plc的宾馆热水供应系统设计
摘 要热水供应系统已经成为我们生活中不可或缺的组成部分，运用于宾馆、饭店、学校、企业和许多大型商业机构，其应用相当普遍和流行。而酒店的热水供应也是酒店服务好坏的其中一个指标。其中,热水供应系统的核心部分是加热模式和加热装置，对热水供应系统能否满足用户的需求以及系统能否长期正常运转都起着至关重要的作用。采用可编程控制器设计程序，并对程序进行控制。宾馆常用的系统是直接供热方式，采用的是多设备一起运行，因此需要有人实时监控。这样在增加了运行管理和维修管理的次数的同时，也增加了运行管理的成本。因此，为了考虑到节约成本以及节能的目的，本论文运用西门子S7-200PLC作为主控单元来进行设计，采用PID控制算法进行运算，操作时根据实际情况来进行调整，以此实现对温度的控制，并且体现出了节能的效果。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 课题研究的背景及意义 1
1.3论文研究的主要内容 2
1.4 论文结构安排 2
第二章 设计方案 3
2.1 加热设备的选择 3
2.2 可编程控制器的定义和特点 4
2.3 PLC的应用和工作过程 4
2.4 宾馆热水供应的概述 5
第三章 宾馆热水供应系统的硬件设计 6
3.1 主控部分设计 6
3.1.1 西门子S7200 PLC 6
3.1.2 PLC选型 6
3.2 硬件接线图 7
3.3 传感器的选择 8
3.4 脉冲宽度调制（PWM） 8
第四章 宾馆热水供应系统的软件设计 9
4.1 PID算法基础 9
4.1.1 西门子S7200中PID的实现 10
4.1.2 PID控制算法 14
4.1.3 PID参数的整定方法 15
4.1.4 PID温度过程控制 15
4.2 固态继电器SSR 16
4.2.1 固态继电器的特点 16
4.2.2 SSR的用途 16
4.3 PLC的I/O分配及流程图 16
4.4
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
内存地址分配与PID指令回路表 18
4.5 组态编程 19
4.5.1 串行数据传输和并行数据传输 19
4.5.2 网络通讯PPI协议 19
4.6组态软件 20
4.6.1 外部设备定义 20
4.6.2 定义数据变量 20
第五章 调试 22
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
附录A 27
第一章 绪论
1.1 引言
现在宾馆普遍在热水供应期间，都运用许多的设备一起运行，所以需要24小时监控并且要有人值班。这样增加了运行管理和维修管理的次数，同时也增加了运行管理的成本。而宾馆常用的系统是直接供热方式，这种方式存在以下的问题：①供水压力不稳定；②热水温度波动比较大；③运行管理比较复杂；④不能保证客人随时有热水使用。近年来，人们不断尝试其他热水供应系统，如空气能，电能，太阳能等。而本次课题就是要研究最适合宾馆热水供应的系统，通过比较性能价格进行挑选，并且设计程序。
水温控制，也是本设计的一个重点研究部分。虽然温度控制系统，在全国各行业的应用都十分广泛，但发展的总体水平仍然不高。成熟的产品主要以“点位”控制与传统的PID控制器为主，适用于较高的控制应用中。
随着社会的进步和科技的发展，可编程序控制器（PLC）也迅速地发展起来，由于PLC具有体积小，成本低，功能强大，稳定可靠等优点，并且已经广泛地应用于自动控制系统中。目前，PLC控制已经逐渐取代了传统的继电器控制组。另外，采用PLC扫描工作，即“串行”方式，具有较强的抗干扰能力。
1.2 课题研究的背景及意义
随着城市的不断发展，酒店的遍布也越来越广泛。“全天候热水供应系统”的应用已是必然趋势，而我们要找到最合适最有效的加热方式，在节能减排的条件下，为顾客提供高质量的服务。为了满足顾客的生活用热水需求，要设计一个热水供应系统，可以让顾客在不同时间段都能有足够的热水使用。利用宾馆的现有资源,对热水系统进行改造，并且将温度保持在适宜温度内，防止烫伤。本毕业设计以宾馆客房热水为控制对象,基于PLC编程控制进行设计。
水箱里的水用加热丝进行加热，其水温必须保持与设定的温度值相同。在阀门打开水箱加水的过程中，水温会有所下降，此时加热丝对水进行加热，以保证水箱里一直有充足的热水。在这个过程中，宾馆的水箱一直有足够的水，以及不断的加热，因此可以提供给顾客24小时使用热水的服务。首先设计热水温度控制的PLC控制程序，设置温度及水位，保持温度在45℃～65℃，防止烫伤。通过执行器来保持恒温，然后列写出系统的IO表，并搭建一个模拟的PLC控制系统，编制热水恒温控制程序一套。最后，进行系统的软件和硬件调试完成设计。
