基于PLC的觸摸屏溫度控制系統(tǒng)(完整資料)

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基于PLC的觸摸屏溫度控制系統(tǒng)(完整資料）(可以直接使用，可編輯優(yōu)秀版資料，歡迎下載）ＰLC技術(shù)應用項目說明書設(shè)計題目學院機械工程學院20１5年1月9日課程設(shè)計任務(wù)書茲發(fā)給２０11級機電X班班學生張XX課程設(shè)計任務(wù)書，內(nèi)容如下：設(shè)計題目：基于PLC的溫度控制系統(tǒng)應完成的項目:（１)選題的背景和意義；(2)明確設(shè)計任務(wù)，擬定總體設(shè)計方案（有機械結(jié)構(gòu)的要進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，三維軟件建模）；（3）硬件設(shè)計,傳感器、PLＣ（和電機）選型,設(shè)計信號采集、轉(zhuǎn)換電路,畫出ＰLC端口分配圖、接線控制端子連接圖；（4）軟件設(shè)計,編寫控制程序流程圖(或重要程序），設(shè)計人機界面；(５）課程設(shè)計說明書1份.參考資料以及說明：(1)金發(fā)慶．傳感器技術(shù)與應用（第二版）［M]。北京：機械工業(yè)出版社,2004（2）鐘肇新?？删幊炭刂破髟砑皯茫跰]。廣州:華南理工大學出版社,２0０３(3）常曉玲．電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器［Ｍ］．北京：機械工業(yè)出版社，20０4（4）蓋超會，陽勝峰.三菱PLＣ與變頻器、觸摸屏綜合培訓教程［Ｍ]。北京:中國電力出版社，201１（5)濮良貴，陳國定，吳立言.機械設(shè)計［M］.北京：高等教育出版社，201３本設(shè)計任務(wù)書于２0１4年1２月19日發(fā)出，應于2015年1月９日前完成，然后進行答辯。指導教師簽發(fā)20１4年１２月19日課程設(shè)計評語：課程設(shè)計總評成績：指導教師簽字：年月日目錄TOＣ＼ｏ"1-3＂＼h＼uHYPERLＩＮK\l_Ｔoc12027前言PAＧEREＦ＿Ｔoc120２７2HYＰＥRLINＫ\l_Toｃ2344第一章系統(tǒng)總體方案PＡGEREF_Toｃ234４3HYＰERLINK\l_Toc9０95第二章系統(tǒng)硬件設(shè)計PＡGEＲEF_Toc90955HYPEＲLＩNＫ\l_Ｔoc15０772.１PLＣ選擇PAGEREF_Ｔoc1507７5ＨYＰERLINＫ\l＿Toc24００62．1。１FＸ2N—48MRＰLＣPＡGEＲEF＿Toｃ240０65ＨＹPＥＲLＩNK\l_Tｏc９４４５２。1.2FX2N－2ＡD特殊功能模塊PAGEREF_Tｏc9445６HYPEＲＬINK\l＿Toc1６４42２．1．３FX２Ｎ—2DA特殊功能模塊PAGＥRＥＦ＿Toｃ１64427ＨＹPERLINK\l_Ｔoc２36362.２硬件電路設(shè)計ＰAGEREＦ_Tｏｃ23636８２.2.1溫度值給定電路PAGＥＲEＦ_Toc１５６５９8HYPERLINＫ\l＿Tｏc155912.２.２溫度檢測電路PAGEREＦ_Ｔoｃ15５9１11ＨYPＥRLINK\l_Toｃ2０9572。2.３過零檢測電路PAGＥＲＥF_Toc２095７122.2.4晶閘管電功率控制電路PＡＧEＲＥＦ_Tｏc964513HYPERLＩNＫ\l_Toc175592.2。5脈沖輸出通道ＰＡGEＲEＦ_Toc１75591４HＹPＥRLINK\l_Toc２４953２．２.6報警指示電路PAGＥＲEF＿Toc2４95３15ＨＹPEＲLINＫ\l_Tｏc99２２.２。７復位電路PAＧEREF＿Ｔoc9921５第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計PAＧEREF_Ｔoc1630716HYPERLINK\l_Tｏc14486３．1程序設(shè)計８616HYPERLINＫ\l_Toc185693。2系統(tǒng)程序流程圖５６91７HYPERLINＫ\l＿Tｏc270８43．3控制系統(tǒng)控制程序的開發(fā)ＰAＧERＥF_Toc２7０8４１83.3.1溫度設(shè)定PAＧEREF_Ｔoc4０６0183。３。２Ａ/D轉(zhuǎn)換功能模塊的控制程序PＡＧERＥF＿Toc185８２1８HYPERＬIＮK\l_Tｏc1１１４3．3。3標度變換程序PAGEREF＿Toc11１4193.4。4恒溫控制程序（PＩD）設(shè)計ＰＡGEREF_Toc１104720HYＰERLINK\l＿Ｔｏｃ175７33。4．６顯示程序PAGERＥF_Toc１75732６3.4。7恒溫指示程序ＰAＧEREF＿Ｔｏc１48３026HＹPＥRＬINK\l_Toc47293。4.8報警程序PＡGEREF＿Toc47２92７第四章總結(jié)與展望PＡGEREF_Ｔoｃ9880284。1總結(jié)PAGＥREＦ＿Toc31７8５28４。2展望PAGEＲEF_Tｏc1７43８2８參考文獻２9ＨYＰERLIＮＫ\l＿Ｔoc20５5５附錄系統(tǒng)程序（梯形圖)PAGERＥF＿Toc205553０摘要在工業(yè)生產(chǎn)過程中，加熱管溫度控制是十分常見的。溫度控制的傳統(tǒng)方法是人工-儀表控制。其重復性差，工藝要求難以保證，人工勞動強度大。目前大多數(shù)使用微機代替常規(guī)控制.以微機為核心控制系統(tǒng)雖然成本較低，但微機的可靠性和抗干擾性較差而使其硬件設(shè)計較復雜。而以ＰLＣ為核心的控制系統(tǒng)，雖然成本較高,但PLC本身就有很強的抗干擾性和可靠性,因而系統(tǒng)的硬件設(shè)計也簡單得多。本設(shè)計以工業(yè)水溫加熱為背景，設(shè)計以三菱FＸ２Ｎ－48MRPLC為控制器,使用電熱偶為溫度傳感器的溫度控制系統(tǒng)，本文主要內(nèi)容包括：ＰLC選擇，溫度控制電路設(shè)計分析,加熱管控制電路設(shè)計分析，PLC程序編寫,采用PＩD控制。關(guān)鍵詞：加熱溫度控制ＰLCPID第一章緒論隨著時代的發(fā)展，當今的技術(shù)日趨完善,競爭也愈演愈烈；傳統(tǒng)的人工的操作已不能滿足于目前的制造業(yè)前景，也無法保證更高質(zhì)量的要求和提升高新技術(shù)企業(yè)的形象。在生產(chǎn)實踐中，自動化給人們帶來了極大的便利和產(chǎn)品質(zhì)量上的保證，同時也減輕了人員的勞動強度，減少了人員上的編制。在許多復雜的生產(chǎn)過程中難以實現(xiàn)的目標控制、整體優(yōu)化、最佳決策等,熟練的操作工、技術(shù)人員或?qū)＜摇⒐芾碚邊s能夠容易判斷和操作，可以獲得滿意的效果。