温度统制体例普通操纵于工业统制范畴，如钢铁厂、化工场、火电厂等汽锅的温度统制体例，电焊机的温度统制体例等。加热炉温度统制正在很众范畴中取得普通的操纵。这方面的操纵群众是基于单片机发展PID统制,然而单片机统制的DDC体例软硬件策画较为纷乱,万分是涉与到逻辑统制方面更不是其甜头,然而PLC正在这方面却是公认的最优遴选。

　　加热炉温度是一个大惯性体例，平常采用PID调度发展统制。跟着PLC性能的增加正在很众PLC统制器中都增加了PID统制性能,以是正在逻辑统制与PID统制混杂的操纵位置中采用PLC统制是较为合理的。本策画是愚弄西门子S7-200PLC统制加热炉温度的统制体例。起首先容了温度统制体例的事务道理和体例的构成，然后先容了西门子S7-200PLC和体例硬件与软件的整个策画进程。

　　跟着当代工业的慢慢展开，正在工业坐褥中，温度、压力、流量和液位是四种最常睹的进程变量。此中，温度是一个特殊要紧的进程变量。比如：正在冶金工业、化工工业、电力工业、板滞加工和食物加工等很众范畴，都须要对种种加热炉、热处分炉、响应炉和汽锅的温度发展统制[1]。这方面的操纵群众是基于单片机发展PID统制,然而单片机统制的DDC体例软硬件策画较为纷乱,万分是涉与到逻辑统制方面更不是其甜头,然而PLC正在这方面却是公认的最优遴选。

　　跟着PLC性能的增加正在很众PLC统制器中都增加了PID统制性能,以是正在逻辑统制与PID统制混杂的操纵位置中采用PLC统制是较为合理的，通过采用PLC来对它们发展统制不光具有统制简单、浅易和活跃性大的利益，况且可能大幅度抬高被测温度的时间目标，从而或许大大抬高产物的质地和数目。以是，PLC对温度的统制题目是一个工业坐褥中往往会遭遇的统制题目。这也恰是本策画所核心斟酌的容。

　　本PLC温度统制体例的整个目标要：对加热器加热温度安排围为800℃—1000℃，温度统制精度小于3℃，体例的超调量须小于15%，并具有温度上下限报警性能和阻滞报警性能。软件策画须能发展人机对话，思考到本体例统制对象为电炉，是一个大延迟合键，且温度调度围较宽，因而本体例对过渡进程岁月不予哀求。

　　通过调度双向可控硅的通断来调度电阻丝的输出功率，由温度检测元件热电阻将搜集到的炉膛温度信号，经历温度变送器转换为电压信号，PLC (​:​\/​​\/​jdzyjs ​\/​dianqi​\/​plc​\/​index.html​)主控体例 (​:​\/​​\/​ jdzyjs ​)部的A/D将送进来的电压信号转化为西门子S7-200PLC (​:​\/​​\/​jdzyjs ​\/​dianqi​\/​plc​\/​index.html​)可识此外数字量。用编制好的法式对其发展打算，取得实践温度值，正在与给定的温度值比较，取得的缺点经历PID运算后，输出的数字量经历D/A转换，正在由模仿量输出模块送给可控硅电压安排器，发作可控硅脉冲触发信号，该信号触发可控硅电道，最终由该电道驱动电炉的加热丝，通过安排可控硅触发信号〔即调度供电电压每个周期的导通角〕，即可统制电炉电压的通断与巨细，进而到达统制炉温的方针。

　　自70年代以后，因为工业进程统制的须要，万分是正在电子时间的迅猛展开，以与主动统制外面和策画手腕展开的胀舞下，海外温度统制体例展开急速，并正在智能化自适宜参数自整定等方面获得成绩。正在这方面以日本、美邦、德邦、瑞典等邦时间领先，而且都坐褥出了一批商品化的职能优异的温度统制器与仪器仪外，正在各行业普通操纵。

　　目前，海外温度统制体例与仪外正朝着高精度智能化、小型化等方面迅疾展开。 温度统制体例正在邦各行各业的操纵固然依然极度普通，但从邦坐褥的温度统制器来讲，总体展开秤谌还是不高，同海外的日本、美邦、德邦等先辈邦度比拟，还是有着较大的差异。目前，我邦正在这方面总体时间秤谌处于20世纪80年代中后期秤谌。成熟产物重要以“点位〞统制与通例的PID统制器为主，它只可适宜平常温度体例统制，难于统制滞后纷乱时变温度体例统制，况且适宜于较高统制地方的智能化、自适宜统制仪外邦时间还不极度成熟，变成商品化并普通操纵的统制仪外较少。现正在，我邦正在温度等统制仪外业与海外又有着肯定的差异。

