基于PLC的恒温控制系统

本本 科科 生生 毕毕 业业 论论 文（设计）文（设计） 题 目： 基于 PLC 的恒温控制系统 院 系： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 二 一 四 年 五 月 摘 要 在工业控制领域，基于运行稳定性考虑，要对生产过程中的各种物理量进 行详细的检测和控制。这在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中， 具有举足轻重的作用。其中温度控制又以其较为复杂的工艺过程而备受人们关 注。所以各种加热炉、热处理炉、反应炉等得到了广泛应用。这些都对温度控 制系统的设计提出了更高的要求。 本设计采用 S7-200PLC 对加热炉温度进行控制。随着自动控制技术的迅速 发展，PLC 对温度的控制技术应用越来越广泛。本文采用 PLC 对温度进行控制， 通过合理的设计，提高温度控制水平，进而改善温度运行的稳定性，使其更加 精确。本文主要介绍了温度控制的 PLC 控制系统总体方案设计、设计过程、组 成、梯形图，并给出了系统组成框图，分析流量逻辑关系，提出 PLC 的编程方 法。 本系统分析了加热炉温度控制的 PID 控制原理，设计了系统的数学控制模 型以及系统控制框图，用组态王软件组态配置工业控制监控系统，对数据进行 实时监控。通过对单回路控制系统的参数整定以及组态王的 PID 控制程序，实 现了加热炉温度的精确控制。通过对 PLC 程序的仿真调试以及对组态的系统仿 真，验证了本加热炉温度控制系统的设计合理性，系统动态响应符合了最初的 设计要求，也具有一定的实用价值。 关键词：温度控制，可编程控制器，PID，组态王 I Abstract In the field of industrial control, based on the operational stability considerations, detection and control of various physical quantities in the production process. In the metallurgical, chemical, building materials, food, machinery, oil industry, which plays a decisive role. Temperature control and its more complex processes have attracted much attention. Various furnace, heat treatment furnaces, reactors, etc. has been widely applied. These are put forward higher requirements for the design of the temperature control system. This design uses the S7-200PLC as the core of the furnace temperature control. With the rapid development of automatic control technology, PLC temperature control technology is applied more and more widely. This paper used PLC to temperature control, through reasonable design, improve the temperature of control level, thereby improving the temperature stability of running, making them more precise. This article mainly introduced the temperature of PLC control system design, design process, composition, lists the flow ladder diagram, and gives the block diagram of the system, analyzes the flow of logic relation, put forward PLC programming method. Giving some suggestions, basic principle, basic flow programming ideas have roughly understanding. The system analysis of the PID control principle of pipeline temperature control, has designed the system mathematical model and control block diagram of control system, using the Kingview configuration software configuration control monitoring system, real-time