于PLC与触摸屏实现压力与温度的PID控制

间继电器ＫＡ来控制，并与电磁阀的启动和制动同时进行。变频器的变频调速功能由其内置的ＰＤ调节功Ｉ能来完成。通过水压传感器输出的４～２０ｍＡ模拟信
监控，当供水堵塞时，水压传感器发出开关信号（）Ｘ７，经ＰＣ延时ｌｎ后确认。当变频器发生故障Ｌｍｉ时，Ａ、ｃ两端输出异常开关信号（０，ＰＣ立即ｘｌ）Ｌ停止变频器和所有电磁阀的工作，达到停止水泵工作的目的。同时触摸屏也立即弹出报警记录子界面，显示故障信息。变频器的具体故障信息由其操作面
两种ＰＤ控制方法，并对两种方法进行了此较分析。Ｉ
关键词ＰＣ触摸屏 பைடு நூலகம் 程控制ＬＰＤ控制Ｉ
０引言
目前应用ＰＣ实现ＰＤ控制的常用方法有两种：ＬＩ硬件法和软件法。软件法是在ＰＣ内部程序中采用ＬＰＤ指令，该指令由ＰＣ生产厂家设定为固定指令，ＩＬ用户在使用过程中可以修改具体参数。硬件法为采用外部专用ＰＤ插件，该插件由ＰＣ生产厂家制造，ＩＬ
器的输出频率控制水泵的转速，从而达到自动控制管网水压和节能的目的。灌溉供水网受水压传感器
表２变频器主要运行参数

基于PLC的自动化控制系统(一)

当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的PLC之间、 PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。
PLC的功能
对程序运行情况直接监视和修改
8、监控功能
PLC具有较强的监控功能，通过编程器或监视器，可对PLC的运行状态进行监视。
PLC的概念
PC主机
带上位软件的服务器工业平板电脑工业触摸屏
PLC
PLC的概念
PLC在物联网架构中的位置
泛在电力物联网技术架构体系分为“云、管、边、端” 四个层面。
所谓的“云”是指物联网平台云，“管”则是指管理服务、通讯方式，“边”是指边缘计算，“端”则涵盖了智能传感、智能终端和智能设备。
泛在电力物联网技术架构
Content
01 PLC的概念 02 行业背景介绍 03 PLC的特点 04 PLC的功能
05 编程语言 06 PLC的组网 07 阀门控制简介
行业背景介绍
世界上第一台PLC
1968 年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号不断翻新的局面，以求在竞争日益激烈的汽车工业中占有优势，发布公开招标，首次启动了PLC的研发。
调速的目的。
步进电机作为一种控制用的特种电机，由于不存在累积误差，广泛应用于各种开环控制。
PLC的功能
开关量
脉冲量
图1：开关元件图2：脉冲波形图
数字量
0
12
23
图3：一天当中某诊室就诊病人的年龄分布
模拟量
0
12
23
图4：一天当中气温的变化
5、数据处理功能
PLC具有丰富的数据处理功能，可以实现逻辑运算、算数运算、数据比较、数据传送、数据位移、进制转换、译码编码等。中大型PLC的数据处理功能更加齐全，可完成开方、取余、PID运算等复杂运算。

毕业设计西门子plc变频器触摸屏的综合研究

中文摘要摘要在PLC控制系统中应用现场总线技术实现PLC与现场设备、客户端、服务器间实时通信，达到分散优化综合控制是工业控制领域的热门问题。

综合控制系统设计的优良直接影响着工业生产的经济性。

深入研究应用PLC及现场总线控制技术会为我国在工业自动化领域的进一步发展做出有益贡献。

工控行业领军企业的西门子的PROFIBUS与SIMATIC系列PLC控制系统提供了完善的软硬件支持和系统的解决方案。

这样缩短了工控系统的开发周期，扩展了设备间的通信能力，优化了软件设计，增强了系统兼容性。

因此从理论上研究PROFIBUS现场总线以及深入探讨西门子SIMATIC系列PLC能够拉近我国工业自动化与外国的差距，提升我国自动化产业的竞争力。

本文从分析PROFIBUS现场总线技术入手，研究PROFIBUS-DP协议及其报文结构，阐述SIMATIC S7-300系列PLC中PROFIBUS总线的应用。

用PLC取代原有继电控制系统，完成了硬件选型，程序块定义及梯形图程序编辑及仿真调试、下载，实现了对电机调速系统监控的设计。

这一研究的目的在于实现基于PROFIBUS现场总线的Siemens PLC S7-300控制系统设计及触摸屏界面组态，包括PLC控制系统设计、上位机管理和监控系统设计。

