苏ICP备112451047180号-6
电炉的全自动温度监控报警系统设计
目 录
第一章 引言...................................................................1
1.1 课题来源及研究目的和意义.............................................1
1.2 温度测控报警系统的发展状况与趋势.....................................1
1.3 本文的研究内容及具体设计要求.........................................3
第二章 研究技术介绍...........................................................4
2.1 传感技术.............................................................4
2.2 PLC（可编程控制器基础）................................................4
2.2.1可编程控制器的产生和应用........................................4
2.2.2可编程控制器的组成和工作原理....................................4
2.2.3可编程控制器的分类及特点........................................6
2.3 上位机...............................................................7
2.4 组态软件.............................................................8
第三章 控制系统的硬件选择与设计...............................................9
3.1 PLC的选型和硬件配置..................................................9
3.1.1 PLC型号的选择..................................................9
3.1.2 S7-200 CPU的选择...............................................9
3.1.3 模拟量输入模块EM231.. ........................................10
3.1.4电气原理图与接线实物图.........................................10
3.1.5 热电式传感器..................................................12
第四章 控制系统的软件设计....................................................14
4.1 编程软件STEP7--Micro/WIN 概述........................................14
4.1.1 STEP7--Micro/WIN 简单介绍.....................................14
4.1.2 计算机与PLC的通信............................................14
4.2 PID控制程序设计......................................................15
4.2.1 PID控制算法...................................................15
4.2.2 PID在PLC中的回路指令..........................................17
4.2.3 回路输入输出变量的数值转换方法................................18
4.2.4 实数归一化处理................................................18
4.2.5 PID参数整定...................................................18
4.3 组态变量的建立及设备连接............................................18
4.3.1 新建项目......................................................19
4.4 创建组态画面........................................................22
4.4.1 新建主画面....................................................23
4.4.2 新建PID参数设定窗口..........................................23
4.4.3 新建数据报表 .................................................23
4.4.4 新建实时曲线..................................................24
4.4.5 新建历史曲线..................................................24
4.4.6 新建报警窗口..................................................25
第五章 项目程序设计..........................................................27
5.1 S7-200程序设计流程图及各种电气接线图................................27
5.2 I/O分配表...........................................................30
5.3 内存地址分配........................................................31
5.4 S7-200程序设计梯形图................................................31
5.4.1 初次上电......................................................31
5.4.2 启动/停止、急停阶段...........................................32
5.4.3 子程序........................................................33
5.4.4 中断程序，PID的计算...........................................35
第六章 结 论..............................................................36
致 谢......................................................................37
参考文献......................................................................38
毕业设计调研报告
一、课题来源及现状
