西门子温度系统(一)
西门子S7-300系列PLC温度模块的功能及原理
大中型PLC的温度模块大大增强了系统用于温度测量和控制的能力，对于有温度测控要求的场合，无需昂贵的热电偶和热电阻变送器，用户通过配置温度模块就可以完成复杂的控制过程。
1、SM331热电阻模块
热电阻（如Ptl00）与输入模块的4线连接回路通过端IC+和IC－将恒定电流送到电阻型温度计或电阻，通过M+和M－端子测得在电阻型温度 计或电阻上产生的电压，4线回路可以获得很高的测量精度。如果接成2线或3线回路，则必须在M+和IC+之间以及在M－和IC－之间插入跨接线，不过这将 降低测量结果的精度。
2、SM331热电偶模块
热电偶接线共可以接8路，包括B、E、J、K、L、N、R、S、T、U等，可以对特性曲线线性化进行参数设置。热电偶的温度补偿有四种方式：可设置参数；用补偿盒进行外部温度补偿；用Pt100进行外部温度补偿；进行内部温度补偿。
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西门子温度系统(二)
西门子PLC温度控制示例
一、控制要求
将被控系统的温度控制在某一范围之间，当温度低于下限或高于上限时，应能自动进行调整，如果调整一定时间后仍不能脱离不正常状态，则采用声光报警，来提醒操作人员注意，排除故障。
系统设置一个启动按钮来启动控制程序，设置绿、红、黄三台指示灯来指示温度状态。当被控系统的温度在要求范围内，则绿灯亮，表示系统运行正常；当被控系统的温度超过上限或低于下限时，经调整且在设定时间内仍不能回到正常范围，则红灯或黄灯亮，并伴有声音报警，表示温度超过上限或低于下限。
该系统充分利用电气智能平台现有设备，引入PLC和变频器于系统中，将硬件模拟和软件仿真有机结合，有效的运用了平台资源。本文通过对该系统的阐述，详细介绍了PLC和变频器在模拟量信号监控中的运用。
二、控制系统原理及框图
该系统共涉及四大部分，包括温度传感器、变送器、PLC温度监控系统和外部温度调节设备。首先，选取监控对象，在其内部（比如孵坊）选取四个采样点，利用四个温度传感器分别采集这四点温度后；通过变送器将采集到的四点温度的采样值转换为模拟量电压信号，从而得到四个采样点所对应的电压值，输入到PLC的四个模拟量输入端口；PLC温度监控系统将这四点温度读入后，取其平均值，作为被控系统的实际温度值，将其与预先设定的正常温度范围上下限相比较，得出系统所处状态，并向外部温度调节设备输出模拟量控制信号；外部温度调节设备根据输出的模拟量的大小来调节温度的上升与下降或保持恒温状态。
本文以0～10V来对应温度0～100℃，设置40～60℃为系统的正常温度范围，对应的模拟量电压为4～6V，也即40℃（4V）为下限，60℃（6V）为上限，调节时间设定为20S。
其中，50℃（5V）为我们的温度（电压）基准值。这样，我们就将PLC温度控制系统对温度的监测与控制转变成了PLC对模拟量电压的输入与输出的控制。当被控系统的实际温度低于设定的下限（40℃）时，PLC温度监控系统经过比较运算后，通过其模拟量输出端口向外部温度调节设备输出5-10V的电压，而且输出的电压会根据被控系统实际温度值的降低而升高，从而改变外部温度调节设备，调节温度的幅度。同理，当被控系统的实际温度高于设定的上限（60℃）时，PLC温度监控系统经过比较运算后，通过其模拟量输出端口向外部温度调节设备输出0~5V的电压，而且输出的电压会根据被控系统实际温度值的升高而降低，从而改变外部温度调节设备，调节温度的幅度。而当被控系统的实际温度处于设定的温度正常范围（40—60℃）时，PLC温度监控系统经过比较后，通过其模拟量输出端口向外部温度调节设备输出5V恒定的电压，即输出电压的调节基准量，使温度调节设备保持恒温状态。
三、控制算法的原理及流程图
PLC温度控制系统规定模拟量输入端取值范围为0～10V，本文设定其对应于温度0～100℃。要求被控系统的温度控制在40～60°C之间，也就是对应模拟量输入端口的电压范围是4～6V。同时，根据控制的需要，首先设定50℃（对应模拟量输入端口的电压为5V）作为被控系统温度的基准值，对应设定一个输出的电压调节基准量5V。