对于总线协议的研究可以更深入的掌握PROFIBUS的通信机制。

PLC控制系统与现场总线技术的结合，实现了系统高速实时通信的目的，增强了系统的稳定性，安全性和实时性。

关键词：PROFIBUS现场总线；S7-300 PLC；触摸屏Ⅰ英文摘要AbstractNow PLC control system is widely studied and applied in the field of industrial automation. PLC control system conbine with Field-Bus will keep PLC,Field-unit, client and service computer in real-time communication. This control system afect the industry production directly. So the combination of PLC control system and Field-Bus will become the hot spot in near future.The works of study and application of this combine system will enhance competence in this field of our country.Siemens, one of the most successful supplier of automation products in world wide,has successfully supply a series of software and hardware base on PROFIBUSand PLC. It has enlarged the ability of communication among field units, shortened the research cycle, optimized the software application, enhanced the system compatibility. So we should study the PROFIBUS Field-Bus from the theory of protocol level, and far more study the SIMATIC PLC. Those works will improve tech. a lot.This article describe the application of PROFIBUS in SIMATIC S7-300PLC, configure the hardware of the production line of wires in STEP 7,study the theory of PROFIBUS,analysis the protocols and message structure of PROFIBUS-DP define blocks of PLC.The purpose of this study is to design Siemens PLC S7-300 contorl system base on PROFIBUS Field-Bus. This control system include PLC field unit designing, the management of computer station and software simulations. The study of Field-bus protocols will promote the realization of PROFIBUS communications. The application of S7-300 PLC is valuable in the field of industry.The combination of PLC control system and Field-Bus tech.have fulfill the requirement of high speed communication，and ensure the system to be more reliable stable and efective.Keywords:PROFIBUS Field-Bus;S7-300 PLC;Touch ScreenⅡ目录目录第一章绪论 (1)1.1课题研究背景 (1)1.2PROFIBUS概述 (1)1.3现场总线技术的特点 (2)1.4本论文研究的意义及内容 (3)1.5方案论证 (4)第二章西门子可编程控制器S7-300 (6)2.1 可编程控制器基础 (6)2.1.1可编程控制器的产生 (6)2.1.2可编程控制器发展过程 (7)2.1.3可编程控制器的特点 (8)2.1.4可编程控制器的分类 (8)2.2 S7-300硬件模块 (10)2.2.1机架 (11)2.2.2电源模块 (11)2.2.3CPU (12)2.2.4信号模块 (12)2.2.5通信模块 (13)2.2.6功能模块 (13)2.2.7接口模块 (13)2.3硬件安装 (14)2.3.1 S7-300安装规范 (14)2.4组态硬件 (14)2.4.1创建一个项目 (15)Ⅰ目录2.4.2硬件配置 (16)第三章PROFIBUS网络 (18)3.1 PROFIBUS网络概述 (18)3.1.1PROFIBUS的优点 (18)3.1.2PROFIBUS的通信协议连接部件 (19)3.1.3PROFIBUS-DP网络的主站和从站 (20)3.2建立PROFIBUS-DP网络 (21)3.2.1集成DP接口的CPU作主站 (21)第四章触摸屏的使用 (25)4.1人机界面 (25)4.1.1人机界面的概述 (25)4.1.2人机界面未来发展趋势 (26)4.2触摸屏的基本工作原理 (26)4.2.1触摸屏的分类 (26)4.3 Wincc flexible概述 (28)4.3.1建立一个Wincc flexible项目 (28)4.3.2设置触摸屏的参数 (30)第五章变频器 (33)5.1变频器概述 (33)5.2变频器的工作原理 (34)第六章系统整体设计 (36)6.1控制任务 (36)6.1.1自动化生产线模型 (36)6.1.2控制系统技术要求 (37)6.2控制方案的设计 (38)Ⅱ目录6.2.1硬件的配置以及软件的编程 (38)6.3建立灌装生产线监控项目 (46)6.3.1设置触摸屏的通信参数 (46)6.3.2定义变量 (47)6.3.3组态监控画面 (48)6.3.4组态初始画面 (51)6.3.5组态运行画面 (52)6.3.6组态物料混合画面 (53)6.3.7组态参数设置画面 (54)6.3.8组态趋势视图 (54)6.3.9项目的集成模拟调试 (55)附录 (57)参考文献 (58)致谢 (59)Ⅲ吉林工程技术师范学院毕业论文第一章绪论1.1课题研究背景电子信息技术的飞速发展又给自动化工业控制系统带来了深刻的变革。

