电加热炉温度控制系统设计

随着现代工业的发展，在工业生产中的过程变量，液位、流量、压力和温度是四种最为常见的。其中，温度是一个非常重要的过程变量。加热炉温度控制系统广泛的应用于工业的多个领域中，以温度为被控制量的反馈控制系统，在化工、石油、冶金等生产过程的中，温度控制系统有着举足轻重的地位。 M000186
本设计是以PLC为控制核心的电加热炉温度控制系统。通过对系统总体方案的设计，硬件选型和电路设计，软件程序的编写、流程图等方面来介绍各个模块的工作原理与使用，并对程序中所使用的PID算法进行详细介绍，PID参数的调试。通过WinCC监控软件，实现了对加热炉实际工作的控制、监视以及管理。通过本设计可以熟悉并掌握西门子S7-300 PLC与WinCC的工作原理与相关功能，解决日常生活中温度控制的问题。
关键词：西门子S7-300PLC  PID  WinCC  温度控制系统
 With the rapid development of industry, the industrial process variables in production, such as liquid level, rate of flow, pressure and temperature etc,is very important. Heating furnace temperature control system is widely used in industrial fields, it is a system which is based on temperature control. The temperature control system has a significant impact on the production of chemical engineering, oil, metallurgy and many other fields.
 The research investigates the electrical heating furnace temperature control system whose core is PLC. Through the program's overall system design, hardware selection, design and use of circuit, writing of software programs, flowcharts, etc,this research introduces the principles and use of the various modules, and puts emphasis on the introduction on PID algorithm during program and the specific debugging of PID parameters. WinCC monitoring software realizes the control, monitor and management of actual work of the furnace. We will be familiar with and master the principle of Siemens S7-300 PLC and Win CC and some relational functions, so that we can solve the problem of temperature control in daily life.
Key Words: Siemens S7-300PLC；PID； WinCC； temperature control system
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第一章 绪论    1
1.1 系统设计的背景和意义    1
1.2电加热炉控制的发展历史    1
1.3 本课题的设计目标    2
1.4 论文的研究内容    2
第二章 控制系统的总体设计方案    3
2.1控制方案的比较    3
2.2控制方案的确定    4
2.3 系统总体设计框图    4
第三章 控制系统的硬件设计    5
3.1 可编程控制器的选型    5
3.1.1 PLC的定义    5
3.1.2 PLC工作过程    5
3.1.3 PLC以及各模块选型分析    6
3.2 PLC的硬件接线图    7
3.3 温度传感器    8
3.4 固态继电器    8
第四章 控制系统的软件设计    10
4.1 STEP7编程软件简介    10
4.2控制系统基本组成以及总体流程图    10
4.3 I/O资源的分配    12
4.4 PID控制算法    12
4.4.1 PID算法    13
4.4.2  PID参数的整定    13
4.5控制系统各部分PLC程序的开发    14
4.5.1主程序设计    14
4.5.2标度变换程序设计    14
4.5.3 PID模块程序设计        15
4.5.4 高温报警程序设计    17
4.5.5 低温报警程序设计    17
4.5.6 故障报警程序设计    17
第五章 上位机WinCC的监控界面设计    19
5.1监控软件WinCC的概述    19
5.2监控界面的设计    19
5.2.1 建立变量    20
5.2.2登录界面的设计    21
5.2.3 实际情况仿真界面的设计    22
5.2.4 监控子界面的设计    22
5.2.5报警界面的设计    23
第六章 系统的运行与调试    24
6.1 通信的设计与调试    24
6.2 PLC程序的调试    25
6.3 WinCC的仿真调试    26
6.4 WinCC监控系统PID调试    29
6.5  现场系统实物调试    31
第七章 总结    33
参考文献    34
致谢    35
5.1监控软件WinCC的概述 查看完整请+Q:351916072获取
西门子的WinCC是一种完备的组态开发系统，主要配合西门子公司的自动化产品，功能强大。WinCC由于存在脚本调试环境、内嵌OPC支持，所以可对分布式系统进行组态。
WinCC是SIMATIC自动化系统的一个重要组成部分，其确保了与SIMATIC 505、S7和S5系列的PLC在连接上的方便与通信上的高效。WinCC系统与STEP 7编程软件的相结合极大的缩短了项目研发周期。此外，WinCC还可以对西门子 PLC进行系统诊断，可以更方便的对硬件进行维护。
WinCC系统运行于个人计算机（PC）环境，可与多种自动化设备以及控制软件集成，具有丰富的项目设置、菜单选项和可视窗口，使用简单方便，功能齐全。用户在设置的界面下可以进行编程、组态和数据管理等多个操作，可以生成所需要的操作画面、监控画面、报警画面、历史趋势曲线、实时趋势曲线和打印报表等等。它为使用者提供了图文并茂的设计环境，不仅极大的缩短软件设计的周期，而且提高了工作的效率。
 5.2监控界面的设计
在本次电加热炉温度控制系统中winCC 通过TCP/IP 与下位机进行连接通讯，这样可以对系统的运行状态进行实时监控。
⑴ 首先在桌面点击打开wincc7.0，弹出对话框，点击“单用户项目”，然后点击“确定”。
⑵ “新建新工程”选择适当的路径保存到指定文件夹中，并且给新建的工程命名。如下图5-1所示。

图5-1 创建新项目
   （3）新建变量。在变量管理中单击右击，然后选择添加新的驱动程序。
   （4）编辑组态画面。点击左侧图形编辑框，在图形编辑框中画图，画出相应图像，并将图像与相应变量连接，完成相对应画面的组态。
   （5）设置通信地址，并设定IP通信地址。
5.2.1 建立变量
在上位机WinCC建立的时候，建立变量是比较关键的一个过程。WinCC项目中的变量分为外部变量和内部变量两大类。本文用到的是外部变量。
对于外部变量来说，变量管理器需要建立WinCC和自动化系统（AS）的连接，即通信驱动程序设定，具体建立如下。右键单击浏览条中“变量管理”项，选择“添加新的驱动程序”，在出现对话框中选择“SIMATIC S7 Protocol Suite.chn”，单击“打开”添加SIMATIC S7驱动程序，单击显示的驱动程序前的“+”，将显示当前驱动程序可用的通道单元。 查看完整请+Q:351916072获取

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