为了深入了解西门子公司生产的S7-200小型PLC在水厂等工业单位锅炉系统方面的应用，借助了CS4000过程控制系统实验装置进行各项实验，最终设计一个能够较好控制液位的结合人机交互于一体的PID控制系统。论文网

1。2  国内外相关技术的发展趋势

1。2。1  PLC的发展与应用

1。2。2  PID控制技术的发展与应用

1。3  课题主要研究内容

本课题的主要研究内容是基于S7-200PLC的小型锅炉控制系统设计，并在CS4000实验平台上进行实现。主要工作包括以下几个方面。

基于S7-200进行功能模块扩展，添加EM235模块对液位传感器的模拟信号进行采集并进行归一化处理存入PLC的数据块中，进行运算操作后再进行逆转换输出，实现对液位高度过程量的读取与进水量控制电磁阀的开度调节。

在上位机中应用STEP7 Micro/Win软件对PLC进行编程，以实现实验所需的功能，并通过设计MCGS界面，实现人机交互。

PID实验中进行PID参数整定，运用试凑法整定出最适合当前系统的PID数值，并记录相应的曲线变化，进行分析。

1。4  本章小结

本章主要介绍了课题背景及意义，讲述了国内外相关技术的发展及应用，并对课题研究的工作有一定的了解，以方便后面章节开展针对课题的相关研究。

2  S7-200小型PLC

2。1  S7-200的简要介绍

S7-200是由德国西门子公司开发的一类小型可编程逻辑控制器（Micro PLC），它设计紧凑、价格低廉、操作简便，因此多年来一直广泛地运用于各行各业中，以完成小规模的工业自动控制。由于通信联络的不断发展，S7-200在集散控制系统中发挥的作用越发显著，控制分散，显示集中，这使得S7-200的控制规模逐步加大，以至运用到各大生产厂房、电力设备、民用设施以及环境设施中去。

S7-200 PLC控制系统包括了电气控制线路（硬件部分）及程序（软件部分）两部分。电气控制线路指的是以PLC为核心的系统电气原理图，而程序则是与原理图中PLC的I/O点相对应的梯形图或指令表[11]。

2。2  S7-200的硬件结构

S7-200主要由一块主控CPU以及其他功能的可选扩展模块组成，并通过PC/PPI电缆与上位计算机保持通讯。

2。2。1  S7-200的CPU

S7-200的CPU模块包括了一个中央处理单元（CPU）、电源以及数字量I/O点，这些设备与单元相互组合在一起，能够独立而集中地处理S7-200中的数据单元。

CPU负责程序的执行以及数据的存储，以便应对工业控制中的各种要求；输入和输出点则是为了从系统现场传感器或变送器中采集信号，并将输出信号传递给调节阀、电磁阀等其他输出设备，S7-200亦可通过添加功能模块来增加CPU的I/O点数；电源则是负责向CPU以及其他所有的模块提供电力供应。

S7-200的CPU主要为22X型号，本次研究采用的是CPU222，其性能指标见附录A。

2。2。2  模拟量输入输出模块EM235

本次研究目的在于采集液位传感器模拟信号并经由PLC的运算后进行模拟信号的输出，所以采用了扩展模块中的模拟量输入输出模块EM235。

模拟量模块与CPU222通过总线电缆连接，CPU上的输出通道与水箱液位传感器相应的通道相连，输入通道与计算机相应的变量地址相连。计算机的指令通过变量地址由电缆传送给PLC的CPU，经CPU处理过后送给输出端口，进而达到控制水箱的目的[12]。

EM235与基本单元有着相同的设计特点，颜色尺寸也相对匹配，固定方式与CPU相同。EM235有4路模拟量输入和1路模拟量输出，而实验装置最多同时用到了两个水箱，所以仅需要使用其中的2路模拟量输入通道进行信号采集，1路输出通道将信号传递给电动调节阀。EM235的输入输出信号可以为不同程度的电压或电流，可以采用1~5V电压输入与4~20mA电流输出，信号的归一化处理会在后面的章节中提到。EM235的性能指标见附录B。