硬件選型

本設計主要選擇控制器、加熱裝置、溫度檢測裝置、上位機選型等。控制器選擇西門子S7-200系列PLC，型號為224；加熱裝置為電加熱棒，可控硅調節其端電壓，調壓范圍為0—220V；溫度檢測裝置選擇鉑熱電阻PT100，其溫度測量范圍為0—100℃。

硬件連接及I/O分配

鍋爐溫度控制系統主要有溫度傳感器、變送器、控制器PLC、帶MCGS的PC機作為上位機、執行機構可控硅調壓電路等構成，其結構如圖2。

計算機上裝有MCGS可作為上位機，同時計算機通過PC/PPI電纜通過RS485通信與PLC進行通訊，西門子S7-200 PLC與模擬量模塊EM235安裝在同一導軌上，PLC的CPU模塊224有24個I/O接口，其中有14個輸入端、10個輸出端，輸入端口外接開始按鈕、停止按鈕、急停按鈕，輸出端口外接工作指示燈、報警指示燈、正在加熱指示燈，模擬量模塊EM235有4路模擬量輸入端口、1路模擬量輸出端口，其中模擬量輸入端口根據外接電路的接法不同可以分為1—5V電壓型和4—20mA電流型，模擬量輸出端可選擇V或者I來確定需要電流輸出還是電壓輸出。

本設計選擇3路數字量輸入、2路數字量輸出、1路模擬量標準電流輸入、1路數字量標準電流輸出，其具體分配情況見表4。

硬件連線主要有溫度變送器的接線與PLC的接線、可控硅與PLC的接線。溫度變送器PT100與PLC的接線如圖3。

可控硅與電加熱棒構成一個電壓可調的模塊，通過調節給到電熱棒兩端的電壓大小來改變電加熱棒對鍋爐內液體供熱的大小，從而達到加熱的目的，單相SCR可調壓裝置與PLC的接線如圖4。

輸入、輸出信號轉換

由于采集的數據都為工程中的實際數據，單位、幅值和范圍也不同，必須將其轉換成標準形式才能被控制器PLC接受執行。轉換的第一步是將給定值或A/D轉換后得到整數值由16位轉換成浮點數，轉換后的下一步是將實數進一步轉換成標準化實數，鍋爐溫度測量范圍是0～100℃，模擬量的標準電信號是4-20mA，A/D轉換后數值為6400-32000，

設T為轉換后的溫度值，則其轉換公式如下：

系統框圖

設計鍋爐溫度的閉環控制回路，其具體框圖如圖5。

控制對象模型

本設計的鍋爐水溫控制系統科理解為一介滯后系統，其傳遞函數為：