小鸡孵化箱温度检测的PLC控制设计

1、 毕业设计（论文）毕业设计（论文）（成教）（成教）题题 目：目： 小鸡孵化箱温度检测的小鸡孵化箱温度检测的 PLCPLC 控制控制 院院 ( (系系) )： 机电工程学院机电工程学院 专专 业：业： 机械制造与自动化机械制造与自动化 姓姓 名：名： 成成 胜胜 强强 学学 号：号： 20090318342009031834 指导教师：指导教师： 邓邓 文文 亮亮 二一二年三月十五日 毕业设计（论文）任务书学生姓名成胜强学号2009031834专 业机械制造自动化院（系）机电工程学院毕业设计（论文）题目小鸡孵化箱温度检测的 PLC 控制设计任务与要求通过 PLC 控制，PID 温控器，传感器等并

2、通过模数和数模转换来实现温度检测控制，模拟自然界的孵化环境，提供胚胎发育适宜的条件，用于家禽种蛋的孵化。设计思路清晰，能够准确的检查和控制孵化箱内温度，从而来提高对种蛋的选择以及种蛋孵化过程中的各种影响因素，保证禽蛋的出雏率，提高经济效益。完成时间段2011 年 12 月 15 日至 2012 年 3 月 15 日共 13 周指导教师单位重庆科创学院职称讲师院（系）审核意见毕业设计(论文)进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字12 月 15日至12 月 25日选题12 月 26日至1 月 2 日论文提纲写作1 月 3 日至2 月 15 日初稿写作2 月 15 日至2 月 2

3、9 日二稿写作3 月 1 日至3 月 10 日定稿并上交论文的电子文稿3 月 10 日至3 月 15 日做好论文评阅准备教师对进度计划实施情况总评 签名 年 月 日 毕业设计(论文)中期检查记录表毕业设计(论文)题目: 小鸡孵化箱温度检测的 PLC 控制设计学生姓名: 成胜强 学号：2009031834专业： 机械制造与自动化学生填写指导教师姓名:邓文亮职称:讲师 毕业设计(论文)题目工作量饱满一般不够毕业设计(论文)题目难度大适中不够毕业设计(论文)题目涉及知识点丰富比较丰富较少毕业设计(论文)题目价值很有价值一般价值不大学生是否按计划进度独立完成工作任务学生毕业设计(论文)工作进度填写情况

4、指导次数学生工作态度认真一般较差其他检查内容：存在问题及采取措施:检查教师填写检查教师签字: 年 月 日院（系）意见(加盖公章): 年 月 日摘 要随着现代信息技术的飞速发展，温度检测控制系统在工业、农业及人们的日常生活扮演着一个越来越重要的角色，他对人们的生活具有很大的影响，所以温度检测与控制系统的设计与研究有十分重要的意义。孵化设备是仿生学的一种应用，通过 PLC 控制，PID 温控器，传感器等并通过模数和数模转换来实现温度检测控制，模拟自然界的孵化环境，提供胚胎发育适宜的条件，用于家禽种蛋的孵化。当前孵化设备的不足之处在于：温度控制精度不高，导致孵化管理效率不高。关键词：PLC；PID

5、温控器；温度检测控制目录目录第一章第一章 孵化箱的发展孵化箱的发展.1第一节 研究背景.1第二节 国内外研究现状.1第二章第二章 系统概述系统概述.3第一节第一节 系统设计任务系统设计任务.3第二节 系统总体设计.3第三节 温度条件.7第四节 系统工作原理.8第三章第三章 系统的硬件设备系统的硬件设备.10第一节 PLC 简介.10第二节 I/O 接口简介.11第三节 温度传感器.14第四节 PID 简介.15第五节 S7-215 程序设计梯形图.19结论结论.26致谢致谢.27参考文献参考文献.28附件附件.291第一章第一章 孵化箱的发展孵化箱的发展第一节第一节 研究背景研究背景随着生化水