1.3论文研究的主要内容
论文主要是研究宾馆的热水供应系统，宾馆的供水系统要满足顾客的需求，比如24小时供应热水，适宜的温度等。因此，宾馆供水存在供水波动就比较大问题，要保证每时都有足够的热水供顾客使用。因此我们在水箱里放入一个加热丝对水进行加热，而水箱有阀门当水箱里的水不足时，阀门可以打开，加入水直至水位线。而此时水箱里的温度会有所下降，加热丝就开始加热热水，直到温度达到设定值。如果温度超过上限或低于下限，报警器就开始报警，则系统停止加热。温度的供应，因季节而定，分为冬季和夏季。夏季温度高所以水温可以适当的下降些，温度设定在45℃～55℃之间。而冬季气温较低，所以温度可以设定在55℃～65℃之间。
1.4 论文结构安排
第一章绪论主要是介绍宾馆热水供热的背景，以及现在普遍存在的一些问题和需要改善的地方。而本文的设计就是为了解决这些问题，在节能减排的前提下，完善宾馆供热系统。第二章设计方案，主要是通过比较选择合适的加热设备，可编程控制器的基本介绍，以及概述宾馆供热系统的组成部分。第三章硬件设计主要是硬件的选型，确定西门子S7200PLC的CPU型号，以及绘画硬件接线图，最后比较各个传感器的性能，选出最合适的传感器进行设计。第四章软件设计，主要运用PID算法，在S7200中进行实现。同时解释了PID对温度进行控制的过程。控制过程中用到了固态继电器（SSR），并且列出了I/0分配表、流程图以、内存地址分配表和指令回路表。第五章进行调试、组态编程，以及最后PID输出曲线图。
第二章 设计方案
设计时基于节能、元器件连接方便、后期维护便捷可靠的基础上进行设计。因为宾馆的用水波动比较大，所以水箱需要有足够的热水供顾客使用，并能够保证24小时提供热水。所以在满足这几个要求前提下，来选择加热设备以及确定元器件的选型。
2.1 加热设备的选择
加热设备一般一般分为两类, 即有压类设备：蒸汽(高热水)锅炉和无压类设备：热水机组。根据常用的燃料分类有燃煤、燃气、电热等。加热设备作为热水供应系统的核心部分，对于热水供应能否满足客户的需求以及系统长期的运行能否正常，都起了很重要的作用。
（1）燃气热水供应系统：燃气热水供应可燃气体为通过燃烧加热模式中，热交换器在冷水管中传递热量，获得气体热水设备的燃料。具有制热效率高、温度能够保持稳定、调节方便和体积小的优势。但是由于燃气热水系统需要使用大量的废气，如果门窗紧闭，通风不良会导致一氧化碳的浓度增加，甚至会导致有煤气中毒的危险。它属于第一代热水供应系统的产品，在全球能源日益紧张的今天，是要推动节能减排和环境保护。所以燃气热水器已不能适应于社会发展的趋势。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 课题研究的背景及意义 1
1.3论文研究的主要内容 2
1.4 论文结构安排 2
第二章 设计方案 3
2.1 加热设备的选择 3
2.2 可编程控制器的定义和特点 4
2.3 PLC的应用和工作过程 4
2.4 宾馆热水供应的概述 5
第三章 宾馆热水供应系统的硬件设计 6
3.1 主控部分设计 6
3.1.1 西门子S7200 PLC 6
3.1.2 PLC选型 6
3.2 硬件接线图 7
3.3 传感器的选择 8
3.4 脉冲宽度调制（PWM） 8
第四章 宾馆热水供应系统的软件设计 9
4.1 PID算法基础 9
4.1.1 西门子S7200中PID的实现 10
4.1.2 PID控制算法 14
4.1.3 PID参数的整定方法 15
4.1.4 PID温度过程控制 15
4.2 固态继电器SSR 16
4.2.1 固态继电器的特点 16
4.2.2 SSR的用途 16
4.3 PLC的I/O分配及流程图 16
4.4
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
内存地址分配与PID指令回路表 18
4.5 组态编程 19
4.5.1 串行数据传输和并行数据传输 19
4.5.2 网络通讯PPI协议 19
4.6组态软件 20
4.6.1 外部设备定义 20
4.6.2 定义数据变量 20
第五章 调试 22
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
附录A 27
第一章 绪论
1.1 引言
