基于PLC和组态王的温度控制系统设计

基于PLC的温度控制系统设计作者：曹建军李洋胡明张建王红美来源：《中国新技术新产品》2013年第11期摘要：本文从整体上分析和研究了控制系统的硬件配置、电路图的设计、程序设计、控制对象数学模型的建立、人机界面的设计等，并基于西门子可编程控制器和组态软件开发了温度控制系统，实现了控制系统的实时监控、数据的实时采样与处理。

实验证明，此系统具有快、准、稳等优点，在工业温度控制领域能够广泛应用。

关键词：温度控制；可编程控制器；人机界面；组态王中图分类号：V23 文献标识码：B1 概述温度控制在电子、冶金、机械等工业领域应用非常广泛。

特别是随着计算机技术的发展，对温度控制的要求也越来越趋向于智能化、自适应、参数自整控制等方向发展。

可编程控制器是一种应用很广泛的自动控制装置，PLC 不仅具有传统继电器控制系统的控制功能，而且能扩展输入输出模块，特别是可以扩展一些智能控制模块，构成不同的控制系统，将模拟量输入输出控制和现代控制方法融为一体，实现智能控制、闭环控制、多控制功能一体的综合控制。

具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性高、适宜长期连续工作的特点，在传统工业的现代化改造中发挥越来越重要的作用，尤其适合温度控制的要求。

2 系统设计及模型建立本论文通过德国西门子公司的S7-200系列PLC控制器，温度传感器将检测到的实际炉温转化为电压信号，经过模拟量输入模块转换成数字量信号并送到PLC中进行PID调节，PID 控制器输出量转化成占空比，通过固态继电器控制炉子加热的通断来实现对炉子温度的控制。

同时利用亚控公司的组态软件“组态王”设计一个人机界面（HMI），通过串行口与可编程控制器通信，对控制系统进行全面监控，从而使用户操作更方便。

总体上包括的技术路线：硬件设计、软件编程、参数整定等。

控制器的设计是基于模型控制设计过程中最重要的一步。

首先要根据受控对象的数学模型和它的各特性以及设计要求，确定控制器的结构以及和受控对象的连接方式。

1 引言1.1 设计目的温度的测量和控制对人类平常生活、工业生产、气象预报、物资仓储等都起着极其重要的作用。

在许多场合，及时准确获得目的的温度、湿度信息是十分重要的。

近年来，温湿度测控领域发展迅速，并且随着数字技术的发展，温湿度的测控芯片也相应的登上历史的舞台，可以在工业、农业等各领域中广泛使用。

1.2 设计内容重要是运用PLC S7-200作为可编程控制器，系统采用PID控制算法，手动整定或自整定PID参数，实时计算控制量，控制加热装置，使加热炉温度为为一定值，并能实现手动启动和停止，运营指示灯监控实时控制系统的运营，实时显示当前温度值。

1.3 设计目的通过对温度控制的设计，提高在电子工程设计和实际操作方面的综合能力，初步培养在完毕工程项目中所应具有的基本素质和规定。

培养团队精神，科学的、实事求是的工作方法，提高查阅资料、语言表达和理论联系实际的技能。

2 系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理2.1.1 PLC型号的选择本温度控制系统采用德国西门子S7-200 PLC。

S7-200 是一种小型的可编程序控制器，合用于各行各业，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营中，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。