6、平的提高，人们对物质生活的要求越来越高，尤其是日用饮食，与前几十年相比，有了明显的改善。鸡肉鸡蛋以营养价值高、价格便宜等优点，始终是人们日常生活中不可缺少的农产品。为了能够生产出高质量的鸡肉，在养殖过程中对种蛋的选择以及种蛋孵化过程中的各种影响因素提出了更高的要求。不仅要保证禽蛋的出雏率，而且还要保证键雏率。随着我国加入 WTO，养殖业与世界接轨，竞争将会更加激烈。竞争的结果，必将是养殖业沿着产业化、规模化得方向发展。而与之相配套的孵化设备必将迎来新的挑战和机遇。伴随着当前部分农产品价格的持续上涨，养鸡产业将会出现一个较为广阔的发展空间。第二节第二节 国内外研究现状国内外研究现状孵化设备是养禽

7、业的重要技术设备，她是根据家禽孵化的生物学原理，利用经济合理的工程手段，创造孵化及出雏的人工控制生态环境的一种放生设备。国外孵化孵化机制造业发展比较早，其特色是设计科学化、机型多样化、规格标准化、部件通用化、电脑自动化。辅助仪器、设备、工具系列化，而且用材考究，制造工艺精致，操作安全简便，运作程序完善，其装演与质量都堪称上乘。国际著名的孵化机厂家和公司有美国“鸡王”孵化器公司、比利时“皮特森”公司、加拿大的“詹姆斯威”公司、荷兰“派司雷风”公司、丹麦的“富基”公司、澳大利亚的“哈利森”公司等。部分公司的产品已经实现网络化和无线通信化。管理人员可以通过手持掌机监控孵化设备的运行，也可以通过 It

8、ernet 远程访问孵化场甚至修改某个孵化箱的控制参数。我国孵化设备的制造比外国起步晚。1980 年以前，只有少数鸡场从日本引进少量的设备，并仿制了部分产品，谈不上有设计能力。80 年代初期北京市平谷电系机2械厂生产出了云峰牌孵化机，对当时养禽业有很大的促进，同时北京西山孵化设备厂等也开始从事专业的孵化设备生产。80 年代末 90 年代初，养禽业有了极大地发展，国内孵化设备已不能满足需要，于是大型养鸡场开始大量从国外引进先进的孵化设备。这一来，对我国孵化设备的研究产生了深远的影响，许多生产厂家从中吸收先进技术改进自己的设计，设计水平有了很大程度的提高。经过多年的发展，我国目前以形成具有一定规模

9、的从事孵化机设计和制造的专业队伍，基本上满足我国养禽业的需要。纵观国内外孵化设备研究和制造现状，国内在这一方面取得了一定的成果，有一些具有竞争力的产品，但与发达国家相比，我们的孵化设备还存在着很大差距：1 在控制技术方面，国内先进机型性能指标已达到了较高水平控制效果良好，孵化效果以及对环境的适宜能力也较好，但产品的可靠性与国外先进水平有一定的差距。温湿度控制精度及稳定性有待进一步提高，孵化设备中使用的电子元件的质量要高。2 在生产工艺方面，我国整体生产工艺水平欠缺，产品外观与结构与国外先进水平有一定的差距。3第二章第二章 系统概述系统概述 第一节第一节 系统设计任务系统设计任务1）温度控制范围

10、：3540；2）温度控制精度：温度误差不超过-0.15+0.15；3）机内各点温度不大于 0.34）温度显示分辨率：-0.1+0.1第二节第二节 系统总体设计系统总体设计2.1 PLC 的选择由于德国 SIEMENS 系列产品具有功能强大，可靠灵活等特点，从系统设计的整体性，一致性出发，考虑到经济性，功能性等各方面的原因，我们选用西门子公司的产品，以最优的性价比/价格比进行系统的配置。被系统可以实现各个子系统的单独调控，通过通讯网络由总控室进行统一的管理，便于实现群控化控制。系统配置上各个子系统选择了 SIEMENS 系列 S7-215PLC,这是因为在 200 系列 plc 中，只有215

