电热水暖室温控制系统设计
目录
1. 绪论 1
1.1 课题背景和意义 1
1.2 国内外研究现状 1
2. 系统总体方案设计 3
2.1 课题研究内容 3
2.1.1 系统控制原理 3
2.1.2 系统控制流程 3
2.1.3 系统工艺流程 4
3. 系统的硬件设计 6
3.1 PLC简介 6
3.2 PLC的选型和硬件配置 6
3.2.1 PLC型号的选择 6
3.2.2 扩展模块的选择 7
3.2.3 热电式传感器 7
3.2.4 三相调压器简介 8
3.2.5 电动调节阀简介 9
3.2.6 PLC I/O地址分配 10
3.2.7 硬件结构 10
4. PLC控制系统的软件设计 12
4.1 程序设计思路 12
4.2 程序流程及主程序 12
4.3 PID控制程序设计 14
4.3.1 PID控制算法 14
4.3.2 PID在PLC中的回路指令 15
4.3.3 PID的参数整定 16
4.3.4 PID程序 17
5. 组态画面的设计 20
5.1 组态软件简介 20
5.2 组态王定义外部设备和数据变量 20
5.2.1外部设备 20
5.2.2 定义数据变量 21
5.3 组态王界面 22
6. 运行与调试 25
结束语 27
参考文献 28
致谢 29
附录 30
1.绪论
1.1 课题背景和意义
不管是在人们生活中还是在工业上温度控制都很重要。在很多场合，必须要准确地获得温度的信息才能更好地进行作业，近年来，温度的测量和控制发展迅速，并且取得了很好的成绩，随着数字技术的发展，温度的测控在人们的生活中日益重要，可以在农业、工业和日常生活等领域中广泛使用。在人们的日常生活中，冬季家庭供暖是一个非常必要的问题。集中供热的热
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
源加热方式固定，而且24小时的加热，这可以算是很方便，人们可负担得起的一种采暖。但是，这存在问题，比如能源的浪费，在输送途中会有能量的损耗，对环境污染严重，而且收费统一，不管用多少都按统一的价格收费，不便于居住分散的居民使用等。在北方城市，由于气温的问题，冬季是必须要供暖的，所以采暖就成了必要的必要的问题。时代的进步，人们的生活水平越来越好，生活质量的不断提高，人们追求更舒服的生活。另一方面，由于电力资源越来越丰富整个社会都有一种电力化的趋势，电费价格不贵，人们都用起了独立式的家庭电热采暖，每家每户都可以随时供暖，这也符合现代人们对日常家用产品方便灵活，健康，安全和经济的要求。电热水暖具有明显的高效，节能，环保，经济，实用，方便的特点。所以近年来，电热水暖系统越来越受欢迎，许多人都纷纷用了起来。这一新产品的出现，为现代建筑和人们提供了一种节能环保实用的供暖模式，相信在不久后这种供暖模式必将成为时代的主流。
1.2 国内外研究现状
近些年来，不管是国内还是国外，温度控制系统发展迅速，并在农业、工业、生活等方面都取得了很好的成果。在这些方面，德国、瑞典、日本、美国等国技术比较先进，都相继出现了了一批性能优良，易于操作的温度控制器。并在各行业中广泛应用。
国内在温度控制方面研发的系统，虽然已经应用很广泛，但国内生产的温度控制产品，仍然不是很满意，技术并不先进，和美国、德国、日本等先进国家的差距依然很大。目前，国内在温度控制方面也取得了较大的成绩，但它只能适用一般的温度系统控制，很难去控制那些比较复杂的控制系统。在复杂的温度控制中的应用，我们的技术还不是很成熟。如今的科学技术越来越先进，人们对温度控制系统的要求越来越高，因此，精度高、灵敏性强、大众化的温度控制系统是国内外必然发展趋势。电热水暖系统也已经逐步走向了大众，在很多家庭里已经运用了起来。由于这个系统的智能化，操作非常简单，维护起来也很方便。因此，它必将成为以后家庭供暖的主流。
系统总体方案设计
2.1 课题研究内容
2.1.1 系统控制原理
PLC是新型的自动控制设备，它的性能非常好，因此在工业控制方面已经被广泛地应用，并且成为工业自动化的三大主力之一。
