摘要：锅炉广泛应用于物料输送、动能输送等物料输送。但由于运输条件的不同，锅炉往往处于高低温状态，特别是在低温环境下，物料流动性差。在运输过程中，为保证运输的顺利进行，对锅炉进行人工加热。但锅炉容易出现温度滞后和延时，降低锅炉的安全性，甚至发生事故。因此，锅炉控制系统的好坏将对锅炉的温度产生重要影响。因此，本文根据以上论证，对西门子S7-200PLC温度控制系统的设计进行了分析和研究。
关键词：西门子；S7-200PLC；温度控制；系统设计
引言
西门子S7-200PLC温度控制系统中的温湿度测量与控制在人类日常生活、工业生产、气象预报、物料储存等方面起着极其重要的作用，同时PLC的英文名称是Programmable Logic Controller，即PLC。可编程控制器是一种基于微处理器的通用工业控制装置。
1 基于西门子S7-200PLC温度控制系统设计意义
温度是工业生产中常用的工艺参数之一。任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。在科学研究和生产实践的许多领域，温度控制起着极其重要的作用，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等行业。对于不同生产条件和工艺要求下的温度控制，加热方式、燃料和控制方案也不同。例如，广泛应用于冶金、机械、食品、化工等各种工业生产中的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，燃料包括煤气、天然气、石油、电力等。
温度控制系统的过程复杂、不确定，对控制技术和控制理论提出了更高的要求。PLC是一种工业控制计算机。它是继计算机技术、自动控制技术和通信技术之后的一种新型自动装置。它具有抗干扰能力强、价格低廉、可靠性强、编程简单、易学易用等特点，深受工业领域工程操作人员的喜爱，因此在工业控制的各个领域得到了广泛的应用。
2 基于西门子S7-200PLC温度传感器控制
热电偶是一种直接测量温度并将温度信号转换成热电动势信号的温度传感元件。普通热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶。标准热电偶是指在国家标准、允许误差和统一的标准分度表中规定了热电势与温度关系的热电偶。可选用配套的显示仪表。非标准热电偶在使用范围或数量级上不如标准热电偶。一般没有统一的索引表，主要用于一些特殊场合。1988年1月1日起，我国所有热电偶和热阻均按国际电工委员会（IEC）标准生产，7种标准化热电偶（s、B、e、K、R、J、t）被指定为我国统一设计的热电偶。本文采用K型热敏电阻。
2.1 模拟量输入模块
EM235模块是组合强功率精密线性电流互感器、意法半导体(ST)单片集成.变送器ASIC芯片于一体的新一代交流电流隔离变送器模块，它可以直接将被测主回路交流电流转换成按线性比例输出电流DC0~20mA或电压0~10V标准信号，连续输送到S7200PLC，在通过PLC将数据传送到计算机或显示仪表。
2.2 温度控制系统PID应用
在实际锅炉的温度检测与控制系统中，较为经典的应用就是温度的PID控制器。PID 控制是目前在工业控制中仍应用较为广泛的一种控制模式。PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成偏差：e(t)=r(t)-c(t)。将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合构成控制量，对受控对象进行控制。其控制规律为：
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传递函数为：
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，式中，Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数；Ki=Kp/Ti，为积分系数；Kd=Kp*Td，为微分系数。
在实际应用中比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e（t），偏差一旦产生，控制器立即产生控制以减小误差。当偏差e=0时，控制作用也为0。因此，比例控制即为有差控制调节，控制器的输出与输入误差信号成正比。其特点是反应迅速，控制及时，但不能消除残差
积分调节：能对误差进行记忆，主要用于消除静差，提高系统的无差度，积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越大，积分作用越弱，反之则越强。在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。积分控制可以消除余差，但具有滞后特点，不能快速对误差进行有效的控制。
微分环节：能反映偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。在微分控制(D)中，控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。微分控制具有超前作用，它能猜测误差变化的趋势。避免较大的误差出现，微分控制不能消除余差。
从时间的角度讲，比例作用是针对系统当前误差进行控制，积分作用则针对系统误差的历史，而微分作用则反映了系统误差的变化趋势，这三者的组合是“过去、现在、未来”的完美结合
2.3 温度监控系统
在采用了下位机是plc为控制器的温度控制系统中，为了使的整个系统有个更加直观的画面，考虑了图片、数据和动画，本文使用了组态王来做为系统画面的开发软件。
组态王是一个具有多种功能的组态软件，其能将plc才寄回来的数据进行定制化的可视化的展示。例如配合锅炉的模拟动画来显示当前的温度；也可以使用趋势图来显示过去一段时间在温度控制系统下温度的变化情况；还能有报表的形式让技术人员可以记录和分析在系统控制下温度的稳定性，以更好的调节pid来使锅炉的输出更加稳定。
组态画面也能使参数更直观的显示在屏幕上，使的技术人员不需要调节参数的时候需要再次连接plc。
又由于锅炉控制有着极大的滞后性，往往pid的调节并不能及时的反应在锅炉输出的温度上，所以报表和趋势就可以让技术人员更好的做出判断及调整。
所以组态王在温度控制系统中起到了很重要的作用，其简单易用性能强大的特点，得到了广泛的应用，是S7-200PLC温度控制系统设计中不可缺少的重要一环。
3 设计结果分析
在西门子S7200系列PLC和组态软件组态王的基础上，我们成功设计出了温度控制系统，该系统达到了快、准、稳的效果，也达到了预期的目标。再加上由组态王设计的人机界面，整个系统操作简单，控制方便,大大提高了系统的自动化程度和实用性。温度控制系统也有一些不足之处有待改进。在编程过程中，采用了编程软件中的PID指令引导模块，方便快捷，但使控制系统的超调量和调整时间稍大。如果不直接调用模块，而是自己编写PID控制子程序，控制效果可能会更好。今后，随着对PLC硬件系统和通信方式的深入了解，还可以丰富远程控制指令，以应对操作过程中的各种突发事件，并增加其它PLC。通过构建复杂的多级网络来适应大规模的工业控制，使系统在运行中更加稳定可靠，性能更加完善。
4 结语
综上所述，计算机科技的不断发展，PLC所具有的逻辑运算和数据处理功能都有了显著的提高，可以将复杂的控制系统嵌在PLC中，目前的PLC已逐渐成为人们设计自动化方案的首要选择。本文采用西门子S7200控制器，进行锅炉温度控制系统的設计，希望本文内容可为相关行业提供参考价值。
参考文献：
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论文作者:周明峰
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/5/7