11、具有 Profibus -DP 口,可上以连到 Profibus 上进行高速数据传输。S7-215 本机14 个输入点和 10 个输出点，内存 13k 字节。扩展模块 em231 可以实现 3 路模拟量转化的 A/D 转化 1 路模拟量输出的 D/A 转化，可以根据需要方便地进行多功能的扩展。另外调节相应系统的硬件设备或者对应的用户子程序，可以方便地改变对参数的设置。系统通过开关量传感器、模拟量传感器对温室内的温度、湿度、光照等进行检测。通过 D/A 通道要实现对各种执行和调节机构的控制，以及各种环境设备的启停和电机等设备的保护。各个系统选用 plc 的主机内部带有存储程序的 EPROM，停电

12、后程序不会丢失。总控室选择 s7-315，它集成有数据通信接口，可以方便地同4过 profibus-dp 口实现和其他子系统的通信 ,进行集中管理。在这里通过动态监控画面可以动态地了解各种参数的变化。各个子系统可以实现独立运行 ,当网络出现意外或其他子系统出现问题也不会引起瘫痪。环境控制子系统配置硬件原理图如图 2-1 所示。Pc 上位机 PLC PID温控器加热 器A/D转换 接口电路温度传感器图 2-1 系统组成框图2.2 PLC 通信配置与通信方式1)并行数据传送：并行数据传送时所有数据位是同时进行的，以字或字节为单位传送。并行传输速度快，但通信线路多、成本高，适合近距离数据高速传送。2

13、)串行数据传送：串行数据传送时所有数据是按位(bit)进行的。串行通信仅需要一对数据线就可以。在长距离数据传送中较为合适。PLC 网络传送数据的方式绝大多数为串行方式，而计算机或 PLC 内部数据处理、5存储都是并行的。若要串行发送、接收数据，则要进行相应的串行、并行数据转换，即在数据发送前，要把并行数据先转换成串行数据；而在数据接收后，要把串行数据转换成并行数据后再处理。2.3 通信系统设计通信系统实现对整个孵化箱运做的信线,RXD(收) 、TXD(发) 、GND(地) 。选用可保证波特率在 9 600 bps 时 ,通信距离可达到 112 km。设计采用主从方式管理 ,主机通过 RS- 2

14、32/ RS485 通信接口转换器完成信号之间的转换 ,从机采用 MAX485 接口可以实现 RS/485 与 TTL 电平的转换。信号通信程序分为初始化、接收和发送三个部分。本设计中所选 PLC 都是 SIEMENS 的产品 ,本身都集成了 PROFIBUS 接口 ,可以方便可靠的连接成一个现场总线网络。本机主站和从站的分配情况如下: 在本系统中选用了带有 Profibus 接口的 S7 - 315 为主站 ,它为每一个站点分配一个地址 ,在预定的信息周期内与分散的站点交换信息。本系统中总控室的上位 PC 机属于第二类主站 ,选用带 PROFIBUS - DP 网卡(CP5611) 接口的工

15、控机。从站为各个子系统的 S7 - 215。PLC 与 PC 之间的通讯 ,二者进行数据交换 ,各站周期性地交换 1 字节数据。主站发送命令信息 ,从站上通过 DP - RECV(read) ,调用 DP - RECV 功能从主站读取数据并存储到从站 DB11 中 ,然后通过 DP - SEND(write) ,调用 DP - SEND 功能存储在 DB11 中的数据写入到主站的输入区。1 PLC 与上位机的通讯协议 通讯协议包括两方面的内容：一是通讯接口；二是通讯方式。PLC 与上位机一般采用 RS-232接口的异步串行通讯方式。CQM1 的 CPU 单元本身带有 RS-232接口,可直接使

16、用该端口与上位机进行 RC-232串行通讯。通讯方式有两种:一种是上位机始终具有初始传送优先权,所有的通讯均由上位机来启动，CQM1 总是处于被动状态；另一种是 PLC 具有优先权,命令由 PLC 发送至上位机。笔者设计的监控系统采用的是第一种通讯方式。 PLC 与上位机的数据通讯是以“帧”为单位进行的，帧6的格式如图 2-2 和图 2-3 所示。命令帧由上位机发送给 PLC，响应帧为 PLC 接收到命令帧后自动向上位机发送的应答信号。101100*CR 起始符 节点号 标题符码 数据 FCS 结束符图 2-2 命脉令锁*101*100*161 *160*CR 起始符 节点号 标题码 结束代码