基于西门子S7-200PLC温度控制系统设计

73科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION工业技术DOI：10.16661/ki.1672-3791.2019.08.073基于西门子S7-200PLC温度控制系统设计①李军(广西工业技师学院广西南宁 530031)摘要：为了更好地让锅炉在实际用途中发挥功能，该文采用西门子S7-200控制器，对锅炉的温度控制进行了系统设计。

西门子S7-200系列的PLC是一种小型的控制器，可以通过编程控制，把集成电源、输入及输出电路和微处理器集成在一个较小的环境中，更适合用于工业环境。

该文主要以某地水浴锅炉的控制系统设计为例，采用西门子S7-200控制器，进行锅炉温度控制系统的设计。

关键词：西门子S7-200PLC 温度控制系统设计中图分类号：TG581 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2019)03(b)-0073-02①作者简介:李军（1988—），男，汉族，广西南宁人，硕士，讲师，研究方向：控制工程、自动化领域。

锅炉在物料运输、动能传输等物质的运输上具有非常广泛的应用，但是由于运输时的条件不同，使得锅炉常处于高温或者低温的状态下，尤其在低温的环境中，物质的流动性差，在运输中途，会人为地对锅炉进行加热，以保证顺利运输。

但是锅炉容易出现温度延时和滞后的情况，降低锅炉使用的安全性，甚至会发生事故。

那么由于这种原因，在加温时锅炉所使用的控制系统的好坏，就会对锅炉温度产生重要影响。

随着计算机科技的不断发展，PLC 所具有的逻辑运算和数据处理功能都有了显著的提高，可以将复杂的控制系统嵌在PLC中，目前的PLC已逐渐成为人们设计自动化方案的首要选择。

该文主要以某地水浴锅炉的控制系统设计为例，采用西门子S7-200控制器，进行锅炉温度控制系统的设计。

1 锅炉设计的要求锅炉内的温度根据使用条件和环境的不同，其温度范围一般在-25℃~85℃。

锅炉的控制器一般都是直接放在室外，就算是雪雨、刮风、扬沙也可以正常使用。

基于PLC温度流量和压力控制系统的设计

基于 PLC温度流量和压力控制系统的设计【摘要】：提出了基于PLC控制的中小型系统的检测模拟量闭环控制算法，对PLC中PID指令控制系统进行设计。

在实际使用中，实现PID指令程序的流量和压力模拟量闭环过程控制，此控制系统应用到生产调试中的控制稳定。

【关键词】：PLC技术；流量；压力控制在生产控制中要收集电量参数、流量、压力、温度等物理量实现生产分析，一般使用电缆在主单元右边连接。

使用压力、温度等传感器与变送器收集模拟量并且输入。

根据控制需求实现PLC控制程序的设计编写，之后实现联机调试。

PLC为工作控制装置，被广泛应用到生产、科研与社会生活中。

大型PLC配备过程中能够对多个模拟量同时控制，但是成本比较高。

在硬件中，只需要对数模和模数转换模块进行配备，通过PID编程模块实现PID单数的设置，对控制值进行输出[1]。

以此，本文就将PLC应用到流量压力控制系统设计中。

1控制系统的硬件设计1.1硬件结构本文所设计系统硬件结构设计是否能够使后期软件编写需求得到满足，根据设计的需求实现硬件结构的设计，详见图1。

此种控制系统根据西门子S7-300PLC设计，收集各种数据，包括温度、压力等，还包括外部设备控制。

利用一体化触摸屏实现系统上位机的控制，利用RS485/RS232数据线使上位机与下位机进行交流。

在设计控制系统时，通过PLC以压力传感器对数据进行收集，内部处理器处理数据，数据在处理后显示到触摸屏中。

之后，PLC对比设置控制参数，对数据是否在范围中进行检查，假如超过或者低于设置数值，使用PID算法对控制量计算，PLC输出控制外部加热器、变频器和其他辅助设备，调整温度与压力数值到允许的范围中，实时监控整个压力数据变化。

