基于s7-200的家用浴缸水温pid的控制

《电气控制与PLC技术》课程设计(本科）题目：基于S7-200的家用浴缸水温PID的控制系（部）院： 专 业： 电气工程及其自动化 作者姓名：指导教师：职称： 完成日期： 20 年 月 日目录HYPERLINK摘要 1第一章HYPERLINK概述 2HYPERLINK1.1PLC简述 2HYPERLINK1.2PLC工作原理 2第HYPERLINK二章硬件设计 3HYPERLINK2.1控制要求 3HYPERLINK2.2选择PLC型号和硬件 4HYPERLINK2.2.1PLC型号选择 4HYPERLINK2.2.2硬件选择 4HYPERLINK2.3S7-200PLC的PID功能指令 4HYPERLINK2.4系统设计流程图 6HYPERLINK2.5I/O分配表 7HYPERLINK2.6I/O接线图 8第HYPERLINK三章软件设计 9HYPERLINK3.1软件梯形图 9HYPERLINK3.2程序调试 11HYPERLINK3.3语句表 摘要随着现代工业的发展，在工业生产中，温度,流量，压力和液位是最常见的四种过程变量。其中温度是一个重要的变量。例如在冶金工业，化工工业和电力工业等诸多领域，都需要对加热炉，热处理炉和锅炉等的温度进行控制。本次试验模拟工业控制中对温度的控制。本次PLC课程设计为温度PID控制，顾名思义就是用PID的算法去控制温度，使之快速、稳定、准确的达到要求的温度值。在硬件方面主要用到温度控制单元、计算机、S7-200PLC；而软件方面则通STEP7-Micro/WIN32编程软件对PLC的PID指令进行操作。

第一章概述1.1PLC简述可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC具有控制能力强、可靠性高、使用灵活方便和易于编程、扩张、通信等一系列优点，是当今及今后工业控制的主要手段和控制核心，因此PLC技术、数控计数、计算机辅助设计、计算机辅助生产以及机器人技术、已并列为现代工业生产自动化的四大支柱。西门子是中国多个业务领域的领先工业解决方案供应商，在制造业自动化、流程工业自动化、运动控制、驱动、低压控制以及电气安装技术方面提供了各类创新、可靠、高效和优质的产品。并全面提供系统的解决方案和服务，产品涵盖范围广，在信息、通信、自动化与控制、电力、交通医疗、照明等各个行业领域处于优势。1.2PLC工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的，即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器的程序。按指令序号（或地址号）做周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直到程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和输出状态的刷新等工作。PLC的扫描一个周期必须输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。输入刷新阶段在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。程序执行阶段在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输入刷新阶段。输出刷新阶段当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路（输出映像寄存器），并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。由此可见，输入刷新、程序执行和输出刷新三个阶段构成PLC一个工作周期，由此循环往复，因此称为循环扫描工作方式。显然扫描周期的长短主要取决于程序的长短。扫描周期越长，响应速度越慢。由于每个扫描周期只进行一次I/O刷新，即每一个扫描周期PLC只对输入、输出状态寄存器更新一次，所以系统存在输入输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。