PLC顺序扫描梯形图程序，扫描的结果有以下几种情形。假如读取到的四个采样点的温度，经过取平均后大于上限60℃（比如70℃），将其与被控系统温度的基准值（50℃）比较，得出两者之间的差值（20℃），也即对应2V，然后用输出的电压调节基准量5V与之相减，从而得到3V作为控制信号来控制外部的温度调节（降温），接着进入下一个扫描周期，直至被控系统的温度达到正常范围（40-60℃），如果在设定的调节时间（20S）后，未能恢复到正常范围内，则采用声光报警，红灯亮；假如读取到的四个采样点的温度，经过取平均后小于下限40℃（比如20℃），将其与被控系统温度的基准值（50℃）比较，得出两者之间的差值（30℃），也即对应3V，然后用输出的电压调节基准量5V与之相加，从而得到8V作为控制信号来控制外部的温度调节（升温），接着进入下一个扫描周期，直至被控系统的温度达到正常范围（40-60℃），如果在设定的调节时间（20S）后，未能恢复到正常范围内，则采用声光报警，黄灯亮；假如读取到的四个采样点的温度，经过取平均后处于设定的正常范围40-60℃（比如45℃），则输出调节电压的基准量5V，使被控系统保持恒温状态，绿灯亮，然后进入下一个扫描周期。
四、I/O分配表
输入【西门子温度系统】
输出
五、程序（PLC梯形图）
西门子温度系统(三)
基于西门子s7-200的温度控制系统设计
郑州大学毕业设计（论文）
题 目 控制系统设计
院 系 专 业
年 级
学生姓名 指导教师【西门子温度系统】
2013 年 6 月 2 日
摘要
温度是各种工业过程最普遍、最重要的参数之一，温度控制的精度对实验结果或工业生产都会产生重要的影响。
传统的温控系统采用温控仪表和继电器式控制柜等进行控制，其主要缺点是结构复杂，体积大，故障率高，通用性差，控制精度低．人机交互困难，自动化程度低．难以满足现代生产加工的需要。随着现代传感技术与控制方法的不断革新和发展，对实时温度控制的精度以及反应快速性的要求越来越高。本文就是基于PLC的温度控制系统设计。
本文主要介绍了PLC相关知识、温度控制系统的硬件设计、软件设计，同时对传感技术、PID算法以及调压技术进行了涉及。在硬件上主要采用西门子S7-200系列CPU224XP，K型热电偶传感器及K型热电偶变送器、柱式电压调压器以及EM235模拟量输入输出扩展模块。热电偶作为温度采集元件，采集的信号经温度变送器转换盒放大后送到EM235处理，随后送入PLC进行PID运算，运算结果控制调压器对加热过程进行调节实现自动化控制。
关键词 温度控制 PLC PID【西门子温度系统】
Abstract
Temperature is one of the most common variety of industrial processes, the most important parameter, the accuracy of temperature control will have an important impact on the results or industrial production.
The temperature control system is adopted in traditional temperature control meter and relay control cabinet control, its main disadvantage is the complicated structure, big volume, high failure rate, poor universality, low control accuracy. Human-computer interaction difficulties, low degree of automation. It is difficult to meet the needs of modern production and processing. With the continuous innovation and development of modern sensor technology and control method, the higher of the real-time temperature control precision and response speed are required. This article is based on the PLC temperature control system design.