温度控制系统在工业生产中获得了广泛的应用，在工农业生产、国防、科研以及日常生活等领域占有重要的地位。温度控制系统是人类供热、取暖的主要设备的驱动 来源，它的出现迄今已有两百余年的历史。期间，从低级到高级，从简单到复杂，随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高，温度控制系统的控制技术得 到迅速发展。当前比较流行的温度控制系统有基于单片机的温度控制系统，基于PLC 的温度控制系统，基于工控机（IPC）的温度控制系统，集散型温度控制系统（DCS），现场总线控制系统（FCS）等。
温度检测是国民生产生活中不可缺少的重要环节之一。亦是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。在科学研究和生产实践的诸多领域中, 温度控制占有着极为重要的地位, 特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案 也有所不同。例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等。温度控制系统 的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。使用PLC，通过PID调节来实现温度的检测与报警则可以达到预期的效果，使其检测更加方便、快捷、准确。
本论文通过采用对PLC（可编程控制器）来控制电炉的全自动温度监控报警系统的运行的状况进行了研究，使电炉的温度监控可以高效率的完成，可以充分体现出PLC所具有的功能强，可靠性高、编程简单、使用方便、体积小巧等优点。本论文以PLC控制为核心，加热炉为基础的温度自动控制系统中，PLC将加热炉温度设定值与温度传感器的测量值之间的偏差经PID运算后得到的信号控制输出电压的大小，从而调节加热器加热，实现温度自动控制的目的。运用学到的可编程控制器的梯形图语言将程序编写完成后，再通过实际测试，来实现对温度的相关检测。温度的监控系统采用PLC控制，还能解决传统控制方式下在操作方面的许多麻烦，包括温度不易检测、准确性等问题。同时，通过采用PLC控制可以减轻工人的劳动强度，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。因此，PLC在该方面的应用具有重要的实用意义和推广价值。
二、本课题欲实现的的目标
本设计主要是完成在工业、农业等生产设计，目前温度测控报警系统在国内的产品有很多，但很多还需做出必要合理的改进，预计本设计产品主要是完成整台设备的生产设计，能够通过传感器检测实际的温度值，而且能够显示温度值，当实际温度值和设定温度值不相等时发出报警信号，以便让操作工控制。在生产实践中能收到良好的经济效应和社会效应。
具体实现的目标如下:
1.提高温度检测的准确性
2.减少人力劳动，合理利用信息资源
3.提高灵活性，实现自动化
4.合理运行，延长电炉使用寿命
5.简化操作，从而省时省力
三、设计方案及预期效果
使用PLC，通过PID调节来实现电炉的全自动温控报警。
预计能解决传统的弊端，实现目标
第一章 引言
1.1 课题来源及研究目的和意义
温度的测量和控制对人类主要是完成整台设备的生产设计，气象预报、物资仓储等都起着极其重要的作用。在许多场合，及时准确获得目标的温度信息是十分重要的，近年来，温度测控领域发展迅速，并且随着数字技术的发展，温度的测控芯片也相应的登上历史的舞台，能够在工业、农业等各领域中广泛使用。
本设计主要是完成在工业、农业等生产设计，目前温度测控报警系统在国内的产品有很多，但很多还需做出必要合理的改进，预计本设计产品主要是完成整台设备的生产设计，能够通过传感器检测实际的温度值，而且能够显示温度值，当实际温度值和设定温度值不相等时发出报警信号，以便让操作工控制。在生产实践中能收到良好的经济效应和社会效应。
1.2温度测控报警系统的发展状况与趋势
温度控制系统在工业生产中获得了广泛的应用，在工农业生产、国防、科研以及日常生活等领域占有重要的地位。温度控制系统是人类供热、取暖的主要设备的驱动 来源，它的出现迄今已有两百余年的历史。期间，从低级到高级，从简单到复杂，随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高，温度控制系统的控制技术得 到迅速发展。当前比较流行的温度控制系统有基于单片机的温度控制系统，基于PLC 的温度控制系统，基于工控机（IPC）的温度控制系统，集散型温度控制系统（DCS），现场总线控制系统（FCS）等。
1.3本文的研究内容及具体设计要求
本论文主要是利用PLC S7-200 采用PID控制技术做一个温度控制系统，要求稳定误差不超过正负1℃，并且用实现在线监控。
本文以电炉温度系统为例，具体设计要求：
①要求PLC系统能够监控反应器的温度。
②开始工作时全速加热，停止加热。
③工作过程中温度过高/低时能发出声光报警，声报警能用按钮手动解除，光报警在正常时自动解除
④通过通信方式传送给监控电脑，监控电脑能检测对象的参数、状态。
基于以上的要求，所设计的系统必须有以下结构模块：温度传感器单元、温度显示单元、PLC模拟量转换模块单元、电脑监测单元 。
第二章 研究技术介绍
2.1传感技术
传感技术、通信技术和计算机技术是现代信息技术的三大基础技术。
中华人名共和国国家标准GB7665-1987对传感器（transducer/sensor）的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。其中，敏感元件是指直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件或响应的被测量转换成适于传感器或被测量的电信号部分。”
对生产过程的监控首先离不开采集设备工作信息，因此选用合适的传感器至关重要，如果把计算机看作是自动化系统的“大脑”，信道看作是“神经网络”的话，那么传感器就是自动化系统的“五官”。无法对现场数据进行准确、可靠、实时测量，监控也就无从谈起了。
第三章 控制系统的硬件选择与设计
3.1 PLC的选型和硬件配置
3.1.1 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，适用于各行各业，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行中，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。
3.1.2 S7-200 CPU的选择
S7-200 系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等类型。4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器等。
第四章 控制系统的软件设计
4.1 编程软件STEP7--Micro/WIN 概述
STEP7-Micro/WIN 编程软件是基于Windows的应用软件，由西门子公司专为S7-200系列可编程控制器设计开发，它功能强大，主要为用户开发控制程序使用，同时也可以实时监控用户程序的执行状态。
4.1.1 STEP7--Micro/WIN 简单介绍
以 STEP7-Micro/WIN创建程序，为接通STEP7-Micro/WIN，可双击STEP7 -Micro/WIN的图标，如图4-1所示，STEP7-Micro/WIN项目窗口将提供用于创建程序的工作空间。浏览条给出了多组按钮，用于访问STEP7--Micro/WIN的不同编程特性。指令树将显示用于创建控制程序的所有项目对象指令。程序编辑器包括程序逻辑和局部变量表，可在其中分配临时局部变量的符号名。子程序和中断程序在程序编辑器窗口的的底部按标签显示。
参考文献
[1] SIMATIC S7-200可编程序控制器系统手册[M].北京:机械工业出版社,2002.
