1、基于西门子plc的电烤箱温度系统设计摘 要：随着科学技术发展的越来越先进，许多设备、仪器、家电都实现了智能控制，极大的方便了人们的生活日常，改善了人们的生活水平。各种各样的设备能够实现自动化控制，离不开单片机和可编程逻辑控制器(PLC)的发展。温度控制是工业生产、日常生活中的一项重要指标，因为温度控制的精细与否直接决定加热的产品成品的好坏。随着电烤箱的出现，逐渐成为了人们厨房中的必需品，在越来越多的厨房中出现，而电烤箱就是通过温度来实现对实物加热的，所以本文以电烤箱入手，设计了一种基于西门子PLC的电烤箱温度控制系统，旨在实现电烤箱温度的精细控制，改善电烤箱性能。本文从硬件和软件方面介绍了温度
2、控制系统的组成，重点论述了西门子PLC的工作原理及使用方法，利用PLC的PID控制功能来实现电烤箱的温度控制。关键词：西门子S7-200，PLC，温度控制系统，PIDDesign of oven temperature system based on Siemens PLCAbstract:With the development of science and technology, many equipments, instruments and household appliances have realized intelligent control, which greatly fac
3、ilitates peoples daily life and improves peoples living standards. All kinds of equipment can realize automatic control without the development of single-chip computer and programmable logic controller (PLC). Temperature control is an important index in industrial production and daily life, because
4、the precision of temperature control directly determines the quality of heated products.With the emergence of electric oven, it has gradually become a necessity in peoples kitchen. It appears in more and more kitchens. Electric oven is heated by temperature. Therefore, starting with electric oven, t
5、his paper designs an electric oven temperature control system based on Siemens PLC, aiming at realizing the fine control of electric oven temperature and improving the performance of electric oven.This paper introduces the composition of temperature control system from the aspects of hardware and so
6、ftware, mainly discusses the working principle and use method of Siemens PLC, and realizes the temperature control of electric oven by using the PID control function of PLC.Keywords: Siemens S7-200, PLC, Temperature Control System, PIDII目录第1章 绪论21.1.电烤箱温度控制系统课题的背景21.2 系统控制方案及要实现的功能2第2章 电烤箱温度系统理论设计22
7、.1 技术综述22.2 电烤箱温度控制系统的工作原理3第3章 电烤箱温度系统硬件设计43.1 PLC43.1.1PLC的特点43.1.2 PLC的组成43.1.3 PLC的工作方式和运行框图53.1.4 PLC的工作过程73.1.5 西门子S7-200 CPU22683.1.6 EM235模拟量输入模块93.2. 固态继电器103.3 温度传感器113.4 I/O分配表113.5 硬件连线图11第4章 电烤箱温度系统硬件设计124.1 S7-200 PLC的PID控制124.1.1 PID算法在S7-200中的实现124.1.2 PID控制器的调试134.2 系统程序流程图144.3 变量分配
8、表15结 论16致谢17参考文献18附录19IV第1章 绪论1.1.电烤箱温度控制系统课题的背景由于生活习惯和生活水平的不同，电烤箱最先在西方国家出现并流行起来。西方饮食习惯中，对于“烤”的需求就如同中国对电饭煲“煮”的需求一样，所以电烤箱自发明出来以后就在西方发达国家迅速普及开来，比如德国，据相关调查研究，电烤箱在家庭中的普及率达到了百分之八十五。21世纪初，北京电烤箱的普及率甚至不到百分之十五。但随着人们生活条件的提高，对西方文化的学习，从2005年左右开始，电烤箱在我国的年销售增长率达到了百分之五十。所以我们可以看出，我国的电烤箱市场正在逐渐扩大，人们的购买能力也越来越高，所以电烤箱有着
