基于S7300的酱油罐温度控制系统设计本科毕业论文.docx
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基于S7300的酱油罐温度控制系统设计本科毕业论文
本科毕业论文（设计）
题目基于S7-300的酱油罐温度控制系统设计
院（系）电子工程与电气自动化学院
专业电气工程及自动化
完成日期:
2013年6月9日
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年月日
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日期：
年月日
基于S7-300的酱油罐温度控制系统设计
摘要
温度是影响酱油口感的一个重要参数,温度过高或过低都会令酱油的口感发生改变,因此对酱油的温度必须进行严格控制。
在众多的智能控制技术中，PLC技术在工业中的应用最为广泛。
PLC本身的体积不大，有利于安装和维护，同时在编程上也比较方便，它适合不同知识背景的人来编程，而且它的可靠性高和抗干扰能力强。
PLC技术的快速发展为工业生产带来了巨大的便利。
本文从分析影响温度因素出发，根据控制要求和实际情况设计了三套控制方案进行对比，选出最佳的方案。
通过所设计的控制方案来进行硬件选型和系统的硬件设计。
利用西门子公司研发的step7来进行软件编程，实现控制要求。
最后通上位机软件WinCC最终完成PLC在酱油罐温度控制系统中应用。
关键词：
温度；PLC；PID控制
SoysaucetemperaturecontrolsystemdesignbasedonS7-300
Abstract
Temperatureisanimportantparameterofsoysaucetaste,temperaturetoohighortoolowcanmakesoysaucetasteschange,sothetemperaturemustbeunderstrictcontrolofsoysauce.Innumerousintelligentcontroltechnology,themostwidelyapplicationofPLCtechnologyintheindustry.PLCitselfissmall,behelpfulforinstallationandmaintenance,atthesametimealsoonprogrammingismoreconvenient,itissuitableforpeopleofdifferentbackgroundtoprogramming,anditshighreliabilityandstronganti-jammingcapability.TherapiddevelopmentofPLCtechnologyintheindustrialproductionareofgreatconvenience.
Thisarticleembarksfromtheanalysisoffactorsinfluencingthetemperature,accordingtothecontrolrequirementsandtheactualsituationdesignthethreesetsofcontrolschemecomparison,selectthebestscheme.Hardwareselectionthroughthedesignedcontrolschemeandhardwaredesignofthesystem.UseSiemensstep7forsoftwareprogramming,thecontrolrequirements.FinallythroughPCsoftwareWinCCeventuallycompletetheapplicationofPLCintemperaturecontrolsystemwithsoysauce.
KeyWords：
temperature，PLC，PIDcontrol
引言
PLC是70年代发展起来的中大规模的控制器是集CPU、RAM、ROM、I/O接口与中断系统于一体的器件已经被广泛应用于机械制造、冶金、化工、能源、交通等各种行业。
随着计算机在操作系统、应用软件、通信能力上的飞速发展大大增强了PLC通信能力丰富了PLC编程软件和编程技巧增强了PLC过程控制能力。
因此无论是单机还是多机控制、生产流度是近年来开发的一项新技术[1]。
它是PLC软、硬件、自动控制、等几项技术紧密结合的产物。
作为酱油罐控制装置其主要任务是保证酱油生产的安全、稳定、经济运行减轻操作人员的劳动强度。
随着电子技术、计算机技术以及自动化技术的迅猛发展，PLC技术的发展也越来越快[2]。
