基于PLC的水温控制系统

论文总字数：15693字

目 录

1、引言 1

2、国内外发展现状 1

2.1 国内现状 1

2.2 国外现状 1

3、本文目标以及实施方案 1

3.1 本文目标 1

3.2 实施方案 1

4、硬件介绍 1

4.1硬件选择 1

4.1.1 台达EH003t 1

4.1.2 台达06XA-H2 1

4.1.3加热器 1

4.1.4 Pt100热电阻 1

4.1.5. 温度变送器 1

4.1.6 固态继电器 1

4.2PLC结构 1

4.2.1 中央处理器（CPU） 1

4.2.2 存储器 1

4.2.3 电源 1

4.2.4 输入/输出模块（I/O） 1

4.3PLC工作原理 1

4.4PLC编程方式 1

4.5PLC的设计步骤 1

5、PID介绍 1

5.1 工作原理 1

5.2 参数整定 1

5.3 模块介绍 1

6、实施步骤 1

6.1 PLC程序编写 1

6.1.1 指令模式 1

6.1.2梯形图程序 1

6.2 组态王设计 1

6.2.1 新建工程 1

6.2.2 新建画面 1

6.2.3 设备连接 1

6.2.4 变量设置 1

6.2.5 实际运用画面 1

6.3 实物连接图 1

7、结果及评论 1

7.1 结果 1

7.1.1 实物连接 1

7.1.2 人机界面 1

7.1.3温度设置及保持 1

7.2 讨论 1

8、结论 1

参考文献 1

致谢 1

基于PLC技术的水温控制系统设计

吴豪20121340056

,China

Abstract：This article is designed to tank temperature controlled object through the PLC controller, by measuring the water level and water temperature , water temperature of the tank constituting the cascade control system; the use of PID algorithm, PLC ladder programming language to program the system using platinum resistance temperature measurement and pass into PLC, by comparing the measured value with the set value, the current value and change the heater heating time, in order to achieve automatic temperature control.

       This paper introduce the working principle of the automatic temperature control system, PLC ladder programming configuration and configuration software programming and other aspects to elaborate. After transformation, the temperature control system will has faster response, better stability, higher reliability, more accuracy and good control characteristics, to the industrial control has practical significance.

Key words:Temperaturecontrol;PLC;PID

1、引言

温度在当今社会无论是工业生产还是科学研究中，扮演的角色越来越重要。现如今许多的领域都离不开温度的应用。而随着当今科学技术的发展，传统的控制技术已经不再能够满足现代生产研究的需要，现如今对于温度控制系统的精度以及温度控制的反应速度的要求也越来越高。在如今的工业生产领域，如电力部门、化工企业、石油、食品等众多行业里，温度通常都是作为反应过程以及控制对象的最重要的参数之一，具有至关重要的作用。所以，由于需求的增加，工业科研系统中那些传统的人工测量以及控制系统由于它精度不够，速度慢以及需要大量的劳动力的缺点，将会慢慢被现代技术淘汰。当今毫无疑问，更加敏锐、更加精确的温度控制系统将会成为现代控制技术的发展方向。

PLC由于其应用面广，功能强大以及使用方便的众多优点，已经被广泛应用于当今的工业领域，尤其是在部分专业环境下，PLC控制器的作用尤为明显。本文通过使用PLC设备，软件编程，将PLC控制器，温度检测器，加热器相连接，形成一个温度控制的闭环系统，从而实现温度的精确控制。

PID调节现如今被广泛的应用在各个系统中。PID是三个不同含义字母的首字母。P为比例、I为积分、D则表示微分。在它的控制过程中，它的相关参数对于它的控制起到决定性的作用，如kp、ki、ts、kd等系数^[1]。PID在工业以及科学研究的过程中已经有了很久的历史，在过去的研究过程中出现了许多不同的算法，PID由于其可靠性高、简单且鲁棒性好的众多特点，已经被广泛的用在了许多的工业操作领域。所以，如何确定好P、I、D三个参数对于现实的操作研究至关重要。

1. 国内外发展现状

2.1 国内现状

由于当今计算机技术的发展迅速，控制技术探索的不断深入，由控制器控制的水温系统已经在工业运行生产中普遍使用。

目前国内的计算机温度控制系统多数是以锅炉的形式存在的，而此又主要分为集散式和集中式两大类。集散式锅炉在大型的控制系统中使用广泛，它主要包括中央微机，现场微机，PLC及现场仪表等。而集中式则主要在小型的锅炉系统中使用广泛，包括工业控制计算机、外围设备，工业自动化仪表等。通常而言，小型的锅炉一般具有简单的结构，并且简单易操作，它一般由测量系统与执行系统构成，而在使用中温度、压力以及蒸汽流量、循环流量、排烟温度等都是使用中重要的参数。