但是由于其对I/O的变化每个周期只输出刷新一次，并且只对有变化的进行刷新，这对一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成影响，还会提高抗干扰能力。这是因为输入采样阶段仅在输入刷新阶段进行，PLC在一个工作周期的大部分时间是与外设隔离的，而工业现场的干扰常常是脉冲、短时间的，误动作将大大减小。PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进行程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果在写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。此课程设计使用S7-200实现温度PID控制第二章硬件设计2.1控制要求欲使受热体维持一定的温度，则需要降温工具不断给其降温。这就需要同时有一加热器以不同加热量给受热体加热，这样才能保证受热体温度恒定。本系统的给定值（目标值）可以预先设定后直接输入到回路中；过程标量由在受热体中的Pt100测温并进过温度变送器给出，为单极性电源模拟量；输出值是送至加热器的电源，其允许变化范围为最大的0%至100%。2.2选择PLC型号和硬件2.2.1PLC型号选择本温度控制系统采用德国西门子S7—200PLC。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。2.2.2硬件选择S7-200系列PLC可提供4个不同的基本型号CPU供您使用，即CPU221、CPU222、CPU224、CPU226。此系统选用S7-200CPU226型号，CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K字节程序和数据存储空间。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。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。2.3S7-200PLC的PID功能指令PID循环（PID）指令根据表格(TBL)中输入和配置信息对引用LOOP执行PID循环计算。提供PID循环指令（成比例、整数、导出循环）进行PID计算。逻辑堆栈（TOS）顶值必须是“打开”（功率流）状态，才能启用PID计算。本指令有两个操作数：表示循环表起始地址的TBL地址和0至7常量的“循环”号码。循环表存储九个参数，用于控制和监控循环运算，包括程序变量、设置点、输出、增益、样本时间、整数时间（重设）、导出时间（速率）以及整数和（偏差）的当前值及先前值。如果循环表起始地址或指令中指定的PID循环号码操作数超出范围，CPU编译器将生成一则错误（范围错误），编译将会失败。PID指令不对某些循环表输入值进行范围检查。您必须保证程序变量和设置点（以及作为输入的偏差和先前程序变量）是0.0和1.0之间的实数。如果进行PID计算的数学运算时遇到错误，将设置SM1.1（溢出或非法数值）并终止PID指令的执行。（对循环表中的输出数值的更新可能不完整，因此您应当忽略这些数值，并在执行下一个循环PID指令之前纠正引起数学错误的输入值。）在PID指令框中输入的表格（TBL）起始地址为循环表分配三十六个字节。表2.1回路表格式偏移量域格式类型说明0PVn/进程变量双字-实数入包含进程变量，必须在0.0至1.0范围内。4SPn/定点双字-实数入包含定点，必须在0.0至1.0范围内。8Mn/输出双字-实数入/出包含计算输出，在0.0至1.0范围内12Kc/增益双字-实数入包含增益，此为比例常量，可为正数或负数。16Ts/样本时间双字-实数入包含样本时间，以秒为单位，必须为正数。20Ti/积分时间或重设双字-实数入包含积分时间，以分钟为单位，必须为正数。24Td/微分时间或速率双字-实数入包含微分时间速率，以分钟为单位必为正数。28Mx/偏差双字-实数入/出包含0.0和1.0之间的偏差或积分和数值。32PVn-1以前的进程变量双字-实数入/出包含最后一次执行PID指令存储的进程变量以前的数值。