人工智能的研究目標正是利用計算機來實現(xiàn)、模擬這些智能行為，通過人腦與計算機協(xié)調(diào)工作，以人機結(jié)合的模式，為解決十分復雜的問題尋找最佳的途徑?？删幊绦蚩刂破魇且环N數(shù)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(shè)計，它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作命令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程.在工業(yè)生產(chǎn)過程中,加熱管溫度控制是十分常見的。溫度控制的傳統(tǒng)方法是人工—儀表控制。其重復性差，工藝要求難以保證,人工勞動強度大。目前大多數(shù)使用微機代替常規(guī)控制.以微機為核心控制系統(tǒng)雖然成本較低，但微機的可靠性和抗干擾性較差而使其硬件設(shè)計較復雜。而以PLC為核心的控制系統(tǒng)，雖然成本較高，但PＬC本身就有很強的抗干擾性和可靠性,因而系統(tǒng)的硬件設(shè)計也簡單得多。所以，相比較于微機控制，PLC控制在過程控制方面更具有優(yōu)勢。這種系統(tǒng)控制精度高、重復性好、自動化程度高，可以大大提高產(chǎn)品質(zhì)量和減輕工人的勞動負擔.本文介紹了以ＰLＣ為核心實現(xiàn)PＩD算法的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。第二章系統(tǒng)總體方案根據(jù)設(shè)計任務(wù)和要求,采用常規(guī)PＩＤ控制的溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1—1所示.圖１－１常規(guī)PID溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對應圖1-1的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，確定總體設(shè)計方案如圖1-2所示:圖1-2總體設(shè)計方案該總體方案主要由以下幾個部分組成(１)觸摸屏:主要功能是設(shè)定和顯示相應的溫度值,以及停止和開始功能。(2）PLC：主要完成PID調(diào)節(jié)功能以及數(shù)據(jù)變換.(3)測溫電路和A／D模塊：主要功能是0-10V溫度測量信號經(jīng)FX２Ｎ－A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入PLC處理。（４)輸出調(diào)節(jié)電路：主要功能是把ＰLC處理運算發(fā)出的控制信號通過脈寬調(diào)制裝置輸出脈沖信號對加熱管進行加熱系統(tǒng)工作原理：溫度變送器將加熱管溫度變換為模擬信號，經(jīng)低通濾波器濾掉干擾信號后送放大器,將信號放大后送A/D模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送ＰＬC,數(shù)字量經(jīng)標度變換,得到實際加熱管溫度。數(shù)字控制器根據(jù)恒溫給定值Ｑ0與實際加熱管溫度Q的偏差e（k）按積分分離PID控制算法，得到輸出控制量ｕ(k），控制晶閘管導通時間，調(diào)節(jié)加熱管溫度的變化使之與給定恒溫值一致，達到恒溫控制目的。當達到恒溫值、輸入錯誤或系統(tǒng)發(fā)生故障時,系統(tǒng)發(fā)出報警信號，同時用GT1０40－QBＢＤ—C觸摸屏對加熱管溫度進行實時顯示和溫度給定輸入。第二章系統(tǒng)硬件設(shè)計２.1PLC選擇根據(jù)設(shè)計方案的分析，系統(tǒng)設(shè)計需要使用A/Ｄ轉(zhuǎn)換器和D／A轉(zhuǎn)換器來完成溫度采樣。在課程學習中，我們學習了三菱的FＸ系列PLＣ,因此,選擇三菱FX2N（基本I／O點數(shù)為２4）和ＦX2Ｎ—２AＤ特殊功能模塊。2.1．１ＦX2N－4８MＲＰＬCFX２N系列ＰLC是ＦX系列中最先進的系列、具有高速處理及可以擴展大量滿足單個需要的特殊功能模塊等特點。它由基本單元、擴展單元、擴展模塊等構(gòu)成。用戶存儲器容量可擴展到16K步.I/O點最大可擴展到256點。它有2７條基本指令，其基本指令的執(zhí)行速度超過了很多大型PＬC。三菱ＦX2N-４8MＲPLC，為繼電器輸出類型，其輸入、輸出點數(shù)皆為是２４點，可擴展模塊可用的點數(shù)為48～6４,內(nèi)附８000步ＲＡM。其內(nèi)部資源如下:(1）輸入繼電器Ｘ（X０~Ｘ２７，２4點，八進制)（2)輸出繼電器Y（Y０～Y２7，24點，八進制)(3）輔助繼電器M（Ｍ０~M8255)［通用輔助繼電器(M0~M4９9）］(4）狀態(tài)繼電器（S0～S999)(５）定時器T（T0~T2５5）（T０~Ｔ24５為常規(guī)定時器）（６)計數(shù)器C（C0~Ｃ2５５）（７）指針（P/I）見表2—1和表２—２（8)數(shù)據(jù)寄存器Ｄ（D0~D８255）（D0～Ｄ１99為通用型)表2—１定時器中斷標號指針表輸入編號中斷周期（ms）中斷禁止特殊輔助繼電器Ｉ6XX在指針名稱的XX部分中，輸入10～９９的整數(shù).I610為每10ms執(zhí)行一次定時器中斷M８056I7XXM８0５7I8XXM80５8表2—２輸入中斷標號指針表輸入編號指針編號中斷禁止特殊輔助繼電器上升中斷下降中斷Ｘ0I001I000M8０50X1Ｉ101I１00Ｍ8051X2I２01I2０0M80５2X3I301I３０0Ｍ8053X4I401I４０0M8054X5I5０１I5０0Ｍ8０55注:Ｍ8050～M8０5８=“0”表允許;M８０5０~M８0５8=“1”表禁止。2．１．２ＦＸ2Ｎ－2ＡD特殊功能模塊FＸ2N-2ＡD為模擬量輸入模塊，有兩個模擬量輸入通道(分別為CH1、CH２），每個通道都可進行A/D轉(zhuǎn)換,將模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號，其分辨率為12位。其模擬量輸出性能如表２—３所示。表2－3模擬量輸出性能表項目電壓輸入電流輸入模擬量輸入范圍ＤC：0~+1０V（輸入電阻200KΩ)絕對最大輸入:－0.5V，+１5VDＣ：4～+20mA(輸入電阻25０Ω)絕對最大輸入:-2mＡ，＋６0mＡ數(shù)字輸出12位二進制分辨率2。5mＶ(１0V/40０0)1。25mＶ(5V/４000)４μA（2０mA/40０0)總體精度±１%（滿量程0～１0V）±1％（滿量程４～2０mＡ范圍）轉(zhuǎn)換速度2。