2.1.2 PLC CPU的选择S7-200 系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等类型。

S7-200PLC 硬件系统的组成采用整体式加积木式，即主机中涉及定数量的I/O端口，同时还可以扩展各种功能模块。

S7-200PLC由基本单元（S7-200 CPU模块）、扩展单元、个人计算机（PC）或编程器，STEP 7-Micro/WIN编程软件及通信电缆等组成。

表2.1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元本设计采用的是CUP226。

它具有24输入/16输出共40个数字量I/O点。

基于PLC和组态王的温度控制系统的设计目录第一章系统及工控机的设计与选择1.1 系统整体设计方案1.2 系统硬件各部分选型1.3 传感器Pt100的选型设计1.4 温度变送器选型设计第二章 PLC和HMI基础2.1 可编程控制器基础2.1.1 可编程控制器的产生和应用2.1.2 可编程控制器的组成和工作原理2.1.3 可编程控制器的分类及特点2.2 人机界面基础2.2.1 人机界面的定义2.2.2 人机界面产品的组成及工作原理2.2.3 人机界面产品的特点第三章 PLC控制系统硬件设计3.1 PLC控制系统设计的基本原则和步骤3.1.1 PLC控制系统设计的基本原则3.1.2 PLC控制系统设计的一般步骤3.2 PLC的选型与硬件配置3.2.1 PLC型号的选择3.2.2 S7-200 CPU的选择3.2.3 EM231模拟量输入模块3.2.4 热电式传感器3.3 I/O点分配及电气连接图3.4 PLC控制器的设计3.4.1 控制系统数学模型的建立3.4.2 PID控制及参数整定第四章 PLC控制系统软件设计4.1 PLC程序设计方法4.2 编程软件STEP7--Micro/WIN概述4.2.1 STEP7-Micro/WIN简单介绍4.2.2 梯形图语言特点4.2.3 STEP7-Micro/WIN参数设置（通讯设置）4.3 程序设计4.3.1 设计思路4.3.2 控制程序流程图4.3.3 梯形图程序4.3.4 PID指令向导的运用4.3.5 语句表（STL）程序第五章基于组态王的HMI设计5.1 人机界面（HMI）设计5.1.1 监控主界面5.1.2 实时趋势曲线5.1.3 历史趋势曲线5.1.4 报警窗口5.1.5 设定画面5.2 变量设置5.3 动画连接4第六章系统运行结果及分析6.1 系统运行6.2 运行结果分析6.2.1 温度趋势曲线分析6.2.2 报警信息分析第七章总结参考文献摘要可编程控制器是一种应用很广泛的自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性高、适宜长期连续工作的特点，非常适合温度控制的要求。

本科生毕业论文（设计）目录第一章前言 (1)1。

1项目背景、意义 (1)1.2温控系统的现状 (2)1.3项目研究内容 (3)第二章PLC和HMI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 (5)2.1.3可编程控制器的分类及特点 (8)2.2人机界面基础 (8)2.2.1人机界面的定义 (8)2.2.2人机界面产品的组成及工作原理 (9)2.2。

3人机界面产品的特点 (9)第三章PLC控制系统硬件设计 (10)3.1PLC控制系统设计的基本原则和步骤 (10)3。

1.1 ...................................................................................... PLC控制系统设计的基本原则103.1.2PLC控制系统设计的一般步骤 (11)3.2PLC的选型与硬件配置 (13)3.2。

1 ............................................................................................................. P LC型号的选择133。

2。

2..................................................................................................... S7—200 CPU的选择143。

2。

3................................................................................................. E M231模拟量输入模块143.2。

4热电式传感器 (16)3。

3I/O点分配及电气连接图 (17)3。

基于PLC的远程温度控制系统的设计与调试摘要在许多现代工业生产中，温度控制都是要解决的问题之一，对于很多危险或者无需人力控制的领域，我们可以用远程控制，在办公室里就可以对现场进行监控，即方便又安全。