monitoring of data. The parameters of single loop control system tuning and Kingview PID control procedures, to achieve the precise control of pipeline flow. Through the simulation and debugging of PLC program and system simulation of the Kingview, verify the rationality of the control system of the pipeline temperature design, dynamic response of the system in line with the requirements of the original design, and also has a certain practical value. Keywords: Temperature Control, PLC,PID,Kingview II 目目 录录 第一章第一章前言前言.1 1.1恒温控制的现状与意义.1 1.2系统设计要求.2 1.3设计主要内容.3 第二章第二章恒温控制系统硬件设计恒温控制系统硬件设计.5 2.1总体分析.5 2.2PLC 控制系统设计的基本原则和步骤.6 2.2.1 PLC 控制系统设计的基本原则.6 2.2.2 PLC 控制系统设计的一般步骤.7 2.3PLC 的选型与硬件配置.8 2.3.1 PLC 型号的选择.8 2.3.2 S7-200 CPU 的选择 .9 2.3.3 EM231 模拟量输入模块 .9 2.3.4热电偶温度传感器.10 2.4I/O 地址分配及电气连接图.12 2.5PLC 硬件接线图.12 第三章第三章PLC 控制系统软件设计控制系统软件设计.14 3.1PLC 程序设计方法.14 3.2编程软件 STEP7-MICRO/WIN 概述.15 3.2.1 STEP7-Micro/WIN 简单介绍 .15 3.2.2 STEP7-Micro/WIN 参数设置（通讯设置） .16 3.3基于 S7200 的 PID 控制.18 3.3.1控制系统数学模型的建立.18 3.3.2 PID 在 PLC 中的回路指令.19 3.4内存地址分配与 PID 指令回路表.20 3.5程序设计梯形图.22 3.5.1初次上电.22 3.5.2启动/停止阶段.23 3.5.3子程序 0.24 3.5.4中断程序、PID 的计算.25 第四章第四章基于组态软件恒温监控系统设计基于组态软件恒温监控系统设计.27 4.1组态王软件介绍.27 4.2组态软件开发过程.28 4.2.1工程整体规划.28 4.2.2工程建立.28 4.2.3构造数据词典.28 4.2.4组态用户窗口.30 4.2.5组态王设备连接.31 4.2.6组态王画面制作与动连接.32 III 4.2.7 PID 控制脚本编写 .32 第五章第五章系统运行结果及分析系统运行结果及分析.36 5.1PLC 控制系统仿真测试.36 5.2控制系统 PID 控制性能验证 .38 第六章第六章 总结总结 .41 参考文献参考文献 .42 致致 谢谢 .43 第一章前言 1.1恒温控制的现状与意义 温度的测量和控制对人类日常生活、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，及时准确获得目标的温度、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，能够在工业、农业等各领域中广泛 使用。 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。 在工业自动化领域内,PLC（可编程控制器） 以其可靠性高、抗干扰能力强、 编程简单、功能强大、性价比高、体积小、能耗低等显著特点广泛应用于现代 工业的自动控制之中。目前的工业控制中,常常选用 PLC 作为现场的控制设备, 用于数据采集与处理、逻辑判断、输出控制；而上位机则是利用 HMI 软件来完 成工业控制状态、流程和参数的显示,实现监控、管理、分析和存储等功能 。 这种监控系统充分利用了 PLC 和计算机各自的特点,得到了广泛的应用。在这 种方式的基础上设计了一套温度控制系统。以基于 PLC 的下位机和完成 HMI 功 能的上位机相结合,构建成分布式控制系统,实现了温度自动控制。 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。现代PLC 以集成度高、功能强、抗干扰能力强、组态灵活、工作稳 定受到普遍欢迎，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。 此外，随着工业自动化水平的迅速提高，用户对控制系统的过程监控要求 越来越高，人机界面（HMI）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，包括参数监测、信息处理、在线优化、报警提示、 数据记录等功能，从而使控制系统变得简单易懂、操作人性化，深受广大用户 的喜欢。人机界面（HMI）在自动控制领域的作用日益显著。