17、 数据 FCS 结束符图 2-3 响应锁2 通讯过程 通讯开始，先由上位计算机对 PLC 发出一串字符的测试帧命令。在帧的传送格式中， “”为起始符；节点号为 PLC 的编号,用于标识和上位机通讯的PLC，由 PLC 中 DM6648 设定。在这个温室环境检测控制系统中，只有一个下位 PLC，其节点号为 00;标题码为一个 2 字符的命令代码,用来标明帧的功能。例如 RD、WD 分别为读、写 DM 数据区的标题码 FCS 为一个 2 字符的帧检查次序代码，即从帧起始位到帧数据结束（FCS 前）之前的数据进行“异或运算的结果，用来检查帧的传送结果。例如，计算机发送一命令帧00RR00?0143

18、CR，帧中 43 为 FCS 的值，它是由命令帧中、0、0、R、R、0、0?1 分别转化为 ASC码,再转化为 8 位二进制数进行“异或”运算后转化为十六进制的结果；CR 表示帧结束响应帧中结束代码为“00” ，标明通讯有效。 为充分利用上位机 CPU 的时间，可使上位机与 PLC 并行工作,在上位机等待 PLC 回答信7号的同时，使 CPU 处理其它任务或线程。某 PLC 在接到上位机的一个完整帧以后，首先判断是不是自己的代号，若不是，就不予理睬；若是，就发送呼叫回答信号上位机接到回答信号后，与发送测试的数据比较。若两者无误，发出可以进行数据通讯的信号，转入正常数据通讯；否则，提示用户检查线

19、路重新测试或通讯失败。第三节第三节 温度条件温度条件温度是孵化过程中最重要的条件，保证胚胎正常发育所需的适宜温度，才能获得高孵化率和优质雏鸡。孵化期间出现高温，胚胎发育增快，孵化期缩短，胚胎死亡率增加，初生雏鸡质量下降。当孵化温度超过 42时，胚胎会在 23 小时内死亡。如果孵化的头两天温度过高，在孵化的 56 天时就会出现粘壳，发育畸形增多。如果孵化第 38 天温度过高，尿囊合拢提前，出雏时间会提前，可见孵化温度过低过高都会使其质量下降和死亡。通过查阅资料可得最适温度如下：表 2-4 不同胚龄期孵化室与孵化箱内温度关系孵化室内温度孵化箱内温度（）12.8（55F）左右18.3（65F）左右2

20、3,9（75F）左右29.5（85F）左右15 天 613 天 1418 天 1921 天39.239.3 38.9 38.3 38.338.939.2 38.5 38.05 38.1 38.538.9 38.3 37.8 37.838.338.5 38.05 37.5 37.58表 2-5 立体孵化分批入孵所取的温度孵化室内温度（）孵化箱内温度（）12.838.918.338.523.938.329.538.0532.237.5第四节第四节 系统工作原理系统工作原理系统由温度传感器、plc 系统（含键盘和液晶显示）、加热设备组成。正个系统的工作原理如图 2-6 所示。温度范围设定值Plc 系

21、统温度传感器D/A 转换加热设备图 2-6 系统工作原理9该温度控制系统是利用 PLC 把传感器采集的有关参数 (如温度 )转换为数字信号,并把这些数据暂存起来 ,与给定值进行比较 ,经一定的控制算法后 ,给出相应的控制信号进行控制。系统还可以经过串行通信接口将数据送至上位机 ,从而完成数据管理、智能决策、历史资料统计分析等更为强大的功能 ,并可以对数据进行显示、编辑、存储及打印输出。传感器把与生物有关的参量 (温度、湿度等 )转换为电压信号 ,经运算放大器组成的信号处理电路变换成压频转换器 (V/F)需要的电压信号。其中温度传感器的输出电流与绝对温度成正比 ,且具有温度响应快、线性度好及高阻

