水箱加熱系統(tǒng)PLC位式溫度控制課程

1、目錄一、前言 11. 可編程序控制器的概述 12. FX2N系列PLC簡介2 3特殊功能模塊 24. 調功器 35. 溫度變送器 3二、系統(tǒng)設計 41. 系統(tǒng)設計要求 42. 系統(tǒng)硬件設計 42.1 .水箱溫度自動調節(jié)系統(tǒng)： 42.2 .輸入輸出點數的分配表 52.3 .相關元器件的選型 52.4 . PLC的外部接線原理圖63. 系統(tǒng)軟件設計 73.1 . 模擬量與數字量的對應關系 73.2. 系統(tǒng)流程圖的設計 73.3 . 系統(tǒng)梯形圖 83.4 . 系統(tǒng)指令表 93.5 . 系統(tǒng)實時監(jiān)控圖 10三、總結 12四、參考文獻 13五、附錄 135.1. 課題介紹 135.2. 控制要求 13第

2、一章 前言1.1 可編程序控制器的概述隨著微處理器、計算機和數字通信技術的飛速發(fā)展，計算機控制 已經廣泛應用在所有的工業(yè)領域。現代社會要求制造業(yè)對市場這 一需求迅速做出反應，生產出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本 和高質量的產品?？删幊炭刂破骶褪琼槕@一需要出現的，它是 以微處理器為基礎的通用工業(yè)控制裝置。編程控制器不僅可以按 事先編好的程序進行各種邏輯控制，還具有隨意編程、自動診 斷、通用性好、體積小、可靠性高的特點。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)。國際電工委員會vIEC）于1982年11月和1985年1月對可 編程序控制器作了如下的定義：“可編程序控制器<PLC是

3、一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采 用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控 制、定時、計數和算術運算等操作的命令，并通過數字式模擬式 的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂?器及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯成一個整體，易 于擴充功能的原則而設計”。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。從使用方式 PLC分為：1 ）整體式PLCV又稱單元式 或箱體式）整體式 PLC是將電源、CPU I /0部件都集中裝在一 個機箱內。一般小型 PLC采用這種結構；

4、2）模塊式PLC,將PLC 各部分分成若干個單獨的模塊，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采用模塊式結構3） PLC 將整體式和模塊式結合起來，稱為疊裝式 PLC。2.2FX2N系列PLC簡介本次設計中，我們將采用 FX2n系列PLC,FX系列PLC為單元型，內含CPU電源和固定搭配的輸入/輸出。Q4AR系列為雙機 熱備系列，最大輸入輸出點數為 8192點。A系列PLC的最大輸 入輸出點數為 2048 點。 F 系列程控器的最大輸入輸出點數為 256點。三菱小型FX 2N）系列程控器的輸入輸出點最大不超過 256 點。每臺主機可連模入、模出、高速記數、定

5、位等特殊功能 模塊，不超過 8 個。 FX 系列在日本三菱的姬路制作所生產。三 菱姬路制作所累計已生產超過三百萬臺 FX系列PLC。目前FX系 列PLC為中國內地銷量最多的小型 PLG FX2n系列PLC是該系列 中功能最強、速度最快的微型PLCo有 RAM, EPROM和EEPROMFX2N系列PLC的特點超高速的運算速度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 體小型化 比FX2小50% .兼容FX2的編程設計.備有多種不同的 FX2NT展單元及特殊模塊.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、轉速等）是連續(xù)變

6、化的模擬量，某些執(zhí)行機構要求 PLC 輸出模擬信 號，而PLC的CPU只能處理數字量。模擬量首先被傳感器和變送 器轉換成標準的電流和電壓。其中，D/A轉換器將PLC的數字輸 出量轉換成模擬電壓或電流，再去控制執(zhí)行機構。模擬量I/O模塊的主要任務就是完成 A/D轉換和D/A轉換。根據設計要求，本 次設計選用模擬量輸入模塊 FX2N-4AD該模塊用4個12位模擬 量輸入通道，輸入量程為 DC-10V+10V和420MA轉換速度為 15MS通道或6MS通道 高速）。2.4 調功器調功器是應用晶閘管 又稱可控硅）及其觸發(fā)控制電路用于調整 負載功率的盤裝功率調整單元。在電子設備中起重要作用的晶閘管也稱可

7、控硅，英文縮寫SCR被廣泛用于各類生產部門，正在成為自動化、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。但在國內對其有不同的叫法，如晶閘管調整器、可控硅調 整器、晶閘管控制器、可控硅控制器、晶閘管調壓器、可控硅 調壓器、晶閘管調功器、可控硅調功器、調壓器、調功器、晶 閘管交流電力控制器、可控硅交流電力控制器、電力調整器、電力控制器、電壓調整器、電壓控制器等。2.5溫度變送器溫度變送器，專應于熱電阻或熱點偶，講溫度轉換成4-20MA的電流信號。至于要不要加模塊，要看接受的控制器對于輸入信號是0-10V還是4-20MA 般現在的控制器，都直接配有相應的溫度變送器 模擬量

8、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 轉換成4 20毫安的統(tǒng)一的直流電信號，并將這些信號輸送給調 節(jié)器或顯示儀表。PT10 0的熱電阻輸出的是電阻信號，變送器輸 出的是毫安信號，溫度變送器 0-100度與0-150度最大值時輸出電流均為 20MA所以當溫度同為100度時，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 改變接收裝置參數的情況下它們不可以互換。第二章系統(tǒng)設計2.1系統(tǒng)設計要求本系統(tǒng)的被控對象是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功器