利用S7-300PLC实现设备控制，通过K型压簧式热电偶设计，测量温度范围设计为0-800℃，输出电流设计为4-20mA，使用MIK-P300G压力传感器，输出电流设置为4-20mA，测量范围为-20~300℃，压力范围为0-1KPa。

基于西门子PLC和触摸屏的烘箱温度控制系统

电机作为使用最广泛的电气设备之一，在整个观性强、易于操作．综合以上考虑，为了很好的控制
国民经济生产中所起的作用越来越大，几乎制约着烘干过程中各个阶段的温度，该系统使用ｓ７—２００系
工业生产的各个环节．电机在日常使用中出现故障，列ＰＬＣ为主控单元，通过ＰＩＤ算法来控制各个阶段
表虽然设计和操作都比较简单，但是其直观性比较热管．
差，不利于操作工的操作．ＰＬＣ成本低廉，编程语言
控制过程：烘箱开始工作后，ＰＴＩＯ０铂电阻将温
简单易懂，其串行接口可与触摸屏相连，并可通过触度信号采集进来，然后通过ＥＭ２３５模块送人ＣＰＵ
表面形成硬膜，阻碍内部溶剂的挥发．在此过程中，还应控制风量进行换气，保证整个电阻炉内部温度
２控制系统硬件构成设计
的均匀，且有一定量的空气不断换新，加速溶剂的挥２．１控制系统的组成和控制过程
第９卷第３期２０１０年９月
宁夏工程技术
ＮｉｎｇｘｉａＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
文章编号：１６７ｌ一７２４４（２０１０）０３—０２２３—０３
ห้องสมุดไป่ตู้
Ｖ０１．９Ｎｏ．３Ｓｅｐ．２０１０
基于西门子ＰＬＣ和触摸屏的烘箱温度控制系统
高永亮，虎恩典，董明，马刚

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科目：综合控制系统题目：温度控制系统课程设计姓名： LC 学号：系别：班级：完成时间：华南理工大学广州学院电子信息工程学院目录前言 (1)第一章系统总体方案 (2)第二章系统硬件设计 (3)2.1 PLC选择 (3)2.1.1 FX2N-48MR-001PLC (3)2.1.2 FX2N-2AD特殊功能模块 (4)2.1.3 FX2N-2DA特殊功能模块42.2 硬件电路设计 (5)2.2.1 温度值给定电路 (6)2.2.2 温度检测电路 (9)2.2.3 过零检测电路 (10)2.2.4晶闸管电功率控制电路 (11)2.2.5 脉冲输出通道 (13)2.2.6报警指示电路 (13)2.2.7 复位电路 (14)第三章系统软件设计 (14)3.1 编程与通信软件的使用 (14)3.2 程序设计 (16)3.3 系统程序流程图 (16)3.4 控制系统控制程序的开发 (17)3.4.1 温度设计 (17)3.4.2 A/D转换功能模块 (18)3.4.3 标度变换程序 (19)3.4.4 恒温控制程序（PID)设计 (19)3.4.5 数字触发器程序设计 (22)3.4.6 显示程序 (25)3.4.7 恒温指示程序 (25)3.4.8 报警程序 (25)第四章总结与展望 (26)4.1 总结 (26)4.2 展望 (27)参考文献 (28)附录：系统程序（梯形图） (29)前言随着时代的发展,当今的技术日趋完善，竞争也愈演愈烈;传统的人工的操作已不能满足于目前的制造业前景,也无法保证更高质量的要求和提升高新技术企业的形象。