This paper mainly introduced the PLC related knowledge, the temperature control system hardware design, software design, at the same time, sensor technology, PID algorithm and the pressure regulating technology is involved. The hardware mainly adopts Siemens S7-200 series CPU224XP, the column voltage type K thermocouple sensor and K type thermocouple temperature transmitter, pressure regulator and EM235 analog input and output expansion module. Thermocouple as the temperature acquisition device, the signals collected by the temperature transmitter conversion kit amplified to EM235 processing, then sent to PLC PID operation, the control voltage regulator is adjusted to realize automatic control of heating process calculation results.
Keywords temperature control PLC PID
目 录
摘要 ......................................................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................................................... II
第一章 绪论 ........................................................................................................................................... 1
1.1 课题研究背景及意义： .......................................................................................................... 1
1.2 课题研究的主要内容 .............................................................................................................. 2
1.3 研究技术介绍 .......................................................................................................................... 2
1.3.1 传感检测技术 ............................................................................................................... 2
1.3.2 PLC ................................................................................................................................ 3
1.3.3 上位机 ........................................................................................................................... 3
1.3.4 组态软件 ....................................................................................................................... 4
第二章 硬件设计 ................................................................................................................................... 5
2.1 硬件配置 .................................................................................................................................. 5
2.1.1 西门子S7-200PLC ....................................................................................................... 5
2.1.2 热电偶 ........................................................................................................................... 8
2.1.3 电力调整器 ................................................................................................................... 9
2.2 硬件连接 ................................................................................................................................ 12
2.3 地址分配表 ............................................................................................................................ 13
第三章 软件设计 ................................................................................................................................. 14
3.1 PID控制程序设计 ................................................................................................................. 14
3.1.1 PID控制内容 .............................................................................................................. 14
