水箱加熱系統(tǒng)的PLC位式溫度控制課程設(shè)計(jì)

1、云南開(kāi)放大學(xué)學(xué)生課程設(shè)計(jì)水箱加熱系統(tǒng)pic位式溫度控制課程設(shè)計(jì)學(xué)院：機(jī)械學(xué)院專業(yè):機(jī)械電子工程班級(jí)：機(jī)電14-01學(xué)生姓名： 和鵬輝指導(dǎo)老師：李金航二O六年七月一、 刖言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的外部接線原理圖 63. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)73.1 .模擬量與數(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9

2、3.5 .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)廣泛應(yīng)用在所有的工業(yè)領(lǐng)域?，F(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。可編程控制器就是順應(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

3、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)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采 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，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂?器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(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)”。可編程序控制器（PLC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（又稱單元式或 箱

4、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)，稱為疊裝式 PLC2.2 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F

5、X 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)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)地銷量最多的小型 PLC FX2n系列PLC是該系列中功能最強(qiáng)、 速度最快的微型 PLC 有RAM,EPRO和EEPR0MX2N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.

6、2.3特殊功能模塊在工業(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420MA轉(zhuǎn)換速度為15MS通道或 6MS通道（高速）。2.4調(diào)功器調(diào)功器是應(yīng)用晶閘管（又稱可控硅）及其觸發(fā)控制電路

7、用 于調(diào)整負(fù)載功率的盤裝功率調(diào)整單元。在電子設(shè)備中起重要作用的晶閘管（也稱可控硅，英文縮 寫SCR被廣泛用于各類生產(chǎn)部門，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)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

8、0-10V還是4-20MA 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與熱電偶或熱電阻配合，將溫度或溫差信 號(hào)轉(zhuǎn)換成420毫安的統(tǒng)一的直流電信號(hào)，并將這些信號(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度與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

9、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 0100C。 溫度變送器變換為420mA專送給PLC的模擬量輸入通道。根據(jù)給 定值加上dF與測(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

10、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2.2.1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，刮號(hào)中的部分即用FX系列的PLC和模擬量FX-4AD莫塊實(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)字量與設(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。222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

11、）X0（內(nèi)部地址）2.2.3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6連接導(dǎo)線紅、黑兩種顏色若干224 PLC的外部接線原理圖Q1V FudL N - +24 -24X1+24-24FX2n- 48RFX2n- 4ADY0Y1Y2V+VOM0A1水箱溫度信號(hào)1-24V-溫度變

12、送器FU0Q-u A水箱NL220V MAX:100C圖2-4 PLC的外部接線原理圖第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1模擬量與數(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)物理量與 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)梯形圖K01!175KD伽(IEllMKMl(10011021101I3.4系統(tǒng)指令表0 LDM8OO21FBOMKGK30B4KI10少K

13、2010J415TOPKOK0H3300KI24TOPKOKIK4K2闊FBOMOK29K4M10KI42LPIMIO49ANIM2044FMMKOK5BOK2胡LPXOOO54ZCPKI 00KI 50DOM0MPS84LMO65OSY001骷ANBE7ANIYOOS68OUTYOSO69MBD70ANDMl?1OUT00172MPP7ANDM274OUTYOOS75END3.5系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控圖MHIUZII20101D-K2010 M睫-.0I刪THENKQD4KL:rn_iprnH0*KIJITn?KOK4K2:JVDfldK0IC2S伽0KIFEONK00 0K2:20IDWtN W朋帕

14、 DV HDOOl D303IBM旳HD84QP304I刪1詳鶴SUBD3O4M 帥帕磋m116D1AIDN040$085358Ql4lNiJUUE102010K201O H428288D3D0 和勺B3DQ獅IU5I獅D$5S監(jiān)控圖1-TKWKOKSOIQ 何KLnnKOHIliDKl_TrhpKGKIK4K2_JTETIUK0I罰K4N10KL-TFEJHK0K&SIS DOKEHOOII3UBH0 501H30SiHS08315DBOO1D80S珈 |廻S35DB52樹(shù)DB55HErrrri-監(jiān)控圖2-I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

15、 PLC編程和調(diào)試技術(shù)，讓我將平常學(xué)的 PLC編程及應(yīng) 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應(yīng)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

16、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，詢問(wèn)老師按時(shí)完成了我們的課題。兩周的PLCS程及應(yīng)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應(yīng)用。在這里，本 次

17、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)11【21 【3】 41【5】【6】【7】可編程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用 出版社可編程序控制器及其應(yīng)用 畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo) 新舊圖形符號(hào)對(duì)照讀本 電力拖動(dòng)與控制 工廠常用電氣設(shè)備手冊(cè)（上、 電氣控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書廖常初重慶大學(xué)重慶大學(xué)出版社 機(jī)械工業(yè)出版社 兵器工業(yè)出版社 謝桂林 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社 中、下）水利電力出版社劉星平湖南工程學(xué)院萬(wàn)太福劉祖潤(rùn)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