1、本科毕业论文（20 届）触摸屏与 PLC 构架下的水温 PID 控制所在学院 专业班级 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 毕业设计（论文）任务书I、毕业设计(论文)题目：触摸屏与 PLC 架构下的水温 PID 控制II、 毕 业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：1、英文翻译一篇2、学习 PLC 的使用，掌握程序的编写3、学习触摸屏与 PLC 的通讯连接方式4、熟悉 PID 算法 III、 毕 业设计(论文)工作内容及完成时间：1、第 1 周第 3 周 查阅资料、翻译英文资料并撰写开题报告2、第 4 周第 7 周 熟悉相关软件开发环境和用户手册；3、第 8
2、 周第 12 周 对必要的知识进行学习；4、第 13 周第 16 周 实现水温的 PID 控制5、第 17 周18 周 总结，撰写论文并准备答辩 、 主 要参考资料：1、樊军庆,张宝珍.温度控制理论的发展概况.工业炉, 30(6):12-14,20082、齐剑玲,曾玉红.工控机在工业锅炉温度检测控制系统中的应用.微计算机信息,19(9):36-37,20033、毛忠国,杨超.从控制角度谈 PLC、DCS 及 FCS 三大系统的差异.宁夏电力,增刊(2):103-105,2007 4、张爱筠,张琳琳,贺楠.温度控制系统的设计与市场研究.商业经济,2:57-58,20085、刘 敏.浅谈DCS和P
3、LC的区别.国外建材科技,29(4):113-115, 2008 2学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学
4、科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日签名必须手写触摸屏与 PLC 构架下的水温 PID 控制摘要:可编程控制器是一种自动控制装置，在当今应用非常广泛，它是通过传统的继电器控制技术与计算机技术和通讯技术融为一体，造就了它控制能力强、操作灵活方便、可靠性高、适宜长期连续工作等特点，非常适合温度控制的要求，然而温度控制系统在工业控制领域应用也非常广泛，比如钢铁厂、化工厂、火电厂等锅炉的温度控制系统，电焊机的温度控制系统等都可以应用其工作原理。加热炉温度一般采用P
5、ID调节进行控制的，随着PLC功能的应用在许多PLC控制器中都涉及到了PID 控制功能, 因此在逻辑控制与PID控制混合的应用场所中采用PLC控制是较为合理的。本设计是利用西门子S7-300PLC与触摸屏控制加热炉温度的控制系统。首先介绍了温度控制系统的工作原理和系统的组成，然后介绍了西门子S7-300PLC和系统硬件及软件的具体设计过程以及触摸屏控制界面分析。关键词：西门子S7-300PLC PID 传感器 触摸屏指导老师签名：Touch screen and PLC temperature PID under controlAbstract: Temperature control sys
6、tem is widely used in industrial control field, such as steel mills, chemical plants, coal-fired power plant boiler temperature control system, the temperature control system of electric welding machine, etc. The temperature control of reheating furnace is widely used in many fields. This is mostly
7、based on single chip microcomputer application of PID control, however, single-chip microcomputer control of DDC system software and hardware design is relatively complex, especially involves more than logic control strengths, PLC is recognized as the best choice in this respect. Heating furnace tem
8、perature is a big inertia system, generally USES the PID control. With PLC function expansion in many PLC controller has expanded the function of PID control, thus in the logical control and PID control using PLC control in the mixed application of places is more reasonable. This design is the use o
9、f Siemens S7-300 PLC and touch screen control furnace temperature control system. First this paper introduces the working principle of temperature control system and the components of the system , then introduces the Siemens S7-300 PLC and the system hardware and software design process and the anal