HMI正在成为引导 工业生产制造走向成功的重要因素，因为这些系统越来越多的用于监控生产过 程，让过程变得更加准确、简洁和快速。 在工业生产中加热锅炉在全球使用非常广泛，对其控制技术的先进程度决 定着对其使用率的高低。顺应这种理念的发展，加热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。 这些核心技术主要体现在如今发展较为成熟的 PLC 领域。PLC 的快速发展 发生在上世纪 80 年代至 90 年代中期。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了很大的提高和发展。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。 加热锅炉是机电一体化的产品，它很好的将前面所述的技术运用到实际当 中去。除此之外，它可将电能直接转化成热能，具有效率高，体积小，无污染， 运行安全可靠，供热稳定，自动化程度高的优点，是理想的节能环保的供暖设 备。再者人们的环保意识的提高，电热锅炉越来越受人们的重视，在工业生产 和民用生活用水中应用越来越普及。电热锅炉目前主要用于供暖和提供生活用 水。主要是控制水的温度，保证恒温供水。 1.2系统设计要求 本设计的原理是利用扩展模块 EM235（AI4/AQ1*12 位）进行数据采集，然 后把采集到的数据利用程序进行工程量转换，给定量与输入量相减得出偏换， 送到执行器，从而构成的是单闭环控制。 (1) 根据锅炉温度单回路过程控制系统的具体对象和控制要求，独立设计 控制方案，正确选用传感器。 (2) 根据流量单回路过程控制系统 A/D、D/A 和开关 I/O 的需要，正确选用 PLC 过程模块。 (3) 根据与计算机串行通讯的需要，正确选用 RS485/RS232 转换与通讯模 块。 (4) 编写基于西门子 S7200 的恒温控制方案，选择合适 CPU 的和模块，给 出 PLC 的信号输入输出，设计 PLC 的电气原理接线图，并且编写 PID 恒温控制 程序。 (5) 运用组态软件，正确设计温度单回路过程控制系统的组态图、组态画 面和组态控制程序。 (6)编写组态王程序，使锅炉的出口温度输出值恒定。程序界面上要有输入 构件以设置流量，要有显示构件显示实际温度，界面要美观，要有运算代码 （推荐 PID 运算）根据目标量和测量量产生相应的输出。 1.3设计主要内容 可编程控制器(PLC)是集计算机技术、自动控制技术和通信技术为一体的新 型自动控制装置。其性能优越，已被广泛应用于工业控制的各个领域，并已成 为工业自动化的三大支柱(PLC、工业机器人、CAD/CAM)之一。PLC 的应用已 成为一个世界潮流，在不久的将来 PLC 技术在我国将得到更全面的推广和应用。 本论文研究的是 PLC 技术在温度监控系统上的应用。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、 控制算法的选择和参数的整定，人机界面的设计等。 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 热的通断来实现对加热炉温度的控制。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。 全论文分七章,各章的主要内容说明如下。 第一章，对温度控制系统应用的背景及国内外的发展状况进行了阐述，指 出了本文的研究意义所在。 第二章，主要从系统设计结构和硬件设计角度,介绍该项目的 PLC 控制系统 设计步骤、PLC 的硬件配置、外部电路设计以及 PLC 控制器的设计和参数的整 定。 第三章，在硬件设计的基础上，详细介绍了本项目软件设计，主要包括软 件设计的基本步骤、方法，编程软件 STEP7-Micro/WIN 的介绍以及本项目程序 设计。 第四章，详细介绍了如何在亚控公司的组态软件“组态王”的基础上进行 人机界面的设计。 第五章，展示了系统运行结果，然后对其分析得出结论。 第六章，总结全文。 第二章恒温控制系统硬 件设计 在掌握了 PLC 的硬件构成、工作原理、指令系统以及编程环境后，就可以 PLC 作为主要控制器来构造 PLC 控制系统。本章主要从系统设计结构和硬件设 计角度，介绍该项目的 PLC 控制系统设计步骤、PLC 的硬件配置、外部电路设 计以及 PLC 控制器的设计和参数的整定。 2.1总体分析 学习了 PLC 的硬件系统、指令系统和编程方法以后，对设计一个 PLC 系 统时，要全面考虑许多因素，不管所设计的控制系统的大小，要按照下列设计 步骤进行系统设计。如图 2-1： 分析评估控制任 务 PLC 机型选择，I/O 设备选择 I/O 地址分配 程序设计电气系统安装 程序调试 设计硬件系统接线图和控制柜 满足要求？ 连机调试 满足要求？ NN N Y 2.2PLC 控制系统设计的基本原则和步骤 弄懂 PLC 的基本工作原理和指令系统后,就可以把 PLC 应用到实际的工程 项目中。无论是用 PLC 组成集散控制系统，还是独立控制系统，PLC 控制部分 的设计都可以参考图 2-1 所示的步骤。 2.2.1PLC 控制系统设计的基本原则 任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象(生产设备或生产过程)的工 艺要求，以提高生产效率和产品质量。