[2] 张仑.可编程序控制器中PID控制的研究[J].电子电气教学学报,2005
[3]西门子（中国）有限公司.深入浅出西门子S7-200PLC（第三版）[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2007.
[4]可编程序控制器的编程方法与工程应用 廖常初 重庆大学出版社
[5] 陈建明.电气控制与PLC应用[M].北京:电子工业出版社,2009.
[6] 戴仙金.西门子S7-200系列PLC应用与开发[M].中国水利水电出版社,2007.
[7] 丁镇生.传感器及传感技术应用[M].北京:电子工业出版社,1998.
[8] 赵阳.西门子S7-300PLC及工控组态软件Wincc的应用[J].北京:电子工业出版社
[9] 组态王6.53使用手册[M].北京亚控,2007.
[10] 组态王6.53命令语言函数使用手册[M].北京亚控,2007.
[11]向晓汉.机电一体化设备plc控制与调试.——无锡职业技术学院，2010.8
http://www.bysj580.com/
目 录
第一章 引言...................................................................1
1.1 课题来源及研究目的和意义.............................................1
1.2 温度测控报警系统的发展状况与趋势.....................................1
1.3 本文的研究内容及具体设计要求.........................................3
第二章 研究技术介绍...........................................................4
2.1 传感技术.............................................................4
2.2 PLC（可编程控制器基础）................................................4
2.2.1可编程控制器的产生和应用........................................4
2.2.2可编程控制器的组成和工作原理....................................4
2.2.3可编程控制器的分类及特点........................................6
2.3 上位机...............................................................7
2.4 组态软件.............................................................8
第三章 控制系统的硬件选择与设计...............................................9
3.1 PLC的选型和硬件配置..................................................9
3.1.1 PLC型号的选择..................................................9
3.1.2 S7-200 CPU的选择...............................................9
3.1.3 模拟量输入模块EM231.. ........................................10
3.1.4电气原理图与接线实物图.........................................10
3.1.5 热电式传感器..................................................12
第四章 控制系统的软件设计....................................................14
4.1 编程软件STEP7--Micro/WIN 概述........................................14
4.1.1 STEP7--Micro/WIN 简单介绍.....................................14
4.1.2 计算机与PLC的通信............................................14
4.2 PID控制程序设计......................................................15
4.2.1 PID控制算法...................................................15
4.2.2 PID在PLC中的回路指令..........................................17
4.2.3 回路输入输出变量的数值转换方法................................18
4.2.4 实数归一化处理................................................18
4.2.5 PID参数整定...................................................18
4.3 组态变量的建立及设备连接............................................18
4.3.1 新建项目......................................................19
4.4 创建组态画面........................................................22