22、抗电流输出等特点 ,适于长距离传输 ,可把 - 555 的温度转换成 14 V 的电压。温室控制系统的执行机构包括风机、气泵、水帘、遮阴帘、电磁阀等设备。系统工作时 , PLC 通过温湿度传感器来测量温室内的温湿度并与设定值相比较 ,如果温室内的温度超出了设定范围的上下限值 , PLC 就输出指令 ,控制接通相应的设备;当温室的温度都在范围内时 , PLC 就输出指令 ,切断设备的电源。系统工作流程图 2-7。图 2-7 系统工作原理图系统启动温度采样温度超标否打开加热系统启动系统10第三章第三章 系统的硬件设备系统的硬件设备第一节第一节 PLC 简介简介S7-215 系列 PLC 可以满足多

23、样化的控制要求，由于具有紧凑的设计，良好的扩展性，低廉的价格以及强大的指令系统，使得可以近乎完美的满足小规模控制要求。S7200 PLC 是德国西门子公司生产的一种超小型 PLC。3.1 S7-215 系列 PLC 系统结构1 基本单元基本单元有时又称 CPU 模块，也有时成主机或本机，它包括 CPU，存储器，基本输入输出点和电源等，时 PLC 的主要部分。2 扩展单元当主机 I/O 数量不能满足控制系统的要求时，用户可以根据需要扩展各种 I/O模块，所能连接的扩展单元数量和实际所能使用的 I/O 点数是有多种因素共同决定的。3 特殊功能模块当需要完成某些特殊功能的控制任务时，可与 s7-20

24、0 主机相联，以完成某种特殊的控制任务的一种装置。4 相关设备11主要有编程设备、人机操作界面和网络设备等。5 工业软件工业软件是为了更好地管理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序，它主要由标准工具、运行软件、和人机接口等几大类构成。 第二节第二节 I/O 接口简介接口简介3.1 接口分类 I/O 接口的功能是负责实现 CPU 通过系统总线把 I/O 电路和 外围设备联系在一起，按照电路和设备的复杂程度，I/O 接口的硬件主要分为两大类： （1）I/O 接口芯片 这些芯片大都是集成电路，通过 CPU 输入不同的命令和参数，并控制相关的I/O 电路和简单的外设作相应的操作，常见的接口芯片如定时

25、计数器、中断控制器、DMA 控制器、并行接口等。 （2）I/O 接口控制卡 由若干个集成电路按一定的逻辑组成为一个部件，或者直接与 CPU 同在主板上，或是一个插件插在系统总线插槽上。 按照接口的连接对象来分，又可以将他们分为串行接口、并行接口、键盘接口和磁盘接口等。 3.2 接口的功能由于计算机的外围设备品种繁多，几乎都采用了机电传动设备，因此，CPU 在与 I/O 设备进行数据交换时存在以下问题： 速度不匹配：I/O 设备的工作速度要比 CPU 慢许多，而且由于种类的不同，他们之间的速度差异也很大，例如硬盘的传输速度就要比打印机快出很多。 12时序不匹配：各个 I/O 设备都有自己的定时控

26、制电路，以自己的速度传输数据，无法与 CPU 的时序取得统一。 信息格式不匹配：不同的 I/O 设备存储和处理信息的格式不同，例如可以分为串行和并行两种；也可以分为二进制格式、ASCII 编码和 BCD 编码等。 信息类型不匹配：不同 I/O 设备采用的信号类型不同，有些是数字信号，而有些是模拟信号，因此所采用的处理方式也不同。 基于以上原因，CPU 与外设之间的数据交换必须通过接口来完成，通常接口有以下一些功能： （1）设置数据的寄存、缓冲逻辑，以适应 CPU 与外设之间的速度差异，接口通常由一些寄存器或 RAM 芯片组成，如果芯片足够大还可以实现批量数据的传输； （2）能够进行信息格式的转

27、换，例如串行和并行的转换； （3）能够协调 CPU 和外设两者在信息的类型和电平的差异，如电平转换驱动器、数模或模数转换器等； （4）协调时序差异； （5）地址译码和设备选择功能； （6）设置中断和 DMA 控制逻辑，以保证在中断和 DMA 允许的情况下产生中断和 DMA 请求信号，并在接受到中断和 DMA 应答之后完成中断处理和 DMA 传输。3.3 接口的控制方式 CPU 通过接口对外设进行控制的方式有以下几种： （1）程序查询方式 这种方式下，CPU 通过 I/O 指令询问指定外设当前的状态，如果外设准备就绪，则进行数据的输入或输出，否则 CPU 等待，循环查询。 这种方式的优点是结构简