9、广阔的发展前景，但是电烤箱市场刚出现没多久，所以对于烤箱的各种结构和功能设计仍有很大提升的空间。1.2 系统控制方案及要实现的功能电烤箱的温度系统是一个闭环控制系统，对电烤箱要实现的使用要求分析，对于烤箱温度控制的精度不需要太高，烤箱在提升温度时也不需要按特定曲线，所以在系统设计时选用通断控制的方式就能实现温度控制。电烤箱启动时电阻丝通电开始加热，当达到了预先设定的温度时切断电阻丝电源停止加热，温度低于设定温度一定值时，继续接通电阻丝，保证电烤箱有一个近恒温的环境。电烤箱温度系统具体需要实现的功能有：（1）通过功率为2千瓦的电阻丝进行加热，温度最高可以达到30。（2）通过预先设置调整温度，使电
10、烤箱温度保持在设定温度的范围内，烘烤过程实现近恒温。（3）启动前显示设定温度，烘烤过程中显示烤箱内的即时温度，测量误差控制在1，显示数据精确到个位。（4）烤箱运行过程中，每隔十秒自动对烤箱内温度进行一次检测。（5）如果使用前进行温度设置时超过烤箱运行温度范围，发出警报，使用过程中如果检测温度与预设温度的偏差超过5，会自动停止加热并发出警报声。第2章 电烤箱温度系统理论设计2.1 技术综述自上世纪七十年代以来，因为进行工业生产的需求，在电子技术取得了迅速发展，自动控制理论的提出与完善的背景下，国外纷纷开始研发温度控制系统，在温度自动控制领域取得了不小的成果。其中温度控制系统最有力的推动者是德国、
11、美国、日本等经济发达工业繁荣的国家，面对各行各业都研发出了一批实现商品化的温度控制装置，迎合了工业生产的需要。国外的温度控制系统发展快速，并逐渐向着高精度、小型化、智能化的系统而努力，虽然国外的温度控制系统在许多行业都取得了非常广泛的应用，但是国内对温度控制系统的研发仍处在起步阶段，对比发达国家的技术来讲，有很长一段路要走。目前我国对温度控制器的研发尚停留在发达国家三十年前的水平，且国内的产品通过“点位”控制或者通过一般的PID控制器来实现温度控制，但是只能在一般性的温度场合，当温度系统具有滞后性、时变性时，国内生产的温度控制器就无法达到使用要求。且国内对温度控制系统的智能化研究仍有不足，距离
12、仪器仪表的商品化还需要一段时间。通常要系统实现温度控制大概可以分为三种方法，第一种，利用仪器仪表上面显示的数据来调节温度，但是需要人工操作且对温度的控制精度差；第二种是利用单片机来实现PID控制，但是以单片机为核心的DDC系统在进行硬件和软件设计时具有一定难度，尤其在逻辑控制方面是单片机控制的短板第三种是利用PLC来实现PID控制，随着PLC的不断发展，PLC支持的功能也越来越多，所以基于PLC的PID控制系统是温度控制系统的最佳选择。本设计就选用基于西门子S7-200型号的PLC进行电烤箱温度系统的设计。2.2 电烤箱温度控制系统的工作原理基于PLC的电烤箱的温度控制系统主要是由四个部分来组
13、成的，工作原理如图2-1，包括PLC、温度传感器、继电器、电烤箱主体。图2-1 基于PLC电烤箱温度控制系统组成本次设计的基于西门子PLC的电烤箱温度系统实现温度控制的过程依次是：首先通过温度传感器里的热敏电阻会根据温度变化而改变阻值的特点，将采集到的电烤箱温度变为一定转换后的电压信号，电压信号经过PLC内的A/D转换电路变成S7-200型PLC的数字信号，PLC将传送来的温度信号和预设的温度进行PID的处理，然后会下达指令给固态继电器，通过固态继电器来控制电路通断，实现对电烤箱温度的控制。在整个PLC的温度控制系统里，PLC主控系统是整个系统实现功能的最主要部件。第3章 电烤箱温度系统硬件设
14、计3.1 PLC3.1.1PLC的特点（1）可靠性高。PLC与传统的继电器控制不同，PLC中通过软件进行控制，所以可以省去许多时间继电器和中间继电器，所以接线就可以大大简化，也能最大程度减少由于触点故障引起的系统故障，由于系统的大大简化，所以可以有更多空间进行抗干扰的设置，可以运用干扰很强的工业活动中，是工业领域可靠性最高的装备。（2）语言简单易学。PLC中大多数使用梯形图，梯形图的符号类似于以前使用的继电器的电路图，并且更加简洁明了，表达直观，如果是从事电路控制的相关人员很快就能熟练掌握PLC的编程。（3）配套模块齐全。发展到现在，每种PLC已经逐渐发展成一个系列的产品，针对不同的场合，不同
15、的功能，用户都能从PLC系列中找到符合自己需求的，且PLC是一种模块化产品，用户可以对PLC系统自定义设置。当硬件设置完成后，只要用户根据需要编写相关的程序，PLC就能很快在场景中投入使用，具有很强的适应性。（4）功能强。由于PLC内集成了几百几千的编程元件可以让用户使用，所以可以根据需求达到各种各样的控制效果，所以和过去单一的继电器相比，性价比很高。此外，管理员还能通过网络对接入的PLC分别进行控制。（5）系统简洁，方便进行安装调试。由于PLC省去了传统继电器控制的中间继电器和许多接线，所以前期的安装调试工作就能很快做完。在进行PLC梯形图设计时采用顺序控制法，这种方法规律性强，使用者可以很容易学会。PLC还能在计算机上进行模拟运行，通过和几个输出点一一对应的发光二极管就可以很清楚的查看输出信号。通过计算机进行调试比传统继电器进行调试省时省力的多。3.1.2 PLC的组成PLC全称是可编程逻辑控制器，实际上是偏向于工业需求，对系统进行控制的工业计算机设备，所以在硬件方面的组成类似于计算机，如图3-1。图3-1 PLC的组成3.1.3 PLC的工作方式和运行框图PLC的工作是由程序不停地循环运行，一遍又一遍对系统进行扫描来完成的，我