10、ysis of the touch screen interface.Key words：Siemens S7-300PLC PID Temperature InterfaceThe instructor signature: 目 录 1 引言1.1 系统设计的意义及背景 .11.2 系统工作原理 .21.3 系统设计目标及内容 .21.4 技术综述 .32 PLC 和 HMI 基础2.1 PLC 概述 .42.1.1 PLC 的产生和应用 .42.1.2 PLC 的组成和工作原理 .42.1.3 PLC 的分类及特点 .72.2 人机界面的基础 .72.2.1 人机界面的定义 .72.2.2
11、 人机界面产品的组成及工作原理 .72.2.3 人机界面产品的特点 .83 PLC 系统硬件设计3.1 PLC 的选用 .93.2 S7-300 简介 .103.4 CPU314C-2PN/DP 介绍 .113.5 温度传感器 .143.5.1 概述 .143.5.2 工作原理 .153.6 固态继电器 .163.6.1 概述 .163.6.2 工作原理 .163.7 西门子触摸屏3.7.1 概述 .173.7.2 工作原理 .173.8 PLC 硬件图设计 .184 软件设计及编程设计4.1 STEP7 简单介绍 .194.2 程序写入的准备 .204.3 程序设计 .234.3.1 设计思
12、路 .234.3.2 PID 控制算法及参数整定 .234.3.3 控制程序流程图 .264.4 梯形图程序 .275 触摸屏组态与运行5.1 组态设计步骤 .295.2 建立通讯 .335.3 运行调试 .396 结论 .40参考文献 .41致谢 .42附录 A：控制流程图 .43附录 B： 触摸屏控制界面 .46附录 C:程序图 .481触摸屏与 PIC 构架下的水温 PID 控制1 引言1.1 系统设计的意义及背景温度控制在电子、冶金、机械等工业领域应用非常广泛。由于其具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点，它对控制调节器要求极高。目前,仍有相当部分工业企业在用窑、炉等烘干生
13、产线，存在着控制精度不高、炉内温度均匀性差等问题,达不到工艺要求，造成装备运行成本费用高，产出品品质低下，严重影响企业经济效益，急需技术改造。 在工业自动化工业领域内,PLC（可编程控制器）的特点是：可靠性能高、抗干扰能力强、编程便捷、功能强大、体积小、功能强大、能耗低等等，所以运用在现代工业自动控制中非常方便，也很广泛。目前，在工业控制中经常选用 PLC 最为现场控制设备,作为控制核心其功能主要可以用于数据采集与处理、逻辑判断、输出控制。那么在上位机里面，首先是运用 HMI 软件作为参数和流程的显示，实现了管理、监控、分析与存储等功能，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
14、欢，也正好满足当代用户的需求。监控系统充分利用了 PLC 和计算机各自的特点,也得到了广泛的应用。在这种方式的基础上就可以设计出一套完整的温度控制系统。利用 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。21.2 系统工作原理 如图 1-1 所示，图为 温度控制系统基本构成，它由固态继电器、加热炉、温度传感器、PLC 主控制系统等 4 个部分组成。图 1-1 加热炉 温度控制系统基本组成上图阐述了温度控制实现的过程是以 PLC 为核心控制温度传感器将加热炉的温度转化为电压信号通过 A/D 转换将电压信号转化为西门子 S7-300PLC 可识别的数
15、字量，然后 PLC 将设定的温度值 SP 与 A/D 转换反馈回来的温度值 PV 进行比较得出偏差并经过 PID 控制运算处理后，最后给固态继电器的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得知是否开始或停止工作。这样就可以实现加热炉的温度控制。1.3 系统设计内容及目标本次设计研究的主要内容是通过 PLC 技术在温度监控系统上的应用，首先是分析和研究硬件部分、软件部分、程序设计。最后研究其控制控制算法的选择和参数的整定，人机界面的设计等。设计的目标是通过德国西门子公司的S7-300系列PLC为核心控制，将PLC与触摸屏组态软件两者相结合在一起，通过他们之间的通讯和监控，最终
16、实现对研究对象的水温进行PID控制。在此同时利用西门子公司的组态软件设计一个人机界（HMI） ，通过与PLC建立通讯对控制系统进行全面监控，从而也能使用户操作简便。32 PLC 和 HMI 基础2.1 PLC 概述可编程逻辑控制器是一种工业控制计算机，简称 PLC（Programmable Logic Controller） ，它使用了可编程序的记忆以存储指令，用来执行诸如逻辑、顺序、计时、计数和演算等功能，并通过数字或模拟的输入和输出，以控制各种机械或生产过程。2.1.1 PLC 的产生和应用20 世纪 60 年代，计算机技术开始应用于工业领域，由于价格高、输入电路不匹配、编程难度大以及难于
17、适应恶劣工业环境等原因，未能在工业控制领域获得推广。1968 年，美国通用汽车公司（GM）为了适应生产工艺不断更新的需要，要求寻找一种比继电器更可靠、功能更齐全、响应速度更快的新型工业控制器，并从用户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件，立即引发了开发热潮。1969 年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。从此这项技术迅速发展起来。随着 PLC 功能的不断完善，性价比的不断提高，PLC 的应用面也越来越广。目前，PLC 在国内外已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。PLC 的应用范围通常可分为开关逻辑控制、运动控制、过程控制、机械加工中的数字控制、机器人控制、通信和联网等。2.1.2 PLC 的组成和工作原理PLC 从组成形式上一般分为整体式和模块式两种，但在逻辑结构上基本相同。无论是整体式还是模块式，从硬件结构看，PLC 都是由 CPU、存储器、I/O 接口单元及扩展接口和扩展部件、外设接口及外设和电源等部分组成，各部分之间通过系统总线连接。PLC 的基本结构如图 2-1 所示：
