基于西門子S7-200PLC溫度控制系統設計

摘? 要：為了更好地讓鍋爐在實際用途中發揮功能，該文采用西門子S7-200控制器，對鍋爐的溫度控制進行了系統設計。西門子S7-200系列的PLC是一種小型的控制器，可以通過編程控制，把集成電源、輸入及輸出電路和微處理器集成在一個較小的環境中，更適合用于工業環境。該文主要以某地水浴鍋爐的控制系統設計為例，采用西門子S7-200控制器，進行鍋爐溫度控制系統的設計。

關鍵詞：西門子S7-200PLC? 溫度控制? 系統設計

中圖分類號：TG581? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）03（b）-0073-02

鍋爐在物料運輸、動能傳輸等物質的運輸上具有非常廣泛的應用，但是由于運輸時的條件不同，使得鍋爐常處于高溫或者低溫的狀態下，尤其在低溫的環境中，物質的流動性差，在運輸中途，會人為地對鍋爐進行加熱，以保證順利運輸。但是鍋爐容易出現溫度延時和滯后的情況，降低鍋爐使用的安全性，甚至會發生事故。那么由于這種原因，在加溫時鍋爐所使用的控制系統的好壞，就會對鍋爐溫度產生重要影響。隨著計算機科技的不斷發展，PLC所具有的邏輯運算和數據處理功能都有了顯著的提高，可以將復雜的控制系統嵌在PLC中，目前的PLC已逐漸成為人們設計自動化方案的首要選擇。該文主要以某地水浴鍋爐的控制系統設計為例，采用西門子S7-200控制器，進行鍋爐溫度控制系統的設計。

1? 鍋爐設計的要求

鍋爐內的溫度根據使用條件和環境的不同，其溫度范圍一般在-25℃～85℃。鍋爐的控制器一般都是直接放在室外，就算是雪雨、刮風、揚沙也可以正常使用。為了保證鍋爐的控制系統有足夠的可靠性，對各個方面都進行了具體的要求。

1.1 操作控制要求

操作系統相當于人的中樞神經系統，它可以調控鍋爐加熱系統的自動運行。控制系統一般都有兩種工作程序：正常工作時采用全自動程序;當運行系統出現故障時，可以通過按鈕切換到人工程序，方便人工維修、調試。控制系統可以根據爐內水浴溫度的自動控制燃燒器工作，從而讓被加熱介質能夠根據設置的溫度輸出。

1.2 安全系統要求

鍋爐設置的安全系統設計可以保證鍋爐使用過程中，如果出現意外，能夠及時提醒工作人員，進行維修。如水浴鍋爐中的液位若低于設定的最低值時，安全系統應能及時切斷燃燒器的工作，防止其加熱過度產生危險。當鍋爐中加熱介質的溫度過高或者排煙溫度超過設置最高值時，也應該停止燃燒器的工作，并應該報警發出響聲。另外，也要設置燃氣的檢漏裝置，如若泄露，燃燒器應自動停止工作。此外，需要設置好溫度顯示功能，從而更好地實現安全系統功能。

1.3 水浴爐的控制方案

水浴鍋爐的控制方案主要有連續控制和開關控制兩種。開關控制方案主要用于開關相對頻繁的控制系統，若是鍋爐的控制系統開關并不頻繁，若使用開關控制方案，會減少器件的使用壽命，甚至可能發生故障，燃燒整個鍋爐室，引發鍋爐安全事故。而連續控制系統與閥門可以調整火力大小。該文案例中的水浴鍋爐采用開關控制系統進行鍋爐的控制。

2? 控制器系統結構

該系統通過PC機對S7-200PLC進行程序控制，主要包括西門子S7-200PLC、溫控旋鈕、PC機、溫度傳感器、M1和M2控制爐門操作電動機等，具體如圖1所示。

2.1 PC計算機

PC計算機是監控級的主要組成部分，監控級的功能主要是監控現場工作的實時情況，對現場的設備能夠進行遠行控制。由計算機和觸摸屏通過MPI和MODBUS通信電纜跟PLC相連接，可以顯示和記錄鍋爐的運行參數，便于工作人員隨時進行數據采集工作，也可以查詢鍋爐的歷史記錄。另外，當鍋爐運行出現故障時，還可以發出警報，提醒工作人員。

2.2 S7-200PLC

S7-200PLC是控制級的主要組成部分，控制級主要由S7-200電器柜、模擬量模塊和相關的應用程序組成。主要功能是控制硬件的開關量和采集相應的模擬信號，并可以對采集到模擬信號進行調節。通過一系列的信號轉換從而生成控制現場設備的相關指令。

2.3 傳感器

傳感器是現場執行級的核心，現場執行級主要由溫度控制器、變送器、變頻器、傳感器和不同功能的電機組成。通常情況下現場執行級的各個部分都是安裝在鍋爐的工作現場。傳感器可以監測到鍋爐工作的相關信號，還可以將信號傳輸給下個環節的機器，經過程序的對比分析從而形成相應的控制指令，進行調控工作。

2.4 相關設計參數

控制柜根據鍋爐使用的條件，環境溫度：0℃～40℃。海拔高度小于2500m。當環境的溫度示值為25℃時，整體相對濕度小于等于90%。根據不同S7-200的不同型號的特點，選擇CPU226型號的PLC。變速器的要求能夠檢測出0℃～150℃的溫度信號，響應時間在2s以內，溫度的分辨率為0.1℃，選擇PT100溫度變送器，它具有中溫穩定性好、耐腐蝕性好等優點。壓力變送器選擇051C型差壓變送器，其量程為0～15MPa。

3? 加熱爐控制系統軟件設計

該系統通過使用西門子自帶的STEP7-Micro/WIN編程軟件對這些功能進行軟件設計。PLC中有3種基本的參數為地址符號、數據長度和起始字節。這3種參數分別代表信號的不同特征。在鍋爐的控制系統中，該文將燃燒器保護、真空泵運行、報警并發出響聲定義為系統輸出信號，將引起燃燒器保護、真空泵運行等的操作作為輸入信號。之后通過模擬量轉換器進行信號的處理，最后進行燃燒器保護模塊設計。

依據鍋爐的設計方案，把燃料保護器作為輸出地址，把燃燒器的故障、介質出口的溫度值異常，以及相關的報警作為輸入地址。輸出地址和輸入地址分別具有不同的代碼，可以具體進行編制。主操作界面的設計要清楚簡潔，使用要方便，呈現的信息要全面。主要界面包括：燃燒器停止后的恢復、空泵的操作、報警操作和MCGS觸屏操作等。可以完成在線幫助，用戶對管理權限進行管理、報警記錄和歷史查詢，以及生成相關表格等。此外，為了方便使用，還應該設計參數的設定、保存、修改等功能，以便進行鍋爐參數的改變。

4? 結語

該文主要以某地水浴鍋爐為例，使用西門子S7-200控制器對鍋爐的溫度進行了設計，通過鍋爐的使用要求，設計了控制器的結構，并對相關的器件進行了型號的選擇，同時對鍋爐的控制軟件也進行了相應設計，希望可以對相關從業人員提供一定的參考。

參考文獻

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[3] 王宏濤，李紅莉，程真英，等.基于PLC的溫室自動監控系統設計[J].實驗室研究與探索，2017，36（5）：21-23.①作者簡介：李軍（1988—），男，漢族，廣西南寧人，碩士，講師，研究方向：控制工程、自動化領域。