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基于S7-200PLC电热炉温度控制系统
作者：潘天赐
来源：《电子技术与软件工程》2019年第10期
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摘要：本文介绍了基于西门子PLCS7-200电热炉温度控制系统的设计方案，完成了硬、软件的设计，控制中采用了位置式PID控制算法，程序在不同的温度段使用不同的PID参数，实现电热炉温度自动控制。
[关键词]温度控制 电热炉 S7-200 PLC PID
本文在研究电热炉温度控制系统问题时，对S7-200PLC控制系统进行了应用，这一系统具有一定的优越性，能够提供4种不同不同基本单元和6种扩展单元，可以更好地满足温度控制需要。该系统主要由基本单元、扩展单元、文本显示器、存储卡等元件组成。本文在进行系统设计过程中，主要采用了CPU226这一型号。 1总体设计方案
本系统以PLC作为控制器，选用德国西门子S7-200，CPU226型号PLC，经过热电偶传感器检测电热炉中的温度，把温度信号转化成对应的电压信号，经过PLC控制器模数转换后进行PID调节。根据PID输出值来控制下一个周期内的加热时间和非加热时间。在加热时间内使得继电器接通，电热炉就处于加热状态，反之则停止加热。 2硬件设计 2.1热电偶传感器
热电偶传感器在应用过程中，可以将温度信号转化为电压信号，并且在应用过程中，对高温具有较好的适应性。热电偶传感器是一种将温度变化转化为电量变化的装置，其中K型热电偶测温范围大约是0～1000C。系统里的烤炉最高温度不过几百度，加上一定的裕度，满足系统设计要求。 2.2模拟输入模块
在对模拟输入模块应用过程中，其可以将接收到的电压信号进行转换，将温度信息转化为0-41mv的电压信号，以实现对信息的读取，从而对温度进行有效地控制。与西门子S7-200PLC配套有EM2314TC模拟量输入模块，也称为热电偶模块。EM231热电偶模块可直接连接K型热电偶传感器，无需使用变送器，可直接通过DIP开关进行组态：SW1～SW8组态为00100000。
2.3固态继电器（SSR）
固态继电器（SSR）能够实现电隔离，从而更好地满足PLC控制系统的需要。在这一过程中，它的输入端和输出端均有2个接线装置，实现对信息的接收和传递。直流输入端连接PLC输出端口，交流输出端连接电热炉，当温度过低，PLC输出信号，继电器导通，电热炉加热。温度过高，则继电器断开，电热炉停止加热。
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总硬件设计图如图1所示。 3软件设计
在进行软件设计过程中，采样周期和加热周期的时间为10s。设备在采样后，会根据温差的大小进行对应的调节，并将其转化为1个加热时间转化到下一个加热周期时间内，这一时间范围在0-10s之间。系统工作过程中，如果温差较大，加热的时间则较长;反之，则较短。在对程序控制过程中，主要采用粗调和微调两种方式。其中，粗调过程中，占空比的数值恒为1;微调过程中，占空比主要与温差变化有关。设计流程图主程序如图2所示，子程序如图3所示。 4系统调试
完成软硬件的设计后，需要对实物进行整体调试，完成硬件的接线，检查接线正确，否有短路等情况。采用西门子STEP7-MicoWIN软件编写梯形图程序，通过编译无误后，下载到PLC中，调试时，观察电热炉是否实现温度自动控制，根据控制的时间周期，适当调节PID控制参数，提高系统的响应速度。
在功能调试中，热电偶传感器采集温度信号，由于传感器仪器误差以及固态继电器触头通断有时间。上的延迟，电热炉的温度与设定值温度存在+2°C的误差，但对于普通电热炉的应用场合，本系统控制已足够满足设计。 5结语
本系统完成了基于S7-200PLC电热炉温度控制系统设计，硬件上采用西门子S7-200、CPU226型號PLC作为主控制器，采用K型热电偶传感器采集电热炉温度信号，经过西门子温度模块EM231进行模数转换，将转换后的信号送入PLC输入端口，PLC处理后输出控制信号，改变连接输出端口的固态继电器通断状态及通断时间，实现电热炉温度自动控制。软件上采用西门子STEP7-MicoWIN软件编写梯形图程序，将采集温度信号与预设值进行偏差计算，并进行PID控制，选择合适的参数提高系统的控制性能。软件设计中采用结构化设计，可移植性较好，适当改变参数，可实现不同温度的电热炉自动控制。 参考文献
[1]西门子SIMATICS7-200可编程序控制器系统手册，2000. [2]魏元，吴璋，徐岱.K型热电偶冷端补偿研究[J].计测技术，2011.
[3]陈丹龙.PLC模拟量输入模块对电压和电流信号处理方式比较[J].工业控制计算
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