在生产实践中,自动化给人们带来了极大的便利和产品质量上的保证,同时也减轻了人员的劳动强度,减少了人员上的编制。

在许多复杂的生产过程中难以实现的目标控制、整体优化、最佳决策等,熟练的操作工、技术人员或专家、管理者却能够容易判断和操作,可以获得满意的效果。

人工智能的研究目标正是利用计算机来实现、模拟这些智能行为,通过人脑与计算机协调工作,以人机结合的模式,为解决十分复杂的问题寻找最佳的途径。

可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

在工业生产过程中，加热管温度控制是十分常见的。

温度控制的传统方法是人工—仪表控制。

其重复性差，工艺要求难以保证，人工劳动强度大。

目前大多数使用微机代替常规控制。

以微机为核心控制系统虽然成本较低，但微机的可靠性和抗干扰性较差而使其硬件设计较复杂。

而以PLC 为核心的控制系统，虽然成本较高，但PLC本身就有很强的抗干扰性和可靠性，因而系统的硬件设计也简单得多。

所以，相比较于微机控制，PLC 控制在过程控制方面更具有优势。

这种系统控制精度高、重复性好、自动化程度高，可以大大提高产品质量和减轻工人的劳动负担。

本文介绍了以PLC为核心实现PID算法的温度控制系统的设计方法。

第一章系统总体方案根据设计任务和要求，采用常规PID控制的温度控制系统结构如图1-1所示。

图1-1 常规PID温度控制系统的结构对应图1-1的系统结构，确定总体设计方案如图1-2所示：图1-2 总体设计方案该总体方案主要由以下几个部分组成（1）触摸屏：主要功能是设定和显示相应的温度值，以及停止和开始功能。

（2）PLC：主要完成PID调节功能以及数据变换。

（3）测温电路和A/D模块：主要功能是0-10V温度测量信号经FX2N-A/D 转换成数字信号输入PLC处理。

（4）输出调节电路：主要功能是把PLC处理运算发出的控制信号，经FX2N-D/A转换0-10V模拟信号，通过脉宽调制装置输出脉冲信号对加热管进行加热系统工作原理：温度变送器将加热管温度变换为模拟信号，经低通滤波器滤掉干扰信号后送放大器，将信号放大后送A/D模块转换为数字量送PLC，数字量经标度变换，得到实际加热管温度。

数字控制器根据恒温给定值Q0与实际加热管温度Q的偏差e（k）按积分分离PID控制算法，得到输出控制量u（k），控制晶闸管导通时间，调节加热管温度的变化使之与给定恒温值一致，达到恒温控制目的。

当达到恒温值、输入错误或系统发生故障时，系统发出报警信号，同时用GT1040-QBBD-C触摸屏对加热管温度进行实时显示和温度给定输入。

第二章系统硬件设计2.1 PLC选择根据设计方案的分析，系统设计需要使用A/D转换器和D/A转换器来完成温度采样。

在课程学习中，我们学习了三菱的FX系列PLC，因此，选择三菱FX3U（基本I/O点数为24）和FX2N-2AD特殊功能模块。

2.1.1 FX3U PLCFX3U系列PLC是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器。

它由基本单元、扩展单元、扩展模块等构成。

用户存储器容量可扩展到16K步。

I/O点最大可扩展到256点。

它有27条基本指令，其基本指令的执行速度超过了很多大型PLC。

三菱FX3U PLC，为继电器输出类型，其输入、输出点数皆为是24点，可扩展模块可用的点数为48~64,内附8000步RAM。

其内部资源如下：（1）输入继电器X（X0~X27，24点，八进制）（2）输出继电器Y（Y0~Y27，24点，八进制）（3）辅助继电器M（M0~M8255）[通用辅助继电器（M0~M499）] （4）状态继电器（S0~S999）（5）定时器T（T0~T255）（T0~T245为常规定时器）（6）计数器C（C0~C255）（7）指针（P/I）见表2-1和表2-2（8）数据寄存器D（D0~D8255）（D0~D199为通用型）表2-1 定时器中断标号指针表表2-2 输入中断标号指针表注：M8050~M8058=“0”表允许；M8050~M8058=“1”表禁止。

2.1.2 FX2N-2AD 特殊功能模块FX2N-2AD 为模拟量输入模块,有两个模拟量输入通道（分别为CH1、CH2），每个通道都可进行A/D 转换，将模拟量信号转换成数字量信号，其分辨率为12位。

其模拟量输出性能如表2-3所示。

表2-3 模拟量输出性能表所有数据转换和参数设置的调整可通过FROM/TO 指令完成。

同时在编程过程中重点用到了BFM 数据缓冲存储器，具体分布情况如表2-4所示。

表2-4 FX 2N -2AD 缓冲存储器的功能及分配BFM说明：1）BFM#0：存储由BFM#17指定通道的输入数据当前值低8位数据，当前值数据以二进制存储。

2）BFM#1：存储由BFM#17指定通道的输入数据当前值高4位数据，当前值数据以二进制存储。

3）BFM#17：b0：指定由模拟到数字转换的通道（CH1,CH2）。

b0=0指定CH1b0=1指定CH2b1: 由0→1时A/D转换过程开始2.1.3 FX2N-2DA 特殊功能模块FX2N-2DA为模拟量输入模块,有两个模拟量输出通道（分别为CH1、CH2），每个通道都可进行D/A转换，将数字量信号转换成模拟量信号，其分辨率为12位。

