基于S7—300的温度调速装置

王美波　李成春

摘 要：随着工业化程度的加快，控制技术变得更加复杂，产品的更新换代也会成为必然。这样对可编程控制器的要求也越来越高。S7-300适用于较为复杂的控制系统，模块化的设计理念更便于系统的升级换代。温度控制技术应用广泛，如纺织、电缆、冶金、塑料制品等行业都用到温度控制技术。学习和运用好温度控制技术对于现时代控制技术尤为重要。本项项目以S7-300PLC为控制核心，设计了较为通用的温度控制系统，具体系统参数或部分器件可根据各行业的要求不同来进行调整。

关键词：S7-300PLC Pt100 PID 温度控制

中图分类号：TM571.61 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）02（a）-0128-01

温度控制系统广泛应用于工农业控制领域，如素菜大棚、橡胶制品厂、化工厂、钢铁厂等。温度是一个大惯性系统，一般采用PID调节进行控制。

该文首先介绍了Pt100温度传感器的选择。然后讲述S7-300及其配套的模拟量模块的使用，并阐述了温度控制中PID控制器的控制原理。最后，完成系统集成的设计。

1 热电阻的选择

热电阻是中低温区最常用的一种温度测量元件，它是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。其主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精度是最高的。本文选用的是WZP230。其中，W代表：温度仪表；Z代表：热电阻；P代表：铂。2代表：固定螺纹；0代表：保护管直径?16。铂电阻的工作原理是，在温度作用下，铂热电阻丝的电阻值随温度变化而变化，且电阻与温度的关系即分度特性符合IEC标准。Pt100的含义是在0 ℃时的名义电阻值为100 ?。

2 S7-300PLC及其模拟量模块的使用

本设计中CPU采用实验室现成的313C-2DP。模拟量模块的选择包括模拟量输入模块SM331、模拟量输出模块SM332和模拟量输入/输出模块SM334。由于模拟量输入或输出模块提供了不止一种类型信号的输入或输出，每种信号的测量范围又有多种选择，因此必须对模块信号类型和测量范围进行设定。一般采用Step7软件设定和量程卡两种方法。

考虑到以后会经常用到模拟量I/O模块，所以本设计中，模拟量I/O模块SM334，AI4/AO2（6ES7334-0KE00-0AB0），下面首先在Step7中的HW Config对话框中插入6ES7334-0KE00-0AB0模块，如图1所示。

采用的是Step7软件对模拟量模块6ES7334-0KE00-0AB0进行设定，如下：通过Step7软件设定。打开HW Config对话框，双击“AI4/AO2”项，打开“Properties”属性对话框，该对话框有“General”、“Addresses”、“Inputs”、“Outputs”四个选项，选中“Inputs”项，对于第0～1通道，可以在“Measurement type”中选择“deactivated”禁用、“R-4L”电阻4线制连接、“RTD-4L”热电阻4线制线性连接；对于第2～3通道，可以在“Measurement type”中选择“deactivated”禁用、“E”电压、“R-4L”电阻4线制线性连接、“RTD-4L”热电阻4线制连接；对于本设计中选择第0通道，“Measurement type”中选择“RTD-4L”热电阻4线制连接，用于测量传感器PT100铂热电阻的温度值（见图2）。

其他值使用默认即可。另外，“Measurement range”值，系统会根据“Measurement type”的选项自动生存，不需要人工选择。选中“Outputs”项，第0～1通道，可以在“Type of Output”中选择“deactivated”禁用、“E”电压。对于本设计中选择第0通道，“Type of Output”中选择“E”电压。另外，“Output range”值，系统会根据“Type of Output”的选项自动生存，不需要人工选择。

PID控制器根据系统误差，利用比例、积分和微分计算出控制量来进行控制。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，系统控制器的结构和参数依靠经验和现场调试来确定，这时采用PID控制技术最为合适。PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在和将来的信息。其中，P（Proportion），比例代表了当前信息，起纠正偏差的作用，使过程反应迅速；I（Integral），代表了过去信息的积累，它能消除静态误差、改善系统的静态特性；D（Derivate），微分在信号变化时有超前控制作用，代表了将来的信息，在过程开始时强迫过程进行，过程结束时减小超调，克服振荡，提高系统的稳定性，加快系统的过度过程。这三种作用配合得当，可使动态过程快速、平稳、准确，能够很好控制系统的运行（见图3）。