5ｍｓ/通道（與順空程序同步動作）所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和參數(shù)設(shè)置的調(diào)整可通過FROM/TＯ指令完成.同時在編程過程中重點用到了BFM數(shù)據(jù)緩沖存儲器，具體分布情況如表2-4所示。表２-４FX2N—2ＡD緩沖存儲器的功能及分配ＢFＭ編號內(nèi)容ｂ15－b8b7－ｂ4b3b2b１b0#0保留輸入數(shù)據(jù)的當前值（低8位）#１保留輸入數(shù)據(jù)的當前值（高4位）＃２－#16保留#17保留模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換開始模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換通道#18保留BFM說明：BFM＃０:存儲由BFＭ#1７指定通道的輸入數(shù)據(jù)當前值低８位數(shù)據(jù),當前值數(shù)據(jù)以二進制存儲.BＦM＃1：存儲由ＢFＭ＃17指定通道的輸入數(shù)據(jù)當前值高4位數(shù)據(jù)，當前值數(shù)據(jù)以二進制存儲。BFM＃1７:ｂ0：指定由模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換的通道(CH１,CH2).b0＝0指定CH1b０=1指定ＣH2b1:由0→1時A/D轉(zhuǎn)換過程開始2.１.3FX2N—2DＡ特殊功能模塊FX2N—2ＤA為模擬量輸入模塊，有兩個模擬量輸出通道（分別為CH1、ＣH２),每個通道都可進行Ｄ/A轉(zhuǎn)換,將數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換成模擬量信號,其分辨率為12位。其模擬量輸出性能如表2—3所示。表２－3模擬量輸出性能表項目電壓輸出電流輸出模擬量輸入范圍ＤC:0～＋1０Ｖ(輸入電阻200ＫΩ)絕對最大輸入:-0.5V，＋15VDＣ：４～+20ｍA（輸入電阻250Ω)絕對最大輸入：－2mA，+60mA數(shù)字輸出１2位二進制分辨率2．5mＶ（10V/400０）1．２5ｍV(5Ｖ/4000）４μA(20ｍA/４000）總體精度±1%（滿量程0~10V）±1％(滿量程4～2０mA范圍）轉(zhuǎn)換速度２．５ms／通道（與順空程序同步動作）所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和參數(shù)設(shè)置的調(diào)整可通過ＦRＯM／TO指令完成。同時在編程過程中重點用到了BFM數(shù)據(jù)緩沖存儲器，具體分布情況如表2－4所示。表2-4FX2N—2DA緩沖存儲器的功能及分配ＢFＭ編號內(nèi)容b15－ｂ8b7—b4b3b2b1ｂ0#0保留輸入數(shù)據(jù)的當前值（低8位）＃1保留輸入數(shù)據(jù)的當前值（高4位）＃２－＃16保留#１7保留模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換開始模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換通道＃1８保留BFＭ說明：BFM＃0：存儲由BFM#17指定通道的輸入數(shù)據(jù)當前值低8位數(shù)據(jù),當前值數(shù)據(jù)以二進制存儲。BFM＃１:存儲由BＦM＃１7指定通道的輸入數(shù)據(jù)當前值高4位數(shù)據(jù)，當前值數(shù)據(jù)以二進制存儲。BFM＃17：b0:指定由模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換的通道（CH1，CH2）。b0=0指定CＨ1b0=1指定CH2b１：由０→1時Ａ／D轉(zhuǎn)換過程開始2.２硬件電路設(shè)計２。２。1溫度值給定電路為了能同時使用觸摸屏和開關(guān)按鍵實現(xiàn)溫度給定值輸入，觸摸屏程序利用GTDesigner3設(shè)計觸摸屏溫度給定值輸入、觸摸屏溫度顯示、觸摸屏啟動控制、觸摸屏停止控制以及指示燈指示如下圖所示;本系統(tǒng)還設(shè)計了十個開關(guān)按鍵，作為溫度給定值的輸入端口,接收十進制數(shù)（觸摸屏程序和開關(guān)按鍵電路分別如下圖所示)。給定值范圍為0～1０0℃，若輸入值超過給定值范圍，系統(tǒng)會發(fā)出報警信號（亮紅燈）。觸摸屏溫度給定輸入：（右圖第一行數(shù)字即為溫度給定輸入)：觸摸屏啟動控制：（左圖第一個方形圖形）觸摸屏停止控制：(左圖第二個方形圖形)觸摸屏指示燈指示：恒溫完成指示信號（Y００04）當前溫度大于給定溫度(Y00０5）給定溫度超出范圍報警（Y００0６）按鍵設(shè)計電路如圖2-１所示:SＢ１為溫度值輸入允許，SB2~SＢ11分別表示十進制數(shù)0～9.先按下溫度值給定允許開關(guān)ＳB1,然后再輸入給定溫度值,先按下的數(shù)字為高位上的數(shù)值，后按下的數(shù)字為低位上的數(shù)值。比如，先后按下開關(guān)SB５、SB2和SＢ2,則表示給定溫度值為30０℃,并送ＰＬC數(shù)據(jù)寄存器保存。2。２。2溫度檢測電路溫度檢測是溫度控制系統(tǒng)的一個很重要的環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到系統(tǒng)性能。在PLＣ溫度控制系統(tǒng)中，溫度的檢測不僅要完成溫度到模擬電壓量的轉(zhuǎn)換還要將電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送ＰLC。其一般結(jié)構(gòu)如圖2—2所示。溫度變送器溫度變送器圖2—2溫度檢測基本結(jié)構(gòu)溫度變送器將測溫點的溫度變換為模擬電壓,其值一般為mA級，需要放大為滿足A／Ｄ轉(zhuǎn)換要求的電壓值.然后送PLC的A/D轉(zhuǎn)換模塊進行A／D轉(zhuǎn)換，得到表示溫度的電壓數(shù)字量，再用軟件進行標度變換與誤差補償，得到測溫點的實際溫度值。本系統(tǒng)利用熱電偶完成加熱管溫度檢測(熱端檢測加熱管溫度,冷端置于0℃溫度中）、FX2N-2AD模塊一個通道實現(xiàn)A／Ｄ轉(zhuǎn)換。加熱管溫度檢測與放大電路由熱電偶、低通濾波、信號放大和零點遷移電路四部分組成.其電路如圖2－3所示。圖2-3加熱管溫度檢測與放大電路圖中，R1、C１完成低通濾波，Ｒ2、RP、２ＣW５1組成零點遷移電路,加熱管溫度檢測元件采用鎳鉻—鎳鋁熱電偶，分度號為EＵ-２,查分度表可得，當溫度為0~10０℃時，輸出電勢為0～４.