基于西门子S7-200PLC温度控制系统设计

摘  要：为了更好地让锅炉在实际用途中发挥功能，该文采用西门子S7-200控制器，对锅炉的温度控制进行了系统设计。西门子S7-200系列的PLC是一种小型的控制器，可以通过编程控制，把集成电源、输入及输出电路和微处理器集成在一个较小的环境中，更适合用于工业环境。该文主要以某地水浴锅炉的控制系统设计为例，采用西门子S7-200控制器，进行锅炉温度控制系统的设计。

关键词：西门子S7-200PLC  温度控制  系统设计

中图分类号：TG581                                 文献标识码：A                          文章编号：1672-3791（2019）03（b）-0073-02

锅炉在物料运输、动能传输等物质的运输上具有非常广泛的应用，但是由于运输时的条件不同，使得锅炉常处于高温或者低温的状态下，尤其在低温的环境中，物质的流动性差，在运输中途，会人为地对锅炉进行加热，以保证顺利运输。但是锅炉容易出现温度延时和滞后的情况，降低锅炉使用的安全性，甚至会发生事故。那么由于这种原因，在加温时锅炉所使用的控制系统的好坏，就会对锅炉温度产生重要影响。随着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。该文主要以某地水浴锅炉的控制系统设计为例，采用西门子S7-200控制器，进行锅炉温度控制系统的設计。

1  锅炉设计的要求

锅炉内的温度根据使用条件和环境的不同，其温度范围一般在-25℃～85℃。锅炉的控制器一般都是直接放在室外，就算是雪雨、刮风、扬沙也可以正常使用。为了保证锅炉的控制系统有足够的可靠性，对各个方面都进行了具体的要求。

1.1 操作控制要求

操作系统相当于人的中枢神经系统，它可以调控锅炉加热系统的自动运行。控制系统一般都有两种工作程序：正常工作时采用全自动程序;当运行系统出现故障时，可以通过按钮切换到人工程序，方便人工维修、调试。控制系统可以根据炉内水浴温度的自动控制燃烧器工作，从而让被加热介质能够根据设置的温度输出。

1.2 安全系统要求

锅炉设置的安全系统设计可以保证锅炉使用过程中，如果出现意外，能够及时提醒工作人员，进行维修。如水浴锅炉中的液位若低于设定的最低值时，安全系统应能及时切断燃烧器的工作，防止其加热过度产生危险。当锅炉中加热介质的温度过高或者排烟温度超过设置最高值时，也应该停止燃烧器的工作，并应该报警发出响声。另外，也要设置燃气的检漏装置，如若泄露，燃烧器应自动停止工作。此外，需要设置好温度显示功能，从而更好地实现安全系统功能。

1.3 水浴炉的控制方案

水浴锅炉的控制方案主要有连续控制和开关控制两种。开关控制方案主要用于开关相对频繁的控制系统，若是锅炉的控制系统开关并不频繁，若使用开关控制方案，会减少器件的使用寿命，甚至可能发生故障，燃烧整个锅炉室，引发锅炉安全事故。而连续控制系统与阀门可以调整火力大小。该文案例中的水浴锅炉采用开关控制系统进行锅炉的控制。

2  控制器系统结构

该系统通过PC机对S7-200PLC进行程序控制，主要包括西门子S7-200PLC、温控旋钮、PC机、温度传感器、M1和M2控制炉门操作电动机等，具体如图1所示。

2.1 PC计算机

PC计算机是监控级的主要组成部分，监控级的功能主要是监控现场工作的实时情况，对现场的设备能够进行远行控制。由计算机和触摸屏通过MPI和MODBUS通信电缆跟PLC相连接，可以显示和记录锅炉的运行参数，便于工作人员随时进行数据采集工作，也可以查询锅炉的历史记录。另外，当锅炉运行出现故障时，还可以发出警报，提醒工作人员。

2.2 S7-200PLC

S7-200PLC是控制级的主要组成部分，控制级主要由S7-200电器柜、模拟量模块和相关的应用程序组成。主要功能是控制硬件的开关量和采集相应的模拟信号，并可以对采集到模拟信号进行调节。通过一系列的信号转换从而生成控制现场设备的相关指令。

2.3 传感器

传感器是现场执行级的核心，现场执行级主要由温度控制器、变送器、变频器、传感器和不同功能的电机组成。通常情况下现场执行级的各个部分都是安装在锅炉的工作现场。传感器可以监测到锅炉工作的相关信号，还可以将信号传输给下个环节的机器，经过程序的对比分析从而形成相应的控制指令，进行调控工作。

2.4 相关设计参数

控制柜根据锅炉使用的条件，环境温度：0℃～40℃。海拔高度小于2500m。当环境的温度示值为25℃时，整体相对湿度小于等于90%。根据不同S7-200的不同型号的特点，选择CPU226型号的PLC。变速器的要求能够检测出0℃～150℃的温度信号，响应时间在2s以内，温度的分辨率为0.1℃，选择PT100温度变送器，它具有中温稳定性好、耐腐蚀性好等优点。压力变送器选择051C型差压变送器，其量程为0～15MPa。

3  加热炉控制系统软件设计

该系统通过使用西门子自带的STEP7-Micro/WIN编程软件对这些功能进行软件设计。PLC中有3种基本的参数为地址符号、数据长度和起始字节。这3种参数分别代表信号的不同特征。在锅炉的控制系统中，该文将燃烧器保护、真空泵运行、报警并发出响声定义为系统输出信号，将引起燃烧器保护、真空泵运行等的操作作为输入信号。之后通过模拟量转换器进行信号的处理，最后进行燃烧器保护模块设计。

依据锅炉的设计方案，把燃料保护器作为输出地址，把燃烧器的故障、介质出口的温度值异常，以及相关的报警作为输入地址。输出地址和输入地址分别具有不同的代码，可以具体进行编制。主操作界面的设计要清楚简洁，使用要方便，呈现的信息要全面。主要界面包括：燃烧器停止后的恢复、空泵的操作、报警操作和MCGS触屏操作等。可以完成在线帮助，用户对管理权限进行管理、报警记录和历史查询，以及生成相关表格等。此外，为了方便使用，还应该设计参数的设定、保存、修改等功能，以便进行锅炉参数的改变。

4  结语

该文主要以某地水浴锅炉为例，使用西门子S7-200控制器对锅炉的温度进行了设计，通过锅炉的使用要求，设计了控制器的结构，并对相关的器件进行了型号的选择，同时对锅炉的控制软件也进行了相应设计，希望可以对相关从业人员提供一定的参考。

参考文献

[1] 姚家琛，孙健.基于西门子S7-200控制器的温度控制系统设计[J].开封大学学报，2014，28（1）：83-86.

[2] 陈贵州.基于PLC的加热炉控制系统设计[J].现代制造技术与装备，2018，257（4）：32-34.

[3] 王宏涛，李红莉，程真英，等.基于PLC的温室自动监控系统设计[J].实验室研究与探索，2017，36（5）：21-23.①作者简介：李军（1988—），男，汉族，广西南宁人，硕士，讲师，研究方向：控制工程、自动化领域。

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科学技术创新杂志社

2019-07-26