其模拟量输出性能如表2-3所示。

表2-3 模拟量输出性能表所有数据转换和参数设置的调整可通过FROM/TO指令完成。

同时在编程过程中重点用到了BFM数据缓冲存储器，具体分布情况如表2-4所示。

表2-4 FX2N-2DA缓冲存储器的功能及分配BFM说明：4）BFM#0：存储由BFM#17指定通道的输入数据当前值低8位数据，当前值数据以二进制存储。

5）BFM#1：存储由BFM#17指定通道的输入数据当前值高4位数据，当前值数据以二进制存储。

6）BFM#17：b0：指定由模拟到数字转换的通道（CH1,CH2）。

b0=0指定CH1b0=1指定CH2b1: 由0→1时A/D转换过程开始2.2 硬件电路设计2.2.1 温度值给定电路为了能同时使用触摸屏和开关按键实现温度给定值输入，触摸屏程序利用GT Designer3设计触摸屏温度给定值输入、触摸屏温度显示、触摸屏启动控制、触摸屏停止控制以及指示灯指示如下图所示；本系统还设计了十个开关按键，作为温度给定值的输入端口，接收十进制数（触摸屏程序和开关按键电路分别如下图所示）。

给定值范围为0~100℃，若输入值超过给定值范围，系统会发出报警信号（亮红灯）。

触摸屏温度给定输入：（右图第一行数字即为温度给定输入）：触摸屏启动控制：（左图第一个方形图形）触摸屏停止控制：（左图第二个方形图形）触摸屏指示灯指示：恒温完成指示信号（Y0004）当前温度大于给定温度（Y0005）给定温度超出范围报警（Y0006）按键设计电路如图2-1所示：SB1为温度值输入允许，SB2~SB11分别表示十进制数0~9。

先按下温度值给定允许开关SB1，然后再输入给定温度值，先按下的数字为高位上的数值，后按下的数字为低位上的数值。

比如，先后按下开关SB5、SB2和SB2，则表示给定温度值为300℃，并送PLC数据寄存器保存。

2.2.2 温度检测电路温度检测是温度控制系统的一个很重要的环节，直接关系到系统性能。

在PLC温度控制系统中，温度的检测不仅要完成温度到模拟电压量的转换还要将电压转换为数字量送PLC。

其一般结构如图2-2所示。

温度变送器图2-2 温度检测基本结构温度变送器将测温点的温度变换为模拟电压，其值一般为mA级，需要放大为满足A/D转换要求的电压值。

然后送PLC的A/D转换模块进行A/D转换，得到表示温度的电压数字量，再用软件进行标度变换与误差补偿，得到测温点的实际温度值。

本系统利用热电偶完成加热管温度检测（热端检测加热管温度，冷端置于0℃温度中）、FX2N-2AD模块一个通道实现A/D转换。

加热管温度检测与放大电路由热电偶、低通滤波、信号放大和零点迁移电路四部分组成。

其电路如图2-3所示。

热电偶和放大器原理及参数详见附录二。

图2-3 加热管温度检测与放大电路图中，R1、C1完成低通滤波，R2、RP 、2CW51组成零点迁移电路，加热管温度检测元件采用镍铬—镍铝热电偶，分度号为EU-2，查分度表可得，当温度为0~100℃时，输出电势i u 为0~4.095mV 。

检测信号经二级放大后送FX2N-2AD 模块，第一级放大倍数为50，第二级放大倍数为11.2 零点迁移，其输出电压0u 为)(2.11)(55621210u u u u KK u -=-= 式中，2u 为零点迁移值。

根据设计要求，给定温度值为0~100℃，本系统选取测温范围为0~100℃，将0℃作为测温起点（零点）。

调整多圈电位器RP ，使2u =50*11.2=560mV ，当加热管温度为0℃时，i u =0mV ，1u =560mV ，于是0u =0。