０95mV。檢測信號經(jīng)二級放大后送ＦX２Ｎ－2AD模塊，第一級放大倍數(shù)為５0,第二級放大倍數(shù)為11.2零點遷移,其輸出電壓為式中，為零點遷移值。根據(jù)設(shè)計要求，給定溫度值為0～１０0℃，本系統(tǒng)選取測溫范圍為0～10０℃，將0℃作為測溫起點(零點）.調(diào)整多圈電位器RP,使=50＊１１.２＝560mV，當加熱管溫度為0℃時,=０mV，=560ｍV，于是=0。經(jīng)零點遷移后，加熱管溫度為0～１0０℃時，＝0~4。09５ｍV，=0～9。94V,A/Ｄ轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量為0～40０0。2。2.3過零檢測電路按設(shè)計要求,要求過零檢測電路在每個電源周期開始時產(chǎn)生一個脈沖,作為觸發(fā)器的同步信號,其設(shè)計電路如圖2－4（ａ）所示。圖2—4（ａ）過零檢測電路圖中，GNＤ為＋5V電源地，ＬM339為過零比較器.ＬM339集成塊內(nèi)部裝有四個獨立的電壓比較器，共模范圍很大；差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓。二極管用作LM339輸入保護。電路的工作波形如圖2-４（ｂ)所示。圖2—4（b)過零檢測電路的工作波形圖2.２．４晶閘管電功率控制電路晶閘管是晶體閘流管的簡稱,也叫可控硅。它是一種半控型器件，是一種可以利用控制信號控制其導通而不能控制其關(guān)斷的電力電子器件。它的關(guān)斷完全是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。也即說,若要使已導通的晶閘管關(guān)斷，只能利用外加反向電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近零的某一數(shù)值以下。晶閘管控制電熱元件消耗的電能有兩種方法，一是采用移相觸發(fā)控制輸入電壓的大小，二是采用過零觸發(fā)控制輸入電壓加到電熱元件上的周波數(shù)。由于移相觸發(fā)控制會產(chǎn)生較大的諧波干擾信號“污染"電網(wǎng),因此采用過零觸發(fā)控制。又由于本電路所控制的電阻爐只有一根電阻絲，功率也不大,因此,本系統(tǒng)采用單相電源供電,電源的通斷由二個晶閘管反并控制，如圖2—５所示。圖2—5電功率控制電路這種控制方法的原理是:各晶閘管的觸發(fā)角α恒為０o，使得一個周期內(nèi)電源均加在電熱元件上,通過控制一個控制周期內(nèi)晶閘管導通周波數(shù),就可控制電熱元件消耗的電能.根據(jù)電熱爐的數(shù)字模型可知,溫度的增量與它消耗的電能成正比，而電熱爐消耗的電能與晶閘管導通周波數(shù)成正比,因此，晶閘管導通周波數(shù)n與控制輸出控制量ｕ(k)的關(guān)系為n＝Ｋ＊u（k)式中,K=/為比例系數(shù)（約為1），為一個控制周期內(nèi)的電源周波數(shù)，溫度偏差不同，則u（k）、n不同，電熱爐消耗的電能亦不同,達到了根據(jù)溫度偏差調(diào)節(jié)輸入電能，保證爐溫按要求變化的目的。晶閘管由正向?qū)ǖ疥P(guān)斷時，由于空穴積蓄效應，晶閘管反向阻斷能力的恢復需要一段時間。在這段時間里,晶閘管元件流過反向電流，接近終止時，很大，它與線路電感共同作用產(chǎn)生的電壓Ｌ*可能損壞晶閘管,必須采取保護措施，在晶閘管兩端并聯(lián)阻容吸收裝置。設(shè)計電路中的元器件的選擇如下：（1）R和C的選擇阻容吸收裝置的參數(shù)按晶閘管ITN根據(jù)經(jīng)驗值選取為：R＝８０ΩC=０．１5μF電容Ｃ的交流耐壓為:電阻Ｒ的功率應滿足：實選電容０。１5μＦ／63０V一只，電阻８0Ω/０。5W一只.(2）快速熔斷器ＦU的選擇快速熔斷器是專門用來保護晶閘管的，其熔體電流按下式選?。菏街?5／６為修正參數(shù)，為保證可靠與選用方便,一般取。實選熔體額定電流為2０A的RＬS－５０螺旋式快速熔斷器二只,分別與二只晶閘管串聯(lián)，其額定電壓為５０0V。(3)晶閘管的選擇電阻爐的額定功率為4KW，電源電壓為2２０Ｖ，故負載電流IL=１8。2Ａ。由于每個晶閘管只導通半個電源周波且本系統(tǒng)采用過零觸發(fā)(α＝0°）,流過每個晶閘管的平均電流為9.1A.關(guān)斷時,承受正反向峰值電壓為，考慮到晶閘管的過載能力小及環(huán)境溫度的變化等因素,晶閘管的額定電流應為：額定電壓應為：根據(jù)以上計算，主回路的二只晶閘管選擇為ＫＰ2０-10(參數(shù)為：２0A，1KＶ，0。1A,３V）２。2。5脈沖輸出通道由于ＰLＣ有很強的抗干擾性和可靠性，且FX2N-4８ＭR—０01為繼電器輸出——２A/1點（KP２0－１0晶閘管的觸發(fā)電流和電壓分別為0。1Ａ和3V），因而FX２N-48MR—001的輸出點能可靠地觸發(fā)晶閘管導通,而無須設(shè)計光電隔離和功率放大。脈沖輸出通道電路如圖2-6所示。圖2—6脈沖輸出通道圖中，初始時，Ｙ0和Y1都為低電平,當系統(tǒng)檢測到從Ｘ0輸入的同步信號為高(低）電平時,Ｙ0(Ｙ1）由低電平變高電平,輸出電流值為2A的觸發(fā)電流，去觸發(fā)晶閘管VT1(VT2）導通；當X0從高電平變低電平(從低電平變高電平）時,Ｙ0(Y1)脈沖結(jié)束,電路恢復為初態(tài)。２。2。６報警指示電路按設(shè)計要求,報警指示電路設(shè)計了一個恒溫指示（綠燈)燈、故障報警(紅燈)和輸入出錯報警(黃燈）,完成指示、報警功能。顯示及給定溫度值均由ＧT1040—ＱＢBD－Ｃ觸摸屏完成。設(shè)計電路如圖2－７所示。圖２—7報警指示電路2。2.7復位電路復位電路由一個開關(guān)SＢ1２完成開/關(guān)功能，當按下開關(guān)SB12時系統(tǒng)啟動,正常運行，執(zhí)行任務(wù);當斷開SＢ12時，系統(tǒng)停止運行，不執(zhí)行任何任務(wù)。設(shè)計電路如圖2—8所示.圖2—8復位電路系統(tǒng)軟件設(shè)計PＬC程序輸入可以通過手持編程器、專用編程器或計算機完成。但由于手持編程器在程序輸入或閱讀理解分析時比較煩瑣；專用編程器價格高，通用性差，而計算機除了可以進行ＰＬC的編程外，還可作為一般計算機的用途,兼容性好，利用率高.因此，利用計算機進行PLC編程和通信更具優(yōu)勢。本次軟件設(shè)計即是利用計算機編程，在三菱ＰLＣ編程軟件GTＤEＳIＮER下完成程序編寫和通信。3。１程序設(shè)計本設(shè)計系統(tǒng)采用三菱ＦX系列PLＣ控制。其輸入、輸出地址表如表2－６所示。