PLC控制酱油罐温构简单、容易实现，长期以来被广泛应用于工业控制过程中，目前在全世界的过程控制中大部分仍是采用PID控制器。
而WINCC软件是组态软件当中性能较好的一款组态软件，本系统采用温度控制控制系统结合WINCC对酱油罐输出液施行PID控制。
1．系统控制方案设计
本设计是针对成品酱油到包装过程中要经过的流程。
成品酱油要经过加热后才能到包装线进行包装，这样可以保证包装后酱油的质量和包装效果。
酱油换热后的温度受以下几个因素影响:
1.换热板块的换热效率；2.换热介子的种类；3.换热介子的流速；4.换热介子的温度。
1.1方案一
利用蒸汽直接通过换热板和酱油换热，用温度传感器检测酱油出料温度，用调节阀来控制蒸汽的流速。
检测出的温度通过PID调节来控制调节阀的开度。
如图1-1所示：
图1-1酱油温度控制系统方案一
该系统由于蒸汽温度过高可能会导致换热过后酱油温度过高而严重影响酱油的质量，所以应该进行二次换热。
1.2方案二
利用蒸汽通过换热板和软化水换热，加热后的软化水再通过换热板和酱油换热，用温度传感器检测酱油出料温度，检测出的温度来控制软化水泵的转速，达到控制换热介子的流速来控制酱油出口温度。
如图1-2所示：
图1-2酱油温度控制系统方案二
该系统由于要控制泵的转速需要变频器，变频器的价格比较昂贵，成本较高。
1.3方案三
利用蒸汽通过换热板和软化水换热，加热后的软化水再通过换热板和酱油换热，用温度传感器检测酱油出料温度，检测出的温度来控制蒸汽调节阀，达到控制软化水的温度来控制酱油出口温度。
如图1-3所示：
图1-3酱油温度控制系统方案三
综合上述三个方案，其中方案三符合生产要求，性价比高，本设计采用该方案。
2．系统硬件选型和设计
利用蒸汽通过换热板和软化水换热，加热后的软化水再通过换热板和酱油换热，用温度传感器检测酱油出料温度，检测出的温度来控制蒸汽调节阀，达到控制软化水的温度来控制酱油出口温度，如图1-3所示。
2.1系统硬件选型
根据所设计的控制方案合理地选择检测元件、执行机构和控制设备以及其它必要设备，并在此基础之上根据控制方案合理地进行硬件设计，完成各种设备之间的接线与配置，并进行设备的安装调试，为整个系统的实现以及稳定、可靠运行打下基础[6]。
2.1.1温度传感器选型
由于该设计的目的是控制温度稳定，而整个控制系统的基础是对温度的准确测量，因此温度能否准确测量直接关系到控制质量的优劣。
合理的选择温度传感器在温度控制系统的设计中有关键作用。
这里选用德国JUMOD生产的PT100铂热电阻温度传感器，如图2-1所示：
装配式PT100热电阻参数：
1.PT100铂热电阻元件精度选择：
A级±0.15℃
2.工作温度范围：
-50℃~250℃
3.几线制：
3线制
4.密封等级：
IP65
5.保护管直径：
Φ6
6.保护管总长度：
450mm
7.安装形式：
活动法兰
8.测量场合要求：
耐磨/防腐/防爆/防水
图2-1温度传感器
2.1.2液位传感器选型
由于工厂操作人员需要了解罐内的液位高度，所以需要液位传感器及液位压力变送器。
这里设计的罐体高度都是3米。
根据过程控制仪表量程选择原则仪表量程应该为被测量参数的4/3～3/2倍。
因此所选传感器的最大量程为4米。
这里选用蓝德LD3851压差变送器[6]。
如图2-2所示：
图2-2液位传感器
LD3851系列灵巧型变送器型号全、量程广，使用于各种测量液位、压力的场合。
智能型产品可通过手持终端HART或个人PC计算机利用YRCONFIG通信组态软件和RS232接口对变送器进行编程、量程、阻尼的修改并能自动零点、满度点校准等。
一台手持终端HART或个人PC计算机可同时对多台变送器进行通讯。
变送器工作时，高、低压侧的隔离膜片和灌充液将过程压力传递给中心的灌充液，中心的灌充液将压力传递到δ室传感器中心的传感膜片上。
传感膜片是一个张紧的弹性元件，其位移随所受压差而变化（对于GP表压变送器大气压力如同施加在传感膜片的低压侧一样；AP绝压变送器，低压侧始终保持一个“0”参考压力）。
传感膜片的最大位移量为0.10毫米，且位移量与压力成正比。
两侧的电容极板检测传感膜片的位置，传感膜片和电容极板之间的电容差值被转换为相应的电流，电压或数字HAPTR（高速可寻址远程发送器数据公路）信号输出。
LD3851系列灵巧型变送器产品均采用进口原材料，严格组装和测试，使其具有如下性能特点：
1）精度0.075%、0.1%、0.2%；2）量程比100：
1；3）量程0-60Pa至0-40MPa；4）直接数字电容感应（无A/D转换）；5）4-20mA输出叠加数字信号（HART协议）；6）可本地零点及量程调整，且互不影响；7）远程校准；8）在线及离线编程；9）多挂接操作模式；10）输出函数：
线性、平方根；11）3位半数字液晶显示表头；12）ISO9001国际质量体系认证；13）手持终端HART显示工程单位；14）手持终端或PC计算机软件进行组态及自诊断；15）适用于多种流体。