3.1.2 PID控制原理（PID算法） ....................................................................................... 14
3.1.3 PID输入输出值转换 .................................................................................................. 15
3.1.4 PID在PLC中的回路指令 ......................................................................................... 17
3.1.5 PID参数调整的一般步骤 .......................................................................................... 18
3.2 程序设计流程图 .................................................................................................................... 18
3.3 内存分配地址及PID指令回路表 ....................................................................................... 20
3.4 S7-200程序设计梯形图 ........................................................................................................ 21
3.4.1 启动/停止 .................................................................................................................... 21
3.4.2 初始化 ......................................................................................................................... 21
3.4.3 调用子程序 ................................................................................................................. 22
3.4.4 数据导入 ..................................................................................................................... 23
3.4.5 测量值归一处理 ......................................................................................................... 24
3.4.6 计算设定量与过程变量差值 ..................................................................................... 25
3.4.7 根据具体情况选择合适的加热方式 ......................................................................... 25
第四章 组态软件Kingview ................................................................................................................ 27
4.1 外部设备定义 ........................................................................................................................ 27
4.2 数据变量 ................................................................................................................................ 28
4.3 组态王画面设计 .................................................................................................................... 29
4.3.1 建立新画面 ................................................................................................................. 29
4.3.2 实时趋势曲线制作 ..................................................................................................... 30
4.3.3 报警窗口制作 ............................................................................................................. 32
4.3.4 指示灯 ......................................................................................................................... 34
4.3.5 温度数值显示 ............................................................................................................. 35
4.3 组态王与西门子PLC的通信 .............................................................................................. 36
第五章 结论 ......................................................................................................................................... 37
致谢 ...................................................................................................................................................... 38