一般的温度控制系统难于控制滞后、复杂、时变的系统。针对各种温度控制对象，有不同的温度控制方法。按照操作途径可分为两种，手动温控和自动温控。按照调节原理可分为：PID控制、模糊控制以及PID加模糊控制。按照调节手段可以分为：调节负载电压和调节负载功率两种，前者是调温调压方式，属于连续调节，调节的结果容易实现能量平衡，但在调节过程中容易对电网造成干扰；后者是调功方式，属于断续调节，调节过程中实现能量的真正平衡，但对系统软硬件要求较高。因此，准确的测量和采用合理的温度控制方式是实现高精度温度控制的有效途径。PID控制器是通过对误差信号e（t）进行比例、积分和微分运算，其结果的的加权，得到控制器的输出u（t），该值就是控制对象的控制值。PID控制器的数学描述为：

式中u（t）为控制输入，e（t）=r（t）-y（t）为误差信号，r（t）为输入量，y（t）为输出量。PID控制器是一种有源的超前-滞后校正装置，在实际控制系统中有着广泛的应用。当系统模型已知时，可采用超前-滞后校正的设计方法。PID控制结构简单、稳定性好、可靠性高，在工业控制中得到了广泛的应用。

3 结语

温度控制应用广泛，是现代社会生产和生活不可缺少的部分。使用S7-300实现温控调速能够实现较为复杂的控制系统，其模块化的设计理念更便于系统的升级换代。把S7-300、温度控制、人机界面等重要知识综合在一个项目中，系统集成度高，为以后复杂控制打下基础（自抗扰控制、模糊控制、神经网络控制等）。

参考文献

[1] 廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2] 郭琼.PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2009.

[3] 刘楷.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] 张运刚.从入门到精通——西门子S7-300/400PLC技术与应用[M].北京：人民邮电出版社，2007.endprint

摘 要：随着工业化程度的加快，控制技术变得更加复杂，产品的更新换代也会成为必然。这样对可编程控制器的要求也越来越高。S7-300适用于较为复杂的控制系统，模块化的设计理念更便于系统的升级换代。温度控制技术应用广泛，如纺织、电缆、冶金、塑料制品等行业都用到温度控制技术。学习和运用好温度控制技术对于现时代控制技术尤为重要。本项项目以S7-300PLC为控制核心，设计了较为通用的温度控制系统，具体系统参数或部分器件可根据各行业的要求不同来进行调整。

关键词：S7-300PLC Pt100 PID 温度控制

中图分类号：TM571.61 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）02（a）-0128-01

温度控制系统广泛应用于工农业控制领域，如素菜大棚、橡胶制品厂、化工厂、钢铁厂等。温度是一个大惯性系统，一般采用PID调节进行控制。

该文首先介绍了Pt100温度传感器的选择。然后讲述S7-300及其配套的模拟量模块的使用，并阐述了温度控制中PID控制器的控制原理。最后，完成系统集成的设计。

1 热电阻的选择

热电阻是中低温区最常用的一种温度测量元件，它是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。其主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精度是最高的。本文选用的是WZP230。其中，W代表：温度仪表；Z代表：热电阻；P代表：铂。2代表：固定螺纹；0代表：保护管直径?16。铂电阻的工作原理是，在温度作用下，铂热电阻丝的电阻值随温度变化而变化，且电阻与温度的关系即分度特性符合IEC标准。Pt100的含义是在0 ℃时的名义电阻值为100 ?。

2 S7-300PLC及其模拟量模块的使用

本设计中CPU采用实验室现成的313C-2DP。模拟量模块的选择包括模拟量输入模块SM331、模拟量输出模块SM332和模拟量输入/输出模块SM334。由于模拟量输入或输出模块提供了不止一种类型信号的输入或输出，每种信号的测量范围又有多种选择，因此必须对模块信号类型和测量范围进行设定。一般采用Step7软件设定和量程卡两种方法。

考虑到以后会经常用到模拟量I/O模块，所以本设计中，模拟量I/O模块SM334，AI4/AO2（6ES7334-0KE00-0AB0），下面首先在Step7中的HW Config对话框中插入6ES7334-0KE00-0AB0模块，如图1所示。

采用的是Step7软件对模拟量模块6ES7334-0KE00-0AB0进行设定，如下：通过Step7软件设定。打开HW Config对话框，双击“AI4/AO2”项，打开“Properties”属性对话框，该对话框有“General”、“Addresses”、“Inputs”、“Outputs”四个选项，选中“Inputs”项，对于第0～1通道，可以在“Measurement type”中选择“deactivated”禁用、“R-4L”电阻4线制连接、“RTD-4L”热电阻4线制线性连接；对于第2～3通道，可以在“Measurement type”中选择“deactivated”禁用、“E”电压、“R-4L”电阻4线制线性连接、“RTD-4L”热电阻4线制连接；对于本设计中选择第0通道，“Measurement type”中选择“RTD-4L”热电阻4线制连接，用于测量传感器PT100铂热电阻的温度值（见图2）。

