水箱加熱系統(tǒng)的PLC溫度控制課程設(shè)計(jì)

1、一、冃U言11. 可編程序控制器的概述12. FX2N系列PLC簡(jiǎn)介23. 特殊功能模塊 24. 調(diào)功器35. 溫度變送器3二、系統(tǒng)設(shè)計(jì) 41 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 42.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 42.1. 水箱溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)：42.2. 輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配表52.3. 相關(guān)元器件的選型 52.4. PLC的外部接線(xiàn)原理圖 63系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)73.1. 模擬量和數(shù)字量的對(duì)應(yīng)關(guān)系73.2. 系統(tǒng)流程圖的設(shè)計(jì) 73.3. 系統(tǒng)梯形圖83.4. 系統(tǒng)指令表93.5. 系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控圖 10三、總結(jié)12四、參考文獻(xiàn) 13五、附錄135.1. 課題介紹135.2. 控制要求 13第一章前言1.1可編程序控制器的概述隨著微處

2、理器、計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)廣泛使用在所有的工業(yè)領(lǐng)域。現(xiàn)代社會(huì)要求制造業(yè)對(duì)市 場(chǎng)這一需求迅速做出反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品?？删幊炭刂破骶褪琼槕?yīng)這一需要出現(xiàn)的， 它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。編程控制器不僅可以按事先編好的程序進(jìn)行各種邏輯控制，還具有隨意編程、自動(dòng) 診斷、通用性好、體積小、可靠性高的特點(diǎn)。因此，可編程控制器正逐步取代著繼電器-接觸器控制系統(tǒng)。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）于1982年11月和1985年1月對(duì)可編程序控制器作了如下的定義：“可編程序控制器（PLC）是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下使用而設(shè)計(jì)。它

3、采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序 控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的命令，并通過(guò)數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩?制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于和工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)”?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC）主要由CPU模塊、輸出模塊和編程器組成。PLC的特殊功能模塊能完成某些特殊的任務(wù)。從使用方式PLC分為：1）整體式PLC （又稱(chēng)單元式或箱體式）整體式PLC是將電源、CPU、I/0部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。一般小型PLC采用這種結(jié)構(gòu)；2）模塊式PLC，將PLC各部分分成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，模塊式 PLC由框架和各種模塊組

4、成。模塊插在插座上。一般大、中型PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)3） PLC將整體式和模塊式結(jié)合起來(lái)，稱(chēng)為疊裝式PLC。2.2 FX2N系列PLC簡(jiǎn)介本次設(shè)計(jì)中，我們將采用 FX2n系列PLC,FX系列PLC為單元型，內(nèi)含 CPU、電源和固定搭配的輸入/輸出。Q4AR系列為 雙機(jī)熱備系列，最大輸入輸出點(diǎn)數(shù)為 8192點(diǎn)。A系列PLC的最大輸入輸出點(diǎn)數(shù)為 2048點(diǎn)。F系列程控器的最大輸入輸出點(diǎn)數(shù) 為256點(diǎn)。三菱小型 FX 2 （ N ）系列程控器的輸入輸出點(diǎn)最大不超過(guò)256點(diǎn)。每臺(tái)主機(jī)可連模入、模出、高速記數(shù)、定位等特殊功能模塊，不超過(guò) 8個(gè)。FX系列在日本三菱的姬路制作所生產(chǎn)。三菱姬路制作所累計(jì)已生產(chǎn)

5、超過(guò)三百萬(wàn)臺(tái)FX系列PLC。目前FX系列PLC為中國(guó)內(nèi)地銷(xiāo)量最多的小型PLCoFX2n系列PLC是該系列中功能最強(qiáng)、速度最快的微型 PLC。有RAM, EPROM和EEPROM FX2N系列PLC的特點(diǎn)超高速的運(yùn)算速度0.08微秒比FX2的0.48微秒快六倍容量極大8K步（最大16K步）比FX2大四倍.機(jī)體小型化 比FX2小50% .兼容FX2的編程設(shè)計(jì).備有多種不同的FX2N擴(kuò)展單元及特殊模塊.殊功能模塊在工業(yè)控制中，某些輸入量（例如壓力、溫度、流量、轉(zhuǎn)速等）是連續(xù)變化的模擬量，某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求PLC輸出模擬信號(hào)，而PLC的CPU只能處理數(shù)字量。模擬量首先被傳感器和變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流和電

6、壓。其中，D/A轉(zhuǎn)換器將PLC的數(shù)字輸出量轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流，再去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。模擬量I/O模塊的主要任務(wù)就是完成 A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)選用模擬量輸入模塊FX2N-4AD，該模塊用4個(gè)12位模擬量輸入通道，輸入量程為DC-10V?+10V和4 20MA，轉(zhuǎn)換速度為15MS/通道或6MS/通道（高速）。2.4調(diào)功器調(diào)功器是使用晶閘管（又稱(chēng)可控硅）及其觸發(fā)控制電路用于調(diào)整負(fù)載功率的盤(pán)裝功率調(diào)整單元。在電子設(shè)備中起重要作用的晶閘管（也稱(chēng)可控硅，英文縮寫(xiě)SCR）被廣泛用于各類(lèi)生產(chǎn)部門(mén)，正在成為自動(dòng)化、高效化不可缺少的裝置。在最新的溫度控制中晶閘管的利用明顯的普及起來(lái)。但在國(guó)