随着电子技术的发展, 可编程序控制器(PLC)已经由原来简单的逻辑量控制, 逐步具有了计算机控制系统的功能。

本文提出了采用组态软件和可编程控制器组成一个比较简单、通用的远程温度控制系统。

可编程控制器的一个优势就是可以很方便的改写其中的程序以满足不同的工艺，尤其在工艺改进时优势更加明显。

组态软件则可以提供一个符号现场的直观人机友好界面。

文章着重介绍了组态软件和可编程控制器在温度控制设计中应用，描述了使用可编程控制和计算机一起组成控制功能完善的控制系统的一般设计方法和过程。

关键词：远程控制；温度控制；组态软件；编程控制器.The Design and Development of a PLC-based Remote TemperatureController SystemAbstractIn many modern manufacturing productions, temperature control is one of the most problems to be solved. In many dangerous or no human required control areas, we can use remote control in the office, which will be able to monitor the scene, which is convenient and safe. With the development of electronic technology, programmable logic controller (PLC) has developed from simple logic of control, and gradually with a computer control system.This paper presents configuration software and programmable logic controllers to form a relatively simple, universal remote temperature control system. The PLC takes an advantage that can be easily adapted from one of the procedures to meet the different technology, particularly in the process improvement. Configuration software can provide a symbolic scene of the friendly and intuitive man-machine interfaces. The article focused on the configuration software and programmable controllers in the design of temperature control, describes the use of programmable control and computer components to improve the control of the general control system design methods and processes.Keywords: remote control; temperature control; configuration software; programmable logic controller (PLC).目次基于PLC的远程温度控制系统的设计与调试 (I)目次 (III)1 绪论 (1)1.1 问题的提出 (1)1.2国内外研究状况 (1)1.3研究方法 (3)1.4研究意义 (4)2 PLC控制系统的硬件组成 (5)2.1欧姆龙CPM2AH功能简介 (5)2.1.1性能和功能 (5)2.1.2基本系统配置 (10)2.1.3结构与操作 (12)2.2 MAD01模拟量I/O单元 (18)2.2.1使用模拟量I/O单元 (18)2.3 串口通信 (19)3组态王软件简介 (22)3.1组态王程序组成员 (22)3.2制作一个工程的一般过程 (23)4系统的设计与调试 (26)4.1设计思路 (26)4.2下位机的设计与调试 (26)4.2.1 PLC的程序设计 (26)4.2.2问题及解决方法 (28)4.3上位机的设计与调试 (29)4.3.1 组态王工程的建立和调试 (29)4.3.2 问题及解决方法 (31)4.4上位机与下位机的通信连接 (31)4.4.1 通信的实现 (31)4.4.2 问题及解决方法 (32)5 结论 (33)参考文献 (34)致谢 (35)1 绪论1.1 问题的提出许多领域都需要对温度的监控，如工厂的生产设备、化工领域、航空航天、农作物的种植和储存、实验室等等。

摘要在工、农业生产和日常生活中，各个环节都与温度紧密相连，温度的测量及控制占有极其重要的地位。

温度已成为大多数仪器正常工作的前提，而且对温度的要求也越来越严格。

因此，温度检测与控制方法的研究也越来越受到人们的重视。

本文介绍的温度控制系统为两层结构，上位机由组态软件完成对下位机的监控。

下位机利用数字温度传感器DS18B20，结合单片机组成传感器网络，设计了相关硬件和软件，实现多点温度测量和控制。

论文中介绍了DS18B20进行循环温度检测的方法和采用增量式PID控制算法和PWM调功方式，通过控制固态继电器在一定周期内的通断占空比，最终实现对电烤箱的温度控制。

其中控制范围为室温到120℃，误差小于0.5℃。

上位机PC与单片机之间通过RS232串口实现数据交换，又组态软件King View具有强大的数据采集、处理功能和友好的人机界面，故基于单片机和组态王的温度控制系统，可以理想地实现对相关设备的实时监控。