28、单，只需要少量的硬件电路即可，缺点是由于 CPU 的速度远远高于外设，因此通常处于等待状态，工作效率很低 13（2）中断处理方式 在这种方式下，CPU 不再被动等待，而是可以执行其他程序，一旦外设为数据交换准备就绪，可以向 CPU 提出服务请求，CPU 如果响应该请求，便暂时停止当前程序的执行，转去执行与该请求对应的服务程序，完成后，再继续执行原来被中断的程序。 中断处理方式的优点是显而易见的，它不但为 CPU 省去了查询外设状态和等待外设就绪所花费的时间，提高了 CPU 的工作效率，还满足了外设的实时要求。但需要为每个 I/O 设备分配一个中断请求号和相应的中断服务程序，此外还需要一个中断控

29、制器（I/O 接口芯片）管理 I/O 设备提出的中断请求，例如设置中断屏蔽、中断请求优先级等。此外，中断处理方式的缺点是每传送一个字符都要进行中断，启动中断控制器，还要保留和恢复现场以便能继续原程序的执行，花费的工作量很大，这样如果需要大量数据交换，系统的性能会很低。 （3）DMA（直接存储器存取）传送方式 DMA 最明显的一个特点是它不是用软件而是采用一个专门的控制器来控制内存与外设之间的数据交流，无须 CPU 介入，大大提高 CPU 的工作效率。 在进行 DMA 数据传送之前，DMA 控制器会向 CPU 申请总线控制 权，CPU 如果允许，则将控制权交出，因此，在数据交换时，总线控制权由

30、DMA 控制器掌握，在传输结束后，DMA 控制器将总线控制权交还给 CPU3.4 I/O 分配表表 3-1 I/O 分配表输入I0.0启动按钮I0.1停止按钮输出Q0.1启动指示灯Q0.2停止指示灯Q0.3正常运行指示灯14Q0.4温度越上限报警指示灯Q0.5孵化箱加热指示灯第三节第三节 温度传感器温度传感器温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。从 17 世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN 结温度传感器和集成温度传感器。与之

31、相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和 IC温度传感器。IC 温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。它们广泛应用于

32、工业、农业、商业等部门。在日常生活中人们也常常使用这些温度计。随着低温技术在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究，测量 120K 以下温度的低温温度计得到了发展，如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件，可用于测量 1.6300K 范围内的温度。根据本设计的要求采用芬兰维萨拉公司生产的温湿度传感器 ，型号是 HMW 40Y。此传感器具15有测量精度高、响应时间

33、短、对环境要求低、易于安装等特点。其主要性能指标如下：温度: - 555 测量精度: 3 %RH/ 0.1输出信号: 420 mA 第四节第四节 PID 简介简介在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微 PID 控制，又称 PID 调节。PID 控制器问世至今已有近 70 年历史，它 以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的 其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用 PID 控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或

34、不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用 PID 控制技术。PID 控制，实际中也有 PI 和 PD 控制。PID 控制器就是根据系统的误差，利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制的。 4.1 PID 在 PLC 中的回路指令西门子 S7-215 系列 PLC 中使用的 PID 回路指令，见表 3-2表 3-2 PID 回路指令名称PID 运算指令格式PID指令表格式PID TBL,LOOP16梯形图使用方法：当 EN 端口执行条件存在时候，就可进行 PID 运算。指令的两个操作数 TBL 和 LOOP，TBL 是回路表的起始地址，本文采用的是 VB100，因为一个 PID 回路占

35、用了 32 个字节，所以 VD100 到 VD132 都被占用了。LOOP 是回路号，可以是07，不可以重复使用。PID 回路在 PLC 中的地址分配情况如表 3-3 所示：表 3-3 PID 指令回路表偏移地址名称数据类型说明0过程变量（PVn）实数必须在 0.01.0 之间4给定值（SPn）实数必须在 0.01.0 之间8输出值（Mn）实数必须在 0.01.0 之间12增益（Kc实数比例常数，可正可负16采样时间（Ts）实数单位为 s，必须是正数20采样时间（Ti）实数单位为 min，必须是正数24微分时间（Td）实数单位为 min，必须是正数28积分项前值（MX）实数必须在 0.01.0

