重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文）
控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展。
在现代化的今天，现代化控制是一个国家现代化水平的标志之一，在工业自动化领域，可编程控制器(PLC)作为自动控制的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一，成为大多数自动化系统的设备基础。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，是专为在工业环境下应用设计，它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控定时、计数和算术等操作的指令，并采用数字式、模拟式的输入和输出，控制各种的机械或生产过程。长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。1969年美国DEC公司研制出第一台可编程控制器，用在GM公司生产线上的获得成功。其后日本、德国等相续引入，可编程控制器迅速发展起来。 进入20世纪80年代，由于计算机技术和微电子技术的迅速发展，极大的推动了PLC的发展，使的PLC的功能日益增强。PLC可进行模拟量控制、位置控制和PID控制等，易于实现柔性制造系统。远程通信功能的实现更使PLC 如虎添翼。目前，在先进国家中，PLC已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有工业企业。之所以应用广泛，是因为PLC有很多优点，本文涉及的温度监控系统是以PLC为核心的监控系统。该项目的最终目标是开发一个能进行加热，能够通过传感器检测实际的温度值，而且能够显示温度值，当实际温度值和设定温度值不相等时发出报警信号，以便让操作工控制。本系统在温度控制方面应用广泛，例如面包的生产，工业中的锅炉加热等。
本系统的控制是采用PLC的编程语言------梯形语言，梯形语言是在可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的基础上加进了许多功能、使用灵活的指令，使逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路。温度监控系统作为一个应用系统，要不断地完善，适应时代、市场的需要才能有所发展。
第三节.PLC控制系统的硬件设计
本章主要从系统设计结构和硬件设计的角度，介绍该项目的控制系统的设计步骤、的硬件配置、外部电路设计以及控制器的设计参数的整定。
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（一）PLC控制系统设计的基本原则和步驟 （1）PLC控制系统设计的基本原则
1.充分发挥PLC功能，最大限度地满足被控对象的控制要求。
2.在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。 3.保证控制系统安全可靠。
4.应考虑生产的发展和工艺的改进，在选择PLC的型号、I/O点数和存储器容 量等内容时，应留有适当的余量，以利于系统的调整和扩充。 (2)PLC控制系统设计的一般步骤
设计PLC应用系统时，首先是进行PLC应用系统的功能设计，即根据被控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。然后是进行PLC应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出PLC控制系统的结构形式，控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。最后根据系统分析的结果，具体的确定PLC的机型和系统的具体配置。控制系统设计可以按以下步骤进行： 1.熟悉被控对象，制定控制方案分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被 控对象机、电、液之间的配合，确定被控对象对PLC控制系统的控制要求。 2.确定I/O设备根据系统的控制要求，确定用户所需的输入(如按钮、行程开关、选择开关等)和输出设备(如接触器、电磁阀、信号指示灯等）由此确定PLC的点数。
3.选择PLC选择时主要包括PLC机型、容量、I/O模块、电源的选择。 4.分配PLC的I/O地址根据生产设备现场需要，确定控制按钮，选择关、接触器、电磁阀、信号指示灯等各种输入输出设备的型号、规格、数量；根据所选的PLC的型号列出输入/输出设备与PLC输入输出端子的对照表，以便绘制PLC外部I/O接线图和编制程序。
5.设计软件及硬件进行PLC程序设计，进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。由于程序与硬件设计可同时进行，因此，PLC控制系统的设计周期可大大缩短，而对于继电器系统必须先设计出全部的电气控制线路后才能进行施工设 计。
6.联机调试联机调试是指将模拟调试通过的程序进行在线统调。 （二）PLC程序设计的一般步骤
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1.绘制系统的功能图。 2.设计梯形图程序。
3.根据梯形图编写指令表程序。
4.对程序进行模拟调试及修改，直到满足控制要求为止。调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。 PLC控制系统的设计步骤可参考下图：
图（1）PLC控制系统的设计步骤
第二章.PLC的选型和硬件配置
第一节.PLC型号的选择
本温度控制系统采用德国西门子S7-200PLC。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。 第二节.S7-200CPU的选择
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S7-200系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等类型。此系统选用的S7-200CPU226，CPU226，CPU226集成24输入/16输出共个40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。13K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PPT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。
第三节.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。 第四节.热电式传感器
热电式传感器是一种将温度变化转化为电量变化的装置。在各种热电式传感器 中，以将温度量转换为电势和电阻的方法最为普遍。其中最为常用于测量温度的 是热电偶和热电阻，热电偶是将温度转化为电势变化，而热电阻是将温度变化转 化为电阻的变化。这两种热电式传感器目前在工业生产中被广泛应用。 该系统需要的传感器是将温度转化为电流，且水温最高是100度所以选择PT100铂热电阻传感器。P100铂热电阻，简称为：PT100铂电阻，其阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0度时阻值为100欧姆，在100度时它的阻值约为138.5欧姆。它的工作原理：当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的的阻值会随着温度上升它的阻值成匀速增长。 第五节.可控硅加热装置简介
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