另外，內(nèi)存分配如表3－１所示:表3—1內(nèi)存分配表儲存器特定意義儲存器特定意義D0A／D轉(zhuǎn)換數(shù)字量結(jié)果D3０u（k）D4溫度給定值Ｑ０Ｄ３1u(k-１)D５加熱管溫度QD32e（k）D25觸發(fā)周波數(shù)ｎＤ33e(k-1）Ｄ26晶閘管允許觸發(fā)標志D34e（ｋ—2）Ｄ27采樣周期計數(shù)器D３５D１00～Ｄ12１數(shù)據(jù)緩沖區(qū)D3６D29斷偶計數(shù)器D37Ｄ38十鍵輸入指定存儲元件３．2系統(tǒng)程序流程圖初始化初始化溫度給定溫度給定輸入值錯誤輸入值錯誤錯誤報警Y錯誤報警ＮA/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換斷偶報警轉(zhuǎn)換值>4000斷偶報警轉(zhuǎn)換值>4000YN標度變換標度變換實際溫度顯示給定值與實際溫度比較給定值與實際溫度比較差值e（k）=0差值e（k）=0Y差值e（k）>10N差值e（k）>10恒溫指示恒溫指示n=240Yn=240N等待中斷等待中斷數(shù)字調(diào)節(jié)器數(shù)字調(diào)節(jié)器保存n晶閘管觸發(fā)準備保存n晶閘管觸發(fā)準備等待中斷等待中斷圖3－1系統(tǒng)程序流程圖3。３控制系統(tǒng)控制程序的開發(fā)針對本系統(tǒng)要求控制系統(tǒng)實現(xiàn)恒溫控制的功能,溫度在（０～１00℃）范圍內(nèi)任意設(shè)定（X10～X2１輸入給定值），經(jīng)過積分分離PID調(diào)節(jié)，實現(xiàn)恒溫控制，同時有恒溫指示和斷偶報警信號指示.特編寫以下控制程序。（總程序見附錄二)。3．3.1溫度設(shè)定本設(shè)計系統(tǒng)利用十鍵數(shù)字輸入指令,設(shè)定恒溫給定值。程序如圖3-2所示。圖3－2讀取溫度給定當溫度設(shè)定允許(X1=1）時,執(zhí)行十鍵輸入指令，輸入給定溫度值,送D3８，當給定值在0～100℃范圍內(nèi)時，將給定值（D38)再送Ｄ4保存.否則輸入出錯報警（Y6=１)。3.3。2A/D轉(zhuǎn)換功能模塊的控制程序溫度檢測硬件電路給定的A／D轉(zhuǎn)換通道號CＨ1，完成加熱管溫度的A／D轉(zhuǎn)換。為了提高抗干擾能力，程序采用了數(shù)字濾波措施，濾波方法是取8次輸入的平均值作為檢測結(jié)果。在此過程中設(shè)定爐溫的模擬量送入ＦX2N—２AD模塊１#通道(CH１）.根據(jù)三菱公司的用戶手冊中的模塊編號規(guī)則，F(xiàn)X2N-2AD直接連PＬC的為0號模塊。Ａ/D轉(zhuǎn)換功能的PLC程序如圖3－3所示：圖3-3A/D轉(zhuǎn)換程序本程序設(shè)計以4。8s為一個控制周期，當控制周期到才讀?。?D轉(zhuǎn)換結(jié)果.控制周期計時中斷服務(wù)程序（Ｉ610)如圖3—４所示。圖３—4計時中斷程序I6１０為每計時１0mｓ便自動執(zhí)行一次中斷。當計時10ms到，系統(tǒng)執(zhí)行I61０中斷服務(wù)程序,控制周期計數(shù)器（D２7)加1，將D２７與480比較，若相等則M3３1為ON（４。8s計時到），同時將控制周期計數(shù)器(D2７）清０.3.3。3標度變換程序另外針對本次設(shè)計所選擇的功能模塊FＸ2Ｎ－2AD的輸入輸出特性，有0～100℃經(jīng)零點遷移后所對應的數(shù)字量為0～４０00（０～10V對應的數(shù)字量)，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換得到的溫度的數(shù)字量存入D0，根據(jù)此特性,輸入數(shù)據(jù)對應的模擬量應該為數(shù)字量占４000的百分比，即實際溫度＝100*數(shù)字量/40０0=數(shù)字量*1/４０。從而得到實際的溫度的數(shù)值而送入D5，同時將所得的余數(shù)與0。5℃所對應的數(shù)字量（約等于20)進行比較，如果大于20，則將D5中的數(shù)加一，反之則不變。如此就完成了對采樣溫度值的標度變換。標度變換功能的PLC程序如圖3—5所示：圖3－5標度變換程序3。4.４恒溫控制程序（PID）設(shè)計3.４.４.1PID算法根據(jù)給定的工藝要求，溫度控制分為三段：自由升溫段、恒溫段和自然降溫段.自然降溫無需控制和檢測溫度,自由升溫只需監(jiān)視加熱管溫度是否到達恒溫值，只有恒溫段需要控制與檢測加熱管溫度。用于恒溫控制的調(diào)節(jié)器有多種形式，如大林算法、PＤ調(diào)節(jié)、ＰＩD調(diào)節(jié)、開關(guān)調(diào)節(jié)等，本系統(tǒng)選用實際中切實可行的積分分離PＩD調(diào)節(jié),它能有效地減小系統(tǒng)的超調(diào)和穩(wěn)態(tài)誤差。PID調(diào)節(jié)器的位置式控制方程為:式中,e（ｔ）為ｔ時刻給定的恒溫值Ｑ0與實際加熱管溫度Q之差。將其離散化,得式中，T、、、分別為采樣周期、微分時間常數(shù)、積分時間常數(shù)和比例時間常數(shù);e（k)為本次采樣時Q0與Q之差。令（3-1）則有式（３—2）式中，、、分別為調(diào)節(jié)器的比例、積分、微分系數(shù)（待定參數(shù))。為了減少在線整定參數(shù)的數(shù)目，常常假定約束條件，以減少獨立變量的個數(shù)，本次設(shè)計選取T≈０．1≈0。5≈0.125其中，為純比例控制時的臨界振蕩周期。將它們代入式(3—1）。即有因此，對四個參數(shù)的整定便簡化成了對一個參數(shù)的整定。因而使調(diào)試較為簡單方便。3.4。4.2恒溫控制程序為了減少超調(diào)和消除振蕩現(xiàn)象，當自由升溫小于給定的恒溫值10℃,系統(tǒng)就開始進行恒溫控制，恒溫控制采用積分分離PID調(diào)節(jié)。系統(tǒng)的控制算法如下：當加熱管溫度Q大于給定恒溫值1０℃時,系統(tǒng)全速升溫，令u(k)=２40，240為一個控制周期（4.８ｓ）的工頻電源周波數(shù)。當e(k)<5℃時，按式(３—2）進行PID調(diào)節(jié)。除上述兩種情況外,系統(tǒng)均進行PD調(diào)節(jié),去掉（3—2)中的ｅ(k）。溫度數(shù)字調(diào)節(jié)器程序框圖如圖３-6所示。溫度數(shù)字調(diào)節(jié)器的PLC程序框圖和梯形圖分別如圖3—７所示。將實際溫度(D5）與設(shè)定值(D4)比較得到的差值e（k)存于D32.若e(k）大于10，則送240給Ｄ30（u（k））；若e(k)小于10而大于5時,則進行PＤ算式運算（去掉（４—2）中的積分項e(k）的剩余項）。