此系统具有成本低、可靠性高、使用方便等特点，可广泛用于仓库测温、楼宇空调温度控制、生产过程监控等。

关键词： AT89S52；DS18B20；温度控制；组态王；RS232AbstractIn industrial and agricultural production and daily life,all sectors are closely related to temperature.Temperature Measurement and Control occupy a very important position. At present,temperature measurement and control equipment has become normal working majority of the premise that and the temperature requirements more stringent. Therefore,the temperature measurement and control method of attracting increasing attention.The paper introduces a temperature control system,the detection and control of the controlled objects are accomplished by slave computers,and the supervision of the controlled objects and slave computers is implemented in the host computer based on King View.DS18B20 and Microprocessor AT89S52 build up sensor networks,which achieve the design of hardware and software for multiple spots temperature detected and control system.The Paper describes the DS18B20 temperature measurement method and application of incremental PID loop control algorithm and mode of PWM power by controlling the solid state relay must cycle on/off duty cycle, and ultimately to electric oven temperature control.The entire temperature detected and control system is capable of detecting and controlling multiple-point temperature for accurate measurement,the controlling range from the room temperature to 120℃，control error is less than 0.5℃.The communication between PC and microprocessor based on RS2332 is described in detail in the paper.King View software supports a powerful platform for real time detection project.It supports powerful function for data acquisition and management and man-machine interface.The state detection for temperature detected and control system based on Microprocessor and King View software is designed to detect the devices and make sure the devices work in a reliable,effective and secure way.With low cost,high reliability and convenience of operators,the system can be used in many fields such as the temperature measurement system of warehouse,the air conditioning control of building and the monitor of productive process.Keywords: AT89S52; DS18B20; Temperature control; King View; RS232目录1 绪论 (1)1.1课题背景及现状 (1)1.1.1温度测量方面 (1)1.1.2温度控制方面 (2)1.2研究意义 (2)1.3课题要求 (3)2 方案论证与主要器件选型 (4)2.1方案比较与选择 (4)2.1.1温度测量方案选择 (4)2.1.2温度控制方案的选择 (5)2.2主要器件的选择 (6)2.2.1传感器 (6)2.2.2主控元件 (8)2.2.3显示器件 (9)2.2.4控制模块 (9)2.2.5通信模块 (11)2.3上位机组态监控 (12)2.4系统总体设计框图 (12)3 系统硬件电路设计 (14)3.1系统硬件电路框图 (14)3.2单片机最小系统设计 (14)3.3多点测量电路设计 (16)3.3.1.读序列号电路的设计 (16)3.3.2.温度测量电路的设计 (16)3.3.3 DS18B20使用中注意事项 (18)3.4显示和键盘电路设计 (18)3.4.1显示和键盘电路图 (18)3.4.2显示部分设计 (19)3.4.3键盘电路设计 (20)3.5控制模块电路设计 (21)3.5.1控制执行电路 (21)3.5.2报警电路 (21)3.6串口通讯电路 (22)4系统软件部分设计 (23)4.1软件总体设计 (23)4.2 DS18B20的测温程序 (24)4.2.1 DS18B20常用指令 (24)4.2.2 初始化子程序 (24)4.2.3 读子程序 (25)4.2.4 写子程序 (25)4.3显示和键盘扫描程序 (26)4.3.1显示扫描程序流程图 (26)4.3.2键盘扫描程序流程图 (26)4.4控制执行程序 (27)4.4.1控制思路及其流程图 (27)4.4.2 PID控制算法 (28)4.4.3 PID参数的整定 (29)4.4.4 PWM波的设计 (30)4.5通讯程序 (30)4.6组态王监控界面设计 (34)5 系统调试 (36)5.1 硬件部分调试 (36)5.2 软件部分调试 (37)6 总结 (38)参考文献 (40)致谢 (41)附录A 电气原理图 (42)附录B 主要程序 (42)1 绪论温度在现代社会中成为一个很重要的物理量，人们可以根据温度来调节个人的生活行为，气象工作者可以根据温度变化范围来提供可靠的天气预报。