9、的輸出，由調功器控制電加熱管的通斷，被控對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測定，輸入到溫度變送器上，量程為0100C。溫度變送器變換為420mA傳送給PLC的模擬量輸入通 道。根據給定值加上dF與測量的溫度值相比較的結果，PLC模擬 量輸出通道向晶閘管調功器發(fā)出控制信號，從而達到控制水箱溫 度的目的2.2系統(tǒng)硬件設計根據對系統(tǒng)設計內容的分析，確定控制系統(tǒng)所需要的輸入輸出點數為1/3點。選用FX系列PLC,輸入輸出點數的分配如表2-1所示，因為系統(tǒng)必須對溫度信號進行采集和控制，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。；*2

10、.2. /水箱溫度自動調節(jié)系統(tǒng):溫度設定值廠_PID調節(jié)器A/DD/A溫度變送器調功器單相電熱管C<t部分即用FX系列的PLC和模該閉環(huán)系統(tǒng)的組成中，刮號中的擬量FX-4AD模塊實現；用熱電偶檢測水箱溫度，溫度變送器將 溫度轉換為標準量程的電流送給模擬量輸入模塊，經過PLC的內部處理將模擬量轉化成可識別的數字量與設定值比較處理，在將 控制信號作用于控制調功器上，以此來控制水箱中電熱管的開關情況，實現對水箱溫度的閉環(huán)控制。輸入輸出點數的分配表表2-1輸入和輸出點分配表功能鍵設定輔助繼電器輸出繼電器開始加熱控制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(內部

11、地址相關元器件的選型表2-2 元器件明細表序 號元器件技術要求選型數量1可編程控制器輸入點數24輸出點數8三菱 FX2N-48MR1臺2模擬量輸入模塊標準電流420mA三菱 FX2N-4AD1套3單相加熱管輸出功率1KW符合技術要求即可1支4溫度變送器量程0100, 標準電流420mA符合技術要求即可1套5編程軟件包具有編輯、診斷、通訊功能FXGP_WIN-C1套6連接導線紅、黑兩種顏色若干的外部接線原理圖Q1圖2-4PLC的外部接線原 人*糸統(tǒng)軟件設計'3.模擬量與數字量的對應關系FU_ _轉化時應綜合考慮變送器的輸出、出入量程和模擬量輸入 1量程，找出被測物理量與a+2轉2換后的數

12、據之間的關系第二章根據系統(tǒng)要求，所要測量的溫度量據量FX2no48F由此可彳F據公式4AD度=(100*D0/2(中.1.2|系統(tǒng)測量溫為-PpLcw換出5V 奮流程圖的設計理圖程為N00>C=的數0Q-u A0M3.3系統(tǒng)梯形圖10 = mio m 0 LDMS0Q2(TOP KDtO刪iH759UU£102410KO42e：9i1)20 irKiOlt M1M2N102D1Qmo皿N£0K30-FPCWKOB4K3O2010V4Kl:fTnpKOrnHSUOi/irT®nMKOKSOKLTfh&KOH?aooKl-popKOKlK4KE(DK1K

13、1K2K1<D皿血燈:陽：Dt313DO舄訓DOS13 珈DIlli JrHOCOl 顋nuFH0100獗inur鄭l 冊S5D瓏戲DS04lK?DH60:I(NOSli 257K(l調試運行階段。在這個階段中，對系統(tǒng)的需求分析和如何采用模'-忙塊化設計思想是設計方案主要解決的問題。在這一周遇到最大的 問題就是如何實現閉環(huán)方法來實現溫度控制，在沒有任何有價值 的參考資料的情況下，通過不斷地設計嘗試和反復地設計調試初 步解決了問題。但是也存在了設計上的不足之處。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了很大的困難。但是我

14、們還是通過 查閱資料，詢問老師按時完成了我們的課題。兩周的PLC編程及應用的課程設計，發(fā)現自己在這方面的學習還需要不斷的加深。通過這段時間的學習認識，對溫控閉環(huán)的 系統(tǒng)有了一個整體的認識，熟悉各種器件和軟件應用。在這里，本次設計中感謝兩位指導老師對我的幫助。4、參考文獻【1】可編程序控制器的編程方法與項目應用廖常初 重慶大學出版社【 2】可編程序控制器及其應用 【3】畢業(yè)設計指導 【4】新舊圖形符號對照讀本 【5】電力拖動與控制 【6】工廠常用電氣設備手冊 【7】電氣控制技術實驗指導書 5、附錄萬太福 重慶大學出版社 劉祖潤 機械工業(yè)出版社 兵器工業(yè)出版社 謝桂林 中國礦業(yè)大學出版社 、中、下） 水利電力出版社 劉星平 湖南項目學院5.1. 課題介紹本系統(tǒng)的被控對象是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功器的輸出，由調功器控制電加熱管 的通斷，被控對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 測定，輸入到溫度變送器上，量程為 0100C。溫度變送器變換為420mA傳送給PLC的模擬量輸入通 道。根據給定值加上dF與測量的溫度值相比較的結果，PLC模擬量輸出通道向晶