而在实际设计过程中，设计原则往往会 涉及很多方面，其中最基本的设计原则可以归纳为 4 点。 1. 设计原则 (1)完整性原则。最大限度的满足工业生产过程或机械设备的控制要求。 (2)可靠性原则。确保计算机控制系统的可靠性。 (3)经济型原则。力求控制系统简单、实用、合理。 (4)发展性原则。适当考虑生产发展和工艺改进的需要，在 I/O 接口、通信 能力等方面留有余地。 2. 评估控制任务 根据系统所需完成的控制任务，对被控对象的生产工艺及特点进行详细分 析，特别是从以下几个方面给以考虑。 (1) 控制规模 一个控制系统的控制规模可用该系统的 I/O 设备总数来衡量。当控制规模 较大时,特别是开关量控制的 I/O 设备较多时，最适合采用 PLC 控制。 (2) 工艺复杂程度 当工艺要求较复杂时,采用 PLC 控制具有更大的优越性. (3) 可靠性要求 目前,当 I/O 点数在 20 甚至更少时，就趋向于选择 PLC 控制了。 使用 图 2=1 PLC 控制系统设计步骤 (4) 数据处理速度 若数据处理程度较低，而主要以工业过程控制为主时，采用 PLC 控制将非 常适宜。 2.2.2PLC 控制系统设计的一般步骤 PLC 控制系统设计包括硬件设计和软件设计。所谓硬件设计，是指 PLC 外 部设备的设计，而软件设计即 PLC 应用程序的设计。整个系统的设计分以下 5 步进行。 1. 熟悉被控对象 深入了解被控系统是设计控制系统的基础。设计人员必须深入现场，认真调 查研究，收集资料，并于相关技术人员和操作人员一起分析讨论，相互配合， 共同解决设计中出现的问题。这一阶段必须对被控对象所有功能全面的了解， 对对象的各种动作及动作时序、动作条件、必要的互锁与保护;电气系统与机械、 液压、气动及各仪表等系统间的关系;PLC 与其他设备的关系，PLC 之间是否通 信联网;系统的工作方式及人机界面，需要显示的物理量及显示方式等。 2. 硬件选择 具体包括如下。 (1) 系统 I/O 设备的选择。输入设备包括按纽、位置开关、转换开关及各种 传感器等。输出设备包括继电器、接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器 等。 (2) 选择 PLC。PLC 选择包括对 PLC 的机型、容量、I/O 模块、电源等的选 择。 (3) PLC 的 I/O 端口分配。在进行 I/O 通道分配时应给出 I/O 通道分配表，表 中应包含 I/O 编号、设备代号、名称及功能等。 (4) 绘制 PLC 外围硬件线路图。画出系统其它部分的电气线路图，包括主电 路和未进入 PLC 的控制电路等。由 PLC 的 I/O 连接图和 PLC 外围电气线路图 组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。 (5)计数器、定时器及内部辅助继电器的地址分配。 3. 编写应用程序 根据控制系统的要求，采用合适的设计方法来设计 PLC 程序。程序要以满 足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完 善系统指定的功能。程序通常还应包括以下内容： (1)初始化程序。在 PLC 上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作 必要的准备，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、 计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位 或复位，对某些初始状态进行显示等等。 (2)检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立，一般在程序设计基 本完成时再添加。 (3)保护和连锁程序。保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以 考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。 4. 程序调试 程序调试分为 2 个阶段，第一阶段是模拟调试、第二阶段是现场调试。程 序模拟调试是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要 的环境条件。 根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种 形式。 (1)硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台 PLC 或一些输入器件等） 模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到 PLC 系统的输入端， 其时效性较强。 (2)软件模拟法是在 PLC 中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其 简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并 利用编程器的监控功能。 现场调试。当控制台及现场施工完毕，程序模拟调试完成后，就可以进行 现场调试，如不能满足要求，须重新检查程序和接线，及时更正软硬件方面的 问题。 5. 