基于PLC与组态王的模拟锅炉温度控制系统一、本文概述随着工业自动化技术的不断发展，可编程逻辑控制器（PLC）和组态软件在工业自动化领域的应用越来越广泛。

特别是，它们在模拟锅炉温度控制系统中发挥着至关重要的作用。

本文旨在探讨基于PLC 与组态王的模拟锅炉温度控制系统的设计与实现，通过详细分析系统的构成、功能和工作原理，展示这一技术在实际工业生产中的应用价值。

本文将简要介绍模拟锅炉温度控制系统的基本需求和设计目标，明确系统需要实现的功能和性能要求。

接着，将详细介绍PLC在系统中的核心作用，包括其编程逻辑、输入输出处理以及与其他设备的通信机制。

还将阐述组态王在系统中的重要性，如何通过其强大的图形化界面设计功能，实现对锅炉温度控制的实时监控和操作。

本文还将对系统的硬件和软件架构进行深入分析，包括传感器、执行器、PLC控制器、组态王软件等关键组件的选择和配置。

将探讨如何通过PLC编程和组态王界面设计，实现锅炉温度的精确控制、故障预警和远程监控等功能。

本文将总结基于PLC与组态王的模拟锅炉温度控制系统的特点和优势，展望其未来的发展趋势和应用前景。

通过本文的研究和讨论，读者将能够全面了解基于PLC与组态王的模拟锅炉温度控制系统的设计原理和实现方法，为实际工业生产中的温度控制提供有益的参考和借鉴。

二、PLC与组态王技术概述PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC以其高可靠性、易于编程、灵活性强等特点，在工业自动化领域得到了广泛应用。

组态王（Kingview）是一款功能强大的工业自动化监控软件，提供了丰富的图形界面设计和数据处理功能。

它允许用户通过简单的图形化操作，快速构建出各种监控界面，实现对工业设备的实时监控和控制。

基于PLC和组态王的钟罩炉温度控制系统魏翠琴;张建斌【摘要】Thispaperdesignsthesoftwareandhardwarecontrolsystemofindustrialheatin gfurnacesuchasannealingusingOMRONPLC andIPC .Bymeansofauto-tuningPIDoperating,self-adaptingadjuststhetemperatureofheatingfurnace,toinsurethecontrolprecisi onofthetemperatureofpartone(furnacegas),parttwo(furnaceburden),partthree( furnace)tobe±1℃.Thesystemsavestime,improves thetuningprecisionandincreasestheeconomicbenefits.% 采用欧姆龙 PLC 和组态王设计了工业加热炉退火的软硬件控制系统.通过 PLC 的自整定 PID 运算，自适应调节加热炉内的温度，以保证一区(炉气)、二区(炉料)、三区(炉子)的温度恒定，这三区温度的控温精度为±1℃.系统运行表明，节省了时间，提高了整定精度，提高了经济效益.【期刊名称】《湖州职业技术学院学报》【年(卷),期】2013(000)001【总页数】5页(P80-84)【关键词】PID自整定;工控机;加热炉;组态王【作者】魏翠琴;张建斌【作者单位】湖州职业技术学院，浙江湖州 313000;湖州远来工控有限公司，浙江湖州 313000【正文语种】中文【中图分类】TP273+.1钟罩炉广泛应用于磁性材料、电子陶瓷元件、粉末冶金等产品的预烧和烧结，也可以满足特种电子陶瓷元件在保护气氛下烧结之用。

温度是工业控制对象中的主要被控参数之一，常用的温度控制方式有温控仪表控制、温控模块控制、PLC控制和PID调节器控制等。

前言可编程控制器是一种应用很广泛的自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性高、适宜长期连续工作的特点，非常适合温度控制的要求。

在工业领域，随着自动化程度的迅速提高，用户对控制系统的过程监控要求越来越高，人机界面的出现正好满足了用户这一需求。

人机界面可以对控制系统进行全面监控，包括过程监测、报警提示、数据记录等功能，从而使控制系统变得操作人性化、过程可视化，在自动控制领域的作用日益显著。

本文主要介绍了基于三菱公司FX2N系列的可编程控制器和亚控公司的组态软件组态王的某一对象温度控制系统的设计方案。

编程时调用了编程软件STEP 7 -Micro WIN中自带的PID控制模块，使得程序更为简洁，运行速度更为理想。

利用组态软件组态王设计人机界面，实现控制系统的实时监控、数据的实时采样与处理。

目录第一章概述 (2)第二章总方案 (3)2.1 系统框图 (3)2.2 下位机设计 (4)2.2.1 元件选择 (6)2.3 上位机设计 (8)2.3.1 监控主界面 (9)2.3.2 实时趋势曲线 (10)2.3.3 历史趋势曲线 (11)2.3.4 报警窗口 (11)2.3.5 设定画面 (12)2.3.6 变量设置 (13)2.3.7 动画连接 (15)第三章总结 (17)第四章参考文献 (17)1第一章概述温度控制在电子、冶金、机械等工业领域应用非常广泛。