7、內(nèi)對(duì)其有不同的叫法，如晶閘管調(diào)整器、可控硅調(diào)整器、晶閘管控制器、可控硅控制器、晶閘管調(diào)壓器、可控硅調(diào)壓器、晶閘管調(diào)功器、可控硅調(diào)功器、調(diào)壓器、調(diào)功器、晶閘管交流電 力控制器、可控硅交流電力控制器、電力調(diào)整器、電力控制器、電壓調(diào)整器、電壓控制器等。2.5溫度變送器溫度變送器，專(zhuān)應(yīng)于熱電阻或熱點(diǎn)偶，講溫度轉(zhuǎn)換成4-20MA的電流信號(hào)。至于要不要加模塊，要看接受的控制器對(duì)于輸入信號(hào)是0-10V還是4-20MA。一般現(xiàn)在的控制器，都直接配有相應(yīng)的溫度變送器模擬量輸入模塊，如溫控器，PLC的熱電阻模擬量模塊等溫度變送器的作用是和熱電偶或熱電阻配合，將溫度或溫差信號(hào)轉(zhuǎn)換成4 20毫安的統(tǒng)一的直流電信號(hào)，并

8、將這些信號(hào)輸送給調(diào)節(jié)器或顯示儀表。PT100的熱電阻輸出的是電阻信號(hào)，變送器輸出的是毫安信號(hào),溫度變送器0-100度和0-150度最大值時(shí)輸出電流均為20MA，所以當(dāng)溫度同為100度時(shí)，0-100度的變送器輸出電流為 20MA，而0-150度的變送器輸出電流為 14-15MA左右。所以在不改變接收裝置參數(shù)的情況下它們不可以互換。第二章系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求本系統(tǒng)的被控對(duì)象是 1KW電加熱管，被控制量是水箱的水溫T，PLC的模擬量輸出控制調(diào)功器的輸出，由調(diào)功器控制電加熱管的通斷，被控對(duì)象為水箱中的單相電熱管，被控制量為水箱水溫。它由鉑電阻PT100測(cè)定，輸入到溫度變送器上，量程為0100 C

9、。溫度變送器變換為420mA傳送給PLC的模擬量輸入通道。根據(jù)給定值加上dF和測(cè)量的溫度值相比較的結(jié)果，PLC模擬量輸出通道向晶閘管調(diào)功器發(fā)出控制信號(hào)，從而達(dá)到控制水箱溫度的目的2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)根據(jù)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容的分析，確定控制系統(tǒng)所需要的輸入輸出點(diǎn)數(shù)為1/3點(diǎn)。選用FX系列PLC,輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配如表2-1所示，由于系統(tǒng)必須對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行采集和控制，還必須使用到模擬量輸入/輸出模塊FX-4AD模塊、晶閘管跳功模塊、溫度變送器。水箱溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)：該閉環(huán)系統(tǒng)的組成中，舌U號(hào)中的部分即用 FX系列的PLC和模擬量FX-4AD模塊實(shí)現(xiàn)；用熱電偶檢測(cè)水箱溫度，溫度變送器將溫度轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)量程的電

10、流送給模擬量輸入模塊，經(jīng)過(guò)PLC的內(nèi)部處理將模擬量轉(zhuǎn)化成可識(shí)別的數(shù)字量和設(shè)定值比較處理，在將控制信號(hào)作用于控制調(diào)功器上，以此來(lái)控制水箱中電熱管的開(kāi)關(guān)情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱溫度的閉環(huán)控制。輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配表表2-1輸入和輸出點(diǎn)分配表功能鍵設(shè)定輔助繼電器輸出繼電器 開(kāi)始加熱控制M0Y0持續(xù)加熱控制M1Y1停止加熱控制M2Y2總?？刂芐B1（外部元件）X0（內(nèi)部地址）223相關(guān)元器件的選型表2-2元器件明細(xì)表 序號(hào)元器件技術(shù)要求選型數(shù)量1可編程控制器輸入點(diǎn)數(shù)24輸出點(diǎn)數(shù)8三菱 FX2N-48MR1臺(tái)2模擬量輸入模塊標(biāo)準(zhǔn)電流420mA三菱 FX2N-4AD1套3單相加熱管輸出功率1KW符合技術(shù)要求即可1支

11、4溫度變送器量程0100,標(biāo)準(zhǔn)電流420mA符合技術(shù)要求即可1套5編程軟件包具有編輯、診斷、通訊功能FXGP_WIN-C1套連接導(dǎo)線(xiàn)紅、黑兩種顏色若干224 PLC的外部接線(xiàn)原理圖圖2-4 PLC的外部接線(xiàn)原理圖第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1模擬量和數(shù)字量的對(duì)應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)化時(shí)應(yīng)綜合考慮變送器的輸出、出入量程和模擬量輸入模塊的量程，找出被測(cè)物理量和A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。根據(jù)系統(tǒng)要求，所要測(cè)量的溫度量程為0-100C,所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)量為0-2000,由此可根據(jù)公式：測(cè)量溫度=(100*D0/2000)C=0.05D0C其中，D0為PLC轉(zhuǎn)換出來(lái)的數(shù)字量3.2系統(tǒng)流程圖的設(shè)計(jì)3.3系統(tǒng)梯網(wǎng)站首頁(yè)技術(shù)中心

