西门子s71200的温度控制系统
目 录
引言 1
（一） 课题研究目的 1
（二） 课题研究现状 1
一、温度控制系统的概述 2
（一） 温度控制系统的必要性 2
（二） 温度控制系统背景 2
二、硬件设计 2
（一） 硬件配置 2
（二） PLC的I/O分配 6
（三） 硬件接线图 6
三、PID控制设计 7
（一） PID控制程序设计 7
（一） PID控制算法 8
（二） PID在PLC中的回路指令 8
（四） 实数统一化处理 10
（五） PID参数整定 10
四、程序设计 11
（一）编程软件SIMATIC TIA v13介绍 11
（二）内存地址分配与PID指令回路表 12
（三）S7-1200程序设计梯形图 12
（四）TP600触摸屏界面设计 21
（五）仿真测试 23
总 结 26
参考文献 27
谢 辞 28
引言
（一） 课题研究目的
运用S7-1200中的程序控温算法的设计；并且把PID控制过程在实验中进行验证，真实的看见PID控制的优势方面，为今后在工作中学习PID打下坚实的基础；并且通过此次设计，能够强化PID控制工程的设计能力以及自动化工程安装调试能力。
运用计算机、西门子PLC S7-1200、触摸屏TP600 PN、电阻式一体化温度传感器等构成控制系统,利用S7-1200自带的PID指令，计算PID指数，完成对模拟工业对象的环境温度进行升温、降温、保持的控制，并 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
在触摸屏构建实时温度曲线。在触摸屏上监测温度的变化，为了更加精确的观察温度的变化需要不停优化PID的参数。
（二） 课题研究现状
温度的测量和控制对人类的生产和生活等都有着极其重要的作用。在日常的生产和生活当中，如果我们可以在第一时间获取目标的温度，那将是一个巨大的进步，最近几年，温控领域的发展突飞猛进，随着模电技术的飞跃，根据温控技术而发展而来的芯片如雨后春笋纷纷涌现，在人们的生产、生活当中产生了巨大的作用。但是PLC中的PID整定控温算法对温度的控制还是起到了极其重要的作用，它对温度的控制无与伦比，在许多场合当中都有它的身影。
目前，温度控制系统在日常生活、农业生产、工业生产、国防以及科研都占有重要的地位。温度是人们必不可少的，而温度控制系统是生活生产的设备程序的驱动，且对于保持恒温的环境更是必不可少的。在温度控制系统的发展过程中，从简单到复杂，低级到高级，从单元化到多元化，随着生产力的大力发展、温度控制精度要求的不断地提高、控制温度方法逐渐增加，使得温控系统得到了长足的发展。当前比较普遍的温度控制系统有基于单片机的温度控制系统，其中也有嵌入式等不同的技术方案；基于PLC 的温度控制系统，有闭环等不同的技术方案，如现场总线控制系统（FCS）和集散类型的温度控制系统（DCS）、基于工控机（IPC）的温度控制系统等等。环境温度是一个系统，适用于中等要求的环境控制，比如室温，锅炉温度，低级实验室温度等等，一般都采用PID调节进行控制。
目前，随着技术的发展，PLC的越来越广泛的应用，PLC控制器中都增加了PID 控制功能,在通常的逻辑控制和PID控制混合的生活环境中，采用PLC控制系统是较为合理的。PLC的抗干扰能力强、稳定性比较高、且编程简单易懂，被工程人员容易掌握和便于使用，因而在现代工业领域上广泛的被利用。PLC相对于DCS、FSC、IPC等PID系统具有成本控制上的优势。因此，在未来的一定时间内，PLC的应用将越来越广泛，其将占领着很大的市场份额，应用范围和方式也将会更加的广阔。
一、温度控制系统的概述
（一） 温度控制系统的必要性
目前，温控系统在我们日常生活的各个域都占居着举足轻重的地位。温度是人们必不可少的，而温度控制系统是生活生产的设备程序的驱动，且对于保持恒温的环境更是必不可少的。在温度控制系统的发展期间，从从简单到复杂，低级到高级，从单元化到多元化，随着生产力的大力发展、温度控制精度要求的不断地提高、控制温度方法逐渐增加，对温控系统的控制技术和方法产生生了深远的影响。
（二） 温度控制系统背景
上世纪七十年代后，由于工业过程控制的飞速发展的需求，特别是在模电和计算机技术的进步、自动化控制的不断改进和工业系统不断发展的今天，全球温控系统发展都有了长足的发展，在适应能力、专业化、多元化、自定义等方面获得了丰硕的成果，发达国家在温度控制系统的技术层面上占据主导地位，生产了一批又一批性能良好、可靠性高的设备，且在各行各业当中都有广泛应用。