若ｅ(ｋ)小于5時則進行PID算式運算（實現(xiàn)式(4-2)）。最后保存u（k）,更新u(k-1）、e（k－1)和e（ｋ－2)以備下次運算。開始開始e（k）=Q0-Qe（k）=Q0-Qe（k）>10e（k）>10NY計算PD項計算PD項u（k）=u(k-1)+kp[e(k)-e(k-1)]+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]e(k)<5e(k)<5u(k)=240u(k)=240NY計算PD+I項計算PD+I項(k)=u(k)+kie(k)u(k)->u(k-1)e(k-1)->e(k-2)u(k)->u(k-1)e(k-1)->e(k-2)e(k)->e(k-1)保存u(k)保存u(k)結(jié)束結(jié)束圖3-6數(shù)字控制器流程圖3-6數(shù)字控制器流程圖3-7數(shù)字控制器程序3．4。5數(shù)字觸發(fā)器程序設(shè)計3．4．5.1數(shù)字觸發(fā)器組成與原理數(shù)字觸發(fā)器按照調(diào)節(jié)器輸出的控制量控制輸送給加熱管的能量。由于晶閘管移相觸發(fā)存在很大的諧波干擾“污染”電網(wǎng),本系統(tǒng)采用過零觸發(fā),觸發(fā)器的組成如圖3-8所示。圖3-8過零數(shù)字觸發(fā)器組成工作原理如下:數(shù)字觸發(fā)器準備程序?qū)⒖刂屏縰（k）變換為晶閘管的導通周波數(shù)ｎ,且當ｎ〉0時,置晶閘管允許觸發(fā)標志為1.準備程序在每個控制周期執(zhí)行一次。當電源正半波到來時(由低電平變高電平）,若晶閘管允許觸發(fā)標志為１，則在Y０端產(chǎn)生一個觸發(fā)脈沖，經(jīng)光電隔離和功率放大后觸發(fā)晶閘管ＶT1導通,使電源正半波加到電阻絲上.當電源負半波到來時（由高電平變低電平),若晶閘管允許觸發(fā)標志為１,則在Y1端產(chǎn)生一個觸發(fā)脈沖，經(jīng)光電隔離和功率放大后觸發(fā)晶閘管VT2導通，使電源負半波加到電阻絲上，使負載得到一個完整的電壓波形.程序還完成晶閘管已導通周波數(shù)計數(shù)工作，當已導通周波數(shù)等于n時，表示本控制周期內(nèi)向電阻絲輸送的能量已達到控制要求,將晶閘管允許觸發(fā)標志清0，Y０、Y1不再輸出觸發(fā)脈沖.3.４．５.２數(shù)字觸發(fā)器程序數(shù)字觸發(fā)器程序由兩部分組成:準備程序和觸發(fā)程序其程序框圖如圖3－9和圖3－１0所示。電源在一個控制周期（4.8s）有２４０個周波,而u（k)的最大亦也240,因此,晶閘管在一個控制周期的導通周波數(shù)ｎ與控制量ｕ（ｋ）的關(guān)系為ｎ=u(k)脈沖輸出通道要求PLC輸出的觸發(fā)脈沖為正脈沖，故程序先使Ｙ0(或Ｙ1）由0變1，延時約0。01s后（半個周波時間），再將Y0(或Y1)置0，在Y０（或Y１)端形成一個寬約0.01s的正脈沖。圖３-9晶閘管觸發(fā)準備程序圖3—10數(shù)字觸發(fā)程序數(shù)字觸發(fā)器功能的ＰＬＣ程序如下圖3—11所示：當Ｘ2為ON時,將u（k)送Ｄ2５作觸發(fā)周波數(shù)n，將其與0比較,若n大于0，則置位Ｄ２6(觸發(fā)允許標志）允許觸發(fā)并將Ｙ0和Ｙ１置1。X０為電源周波信號輸入端，當允許晶閘管觸發(fā)時，當Ｘ０的上升沿（下降沿)到時Y０(Y１）輸出１，延時半個周波時間后Ｙ0（Y1)輸出0，即在Y０(Y1)端口產(chǎn)生正脈沖去觸發(fā)晶閘管導通.同時每完成一個周波觸發(fā),將D２5減1。直到D２５為0止。D25為0而采樣周期未到D２6被清０，系統(tǒng)將不再對晶閘管輸出觸發(fā)脈沖。圖3—１1數(shù)字觸發(fā)器程序3.4。6顯示程序本設(shè)計系統(tǒng)用GT１040—QBBD－C觸摸屏顯示溫度(本系統(tǒng)設(shè)定溫度范圍為0～100℃)，顯示程序如圖３—１2所示：觸摸屏溫度顯示(右圖第二行數(shù)字即為溫度顯示）:3.4．7恒溫指示程序當實際溫度與溫度給定值相等時,系統(tǒng)發(fā)出恒溫指示信號(Y4=1,綠燈亮）.恒溫指示程序如圖３－１3所示：圖3－13恒溫顯示程序?qū)嶋H溫度值（D５)與溫度設(shè)定值(D4）進行比較，如果相等則令Y4為ＯN,恒溫指示燈亮。同時令觸發(fā)脈沖個數(shù)為0,系統(tǒng)將不對電阻爐加熱。３．４。８報警程序?qū)/Ｄ轉(zhuǎn)換的數(shù)字量與4００0比較,若連續(xù)兩次檢測到A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量大于4000，則表示斷偶，系統(tǒng)輸出斷偶報警信號，Ｙ5為ON，亮紅燈。如圖3－１4所示。圖3-14報警程序第四章總結(jié)與展望4.１總結(jié)本文主要是針對“基于ＰLC的模擬量控制”的研究。PＬＣ完成對系統(tǒng)現(xiàn)場的控制過程.通過功能模塊實現(xiàn)了對模擬量、開關(guān)量、脈沖量的轉(zhuǎn)換,從而達到了對上述變量的控制，以及顯示、報警等功能。同時,控制系統(tǒng)現(xiàn)場對變量的變換有著直觀的顯示作用。本文所做的主要工作：（1)溫度設(shè)定由輸入端口獲得（十進制輸入）或由觸摸屏實現(xiàn)溫度設(shè)定,具備實時顯示和報警功能，人機界面良好.（2)ＰLC編程實現(xiàn)積分分離PＩD算法。（3）基于PLＣ模擬量控制和過程控制實現(xiàn)溫度控制。(4)過零觸發(fā)晶閘管實現(xiàn)電功率的控制。通過此次課設(shè)，讓我了解了plc梯形圖、指令表、順序功能圖有了更好的了解，也讓我了解了關(guān)于pｌc設(shè)計原理。有很多設(shè)計理念來源于實際，從中找出最適合的設(shè)計方法。雖然本次課程設(shè)計是要求自己獨立完成,但是，彼此還是脫離不了集體的力量，遇到問題和同學互相討論交流.多和同學討論。我們在做課程設(shè)計的過程中要不停的討論問題，這樣，我們可以盡可能的統(tǒng)一思想，這樣就不會使自己在做的過程中沒有方向,并且這樣也是為了方便最后設(shè)計和在一起。討論不僅是一些思想的問題,還可以深入的討論一些技術(shù)上的問題,這樣可以使自己的處理問題要快一些,少走彎路。多改變自己設(shè)計的方法，在設(shè)計的過程中最好要不停的改善自己解決問題的方法，這樣可以方便自己解決問題4。2展望由于PＬC的諸多優(yōu)點，也已經(jīng)在工控領(lǐng)域得到了廣泛引用，但是,還沒有形成系統(tǒng)化、理論化的開發(fā)方法。