1 引言
1.1 设计目的
温度的测量和控制对人类日常生活、工业生产、气象预报、物资仓储等都起着极其重要的作用。在许多场合，及时准确获得目标的温度、湿度信息是十分重要的。近年来，温湿度测控领域发展迅速，并且随着数字技术的发展，温湿度的测控芯片也相应的登上历史的舞台，能够在工业、农业等各领域中广泛使用。
1.2 设计内容
主要是利用PLC S7-200作为可编程控制器，系统采用PID控制算法，手动整定或自整定PID参数，实时计算控制量，控制加热装置，使加热炉温度为为一定值，并能实现手动启动和停止，运行指示灯监控实时控制系统的运行，实时显示当前温度值。
1.3 设计目标
通过对温度控制的设计，提高在电子工程设计和实际操作方面的综合能力，初步培养在完成工程项目中所应具备的基本素质和要求。培养团队精神，科学的、实事求是的工作方法，提高查阅资料、语言表达和理论联系实际的技能。
2 系统总体方案设计
2.1 系统硬件配置及组成原理 2.1.1 PLC型号的选择
本温度控制系统采用德国西门子S7-200 PLC。S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。 2.1.2 PLC CPU的选择
S7-200 系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等类型。。S7-200PLC 硬件系统的组成采用整体式加积木式，即主机中包括定数量的I/O端口，同时还可以扩展各种功能模块。S7-200PLC由基本单元（S7-200 CPU模块）、扩展单元、个人计算机（PC）或编程器，STEP 7-Micro/WIN编程软件及通信电缆等组成。
表2.1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元
型号 S7-200CPU221 S7-200CPU222 S7-200CPU224 S7-200CPU224XP S7-200CPU226
本设计采用的是CUP226。它具有24输入/16输出共40个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35 路模拟量I/O点。26K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。
CPU226模块的I/O配置及四肢分配
主机 CPU226 模块0 8IN 模块1 4IN/4OUT 模块2 4AI/1AQ 模块3 4AI/1AQ 输入点 6 8 24 24 24 输出点 4 6 10 16 16 扩展模块数量 0 2 7 7 7 I0.0-I2.7/ Q0.0-Q1,.7 I3.0-I3.7 I4.0/Q2.0 I4.1/Q2.1 I4.2/Q2.3 I4.3/Q2.3 AIW0/AQW0 AIW2 AIW4 AIW6 AIW8/AQW4 AIW10 AIW12 AIW14 2.1.3 EM235 模拟量输入/输出模块
在温度控制系统中，传感器将检测到的温度转换成4-20mA的电流信号，系统需要配置模拟量的输入模块把电流信号转换成数字信号再送入PLC中进行处理。在这里我们选择西门子的EM235 模拟量输入/输出模块。EM235 模块具有4路模拟量输入/一路模拟量的输出。它允许S7-200连接微小的模拟量信号，±80mV范围。用户必须用DIP开关来选择热电偶的类型，断线检查，测量单位，冷端补偿和开路故障方向：SW1～SW3用于选择热电偶的类型，SW4没有使用，SW5用于选择断线检测方向，SW6用于选择是否进行断线检测，SW7用于选择测量方向，SW8用于选择是否进行冷端补偿。所有连到模块上的热电偶必须是相同类型。 2.1.4 传感器
热电偶是一种感温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号。常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、应答误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。本论文采用的是K型热电阻。 2.1.5 可控硅加热装置
对于要求保持恒温控制而不要温度记录的电阻炉采用带PID调节的数字式温度显示调节仪显示和调节温度，输出0～10mA作为直流信号输入控制可控硅电 压调整器或触发板改变可控硅管导通角的大小来调节输出功率，完全可以满足要求，投入成本低，操作方便直观并且容易维护。温度测量与控制是热电偶采集信号通过PID温度调节器测量和输出0～10mA或4～20mA控制触发板控制可控硅导通角的大小，从而控制主回路加热元件电流大小，使电阻炉保持在设定的温度工作状态。可控硅温度控制器由主回路和控制回路组成。主回路是由可控硅，过电流保护快速熔断器、过电压保护RC和电阻炉的加热元件等部分组成。
2.1.6 系统组成原理图
2.2 系统变量定义及分配表 2.2.1 符号表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 特殊标志位存储器1 特殊标志位存储器2 双字变量存储器1 双字变量存储器2 双字变量存储器3 双字变量存储器4 双字变量存储器5 特殊标志位内存字节 中断连接指令 中断允许指令 SM0.0 SM0.1 VD104 VD112 VD116 VD120 VD124 SMB34 ATCH ENI CPU运行时，该位始终为1 首次扫描时该位为1 将实数0.4送入VD104 将实数0.15送入VD104 将实数0.1送入VD104 将实数30.0送入VD104 将实数0.0送入VD104 设置中断控制字节（SMB34}=100 建立中断事件EVNT和程序INT 条件成立时，允许所有中断事件 符号 地址 注释 11 整数到双整数转换指令 I_DI 模拟量输入映像寄存器AIW0的值送入累加器AC0 12 双整数到实数转换指令 DI_R 累加器AC0中的值转换后存入累加器AC0 13 14 实数除法运算指令 回路指令 DIV_R 累加器AC0中的值除以32000后再送入AC0 PID 根据TBL中的输入VB108和配置信息对LOOP执行PID循环 15 实数乘法指令 MUL_R 双字变量存储器VD108中的内容与32000相乘结果送入累加器AC0 16 实数到双整数转换指令 ROUND 累加器AC0中的值转换后存入累加器AC0 17 双整数到整数转换指令 DI_I 累加器AC0中的值转换后存入累加器AC0
2.2.2 I/O分配表
输入信号 名称 脉冲输入 I0.1 地址 启动按钮 停止按钮 输出信号 名称 启动指示灯 停止指示灯 正常运行指示灯 温度越上限报警指示灯 加热指示灯
2.3 系统接线图设计
地址 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5
3 控制系统设计
3.1 控制程序流程图设计
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