2.4系统设计流程图本系统的应用程序主要由主程序、中断服务程序和子程序组成。主程序的任务是对系统初始化，实现参数输入并控制电加热炉的正常运行。主程序流程图开始开始计算温差e(k)和温差变化率温度值显示温度数据采集及处理计算温差e(k)和温差变化率温度值显示温度数据采集及处理系统的初始化

系统的初始化

|e(k)|>α|e(k)|>α

智能控制算法程序

智能控制算法程序求出输出控制量

求出输出控制量控制输出

控制输出结束结束图2.1主程序流程图

2.5I/O分配表表2.2I/O分配表模块端子0~24+0~24-+-OUT→测温模拟量端子V0M0A+A-表2.3输入输出分配存储地址数值说明VD10443度目标值VD1160.1s采样时间VD1120.25回路增益VD12030min积分时间VD1240.0关闭微分作用SMB34100设定定时中断0的时间间隔INT-010设置定时中断

2.6I/O接线图图2.2硬件接线图（Ｍ，Ｌ为正负接线端子：Ａ，Ｂ代表内部触点）图2.3I/0接线图PPt温度变送驱动模块驱动模块RAA+A-RBB+B-RCC+C-RDD+D-MLEM231M0V0MLEM232RAA+A-RBB+B-RCC+C-RDD+D-MLEM231M0V0MLEM232 未用图2.3I/0接线图(局部放大)第三章软件设计3.1软件梯形图主程序：3.2程序调试打开电源，运行PLC，接通SM0.0，开始调用子程序。VD104………目标值43度VD112………增益0.25VD116………采样时间0.1sVD120………积分时间30minVD124………微分时间0s输入设定温度，把设定温度、各个值都导入PID，每个一定设置的时间中断一次子程序进行PID运算。模拟信号的采样处理，归一化导入PID，读入温度并转换，把实际温度值放入VD100中，调用PID指令，PID程序进行运算，输出PID的运算结果，逆转换为模拟信号。停止过程中，把模拟量AQW0清零，停止继续加热，停止调用子程序，仍然显示原温度。3.2语句表LDSM0.1CALLSBR_0:SBR0LDSM0.0MOVR0.6,VD104MOVR0.25,VD112MOVR0.1,VD116MOVR30.0,VD120MOVR0.1,VD124MOVB100,SMB34ATCHINT_0:INT0,10ENILDSM0.0ITDAIW0,AC0DTRAC0,AC0/R32021.0,AC0MOVRAC0,VD100LDI0.0PIDVB100,0LDI0.0MOVRVD108,AC0*R32021.0,AC0ROUNDAC0,AC0DTIAC0,AC0MOVWAC0,AQW03.4实际操作结束语通过本次课程设计，是我加强了对PLC地形图、指令表、外部接线的理解，还有经过在网上查找资料以及到图书馆学习，也使我更好的理解和认识了关于PLC设计原理和实际中的应用过程。在课程设计过程中我们互相讨论，请教老师，在不断地调试各自的程序中，发现了很多各自的问题并进行研究解决。我们试着用不同的设计方法来实现我们的课题，这样不仅可以拓展我们的思路，还可以使我们的设计成果更加严谨。本次课程设计可以为以后工作打下一定的基础，感谢本次课程设计，感谢我的指导老师！在这次课程设计中，我以前关于PLC的知识面得到了拓展，知道的得到了巩固，不知道的借助于图书馆和网络得到了解决，很棘手的疑难杂症在老师的帮助下得到了很好的解决。在相关的资料的查询中，我对信息的筛选能力有得到了提升。再次感谢指导老师不惜浪费自己的时间来帮助我们解决问题

参考文献[1]吴中俊黄永红编《可编程序控制器原理及应用》机械工业出版社2021；[2]孙金根康代红编《PLC课程设计指导书》沈阳理工大学自控教研室2021；[3]章文浩编《可编程控制器原理及实验》国防工业出版社2021；[4]田淑珍编《S7-200PLC原理及应用》机械工业出版社2021。[5]谭浩强编《MCS-51单片机应用教程》清华大学出版社2021[6]张晓峰编《电气控制与可编程控制技术及应用》国防工业出版社2021电气控制与PLC课程设计成绩评定表姓名学号专业班级电气工程（1）班课程设计题目：基于S7-200的家用浴缸水温PID的控制课程设计答辩或质疑记录：此程序中，中断程序中起主要作用的是什么？答：PID模块。2.成绩评定依据：评定项目评分成绩1.设计方案可行性及其选优（20分）2.设计过程及结果（40分）3.平时成绩（态度认真、遵守纪律）（10分）5.设计报告的规范性、参考文献充分（不少于5篇）（10分）6.答辩（20分）总分最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字：年月日