其他值使用默认即可。另外，“Measurement range”值，系统会根据“Measurement type”的选项自动生存，不需要人工选择。选中“Outputs”项，第0～1通道，可以在“Type of Output”中选择“deactivated”禁用、“E”电压。对于本设计中选择第0通道，“Type of Output”中选择“E”电压。另外，“Output range”值，系统会根据“Type of Output”的选项自动生存，不需要人工选择。

PID控制器根据系统误差，利用比例、积分和微分计算出控制量来进行控制。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，系统控制器的结构和参数依靠经验和现场调试来确定，这时采用PID控制技术最为合适。PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在和将来的信息。其中，P（Proportion），比例代表了当前信息，起纠正偏差的作用，使过程反应迅速；I（Integral），代表了过去信息的积累，它能消除静态误差、改善系统的静态特性；D（Derivate），微分在信号变化时有超前控制作用，代表了将来的信息，在过程开始时强迫过程进行，过程结束时减小超调，克服振荡，提高系统的稳定性，加快系统的过度过程。这三种作用配合得当，可使动态过程快速、平稳、准确，能够很好控制系统的运行（见图3）。

一般的温度控制系统难于控制滞后、复杂、时变的系统。针对各种温度控制对象，有不同的温度控制方法。按照操作途径可分为两种，手动温控和自动温控。按照调节原理可分为：PID控制、模糊控制以及PID加模糊控制。按照调节手段可以分为：调节负载电压和调节负载功率两种，前者是调温调压方式，属于连续调节，调节的结果容易实现能量平衡，但在调节过程中容易对电网造成干扰；后者是调功方式，属于断续调节，调节过程中实现能量的真正平衡，但对系统软硬件要求较高。因此，准确的测量和采用合理的温度控制方式是实现高精度温度控制的有效途径。PID控制器是通过对误差信号e（t）进行比例、积分和微分运算，其结果的的加权，得到控制器的输出u（t），该值就是控制对象的控制值。PID控制器的数学描述为：

式中u（t）为控制输入，e（t）=r（t）-y（t）为误差信号，r（t）为输入量，y（t）为输出量。PID控制器是一种有源的超前-滞后校正装置，在实际控制系统中有着广泛的应用。当系统模型已知时，可采用超前-滞后校正的设计方法。PID控制结构简单、稳定性好、可靠性高，在工业控制中得到了广泛的应用。

3 结语

温度控制应用广泛，是现代社会生产和生活不可缺少的部分。使用S7-300实现温控调速能够实现较为复杂的控制系统，其模块化的设计理念更便于系统的升级换代。把S7-300、温度控制、人机界面等重要知识综合在一个项目中，系统集成度高，为以后复杂控制打下基础（自抗扰控制、模糊控制、神经网络控制等）。

参考文献

[1] 廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2] 郭琼.PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2009.

[3] 刘楷.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] 张运刚.从入门到精通——西门子S7-300/400PLC技术与应用[M].北京：人民邮电出版社，2007.endprint

摘 要：随着工业化程度的加快，控制技术变得更加复杂，产品的更新换代也会成为必然。这样对可编程控制器的要求也越来越高。S7-300适用于较为复杂的控制系统，模块化的设计理念更便于系统的升级换代。温度控制技术应用广泛，如纺织、电缆、冶金、塑料制品等行业都用到温度控制技术。学习和运用好温度控制技术对于现时代控制技术尤为重要。本项项目以S7-300PLC为控制核心，设计了较为通用的温度控制系统，具体系统参数或部分器件可根据各行业的要求不同来进行调整。

关键词：S7-300PLC Pt100 PID 温度控制

中图分类号：TM571.61 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）02（a）-0128-01

温度控制系统广泛应用于工农业控制领域，如素菜大棚、橡胶制品厂、化工厂、钢铁厂等。温度是一个大惯性系统，一般采用PID调节进行控制。

该文首先介绍了Pt100温度传感器的选择。然后讲述S7-300及其配套的模拟量模块的使用，并阐述了温度控制中PID控制器的控制原理。最后，完成系统集成的设计。

1 热电阻的选择

热电阻是中低温区最常用的一种温度测量元件，它是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。其主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精度是最高的。本文选用的是WZP230。其中，W代表：温度仪表；Z代表：热电阻；P代表：铂。2代表：固定螺纹；0代表：保护管直径?16。铂电阻的工作原理是，在温度作用下，铂热电阻丝的电阻值随温度变化而变化，且电阻与温度的关系即分度特性符合IEC标准。Pt100的含义是在0 ℃时的名义电阻值为100 ?。