2.1.3蒸汽比例调节选型
调节阀用来控制蒸汽的流速，这里选用的是蓝德精小型气动调节阀，如图2-3所示：
图2-3蓝德精小型气动调节阀
2.1.4电机选型
这里对电机的要求不高，选用功率为2.0KW三相异步电机。
2.1.5气动阀选型
这里选择远安的气动阀。
通过PLC控制电磁阀来控制气源的通断，竟而来控制气动阀的开关。
2.1.6PLC及相关模块选型
目前在国内市场上有从美国、德国、日本等国引进的多种系列PLC，国内也有许多厂家组装、开发数十种PLC，故PLC系列标准不一，虽然编程语言及符号各不相同，但编程思想和逻辑指令却和类似，功能也大同小异[7]。
PLC的选择应着重考虑PLC的性能价格比，选择可靠性高，功能相当，负载能力合适，经济实惠的PLC。
本设计主要从可靠性的角度考虑及对多种因素的分析比较及监控系统输入、输出点数的要求，选用西门子公司的CPU314型PLC。
它用于对处理能力和响应速度有很高要求的场合。
通过其工作存储器，该CPU也适用于中等规模的应用。
CPU314安装有微处理器处理器，对每条二进制指令的处理时间大约为60ns，每个浮点预算的时间为0.59μs。
它安装有扩展存储器，与执行相关的程序段的128KB高速RAM（相当于约42K指令）可以为用户程序提供足够的空间；SIMATIC微型存储卡（最大8MB）作为程序的装载存储器，还允许将项目（包括符号和注释）存储在CPU中。
它还具有灵活的扩展能力，多达32个模块，（4排结构）和MPI多点接口，集成的MPI接口最多可以同时建立与S7-300/400或编程设备、PC、OP的12条连接。
在这些连接中，始终为编程器和OP分别预留一个连接。
通过“全局数据通讯”，MPI可以用来建立最多16个CPU组成的简单网络。
这里还用到了数字量输入模块DI32×DC24V；数字量输出模块DO32×DC24V/0.5A；模拟量输入输出模块AI4/AO4×14/12Bit；还用了一个特殊功能模块AI8×RTD。
图2-4PLC及相关模块选型
2.2系统硬件电路设计
2.2.1主回路设计
三相五线电源为系统供电，通过过流保护装置以保证电流过大时能够及时断电以确保安全，不造成设备的损坏。
正常情况下设备正常工作不会发生电流过大的现象，只有在出现故障时才有可能发生过流现象此时才需要进行断电以确保安全。
对于需要220V交流电压工作的设备可以连入三相电源中的任意一相与中性线之间的220V交流电压下。
例如PLC就是采用220V交流电工作，因此按照上述方式连接就可以直接接入任意一相与中性线之间的220V交流电压下。
由于系统内各种传感器等设备需要直流24V才能正常工作，因此还需要一个整流变压装置将它的交流输入侧连入任意一相与中性线之间的220V交流电压下并对220V交流电进行整流降压，然后输出稳定的直流24V电压,直流输出侧可以为各个直流设备提供直流电压保证各个设备稳定、有效、安全的工作。
如图2-5所示：
图2-5主回路
2.2.2控制回路设计
24V电源为控制系统供电，通过手/自动开关选择是手动还是自动。
选择手动后，按下启动开关1SS,1KM继电器得电，KM1继电器常开触点接通行程自锁，1HL2启动指示灯亮。
选择自动后，KA01受PLC程序控制。
如图2-6所示：
图2-6控制回路
3．软件设计
按照控制要求和硬件设计我们可以对系统进行软件设计，首先进的是程序流程设计，并在此基础上可以完成PLC的梯形图程序设计。
如图3-1所示:
图3-1程序
3.1主程序
3.1.1主程序流程图
按下开始按钮后，可以选择手动控制，酱油自动循环控制，软化水自循环控制和自动控制。
如图3-2所示：
图3-2主程序流程图
3.1.2主程序
3.2自动程序
3.2.1自动程序流程图
选择自动后，按下开始按钮，WV02、WV05、WV07、WV10、WV12、WV13打开，延迟5S后，P02、P03、WV14开启，若温度达到设定值时WV06打开、WV07复位。
当酱油罐液位达到下限位后开启阀WV01，延迟5S，泵P01打开，到达上限位后，泵P01关闭，延迟5S后阀WV01关闭。
当软化水罐液位达到下限位时，放水阀WV09打开，当达到上限为时，放水阀关闭。
如图3-3所示：
图3-3自动程序流程图
3.2.2自动程序
4．上位机界面设计
监控组态软件不仅有监控和数据采集（SCADA）功能,而且有组态、开发和开放功能。
监控组态软件是伴随着计算机技术、DCS和PLC等工业控制技术的突飞猛进而发展起来的。
随着个人计算机的普及和开放系统的推广，基于PC的监控组态软件在工业控制领域不断发展壮大。
监控组态软件广泛运用于工业、农业、楼宇和办公等领域的自动化系统。
SIMATICWinCC是第一个使用最新的32位技术的过程监视系统，具有良好的开放性和灵活性。