虽然我国各行各业中都充斥着温控系统的身影，但就我国的温控器来说，与发达国家还是有着很大的差距，产品可靠性差，性能有待改进。我国的总体水平还于上世纪九十年代的状态，大部分产品还是以点控和PID控制器主体，这种类型有很大的局限性，对于普遍类型的温控系统它可以很好地完成任务，但对于捉摸不透的时变性温控系统就有点有力无处使。而对于那些应用于较高控制要求的控制设备匮乏、很难做到智能化、成熟化、量产化。因此在我国的PID整定参数一般都是根据人工经验和现场调试来确定PID参数。
伴随着科学技术的脚步，温控系统的要求逐步提高、控制的方法也是多种多样，所以那种人工智能强大、精密度高、类型广泛、适应大众需求的温控系统将会成为全球主流。
二、硬件设计
（一） 硬件配置
1、 西门子S7-1200
PLC是一种数字运算操作的电子系统，是目前应用非常广泛的自动控制系统产品，是专门为工业环境下进行系统控制而设计的，它是将传统的计算机技术、继电器控制技术和通讯技术相融合，它采用的可编程存储器，用来在PLC内部进行运算指令的地点，运算各种指令，通过PLC的输入和输出完成，它具有操作简单、可控性强、出错率低、可持续性强等特点。
基于PLC的PID温度控制系统具有可靠性高、能耗低、功能强大、抗干扰能力强、编程简单等特点，深受广大用户的好评，尤其是工业温度控制等领域具有良好的效益。
PLC的硬件系统是由主机、I/O扩展单元及外部设备等组成。主机和扩展单元采用微机的结构形式，由运算器、控制器、存储器、输入单元，输出单元以及接口等部分组成。运算器和控制器统一集成在集成电路中，这种集成电路称为CPU。
PLC的软件系统就是PLC运行过程中所使用的各个程序的整体，它分为系统和用户程序。系统程序又可分为系统管理、监控程序和编译程序。
S7-1200 PLC具有功能强大，使用灵活、可适用于控制各种各样的机械、机器设备，用来满足机器的自动化需求。 S7-1200控制器设计紧凑、博图软件应变能力强且具有功能种类繁多，这让得西门子S7-1200成为一个全能型控制器。
S7-1200CPU1212C
8/6
2/0
2
S7-1200CPU1214C
通过大量的理论计算来确定PID参数整定法，这种方法有可能会产生较大的误差。目前应用最多的整定法有：如经验法、软件整定法、反应曲线法和临界比例带法。
引言 1
（一） 课题研究目的 1
（二） 课题研究现状 1
一、温度控制系统的概述 2
（一） 温度控制系统的必要性 2
（二） 温度控制系统背景 2
二、硬件设计 2
（一） 硬件配置 2
（二） PLC的I/O分配 6
（三） 硬件接线图 6
三、PID控制设计 7
（一） PID控制程序设计 7
（一） PID控制算法 8
（二） PID在PLC中的回路指令 8
（四） 实数统一化处理 10
（五） PID参数整定 10
四、程序设计 11
（一）编程软件SIMATIC TIA v13介绍 11
（二）内存地址分配与PID指令回路表 12
（三）S7-1200程序设计梯形图 12
（四）TP600触摸屏界面设计 21
（五）仿真测试 23
总 结 26
参考文献 27
谢 辞 28
引言
（一） 课题研究目的
运用S7-1200中的程序控温算法的设计；并且把PID控制过程在实验中进行验证，真实的看见PID控制的优势方面，为今后在工作中学习PID打下坚实的基础；并且通过此次设计，能够强化PID控制工程的设计能力以及自动化工程安装调试能力。
运用计算机、西门子PLC S7-1200、触摸屏TP600 PN、电阻式一体化温度传感器等构成控制系统,利用S7-1200自带的PID指令，计算PID指数，完成对模拟工业对象的环境温度进行升温、降温、保持的控制，并 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
在触摸屏构建实时温度曲线。在触摸屏上监测温度的变化，为了更加精确的观察温度的变化需要不停优化PID的参数。
（二） 课题研究现状
温度的测量和控制对人类的生产和生活等都有着极其重要的作用。在日常的生产和生活当中，如果我们可以在第一时间获取目标的温度，那将是一个巨大的进步，最近几年，温控领域的发展突飞猛进，随着模电技术的飞跃，根据温控技术而发展而来的芯片如雨后春笋纷纷涌现，在人们的生产、生活当中产生了巨大的作用。但是PLC中的PID整定控温算法对温度的控制还是起到了极其重要的作用，它对温度的控制无与伦比，在许多场合当中都有它的身影。