2 S7-300PLC及其模拟量模块的使用

本设计中CPU采用实验室现成的313C-2DP。模拟量模块的选择包括模拟量输入模块SM331、模拟量输出模块SM332和模拟量输入/输出模块SM334。由于模拟量输入或输出模块提供了不止一种类型信号的输入或输出，每种信号的测量范围又有多种选择，因此必须对模块信号类型和测量范围进行设定。一般采用Step7软件设定和量程卡两种方法。

考虑到以后会经常用到模拟量I/O模块，所以本设计中，模拟量I/O模块SM334，AI4/AO2（6ES7334-0KE00-0AB0），下面首先在Step7中的HW Config对话框中插入6ES7334-0KE00-0AB0模块，如图1所示。

采用的是Step7软件对模拟量模块6ES7334-0KE00-0AB0进行设定，如下：通过Step7软件设定。打开HW Config对话框，双击“AI4/AO2”项，打开“Properties”属性对话框，该对话框有“General”、“Addresses”、“Inputs”、“Outputs”四个选项，选中“Inputs”项，对于第0～1通道，可以在“Measurement type”中选择“deactivated”禁用、“R-4L”电阻4线制连接、“RTD-4L”热电阻4线制线性连接；对于第2～3通道，可以在“Measurement type”中选择“deactivated”禁用、“E”电压、“R-4L”电阻4线制线性连接、“RTD-4L”热电阻4线制连接；对于本设计中选择第0通道，“Measurement type”中选择“RTD-4L”热电阻4线制连接，用于测量传感器PT100铂热电阻的温度值（见图2）。

其他值使用默认即可。另外，“Measurement range”值，系统会根据“Measurement type”的选项自动生存，不需要人工选择。选中“Outputs”项，第0～1通道，可以在“Type of Output”中选择“deactivated”禁用、“E”电压。对于本设计中选择第0通道，“Type of Output”中选择“E”电压。另外，“Output range”值，系统会根据“Type of Output”的选项自动生存，不需要人工选择。

PID控制器根据系统误差，利用比例、积分和微分计算出控制量来进行控制。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，系统控制器的结构和参数依靠经验和现场调试来确定，这时采用PID控制技术最为合适。PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在和将来的信息。其中，P（Proportion），比例代表了当前信息，起纠正偏差的作用，使过程反应迅速；I（Integral），代表了过去信息的积累，它能消除静态误差、改善系统的静态特性；D（Derivate），微分在信号变化时有超前控制作用，代表了将来的信息，在过程开始时强迫过程进行，过程结束时减小超调，克服振荡，提高系统的稳定性，加快系统的过度过程。这三种作用配合得当，可使动态过程快速、平稳、准确，能够很好控制系统的运行（见图3）。

一般的温度控制系统难于控制滞后、复杂、时变的系统。针对各种温度控制对象，有不同的温度控制方法。按照操作途径可分为两种，手动温控和自动温控。按照调节原理可分为：PID控制、模糊控制以及PID加模糊控制。按照调节手段可以分为：调节负载电压和调节负载功率两种，前者是调温调压方式，属于连续调节，调节的结果容易实现能量平衡，但在调节过程中容易对电网造成干扰；后者是调功方式，属于断续调节，调节过程中实现能量的真正平衡，但对系统软硬件要求较高。因此，准确的测量和采用合理的温度控制方式是实现高精度温度控制的有效途径。PID控制器是通过对误差信号e（t）进行比例、积分和微分运算，其结果的的加权，得到控制器的输出u（t），该值就是控制对象的控制值。PID控制器的数学描述为：

式中u（t）为控制输入，e（t）=r（t）-y（t）为误差信号，r（t）为输入量，y（t）为输出量。PID控制器是一种有源的超前-滞后校正装置，在实际控制系统中有着广泛的应用。当系统模型已知时，可采用超前-滞后校正的设计方法。PID控制结构简单、稳定性好、可靠性高，在工业控制中得到了广泛的应用。

3 结语

温度控制应用广泛，是现代社会生产和生活不可缺少的部分。使用S7-300实现温控调速能够实现较为复杂的控制系统，其模块化的设计理念更便于系统的升级换代。把S7-300、温度控制、人机界面等重要知识综合在一个项目中，系统集成度高，为以后复杂控制打下基础（自抗扰控制、模糊控制、神经网络控制等）。

参考文献

[1] 廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2] 郭琼.PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2009.

[3] 刘楷.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] 张运刚.从入门到精通——西门子S7-300/400PLC技术与应用[M].北京：人民邮电出版社，2007.endprint