本课题应用S7200PLC，房间内的实际温度通过温度传感器采集而来，但是温度传感器采集到的信号是模拟量，无法直接传递给PLC进行处理，因此需要模拟量输入通道来进行模数转换，转换成0~32000的数字信号。PLC内通过调用PID算法计算出需要的调节量，然后将调节量转换成可以传输给执行器的控制信号，这里的执行器就是三相调压器，然后对房间内的温度进行调节，最后用组态王软件进行监控。
2.1.2 系统控制流程
设计的这个电热水暖室温控制系统是通过上位机组态王控制PLC，当系统启动时，按下开始按钮，房间内的温度传感器开始工作，把检测到的温度反馈给PLC，然后和系统设定值进行比较，如果低于设定值，就通过控制调压器给加热器进行加热，并保持在设定值左右。而锅炉内加热后的水则是通过管道输送到各个房间，经过管道散热使房间内的温度升高，然后水循环到锅炉内继续加热，由于在加热的过程中会有损耗，锅炉内的水会减少，所以通过液位传感器把检测到的水箱液位反馈给PLC，当水箱液位低于设定值时，控制阀门自动补水，具体系统框图如下图21。
图21 系统框图
2.1.3 系统工艺流程
本设计是通过温度传感器检测房间内的温度，当温度低于设定温度时自动加热，然后热水通过输水管送到各个房间，然后再回锅炉，循环往复。当家中没有人时，为了防止水管冻裂，可以开启家中无人模式，此时此系统保持低温加热。系统工艺图如下图22。
图22 系统工艺流程图
此系统启动以后有两个模式可以选择，分别是有人模式和无人模式，当选择有人模式时检测房间温度自动加热保持恒定，当选择无人模式时保持在低温加热，如下图23系统流程图。通过调查发现，很多家庭用户都会出现水管爆裂等情况，由于很多人会外出一段时间，或者多天不在家里，而水管内则有积水，外界温度非常低，则水管内的水就会结冰，使水管爆裂。针对这种情况，特别设计了这个家中无人模式，当家里无人的时候，会低温加热，使水管不会爆裂，而且低温加热非常节能，不会浪费很多电。这也符合了时代节能的步伐。
1. 绪论 1
1.1 课题背景和意义 1
1.2 国内外研究现状 1
2. 系统总体方案设计 3
2.1 课题研究内容 3
2.1.1 系统控制原理 3
2.1.2 系统控制流程 3
2.1.3 系统工艺流程 4
3. 系统的硬件设计 6
3.1 PLC简介 6
3.2 PLC的选型和硬件配置 6
3.2.1 PLC型号的选择 6
3.2.2 扩展模块的选择 7
3.2.3 热电式传感器 7
3.2.4 三相调压器简介 8
3.2.5 电动调节阀简介 9
3.2.6 PLC I/O地址分配 10
3.2.7 硬件结构 10
4. PLC控制系统的软件设计 12
4.1 程序设计思路 12
4.2 程序流程及主程序 12
4.3 PID控制程序设计 14
4.3.1 PID控制算法 14
4.3.2 PID在PLC中的回路指令 15
4.3.3 PID的参数整定 16
4.3.4 PID程序 17
5. 组态画面的设计 20
5.1 组态软件简介 20
5.2 组态王定义外部设备和数据变量 20
5.2.1外部设备 20
5.2.2 定义数据变量 21
5.3 组态王界面 22
6. 运行与调试 25
结束语 27
参考文献 28
致谢 29
附录 30
1.绪论
1.1 课题背景和意义
不管是在人们生活中还是在工业上温度控制都很重要。在很多场合，必须要准确地获得温度的信息才能更好地进行作业，近年来，温度的测量和控制发展迅速，并且取得了很好的成绩，随着数字技术的发展，温度的测控在人们的生活中日益重要，可以在农业、工业和日常生活等领域中广泛使用。在人们的日常生活中，冬季家庭供暖是一个非常必要的问题。集中供热的热
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