参考文献............................................................................................................................................... 39
西门子温度系统(四)
基于西门子PLC的螺杆挤塑机控制系统设计
【摘要】文章主要介绍了以西门子可编程控制器为核心的螺杆挤塑机控制系统，并给出了设计方案，重点阐述了硬件设计和软件设计，以及系统流程图。 【关键词】可编程控制器；螺杆；挤塑机
1.引言
螺杆挤塑机控制系统的主要作用，是在挤塑过程中实现对螺杆转速、机筒温度和熔体压力等工艺参数的控制。塑料原料从料斗加入料筒中，随着螺杆的转动将其向前输送，塑料在向前移动的过程中受到料筒的加热、螺杆的剪切和压缩作用，使塑料由粉状或粒状逐渐融化为粘流态，塑化后的熔料在压力的作用下，通过分流板和一定形状的口模成为截面与口模形状相仿的高温连续体，最后冷却定型为玻璃态，这样就得到具有一定强度、刚度、几何形状和尺寸精度的塑料制品。
目前，挤塑机主要以仪表控制系统、PLC控制系统为主要选择。两者的功能分别为：温度控制中仪表控制系统可以实现开关量的控制，也可以采用智能仪表实现简单比率控制；而PLC控制系统可以通过模拟量通信实现PID（比率-积分-微分控制）控制；前者压力控制显示熔体压力，而后者显示熔体压力并实现闭环控制；前者的测试功能只有显示功能，而后者可以实现测试单元的串口通信。本设计通过对两个系统的控制理解将其结合用于一个控制电柜中，实现挤塑机控制系统的不同功能。
2.系统设计概述
本控制系统以PLC作为核心控制单元，可完成主机与辅机的启动，停止，电机转速的调节，温度调整等控制。前台由WINCC组态软件完成人机交互，后台由西门子可编程控制器控制。由温度传感器采集温度送到PLC进行计算，触摸屏接受和发送用户指令信息，再由PLC将信息送往变频器和继电器配合完成电气控制的动作，最终完成挤塑机的工作过程。
主回路主要包括变压、故障、变频器、主机喂料和辅机的启动停止等控制。首先进线380V，通过600W的变压器变压为220V，分两档分别给主回路，次回路。若有+24V的故障板就要另加一个30W变压器。主回路通电后，解除相应的故障，使用中间继电器的常开和常闭触点控制主机的启动与故障，若有故障发生时，继电器吸合常闭变常开，串联到启动继电器线圈下，使主机无法启动，形成故障与启动的互锁。当故障解除后主控制通过按钮接通启动主机运行。同时启动喂料，真空泵，热油泵等。将主机和喂料等辅机的常开启动触点并联到同一个继电器上，此继电器就为同步继电器，当此继电器得电后使主机，喂料或与其他辅机同时运行，从而实现的同步启动和同步停止。
控制回路中包括冷却和加热控制。该回路中通过转换开关接通温控表的电源线，由于RKC默认最大值400，默认值0，所以当上电后，冷却继电器吸合，从而接通接触器，接触器下端的冷却电机工作。螺杆冷却主要采用中心水冷，目的是增加物料固体输送率，稳定出胶量，同时提高产品质量；但在料斗处的冷却，一是为了加强对固体物料的输送作用，防止因升温使塑料粒发粘堵塞料口，二是保证传动部分正常工作。加热采用短接热电偶的方法实现，温度传感器会将常温显示到仪表上，也能从控温仪表读取主机各段的实际温度。这里必须要求温控仪表的精度与系统配合好，使整个主机温度达到各种塑料的挤塑温度的要求。一般从0状态开始上升，渐渐处于加热中，此时冷却继电器断开，加热继电器闭合。热电偶将温度传到温度传感器，当低于设定的温度时，加热继电器会吸合，接通接触器促使加热。控制流程如图1所示。
另外控制中少不了变频器的帮助，包括运行、停止，正转、反转，微动等运行状态。将启动信号给变频器后，变频器运行，相应的面板显示频率。这里的调速都是通过改变电压来进行的，通过一个电位器控制电机的运转速度。
图1 温度控制流程图
图2 温度控制子程序
3.系统硬件设计
挤塑机组的电气控制大致分为传动控制和温度控制两大部分，实现对挤塑工艺包括温度、压力、螺杆转数、螺杆冷却、机筒冷却、制品冷却和外径的控制，以及牵引速度、整齐排线和保证收线盘上从空盘到满盘的恒张力收线控制。
本系统所用的PLC是根据工程需要选择的，是整个控制柜核心控制单元，采用的是微型西门子PLC S7-200系列，它适用于一系列机械设备的制造或用作独立的解决方案，相对与三菱其指令较少。其次西门子的模拟量模块价格便宜，程序简单。而本系统中兼有温控、报警系统，需要的模块比较多，所以西门子较为适合。再者其体积小，速度快、功能强、可靠性高，不需要大量的活动元件和连线电子元件，不会占用电控柜的空间；它还具有编程简单，操作方便，维修容易，一般不容易发生错误操作等优点。最主要的一点是S7-200一直以来支持强大的浮点运算，编程软件直接支持小数点输入输出。本系统的电路由PLC的输入端全部接至端子排，输出端全部输出至中间继电器，模拟量信号经隔离变送器或直接接至端子排。电气控制柜内还配有空气开关、断路器、各种继电器、接触器、电抗器、变压器、变频器，以及用于柜内散热的风机等。除此之外，本系统还安装了UPS不间断电源，对供电电源突然跳闸以及突发性停电等因素造成系统不能正常工作时，UPS起到保护功能，持续其在线时间内的系统正常供电，给用户检修以及应对系统故障的准备工作提供了时间保障。
4.软件设计
S7-200PLC作为整个控制系统的核心部分，通过自带的24点I/O口对料斗开关、冷却装置以及变频器进行控制。四段加热器通过固态继电器与EM222数字扩展模块的输出端相连，加热器温度检测通过温度传感器传送到EM231模拟输入输出模块的输入端，通过PID控制算法实现一个完整的温度控制环节。EM232扩展模拟输出模块的输出端输出到变频器的外部模拟信号接收端，通过变频器调节电动机传递，实现挤塑机的电机控制。
PLC主控系统内部的A/D将送进来的电压信号转化为西门子S7-200PLC可识别的数字量，然后PLC将系统给定的温度值与反馈回来的温度值进行比较并经过PID运算处理后，给固态继电器输入端一个控制信号控制固态继电器的输出端导通与否从而使加热炉开始加热或停止加热。
本系统的工作过程为：把触摸屏中的设定值通过通信线路传输到PLC，同时机筒和模头上的当前温度通过热电偶传送到温控模块进行处理，再由温控模块传送到PLC中。当温度值与设定植在PLC中进行数值比较后，如果当前值低于设定值，PLC就发出指令使PLC内部相应的热电偶得电工作，并使接触器得电工作。由于接触器的闭合通电，使得加热器通电加热。在加热过程中，热电偶不断地把当前温度传送到温控模块，温控模块也不断地把数值传送到PLC中进行数值比较。经过一段时间的加热后，如果当前温度值高于设定值，PLC就发出指令，使得PLC内部的继电器、接触器失电不工作。由于接触器的断开，使得加热器断电不加热。对有冷却风机，PLC同时发出指令使风机通电工作。通过风机冷却，把机筒的当前温度降低。当机筒温度达到设定值以后，PLC再次发出指令，使冷却风机断电停止工作。温度控制子程序如图2所示。除了温度模块外，还有熔体压力、牵引电流、喂料电流、喂料转速等模拟量需要给出。
5.总结
螺杆挤塑机控制系统主要包括加热系统、冷却系统及参数测量等系统，主要由西门子可编程控制器、各种低压电器、仪表和执行机构（即控制屏和操作台）组成。其主要作用是控制和调节主辅机的拖动电机，输出符合工艺要求的转速和功率，检测和调节挤塑机中塑料的温度、压力、流量，从而实现对整个机组的自动控制。本控制系统已经应用于实际生产，并在客户的反馈中不段改进系统，逐步实现更高的控制要求。
参考文献
[1]曹金福，谭胜富.电气控制与PLC[M].化学工业出版社.
[2]汤颖.浅谈WinCC画面制作[J].设计技术，2009，2.