4.4.1 新建主画面....................................................23
4.4.2 新建PID参数设定窗口..........................................23
4.4.3 新建数据报表 .................................................23
4.4.4 新建实时曲线..................................................24
4.4.5 新建历史曲线..................................................24
4.4.6 新建报警窗口..................................................25
第五章 项目程序设计..........................................................27
5.1 S7-200程序设计流程图及各种电气接线图................................27
5.2 I/O分配表...........................................................30
5.3 内存地址分配........................................................31
5.4 S7-200程序设计梯形图................................................31
5.4.1 初次上电......................................................31
5.4.2 启动/停止、急停阶段...........................................32
5.4.3 子程序........................................................33
5.4.4 中断程序，PID的计算...........................................35
第六章 结 论..............................................................36
致 谢......................................................................37
参考文献......................................................................38
毕业设计调研报告
一、课题来源及现状
温度控制系统在工业生产中获得了广泛的应用，在工农业生产、国防、科研以及日常生活等领域占有重要的地位。温度控制系统是人类供热、取暖的主要设备的驱动 来源，它的出现迄今已有两百余年的历史。期间，从低级到高级，从简单到复杂，随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高，温度控制系统的控制技术得 到迅速发展。当前比较流行的温度控制系统有基于单片机的温度控制系统，基于PLC 的温度控制系统，基于工控机（IPC）的温度控制系统，集散型温度控制系统（DCS），现场总线控制系统（FCS）等。
温度检测是国民生产生活中不可缺少的重要环节之一。亦是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。在科学研究和生产实践的诸多领域中, 温度控制占有着极为重要的地位, 特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案 也有所不同。例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等。温度控制系统 的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。使用PLC，通过PID调节来实现温度的检测与报警则可以达到预期的效果，使其检测更加方便、快捷、准确。
本论文通过采用对PLC（可编程控制器）来控制电炉的全自动温度监控报警系统的运行的状况进行了研究，使电炉的温度监控可以高效率的完成，可以充分体现出PLC所具有的功能强，可靠性高、编程简单、使用方便、体积小巧等优点。本论文以PLC控制为核心，加热炉为基础的温度自动控制系统中，PLC将加热炉温度设定值与温度传感器的测量值之间的偏差经PID运算后得到的信号控制输出电压的大小，从而调节加热器加热，实现温度自动控制的目的。运用学到的可编程控制器的梯形图语言将程序编写完成后，再通过实际测试，来实现对温度的相关检测。温度的监控系统采用PLC控制，还能解决传统控制方式下在操作方面的许多麻烦，包括温度不易检测、准确性等问题。同时，通过采用PLC控制可以减轻工人的劳动强度，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。因此，PLC在该方面的应用具有重要的实用意义和推广价值。
二、本课题欲实现的的目标
本设计主要是完成在工业、农业等生产设计，目前温度测控报警系统在国内的产品有很多，但很多还需做出必要合理的改进，预计本设计产品主要是完成整台设备的生产设计，能够通过传感器检测实际的温度值，而且能够显示温度值，当实际温度值和设定温度值不相等时发出报警信号，以便让操作工控制。在生产实践中能收到良好的经济效应和社会效应。
具体实现的目标如下:
1.提高温度检测的准确性
2.减少人力劳动，合理利用信息资源
3.提高灵活性，实现自动化
4.合理运行，延长电炉使用寿命
5.简化操作，从而省时省力
三、设计方案及预期效果
使用PLC，通过PID调节来实现电炉的全自动温控报警。