编写技术文件 技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、 PLC 程序以及使用说明书等。 2.3PLC 的选型与硬件配置 2.3.1PLC 型号的选择 本温度控制系统选择德国西门子公司的 S7-200 系列的 PLC。S7-200 PLC 属于小型整体式的 PLC, 本机自带 RS-485 通信接口、内置电源和 I/O 接口。它 的硬件配置灵活，既可用一个单独的 S7-200 CPU 构成一个简单的数字量控制系 统，也可通过扩展电缆进行数字量 I/O 模块、模拟量模块或智能接口模块的扩 展，构成较复杂的中等规模控制系统。完整的 S7-200 系列 PLC 实物如图 2-2 所 示。 图 2-2 S7-200 系列 PLC 实物图 2.3.2S7-200 CPU 的选择 S7-200 系列的 PLC 有 CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226 等类型。此系统选用 S7-200 CPU226，CPU226 集成了 24 点输入/16 点输出，共 有 40 个数字量 I/O。可连接 7 个扩展模块，最大扩展至 248 点数字量或 35 点模 拟量 I/O。还有 13KB 程序和数据存储空间空间，6 个独立的 30KHz 高速计数 器，2 路独立的 20KHz 高速脉冲输出，具有 PID 控制器。配有 2 个 RS485 通讯 口，具有 PPI，MPI 和自由方式通讯能力，波特率最高为 38.4 kbit/s，可用于较 高要求的中小型控制系统。本温度控制系统由于输入/输出点数不多，本可以使 用 CPU224 以下的类型。 2.3.3EM231 模拟量输入模块 本温度控制系统中，传感器将检测到的温度转换成 041mv 的电压信号， 系统需要配置模拟量输入模块把电压信号转换成数字信号再送入 PLC 中进行处 理。在这里，我们选用了西门子 EM231 4TC 模拟量输入模块。EM231 热电偶 模块提供一个方便的，隔离的接口，用于七种热电偶类型： J、K、E、N、S、T 和 R 型，它也允许连接微小的模拟量信号(80mV 范围)， 所有连到模块上的热电偶必须是相同类型，且最好使用带屏蔽的热电偶传感器。 EM231 模块需要用户通过 DIP 开关进行组态： SW1SW3 用于选择热电偶类 型，SW4 没有使用，SW5 用于选择断线检测方向，SW6 用于选择是否进行断 线检测，SW7 用于选择测量单位，SW8 用于选择是否进行冷端补偿。本系统用 的是 K 型热电偶，所以 DIP 开关 SW1SW8 组态为 00100000；EM231 具体技 术指标见表 2-1。 表 2-1 EM231 技术指标 型号EM231 模拟量输入模块 总体特性 外形尺寸：71.2mm80mm62mm 功耗：3W 输入特性本机输入：4 路模拟量输入 电源电压：标准 DC 24V/4mA 输入类型：010V，05V，5V,2.5V,020mA 分辨率：12 Bit 转换速度：250S 隔离：有 耗电从 CPU 的 DC 5V （I/O 总线）耗电 10mA DIP 开关SW1 0, SW2 0, SW3 1（以 K 型热电偶为例） 2.3.4 热电偶温度传感器 热电偶是一种感温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势 信号。常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电 偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系，并有统一的标准分度表的热电 偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级 上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的 测量。标准化热电偶我国从 1988 年 1 月 1 日起，热电偶和热电阻全部按 IEC 国际标准生产，并指定 S、B、E、K、R、J、T 七种标准化热电偶为我国统一 设计型热电偶。 本论文采用的是 K 型热电阻。镍铬-镍硅热电偶（K 型热电偶）是目前用量 最大的廉价金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和。正极（KP）的名义化学 成分为：Ni:Cr=90:10，负极（KN）的名义化学成分为：Ni:Si=97:3，其使用温 度为-200-1300。 K 型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较 好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中。广泛为用户 所采用。K 型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气 氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛中。 EM235 模块是组合强功率精密线性电流互感器、意法半导体（ST）单片集 成变送器 ASIC 芯片于一体的新一代交流电流隔离变送器模块，它可以直接将 被测主回路交流电流转换成按线性比例输出的 DC420mA（通过 250 电阻 转换 DC 15V 或通过 500 电阻 转换 DC210V）恒流环标准信号，连续输 送到接收装置（计算机或显示仪表） 。 