而整个系统都是围绕控制器在运转，一般为工业控制计算机，其主要作用是对于整个系统进行管理，将得到的信息进行整理，处理，多数实际使用中还会对于关键信息进行打印，在设定的临界值进行报警等功能，拥有良好的人机界面，准确的显示出需要的关键参数，保证锅炉系统在最佳状态进行运行。外部设备由接口部分和执行机构组成，接口部分主要作用是收集外部传感器采集到的数据，从而实现对外部的控制。

2.2 国外现状

自70年代开始，在普遍对于工业过程控制要求的不断上升的背景下，尤其是在电子技术以及自动控制理论不断改进的推动下，国外的相关系统得到了迅速的提高。尤其是在小型化、智能化等方面取得显著成果。在此研究方面，由美国等发达国家为主的国家长期走在了这方面研究的前沿，生产出了许多拥有优异性能并且能够大量生产的控制装置以及相关配套产品，并得到了各行各业的广泛使用^[2]。而这些产品通常具备以下的特点：1、这些对于那些惯性比较大或者滞后性强的控制系统同样适用。2、对于操作不太简单，参数一直在改变的温度测量控制系统同样适用。3、这些系统大多都相当的智能，其中许多都拥有自动控制，可以随着外部的变化进行自我调整，且采用领先的算法技术，有着很广的应用范围。4、温度控制器普遍都拥有参数整定功能，有的还具有自学习的功能，适应当今社会发展的需要。

3、本文目标以及实施方案

3.1 本文目标

本设计的目标为实现水温的自动控制功能。本文打算以台达PLC为控制器对于整个系统进行控制，以容器里的水的温度为控制与测量对象。本文在设计中需要完成以下的目标：

（1）实现PLC控制器对于整个系统的控制。做出一个小型的实物连接系统，使之具有PLC自动调节温度的功能。

（2）拥有良好的人机界面，可以直观的反映出实时的温度以及温度的变化，在超过一定的范围后能够自动预警。

（3）可以对于需要的温度进行设定，具有可调节功能，在系统稳定后能够保持设定的温度。

3.2 实施方案

针对本文的实施目标，我对自己的设计做了以下的方案。首先，由于本设计是打算用PLC为控制器，本设计决定采用台达PLC控制器作为程序的核心。为了实现整个系统的功能，通过梯形图程序的编写，使PLC具备相应的功能。其次，本设计力求有一个友好的人机界面，为了达到对于系统的实时状态的实时反映以及对于测量结果的实时分析，本设计准备采用组态王仿真软件达成这一目的，将PLC接入电脑，通过组态王达到对于系统进行分析记录的目的。

对于希望的系统具有可调节设定温度的功能，也是在组态王里面进行实现的，为了使系统更加的直观且有说服力，本设计的主体是实物设计而非仿真软件。本设计的最终目的是为了达成温度的自动控制功能，为了这一目标，本系统做了以下设计：通过热电阻来测量出实时的水温，并且通过转换模块将它传入PLC系统，由PLC进行相关算法后决定是否对于加热器给与一个开关量。当温度达到所需要的值时，将加热装置关闭，如此反复，便可以达到所需要的目的。

实物系统的具体连接方案如下：

（1）通过热电阻对于水温进行测量传入温度变送器。再由其输出模拟量信号并传入模拟量模块。

（2）模拟量模块用来接受信号。将接收到的信号转换为可以使用的数字信号并且传入控制器。

（3）通过PLC控制器对于接收到的信号与设定信号相比较，通过PID运算，由高速脉冲输出一个脉冲信号给固态继电器。

（4）固态继电器通过脉冲信号的输入给出加热棒一个开关信号，从而使得水温开始改变。

4、硬件介绍

4.1硬件选择

本设计结合实际要求以及自身的条件，选择使用三菱台达EH003t控制器，结合台达06XA-H2模块，形成整个设计的控制系统，系统综合整体需要，还需要配备Pt100热电阻，一个普通的加热器。同时还需要一个温度变送器。

4.1.1 台达EH003t

本设计采用台达EH003tPLC控制器，此控制器是晶体管输出的，此控制器的特色为它的运动控制功能，适合更加复杂的应用，有较大的程序以及数据寄存器容量，它内置一个RS232口、一个RS485口，能够扩展COM3，且均支持MODBUS主/从站模式，除此以外，此型号的PLC还具有完整的程序保护功能，具体表现为程序具有自动备份的功能，即使电池没电程序也不会消失，其次，它还具有第二份备份功能，可存储第二份程序与数据，最后它还具备多重的密码保护功能，能够保护使用者的知识产权。

4.1.2 台达06XA-H2

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