预计能解决传统的弊端，实现目标
第一章 引言
1.1 课题来源及研究目的和意义
温度的测量和控制对人类主要是完成整台设备的生产设计，气象预报、物资仓储等都起着极其重要的作用。在许多场合，及时准确获得目标的温度信息是十分重要的，近年来，温度测控领域发展迅速，并且随着数字技术的发展，温度的测控芯片也相应的登上历史的舞台，能够在工业、农业等各领域中广泛使用。
本设计主要是完成在工业、农业等生产设计，目前温度测控报警系统在国内的产品有很多，但很多还需做出必要合理的改进，预计本设计产品主要是完成整台设备的生产设计，能够通过传感器检测实际的温度值，而且能够显示温度值，当实际温度值和设定温度值不相等时发出报警信号，以便让操作工控制。在生产实践中能收到良好的经济效应和社会效应。
1.2温度测控报警系统的发展状况与趋势
温度控制系统在工业生产中获得了广泛的应用，在工农业生产、国防、科研以及日常生活等领域占有重要的地位。温度控制系统是人类供热、取暖的主要设备的驱动 来源，它的出现迄今已有两百余年的历史。期间，从低级到高级，从简单到复杂，随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高，温度控制系统的控制技术得 到迅速发展。当前比较流行的温度控制系统有基于单片机的温度控制系统，基于PLC 的温度控制系统，基于工控机（IPC）的温度控制系统，集散型温度控制系统（DCS），现场总线控制系统（FCS）等。
1.3本文的研究内容及具体设计要求
本论文主要是利用PLC S7-200 采用PID控制技术做一个温度控制系统，要求稳定误差不超过正负1℃，并且用实现在线监控。
本文以电炉温度系统为例，具体设计要求：
①要求PLC系统能够监控反应器的温度。
②开始工作时全速加热，停止加热。
③工作过程中温度过高/低时能发出声光报警，声报警能用按钮手动解除，光报警在正常时自动解除
④通过通信方式传送给监控电脑，监控电脑能检测对象的参数、状态。
基于以上的要求，所设计的系统必须有以下结构模块：温度传感器单元、温度显示单元、PLC模拟量转换模块单元、电脑监测单元 。
第二章 研究技术介绍
2.1传感技术
传感技术、通信技术和计算机技术是现代信息技术的三大基础技术。
中华人名共和国国家标准GB7665-1987对传感器（transducer/sensor）的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。其中，敏感元件是指直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件或响应的被测量转换成适于传感器或被测量的电信号部分。”
对生产过程的监控首先离不开采集设备工作信息，因此选用合适的传感器至关重要，如果把计算机看作是自动化系统的“大脑”，信道看作是“神经网络”的话，那么传感器就是自动化系统的“五官”。无法对现场数据进行准确、可靠、实时测量，监控也就无从谈起了。
第三章 控制系统的硬件选择与设计
3.1 PLC的选型和硬件配置
3.1.1 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，适用于各行各业，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行中，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。
3.1.2 S7-200 CPU的选择
S7-200 系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等类型。4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器等。
第四章 控制系统的软件设计
4.1 编程软件STEP7--Micro/WIN 概述
STEP7-Micro/WIN 编程软件是基于Windows的应用软件，由西门子公司专为S7-200系列可编程控制器设计开发，它功能强大，主要为用户开发控制程序使用，同时也可以实时监控用户程序的执行状态。
4.1.1 STEP7--Micro/WIN 简单介绍
以 STEP7-Micro/WIN创建程序，为接通STEP7-Micro/WIN，可双击STEP7 -Micro/WIN的图标，如图4-1所示，STEP7-Micro/WIN项目窗口将提供用于创建程序的工作空间。浏览条给出了多组按钮，用于访问STEP7--Micro/WIN的不同编程特性。指令树将显示用于创建控制程序的所有项目对象指令。程序编辑器包括程序逻辑和局部变量表，可在其中分配临时局部变量的符号名。子程序和中断程序在程序编辑器窗口的的底部按标签显示。
参考文献
[1] SIMATIC S7-200可编程序控制器系统手册[M].北京:机械工业出版社,2002.
[2] 张仑.可编程序控制器中PID控制的研究[J].电子电气教学学报,2005
[3]西门子（中国）有限公司.深入浅出西门子S7-200PLC（第三版）[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2007.
[4]可编程序控制器的编程方法与工程应用 廖常初 重庆大学出版社
[5] 陈建明.电气控制与PLC应用[M].北京:电子工业出版社,2009.
[6] 戴仙金.西门子S7-200系列PLC应用与开发[M].中国水利水电出版社,2007.
[7] 丁镇生.传感器及传感技术应用[M].北京:电子工业出版社,1998.
[8] 赵阳.西门子S7-300PLC及工控组态软件Wincc的应用[J].北京:电子工业出版社
[9] 组态王6.53使用手册[M].北京亚控,2007.
[10] 组态王6.53命令语言函数使用手册[M].北京亚控,2007.
[11]向晓汉.机电一体化设备plc控制与调试.——无锡职业技术学院，2010.8
http://www.bysj580.com/