由于其具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点，它对控制调节器要求极高。

目前,仍有相当部分工业企业在用窑、炉等烘干生产线，存在着控制精度不高、炉内温度均匀性差等问题,达不到工艺要求，造成装备运行成本费用高，产出品品质低下，严重影响企业经济效益，急需技术改造。

近年来，国内外对温度控制器的研究进行了广泛、深入的研究，特别是随着计算机技术的发展，温度控制器的研究取得了巨大的发展，形成了一批商品化的温度调节器，如:职能化PID、模糊控制、自适应控制等，其性能、控制效果好,可广泛应用于温度控制系统及企业相关设备的技术改造服务。

基于PLC+组态王的温度监控系统设计摘要：在工业生产自动控制中，为了生产安全以及保证产品质量，对于温度、压力、流量、速度等一些重要的被控参数需要进行自动检测，并根据检测结果进行相应的控制。

在自动监控系统中通常设有被控参数的上下限检测、报警及自动处理系统，以提醒操作人员采取必要的紧急措施。

由于温度是工业生产中主要的被控参数之一，本课题选择对温度进行采集来探究自动监控系统。

PLC结构简单，编程方便，可靠性高，且对使用环境适应性极强，广泛用于工业生产自动控制中。

同时，PLC具有特殊功能模块，可以对采集输入的模拟量进行分析和处理。

因此本课题使用PLC中的EM231模块对采集的信息进行A/D转换，转换后的信息传入PLC的CPU中，再使用计算机做上位机进行信息处理，在计算机中使用组态王与PLC之间通过通信线路实现信息的交换和对传送来的温度进行监测。

本课题以一个基于组态王的PLC温度监控系统为例，来研究PLC在模拟量信号监测系统中的应用问题。

关键词：PLC；组态王；温度监控系统；EM231Abstract:In order to guarantee the security of the production process and the quality of the production during the industrial automatic control, various vital controlled parameters should be detected automatically, such as temperature, pressure, flux and speed. And corresponding measures should be took according to the result of detection. To paying attention to the operation staff to do some emergency measures, warning systems, auto-processing systems, the ceiling of the controlled parameters, and the lower limit of the controlled parameters usually be carried in a monitoring system. Considering temperature is an important parameter during the production process, this project choose the data collection of temperature to explore the automatic monitoring system. The Programmable Logic Controller have the simple structure, convenient programming, highly reliability, and great adaptive faculty of working conditions. Moreover, it is widely used in the industrial automatic control. In addition, PLC have functional module, it can analysis and handle the collected manipulation data, so this project use the EM231 module of PLC to realize the a/d conversion of the collected data and send the result of a/d conversion to the CPU of PLC. This project choose a computer to handle information processing as a upper monitor. In order to monitor the temperature, the exchange and transfer of information are realized by the telecommunication line between the Kingview Software in the computer and PLC. This project take a PLC temperature monitoring system which is based on Kingview Software for an example, to exploring the application problem of PLC in the analog quantity signal monitoring system.Key words:PLC; Kingview Software; temperature monitoring system; EM231目录第一章绪论 (3)1.1 PLC及组态王介绍 (3)1.1.1 PLC简单概述 (3)1.1.2组态王6.53系统介绍 (7)1.2 监控任务 (8)1.3 研究目的和意义 (8)1.4 方案设计 (8)第二章温度监控实况 (9)2.1温度监控实际情况描述 (9)2.2 结合温度控制情况画出模拟图 (9)第三章可编程控制器程序设计 (9)3.1可编程控制器I/O端口分配 (9)3.2 输入/输出接线列表 (9)3.3程序梯形图及指令语句表 (10)3.3.1梯形图程序 (10)3.3.2梯形图所对应的语句表 (11)第四章温度监控的组态控制过程 (12)4.1工程的建立和变量定义 (12)4.1.1 工程的建立 (12)4.1.2 变量的定义 (12)4.1.3 设备与变量连接 (13)4.2画面建立 (14)4.2.1工程画面建立 (14)4.2.2动画组态图制作 (15)4.3 温度控制的动画连接........................................ 错误!未定义书签。