这里使用的就是西门子公司的WINCC上位机软件，如图4-1所示：
图4-1酱油罐控制系统上位机界面
结束语
基于S7-300的酱油温度控制系统设计，使酱油到达设定温度后才能输出。
本设计中采用了几个方案进行对比，选择出最合理的方案。
通过这次毕业设计使我明白了自己的知识严重不足，明白了学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中要不断的学习，不断的提高自己的知识和综合素质。
参考文献
[1]胡学林．可编程控制应用技术[M]．北京:
高等教育出版社，2001．
[2]汤自春．PLC原理及应用技术[M]．北京:
高等教育出版社，2006．
[3]西门子（中国）自动化与驱动集团编．深入浅出西门子S7-300PLC[M]．北京:
北京航空航天大学出版社，2004．
[4]钟擎新，彭侃．可编程控制器原理及应用[M]．广东：
化南理工大学出版社，1995．
[5]廖常初．可编程控制应用技术.4版[M]．重庆:
重庆大学出版社，2002．
[6]郁汉琪．电气控制与可编程控制器应用技术.2版[M]．南京:
东南大学出版社，2003．
[7]王永华．现代电气控制及PLC应用技术[M]．北京:
北京航空航天大学出版社，2003．
[8]王划一．自动控制原理[M]．北京:
国防工业出版社，2006．
[9]常斗南．可编程控制器原理、应用实验[M]．北京:
机械工业出版社，1998．
[10]张万忠．可编程控制器入门与应用实例[M]．北京:
中国电力出版社，2005．
致谢
大学四年的学习作了一个最后的总结和归纳并融会于这份毕业设计之中。
通过自己编写PLC程序和蒋全胜导师的悉心指导和耐心解答使得我对PLC有了更深刻的了解。
使我感到在大学的学习只是学习了学习的方法具体的实践还要通过自己的不懈努力和探索。
感谢蒋全胜老师的指导和帮助,是老师的智慧和汗水帮助我完成了整个毕业设计的工作。
最后，我再一次对在毕业设计中给予我帮助的老师和自动化专业的同学表示感谢，也借此机会对我的母校——巢湖学院表示衷心的感谢。
附录
一:
符号表
DB_TCONT_CP
DB58
FB58
显示功能块
FB1
FB1
TCONT_CP
FB58
FB58
temperaturePIDcontrollerwithpulsegeneratorandself-tuning
FC1
FC1
FC1
自动程序
FC2
FC2
FC2
手动程序
FC3
FC3
FC3
酱油储罐自循环程序
FC4
FC4
FC4
软化水罐自循环程序
显示功能
FC5
FC5
SCALE
FC105
FC105
ScalingValues
WV01G
I0.0
BOOL
WV02G
I0.1
BOOL
WV03G
I0.2
BOOL
WV04G
I0.3
BOOL
WV05G
I0.4
BOOL
WV06G
I0.5
BOOL
WV07G
I0.6
BOOL
WV08G
I0.7
BOOL
WV09G
I1.0
BOOL
WV10G
I1.1
BOOL
WV11G
I1.2
BOOL
WV12G
I1.3
BOOL
WV13G
I1.4
BOOL
P01I
I1.5
BOOL
酱油进泵：
启动为1；停止为0
P02I
I1.6
BOOL
酱油出泵：
启动为1；停止为0
P03I
I1.7
BOOL
软化水出泵：
启动为1；停止为0
LL01
I2.0
BOOL
酱油储罐低液位
LH01
I2.1
BOOL
酱油储罐高液位
LL02
I2.2
BOOL
软化水低液位
LH02
I2.3
BOOL
软化水高液位
POWERSELER
I2.4
BOOL
总开关：
启动为1；停止为0
MODESELER1
I2.5
BOOL
手动
MODESELER2
I2.6
BOOL
自动
MODESELER3
I2.7
BOOL
酱油储罐自循环
MODESELER4
I3.0
BOOL
软化水自循环
START/STOP
I3.1
BOOL
启/停
M0.0
M0.0
BOOL
自动系统辅助继电器
M0.1
M0.1
BOOL
主回路系统辅助继电器
M1.0
M1.0
BOOL
酱油储罐自循环系统时辅助继电器
M2.0
M2.0
BOOL
软化水自循环系统辅助继电器
M3.0
M3.0
BOOL
手动系统辅助继电器
设定值
MD12
DWORD
温度寄存器
MD16
REAL
手动值
MD20
DWORD
酱油液位寄存器
MD50
REAL
软化水液位寄存器
MD54
REAL
实际温度寄存器
MD58
REAL
酱油液位错误标志
MW30
WORD
软化水液位错误标志
MW32
WORD
实际温度错误标志
MW34
WORD
CYC_INT5
OB35
OB35
CyclicInterrupt5
COMPLETERESTART
OB100
OB100
CompleteRestart
WV14
升级会员 