隨著可編程序控制器技術(shù)的發(fā)展，PLC已越來越多地應用于對模擬量的控制,所以應增加D／A,Ａ/D轉(zhuǎn)換及運算功能的仿真。同時，要盡量抑制干擾，尤其是控制回路之外的干擾.過程控制系統(tǒng)開發(fā)工具功能的不斷完善，使過程控制將具有更廣闊的應用前景,對我國國民生產(chǎn)生活各個領(lǐng)域的自動化水平的提高都有著重要的意義.隨著微機的軟硬件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)自動化領(lǐng)域發(fā)生了革命性的技術(shù)進步。而ＰLC及工控機作為工業(yè)控制的設(shè)備基礎(chǔ)，通過技術(shù)的不斷革新，在工業(yè)控制中的地位日益加強，并且成為工業(yè)控制技術(shù)進步的主要工具。參考文獻［1］朱江主編.可編程控制技術(shù)[M］。哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2013［２］康華光主編．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)［M]。第五版.北京:高等教育出版社，2０06[3］閻石主編。數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M］.第五版。北京：高等教育出版社，2００６［4］三菱公司編.三菱FX系列可編程序控制器特殊功能模塊用戶手冊，2001[５］三菱公司編。三菱可編程序控制器應用10１例，1９94［６]三菱觸摸屏用戶使用手冊[７］王本琪.基于組態(tài)王的PＬC鍋爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計。青島:中國海洋大學。2012[8］王振．基于PLC的鍋爐供熱控制系統(tǒng)的設(shè)計.大連:大連海事大學．20０８附錄系統(tǒng)程序(梯形圖）基于ＰLＣ的鍋爐溫度控制系統(tǒng)作者姓名xxｘ專業(yè)自動化指導教師姓名xxx專業(yè)技術(shù)職務(wù)講師目錄TOＣ\ｏ＂1—3"＼u摘要1第一章緒論PAGEREF_Toｃ１7011４513\h31.1課題背景及研究目的和意義PAＧEREF＿Toc１70１14514＼h3１.２國內(nèi)外研究現(xiàn)狀3１．3項目研究內(nèi)容4第二章PLＣ和組態(tài)軟件基礎(chǔ)5２.1可編程控制器基礎(chǔ)52。1.１可編程控制器的產(chǎn)生和應用５2.1.2可編程控制器的組成和工作原理PAＧEＲEF_Tｏc170114５２０\h５2。1．3可編程控制器的分類及特點72。２組態(tài)軟件的基礎(chǔ)82.2.1組態(tài)的定義82。２。2組態(tài)王軟件的特點82。２。3組態(tài)王軟件仿真的基本方法8第三章PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計93．1PLＣ控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則和步驟9３．１。1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則９3.１．2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟９３．1。3ＰLC程序設(shè)計的一般步驟１03．２PLC的選型和硬件配置１１3．２．１PLC型號的選擇１13.2．2S7-200CＰＵ的選擇12３。2.3EＭ２３5模擬量輸入/輸出模塊12３.2．４熱電式傳感器123．2。5可控硅加熱裝置簡介123。3系統(tǒng)整體設(shè)計方案和電氣連接圖１33．4PLＣ控制器的設(shè)計143。4．1控制系統(tǒng)數(shù)學模型的建立１43．4.2PＩD控制及參數(shù)整定１4第四章PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計1６4。1PＬC程序設(shè)計的方法1６4.２編程軟件STＥP７——Micro/WIN概述174。2．１STEP7—－Ｍicrｏ/WIN簡單介紹１74.2．2計算機與PLＣ的通信184.3程序設(shè)計18４.３.1程序設(shè)計思路１８4.３．2PID指令向?qū)?94。３．3控制程序及分析２5第五章組態(tài)畫面的設(shè)計2９5．1組態(tài)變量的建立及設(shè)備連接29５.1.1新建項目２95.2創(chuàng)建組態(tài)畫面３35．2。1新建主畫面3３5。2.2新建ＰID參數(shù)設(shè)定窗口３45。2。３新建數(shù)據(jù)報表３4５．2．４新建實時曲線355.2.5新建歷史曲線3５5.2。6新建報警窗口36第六章系統(tǒng)測試3７6．１啟動組態(tài)王376。2實時曲線觀察3８6.3分析歷史趨勢曲線3８６。4查看數(shù)據(jù)報表406。5系統(tǒng)穩(wěn)定性測試42結(jié)束語43參考文獻44致謝４5摘要從上世紀80年代至９０年代中期，ＰLC得到了快速的發(fā)展,在這時期,PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。ＰLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點.PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位,在可預見的將來,是無法取代的.本文介紹了以鍋爐為被控對象，以鍋爐出口水溫為主被控參數(shù),以爐膛內(nèi)水溫為副被控參數(shù)，以加熱爐電阻絲電壓為控制參數(shù)，以PLC為控制器，構(gòu)成鍋爐溫度串級控制系統(tǒng)；采用PIＤ算法,運用PLＣ梯形圖編程語言進行編程，實現(xiàn)鍋爐溫度的自動控制。電熱鍋爐的應用領(lǐng)域相當廣泛，在相當多的領(lǐng)域里，電熱鍋爐的性能優(yōu)劣決定了產(chǎn)品的質(zhì)量好壞。目前電熱鍋爐的控制系統(tǒng)大都采用以微處理器為核心的計算機控制技術(shù)，既提高設(shè)備的自動化程度又提高設(shè)備的控制精度。本文分別就電熱鍋爐的控制系統(tǒng)工作原理,溫度變送器的選型、PLC配置、組態(tài)軟件程序設(shè)計等幾方面進行闡述。通過改造電熱鍋爐的控制系統(tǒng)具有響應快、穩(wěn)定性好、可靠性高,控制精度好等特點，對工業(yè)控制有現(xiàn)實意義。