EM235 热电偶模块提供一个方便的，隔离的接口，用于七种热电偶类型： J、K、E、N、S、T 和 R 型，它允许连接微小的模拟量信号(80mV 范围)，所 有连到模块上的热电偶必须是相同类型，且最好使用带屏蔽的热电偶传感器。 EM235 模块需要用户通过 DIP 开关进行选择的有：热电偶的类型、断线检 查、测量单位、冷端补偿和开路故障方向，用户可以很方便地通过位于模块下 部的组态 DIP 开关进行以上选择。 表 2-2 EM231 选择模拟量输入范围的开关表 单极性 SW1SW2SW3 满量程输入分辨率 OFFON 0 到 10V 2.5mV 0 到 5V 1.25mV ON ONOFF 0 到 20mA 5uA 双极性 SW1SW2SW3 满量程输入分辨率 OFFON5V2.5mVOFF ONOFF2.5V1.25mV EM235 校准和配置位置图如图 2-3 所示，本次设置 PID 开关为 010001。 图 2-3 DIP 配置 EM231 2.4I/O 地址分配及电气连接图 1) 该温度控制系统中 I/O 点分配表如表 2-3 所示。 表 2-3 I/O 点分配表 输入 I0.0启动按钮 I0.1停止按钮 输出 Q0.0运行指示灯 Q0.1停止指示灯 Q0.2正常指示灯 Q0.3温度越上限报警指示灯 Q0.4锅炉加热指示灯 2)系统整体设计方案及硬件连接图。系统选用 PLC CPU226 为控制器， K 型热电偶将检测到的实际炉温转化为电压信号，经过 EM231 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加热炉加热的通断来实现对炉子温度的控制。PLC 和 HMI 相连接，实现了系统的实时监控。整个硬件连接图如图 2-4 所示。 计 算 机 P L C EM231 模块 固态继电器 热电偶 加热炉 图 2-4 系统框架图 2.5PLC 硬件接线图 根据系统设计要求，PLC 外部接线图如下所示： 图 2-5 PLC 硬件连接图 第三章 PLC 控制系统软 件设计 PLC 控制系统的设计主要包括硬件设计和软件设计两部分，上一章已经详 细介绍了本项目硬件连接。本章在硬件设计的基础上，将详细介绍本项目软件 设计，主要包括软件设计的基本步骤、方法，编程软件 STEP7-Micro/WIN 的介 绍以及本项目程序设计。 3.1PLC 程序设计方法 编写 PLC 程序的方法很多，这里主要介绍几种典型的编程方法。 1. 图解法编程 图解法是靠画图进行 PLC 程序设计。常见的主要有梯形图法、逻辑流程图 法、时序流程图法和步进顺控法。 （1）梯形图法 梯形图法是用梯形图语言去编制 PLC 程序。这是一种模仿继电器控制系统 的编程方法，其图形甚至元件名称都有继电器电路十分相似。这种方法很容易 地把原继电器控制电路移植成 PLC 的梯形图语言。这对于熟悉继电器控制的人 来说，是最方便的一种编程方法。 （2）逻辑流程图法 逻辑流程图法是用逻辑框图表示 PLC 程序的执行过程，反映输入与输出的 关系。逻辑流程图会使整个程序脉络清晰，便于分析控制程序、查找故障点及 调试和维修程序。 （3）时序流程图法 时序流程图法是首先画出控制系统的时序图（即到某一个时间应该进行哪 项控制的控制时序图） ，再根据时序关系画出对应的控制任务的程序框图，最后 把框图写成 PLC 程序。这种方法很适合以时间为基准的控制系统的编程方法。 （4）步进顺控法 步进顺控法是在顺控指令的配合下设计复杂的控制程序。一般比较复杂的 程序都可以分成若干个功能比较简单的程序段，一个程序可以看成整个控制过 程的一步。 2. 经验法编程 经验法是运用自己的或者别人的经验进行设计。多数是设计前先选择与自 己工艺要求相近的程序，把这些程序看成是自己的“试验程序” 。结合自己工程 的情况，对这些“试验程序”逐一修改，使之适合自己的工程要求。 3.计算机辅助设计编程 计算机辅助设计是通过 PLC 编程软件（比如 STEP7-Micro/WIN）在计算机 上进行程序设计、离线或在线编程、离线仿真和在线调试等。使用编程软件可 以很方便的在计算机上离线或在线编程、在线调试，在计算机上进行程序的存 取、加密以及形成 EXE 文件14。 3.2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。它是西门子 s7-200 用户不可 缺少的开发工具。现在加上中文程序后，可在全中文的界面下进行操作，用户 使用起来更加方便。 3.2.1STEP7-Micro/WIN 简单介绍 以STEP7-Micro/WIN创建程序，为接通STEP 7-Micro/WIN，可双击STEP 7-Micro/WIN图标，或选择开始（Start） SIMATIC STEP 7 Micro/WIN 4.0 菜单命令。如图4-1所示，STEP 7-Micro/WIN项目窗口将提供用于创建控制程 序的便利工作空间。工具栏将提供快捷键按钮，用于经常使用的菜单命令，可 显示或隐藏工具栏的任何按钮。浏览条给出了多组图标，用于访问STEP 7- 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