12、專(zhuān)業(yè)軟件校園招聘就業(yè)指導(dǎo)考研交流學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)技術(shù)論壇單片機(jī)| PLC |電力電子|控制理論|工廠供電|嵌入式| DSP |工控技術(shù)|模電數(shù)電|電路基礎(chǔ)| MSP430 |電路圖| RIFI |組態(tài)軟件|工業(yè)總線(xiàn)|變 頻器| fpga -當(dāng)前位置：高校自動(dòng)化網(wǎng) >> PLC >>瀏覽文章水箱加熱系統(tǒng)的 PLC溫度控制課程設(shè)計(jì)文章來(lái)源：網(wǎng)絡(luò) 作者：佚名該文章講述了水箱加熱系統(tǒng)的PLC溫度控制課程設(shè)計(jì)的原理和使用形圖3.4系統(tǒng)指令表3.5系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控圖監(jiān)控圖1監(jiān)控圖2監(jiān)控圖3第三章總結(jié)兩周的PLC課程設(shè)計(jì)對(duì)我收益匪淺，讓我系統(tǒng)性地認(rèn)識(shí)和全面地掌握了PLC編程和調(diào)試技術(shù)，讓我將平常

13、學(xué)的 PLC編程及使用方法學(xué)以致用，使我的PLC編程能力有了很大提高和進(jìn)步，讓我對(duì)PLC使用有了深入細(xì)致的了解。第一周，我們尋找有關(guān)的資料和課題小組成員間一起交流看法和討論設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行設(shè)計(jì)的總體規(guī)劃，理清課程設(shè)計(jì)思路。但是將這些具體的方案落實(shí)到每一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和步驟中，難免會(huì)出現(xiàn)意想不到錯(cuò)誤，這就需要我們?cè)谶M(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中利用所掌握的知識(shí)認(rèn)真排查錯(cuò)誤原因，多方面的思考問(wèn)題的關(guān)鍵不斷地改正自己的設(shè)計(jì)不足之處和錯(cuò)誤。第二周，對(duì)硬件電路的工作原理和可編程知識(shí)的掌握是進(jìn)行下一步的軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。進(jìn)入了軟件設(shè)計(jì)方案和具體的編程和調(diào)試運(yùn)行階段。在這個(gè)階段中，對(duì)系統(tǒng)的需求分析和如何采用模塊化設(shè)計(jì)思想是設(shè)計(jì)方

14、案主要解決的問(wèn)題。在這一周遇到最大的 問(wèn)題就是如何實(shí)現(xiàn)閉環(huán)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度控制，在沒(méi)有任何有價(jià)值的參考資料的情況下，通過(guò)不斷地設(shè)計(jì)嘗試和反復(fù)地設(shè)計(jì)調(diào)試初步解決了問(wèn)題。但是也存在了設(shè)計(jì)上的不足之處。需要用到模擬量的輸入/輸出模塊，而且所編程序也和課堂上老師所講完全不一樣，給我們的課題制作帶來(lái)了很大的困難。但是我們還是通過(guò)查閱資料，詢(xún)問(wèn)老師按時(shí)完成了我們的課題。兩周的PLC編程及使用的課程設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)自己在這方面的學(xué)習(xí)還需要不斷的加深。通過(guò)這段時(shí)間的學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)，對(duì)溫控閉環(huán)的系統(tǒng)有了一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，熟悉各種器件和軟件使用。在這里，本次設(shè)計(jì)中感謝兩位指導(dǎo)老師對(duì)我的幫助。4、參考文獻(xiàn)【1】可編程序控制器的編程

15、方法和工程使用廖常初 重慶大學(xué)出版社【2】可編程序控制器及其使用萬(wàn)太福重慶大學(xué)出版社【3】畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)劉祖潤(rùn)機(jī)械工業(yè)出版社【4】新舊圖形符號(hào)對(duì)照讀本兵器工業(yè)出版社【5】電力拖動(dòng)和控制謝桂林中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社【6】工廠常用電氣設(shè)備手冊(cè)（上、中、下）水利電力出版社【7】電氣控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)劉星平湖南工程學(xué)院5、附錄5.1. 課題介紹本系統(tǒng)的被控對(duì)象是 1KW電加熱管，被控制量是水箱的水溫T, PLC的模擬量輸出控制調(diào)功器的輸出，由調(diào)功器控制電加熱管的通斷，被控對(duì)象為水箱中的單相電熱管，被控制量為水箱水溫。它由鉑電阻PT100測(cè)定，輸入到溫度變送器上，量程為0100 C。溫度變送器變換為 420mA傳送給P