目前，温度控制系统在日常生活、农业生产、工业生产、国防以及科研都占有重要的地位。温度是人们必不可少的，而温度控制系统是生活生产的设备程序的驱动，且对于保持恒温的环境更是必不可少的。在温度控制系统的发展过程中，从简单到复杂，低级到高级，从单元化到多元化，随着生产力的大力发展、温度控制精度要求的不断地提高、控制温度方法逐渐增加，使得温控系统得到了长足的发展。当前比较普遍的温度控制系统有基于单片机的温度控制系统，其中也有嵌入式等不同的技术方案；基于PLC 的温度控制系统，有闭环等不同的技术方案，如现场总线控制系统（FCS）和集散类型的温度控制系统（DCS）、基于工控机（IPC）的温度控制系统等等。环境温度是一个系统，适用于中等要求的环境控制，比如室温，锅炉温度，低级实验室温度等等，一般都采用PID调节进行控制。
目前，随着技术的发展，PLC的越来越广泛的应用，PLC控制器中都增加了PID 控制功能,在通常的逻辑控制和PID控制混合的生活环境中，采用PLC控制系统是较为合理的。PLC的抗干扰能力强、稳定性比较高、且编程简单易懂，被工程人员容易掌握和便于使用，因而在现代工业领域上广泛的被利用。PLC相对于DCS、FSC、IPC等PID系统具有成本控制上的优势。因此，在未来的一定时间内，PLC的应用将越来越广泛，其将占领着很大的市场份额，应用范围和方式也将会更加的广阔。
一、温度控制系统的概述
（一） 温度控制系统的必要性
目前，温控系统在我们日常生活的各个域都占居着举足轻重的地位。温度是人们必不可少的，而温度控制系统是生活生产的设备程序的驱动，且对于保持恒温的环境更是必不可少的。在温度控制系统的发展期间，从从简单到复杂，低级到高级，从单元化到多元化，随着生产力的大力发展、温度控制精度要求的不断地提高、控制温度方法逐渐增加，对温控系统的控制技术和方法产生生了深远的影响。
（二） 温度控制系统背景
上世纪七十年代后，由于工业过程控制的飞速发展的需求，特别是在模电和计算机技术的进步、自动化控制的不断改进和工业系统不断发展的今天，全球温控系统发展都有了长足的发展，在适应能力、专业化、多元化、自定义等方面获得了丰硕的成果，发达国家在温度控制系统的技术层面上占据主导地位，生产了一批又一批性能良好、可靠性高的设备，且在各行各业当中都有广泛应用。
虽然我国各行各业中都充斥着温控系统的身影，但就我国的温控器来说，与发达国家还是有着很大的差距，产品可靠性差，性能有待改进。我国的总体水平还于上世纪九十年代的状态，大部分产品还是以点控和PID控制器主体，这种类型有很大的局限性，对于普遍类型的温控系统它可以很好地完成任务，但对于捉摸不透的时变性温控系统就有点有力无处使。而对于那些应用于较高控制要求的控制设备匮乏、很难做到智能化、成熟化、量产化。因此在我国的PID整定参数一般都是根据人工经验和现场调试来确定PID参数。
伴随着科学技术的脚步，温控系统的要求逐步提高、控制的方法也是多种多样，所以那种人工智能强大、精密度高、类型广泛、适应大众需求的温控系统将会成为全球主流。
二、硬件设计
（一） 硬件配置
1、 西门子S7-1200
PLC是一种数字运算操作的电子系统，是目前应用非常广泛的自动控制系统产品，是专门为工业环境下进行系统控制而设计的，它是将传统的计算机技术、继电器控制技术和通讯技术相融合，它采用的可编程存储器，用来在PLC内部进行运算指令的地点，运算各种指令，通过PLC的输入和输出完成，它具有操作简单、可控性强、出错率低、可持续性强等特点。
基于PLC的PID温度控制系统具有可靠性高、能耗低、功能强大、抗干扰能力强、编程简单等特点，深受广大用户的好评，尤其是工业温度控制等领域具有良好的效益。
PLC的硬件系统是由主机、I/O扩展单元及外部设备等组成。主机和扩展单元采用微机的结构形式，由运算器、控制器、存储器、输入单元，输出单元以及接口等部分组成。运算器和控制器统一集成在集成电路中，这种集成电路称为CPU。
PLC的软件系统就是PLC运行过程中所使用的各个程序的整体，它分为系统和用户程序。系统程序又可分为系统管理、监控程序和编译程序。
S7-1200 PLC具有功能强大，使用灵活、可适用于控制各种各样的机械、机器设备，用来满足机器的自动化需求。 S7-1200控制器设计紧凑、博图软件应变能力强且具有功能种类繁多，这让得西门子S7-1200成为一个全能型控制器。
S7-1200CPU1212C
8/6
2/0
2
S7-1200CPU1214C
通过大量的理论计算来确定PID参数整定法，这种方法有可能会产生较大的误差。目前应用最多的整定法有：如经验法、软件整定法、反应曲线法和临界比例带法。
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