现在宾馆普遍在热水供应期间，都运用许多的设备一起运行，所以需要24小时监控并且要有人值班。这样增加了运行管理和维修管理的次数，同时也增加了运行管理的成本。而宾馆常用的系统是直接供热方式，这种方式存在以下的问题：①供水压力不稳定；②热水温度波动比较大；③运行管理比较复杂；④不能保证客人随时有热水使用。近年来，人们不断尝试其他热水供应系统，如空气能，电能，太阳能等。而本次课题就是要研究最适合宾馆热水供应的系统，通过比较性能价格进行挑选，并且设计程序。
水温控制，也是本设计的一个重点研究部分。虽然温度控制系统，在全国各行业的应用都十分广泛，但发展的总体水平仍然不高。成熟的产品主要以“点位”控制与传统的PID控制器为主，适用于较高的控制应用中。
随着社会的进步和科技的发展，可编程序控制器（PLC）也迅速地发展起来，由于PLC具有体积小，成本低，功能强大，稳定可靠等优点，并且已经广泛地应用于自动控制系统中。目前，PLC控制已经逐渐取代了传统的继电器控制组。另外，采用PLC扫描工作，即“串行”方式，具有较强的抗干扰能力。
1.2 课题研究的背景及意义
随着城市的不断发展，酒店的遍布也越来越广泛。“全天候热水供应系统”的应用已是必然趋势，而我们要找到最合适最有效的加热方式，在节能减排的条件下，为顾客提供高质量的服务。为了满足顾客的生活用热水需求，要设计一个热水供应系统，可以让顾客在不同时间段都能有足够的热水使用。利用宾馆的现有资源,对热水系统进行改造，并且将温度保持在适宜温度内，防止烫伤。本毕业设计以宾馆客房热水为控制对象,基于PLC编程控制进行设计。
水箱里的水用加热丝进行加热，其水温必须保持与设定的温度值相同。在阀门打开水箱加水的过程中，水温会有所下降，此时加热丝对水进行加热，以保证水箱里一直有充足的热水。在这个过程中，宾馆的水箱一直有足够的水，以及不断的加热，因此可以提供给顾客24小时使用热水的服务。首先设计热水温度控制的PLC控制程序，设置温度及水位，保持温度在45℃～65℃，防止烫伤。通过执行器来保持恒温，然后列写出系统的IO表，并搭建一个模拟的PLC控制系统，编制热水恒温控制程序一套。最后，进行系统的软件和硬件调试完成设计。
1.3论文研究的主要内容
论文主要是研究宾馆的热水供应系统，宾馆的供水系统要满足顾客的需求，比如24小时供应热水，适宜的温度等。因此，宾馆供水存在供水波动就比较大问题，要保证每时都有足够的热水供顾客使用。因此我们在水箱里放入一个加热丝对水进行加热，而水箱有阀门当水箱里的水不足时，阀门可以打开，加入水直至水位线。而此时水箱里的温度会有所下降，加热丝就开始加热热水，直到温度达到设定值。如果温度超过上限或低于下限，报警器就开始报警，则系统停止加热。温度的供应，因季节而定，分为冬季和夏季。夏季温度高所以水温可以适当的下降些，温度设定在45℃～55℃之间。而冬季气温较低，所以温度可以设定在55℃～65℃之间。
1.4 论文结构安排
第一章绪论主要是介绍宾馆热水供热的背景，以及现在普遍存在的一些问题和需要改善的地方。而本文的设计就是为了解决这些问题，在节能减排的前提下，完善宾馆供热系统。第二章设计方案，主要是通过比较选择合适的加热设备，可编程控制器的基本介绍，以及概述宾馆供热系统的组成部分。第三章硬件设计主要是硬件的选型，确定西门子S7200PLC的CPU型号，以及绘画硬件接线图，最后比较各个传感器的性能，选出最合适的传感器进行设计。第四章软件设计，主要运用PID算法，在S7200中进行实现。同时解释了PID对温度进行控制的过程。控制过程中用到了固态继电器（SSR），并且列出了I/0分配表、流程图以、内存地址分配表和指令回路表。第五章进行调试、组态编程，以及最后PID输出曲线图。
第二章 设计方案
设计时基于节能、元器件连接方便、后期维护便捷可靠的基础上进行设计。因为宾馆的用水波动比较大，所以水箱需要有足够的热水供顾客使用，并能够保证24小时提供热水。所以在满足这几个要求前提下，来选择加热设备以及确定元器件的选型。
2.1 加热设备的选择
加热设备一般一般分为两类, 即有压类设备：蒸汽(高热水)锅炉和无压类设备：热水机组。根据常用的燃料分类有燃煤、燃气、电热等。加热设备作为热水供应系统的核心部分，对于热水供应能否满足客户的需求以及系统长期的运行能否正常，都起了很重要的作用。
（1）燃气热水供应系统：燃气热水供应可燃气体为通过燃烧加热模式中，热交换器在冷水管中传递热量，获得气体热水设备的燃料。具有制热效率高、温度能够保持稳定、调节方便和体积小的优势。但是由于燃气热水系统需要使用大量的废气，如果门窗紧闭，通风不良会导致一氧化碳的浓度增加，甚至会导致有煤气中毒的危险。它属于第一代热水供应系统的产品，在全球能源日益紧张的今天，是要推动节能减排和环境保护。所以燃气热水器已不能适应于社会发展的趋势。
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