　　温度统制体例大致可永诀用3种式样实行，一种是用仪器仪外来统制温度，这种手腕统制的精度不高。另一种是基于单片机发展PID统制，然而单片机统制的DDC 体例软硬件策画较为纷乱, 万分是涉与到逻辑统制方面更不是其甜头, 而PLC 正在这方面却是公认的最优遴选。跟着PLC性能的增加正在很众PLC 统制器中都增加了PID统制性能。以是本策画选用西门子S7-200PLC来统制加热炉的温度。

　　跟着微处分器、打算机和数字通讯时间的飞速展开，打算机统制依然普通地操纵正在扫数的工业范畴。当代社会哀求成立业对商场需求做出急速响应，坐褥出小批量、众种类、众规格、高质地的产物。为了满意这一哀求，坐褥开发和主动化坐褥线的统制体例务必具有极高的牢靠性和活跃性。可编法式统制器〔Programmable Logic Controller〕恰是适合这一哀求显现的，它是以微处分器为根柢的通用统制装配。本章重要先容西门子S7-200系列PLC以与其它硬件的构成与选型。

　　S7-200 系列 PLC 是由德邦西门子公司坐褥的一种超小型系列可编程统制器，它或许满意众种主动化统制的需求，其策画紧凑，价钱低廉，而且具有精良的可扩展性以与重大的指令性能，可庖代继电器正在浅易的统制地方，也可能用于纷乱的主动化统制体例。因为它具有极强的通讯性能，正在大型搜集统制体例中也能充沛阐扬效用[3]。

　　S7-200系列可能遵照对象的分歧, 可能选用分歧的型号和分歧数目的模块。并可能将这些模块安设正在统一机架上。

　　S7-200的CPU 模块搜罗一个主题处分单位,电源以与数字I/O 点,这些都被集成正在一个紧凑,独立的开发中。CPU 职掌奉行法式,输入个人从现场开发中搜集信号,输出个人云云输出统制信号,驱动外部负载.从 CPU 模块的性能来看, CPU 模块为CPU22*,它具有如下五种分歧的构造摆设CPU 单位：

　　①CPU221 它有 6 输入/4 输出,I/0 共计 10 点.无扩展本事,法式和数据存储容量较小,有肯定的高速计数处分本事,特殊适合于少点数的统制体例。

　　②CPU222 它有8 输入/6 输出，I/0 共计 14 点，和 CPU 221 比拟,它可能发展肯定的模仿量统制和2个模块的扩展,以是是操纵更普通的全性能统制器。

　　③CPU224 它有 14 输入/10 输出，I/0 共计 24 点，和前两者比拟,存储容量增加了一倍,它可能有 7个扩展模块,有置时钟,它有更强的模仿量和高速计数的处分本事,是行使得最众 S7-200 产物。

　　④CPU224XP 它有 24 输入/16 输出,I/0 共计 40 点,和 CPU224 比拟,增补了通讯口的数目,通讯本事大大加强。它可用于点数较众,哀求较高的小型或中型统制体例。

　　⑤CPU226它有 24 输入/16 输出,I/0 共计 40 点,它正在用户法式存储容量和数据存储容量长进展了扩展,其他目标和 CPU224XP相同。

　　当 CPU 的 I/0 点数不足用或须要发展特地性能的统制时,就要发展 I/O 扩展,I/O 扩展搜罗 I/O 点数的扩展和性能模块的扩展。经常开合量 I/O 模块产物分 3 品种型:输入模块,输出模块以与输入/输出模块。为了保障 PLC 的事务牢靠性,正在输入模块中都采用抬高牢靠性的时间法子。如光电远隔,输入爱护(浪涌招揽器,旁道二极管,限流电阻),高频滤波,输入数据缓冲器等。因为 PLC 要统制的对象有众种,以是输出模块也应遵照负载发展遴选,有直流输出模块, 交换输出模块和交直流输出模块。依据输出开合器件品种分歧又分为 3 种：继电器输出型,晶体管输出型和双向晶闸管输出型。这三种输出式样中,从输出反映速率来看，晶体管输出型最疾，继电器输出型最差，晶闸管输出型居中；倘若从与外部电道安闲远隔角度看,继电器输出型最好。正在实践行使时，亦应注意查看开合量 I/O 模块的时间个性，依据实践情状发展遴选。

　　因为本体例是单回道的响应体例，CPU224XP比拟与其他型号具有更好的硬件目标，其上自带有模仿量的输入和输出通道，以是节流了元器件的成本，CPU224XP自带的模仿量I/O规格如外2-1所示：