36、 之间32过程变量前值（PVn-1）实数必须在 0.01.0 之间4.2 PID 参数整定PID 参数整定方法就是确定调节器的比例系数 P、积分时间 Ti 和和微分时间Td，改善系统的静态和动态特性，使系统的过渡过程达到最为满意的质量指标要求。一般可以通过理论计算来确定，但误差太大。目前，应用最多的还是工程整定法：如经验法、衰减曲线法、临界比例带法和反应曲线法。17经验法又叫现场凑试法，它不需要进行事先的计算和实验，而是根据运行经验，利用一组经验参数，根据反应曲线的效果不断地改变参数，对于温度控制系统，工程上已经有大量的经验，其规律如表 3-4 所示表 3-4 温度控制器参数经验数据被控变量规

37、律的选择比例度积分时间（分钟） 微分时间（分钟）温度滞后较大20603100.53根据反复的试凑，调处比较好的结果是 P=15，I=2.0，D=0.54.3 内存地址分配与 PID 指令回路表1）内存地址分配表 3-5 内存地址分配地址说明VD0实际温度存放VD4设定温度存放VD30实际温度的存放2）PID 指令回路表表 3-6 内存地址分配地址名称说明VD100过程变量（PVn）必须在 0.01.0 之间VD104给定值（SPn）必须在 0.01.0 之间VD108输出值（Mn）必须在 0.01.0 之间VD112增益（Kc比例常数，可正可负VD116采样时间（Ts）单位为 s，必须是正数V

38、D120采样时间（Ti）单位为 min，必须是正数VD124微分时间（Td）单位为 min，必须是正数18VD128积分项前值（MX）必须在 0.01.0 之间VD132过程变量前值（PVn-1）必须在 0.01.0 之间4.4 程序设计流程图19运行 PLC初始化 PID初始化运行指示灯调用子程序 0设定温度设定 PID 值每 100ms 调用一次中断程序读入温度并转换把实际温度值放入 VD100调用 PID 指令输出 PID 值返回主程序子程序 0中断程序图 3-7 流程图第五节第五节 S7-215 程序设计梯形图程序设计梯形图5.1 初次上电1)读入模拟信号，并把数值转化显示孵化箱的当前

39、电压2)判断炉温是否在正常范围，打亮正常运行指示灯/温度越上限报警指示灯2021 5.2 启动/停止阶段启动过程：按下启动按钮后，开始标志位 M0.1 置位，M0.2 复位。打开运行指示灯 Q0.0，熄灭并停止指示灯初始化 PID。开始运行子程序 0。停止过程：按下停止按钮后，开始标志位 M0.1 复位，点亮停止指示灯，熄灭运行指示灯。并把输出模拟量 AQW0 清零，停止孵化箱继续加热。停止调用子程序 0，仍然显示孵化箱温度。22 23 停止时模拟量输出清零，防止孵化箱继续升温。 调用子程序。5.3 子程序1）输入设定温度2）把设定温度、P 值、I 值、D 值都导入 PID3）每 100ms

40、中断一次子程序进行 PID 运算 24导入 DIP。中断程序。255.4 中断程序，PID 的计算1）模拟信号的采样处理，归一化导入 PID2）DIP 程序运算3）输出 DIP 运算结果，逆转换为模拟信号2627结论结论通过此次毕业设计，让我从新学习了大学里的一些专业课程，并且从中学到了很多新的知识对 PLC 控制有了更深一层的认识。即有对以前知识的总结，又有对新领域新的知识的摄取。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。PID 闭环控制是控制系统中应用很广泛的一种控制算法，对大部分控制对象都有