[3]王永华.现代电气及可编程技术[M].北京航空航天大学出版社.
[4]SIMATIC S7-200可编程序控制器CPU22X系统手册[S].西门子（中国）有限公司.
作者简介：赵媛媛（1980—），女，张家港沙洲职业工学院讲师。
西门子温度系统(五)
基于S7―200的锅炉温度串级控制系统的设计
[摘要]本文介绍了以PLC作为控制器的锅炉温度串级控制系统，通过控制整个电阻丝上的电压来调节出口处的水温和炉膛内的温度，由此构成锅炉温度串级控制系统。该系统应用PID算法，通过PLC梯形图编程语言进行编程，完成对锅炉温度的自动控制。 [关键词]PLC 串级控制 PID算法
[中图分类号]TP273 [文献标识码]A [文章编号]1009-5349（2014）11-0083-01
一、概述
本设计选用德国西门子公司 S7-200系列PLC，控制器CPU 226被选定为系统中的控制器。锅炉实际水温的温度信号由PT100热敏电阻检测并转换成电流信号，通过EM 231模块发送到PLC的PID调节模块进行数字信号转换。接着，PID控制器输出一个0―10mA的电流信号，该信号被输入到可控硅整流器的电压调节器触发电路中，这样做是为了改变可控硅管的导通角调节输出功率，控制加热器的加热时间。PLC和组态王连接，进行实时监控。
二、系统的建模
在该控制系统中，TT1（出口处的温度传感器）将水的温度信号在出口处转换成电流信号，然后它会传递给EM235模块的电路A;同时，TT2（炉底温度传感器）将所检测到的水的温度转换成电流信号，然后将其发送到模块EM235的电路B。两个电路的模拟信号将被转换成由EM235模块传递的数字信号，然后发送到PLC。最后，PLC应用这些信号，通过PID模块进行PID调节。基于PLC的串级控制系统的框图见图1。
图1 串级控制系统框图
在这个控制系统中，锅炉出口处水的温度用作主要调节参数。炉膛的温度被用作副调节参数。PI控制为主控制器，P控制为辅助控制器。因温度具有时间延迟，采样时间不能过短，它一般应该是15―20秒。
三、系统程序设计
STEP7-Micro/WIN的编程软件是基于Windows的应用程序，是由西门子公司开发的专门为S7-200系列PLC设计的软件。本方案设计的理念如下：当PLC运行时，特殊继电器SM0.0产生一个初始化脉冲，将设定温度值和PID参数送至数据寄存器中，然后，系统开始温度采样，采样周期是17S。TT1（出口水温传感器）将收集的温度信号转换为电流信号，信号通过AIW0到达PLC，作为主电路的反馈值。该输出信号是通过在主控制器（PID0）反馈的PI运算生成的。它被用作副电路的设定值。TT2（炉床水温度传感器）将所收集的炉床水的温度信号转换成电流信号，该信号随后经由AIW2到达PLC，用作副电路的反馈。输出信号通过二级控制器（PID1）和AQW0的P运算产生，输出4―20毫安电流，该信号传递还控制可控硅的导通角，控制整个加热丝上的电压。
四、系统测试
配置显示器，被启动后，自动显示配置界面，如图2所示。
图2 监控主画面
五、结论
在本文中，通过西门子S7-200PLC和组态王组建了人机监控的温度控制系统。它应用PID调节，粗调和细调结合，控制系统的快速性和准确性。此外，组态王操作容易，我们通过肉眼能够查看温度控制曲线的任何变化，并且实时曲线是工业控制常见的。
【参考文献】
[1]陈海霞.西门子PLC的编程与应用[M].北京：机械工业出版社，2012.
[2]陈庆.自动控制理论[M].北京：中国电力出版社，2012.
[3]易其杭.基于PLC的锅炉温度控制系统的设计[M].济南：山东冶金工业出版社，2011.
责任编辑：张丽
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推荐访问:西门子温度控制系统图 西门子温度变送器