源加热方式固定，而且24小时的加热，这可以算是很方便，人们可负担得起的一种采暖。但是，这存在问题，比如能源的浪费，在输送途中会有能量的损耗，对环境污染严重，而且收费统一，不管用多少都按统一的价格收费，不便于居住分散的居民使用等。在北方城市，由于气温的问题，冬季是必须要供暖的，所以采暖就成了必要的必要的问题。时代的进步，人们的生活水平越来越好，生活质量的不断提高，人们追求更舒服的生活。另一方面，由于电力资源越来越丰富整个社会都有一种电力化的趋势，电费价格不贵，人们都用起了独立式的家庭电热采暖，每家每户都可以随时供暖，这也符合现代人们对日常家用产品方便灵活，健康，安全和经济的要求。电热水暖具有明显的高效，节能，环保，经济，实用，方便的特点。所以近年来，电热水暖系统越来越受欢迎，许多人都纷纷用了起来。这一新产品的出现，为现代建筑和人们提供了一种节能环保实用的供暖模式，相信在不久后这种供暖模式必将成为时代的主流。
1.2 国内外研究现状
近些年来，不管是国内还是国外，温度控制系统发展迅速，并在农业、工业、生活等方面都取得了很好的成果。在这些方面，德国、瑞典、日本、美国等国技术比较先进，都相继出现了了一批性能优良，易于操作的温度控制器。并在各行业中广泛应用。
国内在温度控制方面研发的系统，虽然已经应用很广泛，但国内生产的温度控制产品，仍然不是很满意，技术并不先进，和美国、德国、日本等先进国家的差距依然很大。目前，国内在温度控制方面也取得了较大的成绩，但它只能适用一般的温度系统控制，很难去控制那些比较复杂的控制系统。在复杂的温度控制中的应用，我们的技术还不是很成熟。如今的科学技术越来越先进，人们对温度控制系统的要求越来越高，因此，精度高、灵敏性强、大众化的温度控制系统是国内外必然发展趋势。电热水暖系统也已经逐步走向了大众，在很多家庭里已经运用了起来。由于这个系统的智能化，操作非常简单，维护起来也很方便。因此，它必将成为以后家庭供暖的主流。
系统总体方案设计
2.1 课题研究内容
2.1.1 系统控制原理
PLC是新型的自动控制设备，它的性能非常好，因此在工业控制方面已经被广泛地应用，并且成为工业自动化的三大主力之一。
本课题应用S7200PLC，房间内的实际温度通过温度传感器采集而来，但是温度传感器采集到的信号是模拟量，无法直接传递给PLC进行处理，因此需要模拟量输入通道来进行模数转换，转换成0~32000的数字信号。PLC内通过调用PID算法计算出需要的调节量，然后将调节量转换成可以传输给执行器的控制信号，这里的执行器就是三相调压器，然后对房间内的温度进行调节，最后用组态王软件进行监控。
2.1.2 系统控制流程
设计的这个电热水暖室温控制系统是通过上位机组态王控制PLC，当系统启动时，按下开始按钮，房间内的温度传感器开始工作，把检测到的温度反馈给PLC，然后和系统设定值进行比较，如果低于设定值，就通过控制调压器给加热器进行加热，并保持在设定值左右。而锅炉内加热后的水则是通过管道输送到各个房间，经过管道散热使房间内的温度升高，然后水循环到锅炉内继续加热，由于在加热的过程中会有损耗，锅炉内的水会减少，所以通过液位传感器把检测到的水箱液位反馈给PLC，当水箱液位低于设定值时，控制阀门自动补水，具体系统框图如下图21。
图21 系统框图
2.1.3 系统工艺流程
本设计是通过温度传感器检测房间内的温度，当温度低于设定温度时自动加热，然后热水通过输水管送到各个房间，然后再回锅炉，循环往复。当家中没有人时，为了防止水管冻裂，可以开启家中无人模式，此时此系统保持低温加热。系统工艺图如下图22。
图22 系统工艺流程图
此系统启动以后有两个模式可以选择，分别是有人模式和无人模式，当选择有人模式时检测房间温度自动加热保持恒定，当选择无人模式时保持在低温加热，如下图23系统流程图。通过调查发现，很多家庭用户都会出现水管爆裂等情况，由于很多人会外出一段时间，或者多天不在家里，而水管内则有积水，外界温度非常低，则水管内的水就会结冰，使水管爆裂。针对这种情况，特别设计了这个家中无人模式，当家里无人的时候，会低温加热，使水管不会爆裂，而且低温加热非常节能，不会浪费很多电。这也符合了时代节能的步伐。
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