41、良好的控制效果。组态软件组态王因其简单易用的特点，在 HMI 设计中深受用户的喜欢而得到广泛的使用。在西门子 S7-215 系列 PLC 和组态软件的基础上，我们成功设计出了温度控制系统，该系统达到了快、准、稳的效果，也达到了预期的目标。整个系统操作简单，控制方便，大大提高了系统的自动化程度和实用性。该温度控制系统也有一些有不足的地方需要改进，编程时我们用了编程软件自带的 PID 指令向导模块，这样虽然方便，但是使得控制系统超调量和调节时间都稍微偏大，若不直接调用该模块，而是自己编写 PID 控制子程序的话，控制效果可能会更好。日后，随着对 PLC 硬件系统和通信方式的深入了解，还可以丰富远程

42、控制指令，以应对运行过程中的各种突发事件，增加其他 PLC，通过构建复杂的多级网络适应大型的工业控制，使该系统运行时更加稳定可靠，性能更加完善。28致谢致谢 通过关于 PLC 原理的学习对全温度箱进行设计。在这次温度箱的设计中，我尽力使自己的设计减少错误，由于知识和能力的欠缺我遇到了一系列的问题。但我的指导老师在我完成这次作业中给予了我很大的帮助，邓文亮老师给我讲解了其设计的精髓和应该注意的问题，给予的耐心细致的指导，对于在设计过程中所遇到的许多具体问题，他均提出了相应的解决方案。这对于毕业设计的顺利完成起到了十分重要的作用，帮助我很好的完成了这次实践。在此我深深的感谢邓文亮老师你对我的帮助和

43、指导，让我在社会实践的道路上有了新的认识和体会，更加深刻的理解和明白了知识与实际结合的重要性。最后我对老师说一句：您辛苦了。29参考文献参考文献1.郑萍,潘世永. 一种高性价比的 PLC 与上位机的通信实现J电子技术应用, 2001,(01)2.柳青, 杨红. PLC 在产品自动检验系统中的应用J. 湖南工业职业技术学院学报, 2003,(02)3.鲁志康. 以 PLC 为核心的自动监测系统的设计方法J. 绍兴文理学院学报, 1999,(03) 4.李道霖 电气控制与 plc 原理及应用（西门子系列）（04）5.工业以太网（05）6.孙兵. 工业 PC 与 PLC 结合的在线自动检测系统实现J

44、制造业自动化, 2000,(06) 7.康伟,郑正奇. Windows 下实时数据采集的实现J计算机应用研究, 2001,(03) 8. 金钰. 工业控制计算机在自动化温室控制中的应用J工业控制计算机, 2000,(07) 8.卢秋红,张国伟,颜国正. 动态数据交换在工业自动控制组态系统中的应用J工业仪表与自动化装置, 2001,(08)9. 李红光. 可编程控制器编程的几个误区J. 常州信息职业技术学院学报, 2003,(09) 10.李越雏鸡室的温湿度控制J 中国养殖报，2010(10)30附件附件程序l PLC 程序部分 002：PID 的输入字 102：PID 的输出字 Name=Ac

45、tion Check /常规检查STATEMENTLISTLD 253.13 /常 ON OUT TR0 CMP 002 #FFFF /确定温控单元是否完成初始化 AND NOT 255.06 /等于OUT 041.15 /初始化完成 LD TR0 AND 041.15 OUT TR1 AND NOT 040.10 /不在参数设置状态 MOV DM0050 102 /将设置温度 DM50 传送给 PID 输出字 LD TR1 MOV 002 DM0057 /将 002 传送到 DM57 Name=Poportion/比例带设置 LD 040.01 OUT TR0 AND NOT 042.01

46、MOV #C110 102 /读输出边与输入边的比例带 CMP 002 #C110 /比较输入字是否变成 C110 31 AND 255.06 /等于 SET 042.01 /设置比例带标志 LD TR0 AND 042.01 MOV DM0051 102 /将比例带的设定值写入输出字 CMP 002 DM0051 /是否写入 AND 255.06 RSET 040.01 /复位标志 1 RSET 042.01 /复位比例带标志 SET 040.02 /向下继续设置标志 NETWORK Name=Integral/积分时间设置 LD 040.02 OUT TR0 AND NOT 042.02 MOV #C220 102 /读输出边与输入边的积分 CMP 002 #C220 /比较输入字是否