　　CPU224XP自带的模仿量输入通道有2个，模仿量输出通道1个。正在S7-200中，单极性模仿量的输入/输出信号的数值围是0~32000，双极性模仿信号的数值围是-32000~+32000[4]。

　　温度是一个根蒂的物理量，自然界中的一概进程无不与温度亲切相干。温度传感器是最早开荒，操纵最广的一类传感器。遵照美邦仪器学会的视察，1990年，温度传感器的商场份额大大逾越了其他的传感器。从17世纪初伽利略发觉温度计下手，人们下手愚弄温度发展丈量。真正把温度形成电信号的传感器是1821年由德邦物理学家赛贝发觉的，这便是自后的热电偶传感器。50年从此，另一位德邦人西门子发觉确铂电阻温度计。正在半导体时间的援手下，本世纪接踵开荒了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，遵照波与物质的彼此效用秩序，接踵开荒了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。这里咱们重要先容热电阻和热电偶。

　　工业热电偶动作丈量温度的传感器，经常和显示仪外、纪录仪外和电子调度器配套行使，它可能直接丈量种种坐褥进程中分歧围的温度。倘若配接输出4-20mA、0-10V等准则电流、电压信号的温度变送器，行使特别简单、牢靠。对付试验室等短隔绝的操纵地方，可能直接把热电偶信号引入PLC发展丈量。

　　热电偶的事务道理是,两种分歧成份的导体,两头经焊接，变成回道，直接丈量端叫事务端〔热端〕，接线端子端叫冷端，当热端和冷端存正在温差时，就会正在回道里发作热电流，这种情景称为热电效应；接上显示仪外，仪外上就会指示所发作的热电动势随动势的对应温度值，电温度升高而增进。热电动势的巨细只和热电偶的材质以与两头的温度相合，而和热电偶的是非粗细无合。遵照行使地方的分歧，热电偶有铠装式热电偶、装置式热电偶、隔爆式热电偶等品种。

　　常用热电偶可分为准则热电偶和非准则热电偶两大类。所移用准则热电偶是指邦度准则划定了其热电势与温度的干系、批准偏差、并有团结的准则分度外的热电偶，它有与其配套的显示仪外可供选用。非准则化热电偶正在行使围或数目级上均不与准则化热电偶，平常也没有团结的分度外，重要用于某些特地地方的丈量。准则化热电偶我邦从1988年1月1日起，热电偶和热电阻扫数按IEC邦际准则坐褥，并指定S、B、E、K、R、J、T七种准则化热电偶为我邦团结策画型热电偶。

　　热电阻是中低温区最常用的一种温度丈量元件。热电阻是基于金属导体的电阻值随温度的增补而增补这一个性来发展温度丈量的。当电阻值转变时，二次仪外便显示出电阻值所对应的温度值。

　　经常用PT100来展现,此中PT后的100即展现它正在0℃时阻值为100欧姆，正在100℃时它的阻值约为欧姆。它的重要特性是丈量精度高，职能安稳，范例的有铜热电阻、铂热电阻等,此中铂热电阻的丈量凿凿度是最高的，它不光普通操纵于工业测温，况且被制成准则的基准仪，它的阻值会跟着温度的转变而更动，正在-200～+850℃围具有其他任何温度传感器无可比较的上风。铂热电阻遵照行使地方的分歧与行使温度的分歧，有云母、陶瓷、簿膜等元件。动作测温元件，它具有精良的传感输出个性，经常和显示仪、纪录仪、调度仪以与其它智能模块或仪外配套行使，为它们供应凿凿的输入值。倘若做成一体化温度变送器，可输出4-20mA准则电流信号或0-10V准则电压信号，行使起来更为简单。

　　因为铂电阻的电阻值与温度成非线性干系，因而须要发展非线性校正。校正分为模仿电道校正和微处分器数字化校正，模仿校正有良众现成的电道，其精度不高且易受温漂等搅扰身分影响，数字化校正云云须要正在微处分体例中行使，将Pt电阻的电阻值和温度对应起来后存入EEPROM中，遵照电道中实测的AD值以查外式样打算相应温度值[5]。工业大将铂电阻R0永诀正在50Ω和100Ω〔称Pt100〕的前提下，制成相应Rt-t干系制因素度外，供查用。如外2-2所示：

　　常用的Pt电阻接法有三线制和两线制，此中三线的两侧相称的导线长度永诀加正在两侧的桥臂上，使得导线电阻得以清除。常用的采样电道有两种：一为桥式测温电道，一为恒流源式测温电道。本策画采用的便是三线 热电阻三线制电桥接法