社会实践报告系别：班级：学号：姓名：作为祖国未来的事业的继承人，我们这些大学生应该及早树立自己的历史责任感，提高自己的社会适应能力。假期的社会实践就是很好的锻炼自己的机会。当下，挣钱早已不是打工的唯一目的，更多的人将其视为参加社会实践、提高自身能力的机会。许多学校也积极鼓励大学生多接触社会、了解社会，一方面可以把学到的理论知识应用到实践中去，提高各方面的能力；另一方面可以积累工作经验对日后的就业大有裨益。进行社会实践，最理想的就是找到与本专业对口单位进行实习，从而提高自己的实战水平，同时可以将课本知识在实践中得到运用，从而更好的指导自己今后的学习。但是作为一名尚未毕业的大学生，由于本身具备的专业知识还十分的有限，所以我选择了打散工作为第一次社会实践的方式。目的在于熟悉社会。就职业本身而言，并无高低贵贱之分，存在即为合理。通过短短几天的打工经历可以让长期处于校园的我们对社会有一种更直观的认识。实践过程：自从走进了大学，就业问题就似乎总是围绕在我们的身边，成了说不完的话题。在现今社会，招聘会上的大字报都总写着“有经验者优先”，可还在校园里面的我们这班学子社会经验又会拥有多少呢？为了拓展自身的知识面，扩大与社会的接触面，增加个人在社会竞争中的经验，锻炼和提高自己的能力，以便在以后毕业后能真正真正走入社会，能够适应国内外的经济形势的变化，并且能够在生活和工作中很好地处理各方面的问题，我开始了我这个假期的社会实践-走进天源休闲餐厅。实践，就是把我们在学校所学的理论知识，运用到客观实际中去，使自己所学的理论知识有用武之地。只学不实践，那么所学的就等于零。理论应该与实践相结合。另一方面，实践可为以后找工作打基础。通过这段时间的实习，学到一些在学校里学不到的东西。因为环境的不同，接触的人与事不同，从中所学的东西自然就不一样了。要学会从实践中学习，从学习中实践。而且在中国的经济飞速发展，又加入了世贸，国内外经济日趋变化，每天都不断有新的东西涌现，在拥有了越来越多的机会的同时，也有了更多的挑战，前天才刚学到的知识可能在今天就已经被淘汰掉了，中国的经济越和外面接轨，对于人才的要求就会越来越高，我们不只要学好学校里所学到的知识，还要不断从生活中，实践中学其他知识，不断地从各方面武装自已，才能在竞争中突出自已，表现自已。在餐厅里,别人一眼就能把我人出是一名正在读书的学生,我问他们为什么,他们总说从我的脸上就能看出来,也许没有经历过社会的人都有我这种不知名遭遇吧!我并没有因为我在他们面前没有经验而退后,我相信我也能做的像他们一样好.我的工作是在那做传菜生,每天9点钟-下午2点再从下午的4点-晚上8:30分上班,虽然时间长了点但,热情而年轻的我并没有丝毫的感到过累,我觉得这是一种激励,明白了人生,感悟了生活,接触了社会,了解了未来.在餐厅里虽然我是以传菜为主,但我不时还要做一些工作以外的事情，有时要做一些清洁的工作，在学校里也许有老师分配说今天做些什么，明天做些什么，但在这里，不一定有人会告诉你这些，你必须自觉地去做，而且要尽自已的努力做到最好，一件工作的效率就会得到别人不同的评价。在学校，只有学习的氛围，毕竟学校是学习的场所，每一个学生都在为取得更高的成绩而努力。而这里是工作的场所，每个人都会为了获得更多的报酬而努力，无论是学习还是工作，都存在着竞争，在竞争中就要不断学习别人先进的地方，也要不断学习别人怎样做人，以提高自已的能力！记得老师曾经说过大学是一个小社会，但我总觉得校园里总少不了那份纯真，那份真诚，尽管是大学高校，学生还终归保持着学生的身份。而走进企业，接触各种各样的客户、同事、上司等等，关系复杂，但我得去面对我从未面对过的一切。记得在我校举行的招聘会上所反映出来的其中一个问题是，学生的实际操作能力与在校理论学习有一定的差距。在这次实践中，这一点我感受很深。在学校，理论的学习很多，而且是多方面的，几乎是面面俱到；而在实际工作中，可能会遇到书本上没学到的，又可能是书本上的知识一点都用不上的情况。或许工作中运用到的只是很简单的问题，只要套公式似的就能完成一项任务。有时候我会埋怨，实际操作这么简单，但为什么书本上的知识让人学得这么吃力呢？这是社会与学校脱轨了吗？也许老师是正确的，虽然大学生生活不像踏入社会，但是总算是社会的一个部分，这是不可否认的事实。但是有时也要感谢老师孜孜不倦地教导，有些问题有了有课堂上地认真消化，有平时作业作补充，我比一部人具有更高的起点，有了更多的知识层面去应付各种工作上的问题，作为一名大学生，应该懂得与社会上各方面的人交往，处理社会上所发生的各方面的事情，这就意味着大学生要注意到社会实践，社会实践必不可少。毕竟，很快我就不再是一名大学生，而是社会中的一分子，要与社会交流，为社会做贡献。只懂得纸上谈兵是远远不及的，以后的人生旅途是漫长的，为了锻炼自己成为一名合格的、对社会有用的人才.很多在学校读书的人都说宁愿出去工作，不愿在校读书；而已在社会的人都宁愿回校读书。我们上学，学习先进的科学知识，为的都是将来走进社会，献出自己的一份力量，我们应该在今天努力掌握专业知识，明天才能更好地为社会服务。实践心得：虽然这次的实践只有短短的几天，而且从事的是比较简单的服务工作，但是通过与各种各样的人接触，还是让我学会了很多道理。首先是明白了守时的重要性。工作和上学是两种完全不同的概念，上学是不迟到很多时候是因为惧怕老师的责怪，而当你走上了工作岗位，这里更多的是由于自己内心的一种责任。这种责任是我学会