關(guān)鍵詞:電熱鍋爐的控制系統(tǒng)溫度控制串級控制ＰLCPIDAＢSTＲACTＦｒomｔｈelasｔcenturｙtｏ９０inｔhｅｍiｄ８０'s，PLChａsbeeｎｒapｉddeｖelopｍentiｎｔhｉｓperiod,PＬＣｃａpaｂｉlityindeａｌinｇｗiｔhａnaｌｏgaｎddigiｔａｐutingｐｏwer,mａｎ－ｍａｃhineinterfａｃecapabｉlitiesandnｅtwｏrｋcapａｂiliｔiesaｒegrｅaｔlyiｍprovｅｄ,PＬCｇraduaｌlyeｎtｅringthefｉeldofｐrocｅsｓｃｏnｔrol，rｅｐｌaceｄiｎsomｅapｐｌicationｓintheｆieldoｆproｃｅssｃontｒoldominaｎtDCS.PLChasｔhｅｖｅｒsaｔiliｔy，ｅasｅｏfuｓe,ｗｉｄeadaptatiｏn,hiｇhrelｉabilityaｎdｓtronganti－inteｒfｅrｅｎce，simｐletoproｇrａmandsｏon．PLCcｏntrol，esｐeｃiallｙinｔheiｎduｓtrialautomatiｏnｓeｑuenｃecontrｏｌtｈｅpositｉon,ｉntheｆoresｅeaｂｌeｆuture,isｎosｕbsｔiｔutｅ。ThispapｅｒinｔｒｏｄucestheboileｒasthechargedobjectｔotheｂｏilerwaｔｅrtｅmperaturｅoftheｍaｉnａccusｅdoｆtｈeexｐｏｒｔpａraｍｅｔerstｏfuｒnａcｅtemperatuｒeasdeｐutｙａｃｃuseｄｏfｐarａmetｅｒstocontrolthｅheatingｒesistａncｅwｉrｅvoltagｅpaｒaｍｅterstoPＬC，coｎtrｏllｅr，constitutｅsaｓeriesｏfboileｒｔｅｍｐeraｔureｌeｖelcontrolｓystem；ｕｓingPIDalgorithm，theuseoｆPLCladdｅrprｏgrａｍminｇlａnguagｅ,pｒoｇramming,boilertemｐerａt(yī)urecontrol。Eｌectricboiｌersawiderａngeofａpｐlications，ｉnacoｎsideｒablenumberoｆfield,theｅlｅctricboilerｐeｒformａnｃeaｄｖantagesandｄiｓadvａnｔagｅsofｔhedｅcｉsｉｏnＴheｑualｉtyoftheproｄuｃt。Elecｔricboiｌｅrcontｒolsystｅmsｃurrｅntｌyｕsedmostlyfｏｒcomputｅｒcontrｏｌmｉcroprocessｏｒｃｏretｅchnoｌogy，bothtoiｍprｏvetheａuｔoｍatｉoneqｕipmｅnthaｖｅimpｒoｖｅdtｈeconｔroｌpreｃisiｏneｑuｉpmeｎt.Ｔhiｓpａpｅｒｏｎtheｈeａt(yī)ingboｉlｅrcontrolsyｓtemworks，seleｃｔiｏnoｆｔempｅｒatｕretransmitｔeｒ，PＬCｃｏnｆiguｒatｉons,tｈeconfiguratｉoｎsoftｗaｒｅdesignasｐectsｗereｄesｃribed．Tｈrougｈthetraｎｓformationofｅlectricｂｏilｅｒconｔrolsystemhaｓｆａsｔrｅｓponsｅ,goｏdsｔabilｉty，hiｇhreliaｂility,ｃoｎtrolaccuｒacyandｇｏodfeatures,pｒａcticaｌsigｎiｆicaｎcefoｒinduｓtriaｌcoｎtrol。Ｋeｙwｏrｄs:heatingｂｏｉlｅrｃｏntrolsysｔeｍｔemperatureｃｏｎtrｏlｃascadecontrｏｌPLＣPID第一章緒論1．1課題背景及研究目的和意義電熱鍋爐的應用領(lǐng)域相當廣泛，電熱鍋爐的性能優(yōu)劣決定了產(chǎn)品的質(zhì)量好壞。目前電熱鍋爐的控制系統(tǒng)大都采用以微處理器為核心的計算機控制技術(shù),既提高設(shè)備的自動化程度又提高設(shè)備的控制精度。PLC的快速發(fā)展發(fā)生在上世紀８0年代至9０年代中期。在這時期，PＬC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到了很大的提高和發(fā)展。PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域,在某些應用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。ＰLＣ具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。[４]電熱鍋爐是機電一體化的產(chǎn)品，可將電能直接轉(zhuǎn)化成熱能，具有效率高，體積小,無污染，運行安全可靠，供熱穩(wěn)定,自動化程度高的優(yōu)點，是理想的節(jié)能環(huán)保的供暖設(shè)備.加上目前人們的環(huán)保意識的提高，電熱鍋爐越來越受人們的重視，在工業(yè)生產(chǎn)和民用生活用水中應用越來越普及。電熱鍋爐目前主要用于供暖和提供生活用水。主要是控制水的溫度,保證恒溫供水。ＰID控制是迄今為止最通用的控制方法之一.因為其可靠性高、算法簡單、魯棒性好，所以被廣泛應用于過程控制中，尤其適用于可建立精確數(shù)學模型的確定性系統(tǒng).PIＤ控制的效果完全取決于其四個參數(shù)，即采樣周期ｔs、比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Ki、微分系數(shù)Kd。因而,ＰＩD參數(shù)的整定與優(yōu)化一直是自動控制領(lǐng)域研究的重要課題。PIＤ在工業(yè)過程控制中的應用已有近百年的歷史，在此期間雖然有許多控制算法問世,但由于PＩD算法以它自身的特點,再加上人們在長期使用中積累了豐富經(jīng)驗，使之在工業(yè)控制中得到廣泛應用.在ＰID算法中,針對P、Ｉ、Ｄ三個參數(shù)的整定和優(yōu)化的問題成為關(guān)鍵問題。［5]1。2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀自７0年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要,特別是微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動控制理論和設(shè)計方法發(fā)展的推動下，國內(nèi)外溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展迅速，并在智能化，自適應、參數(shù)整定等方面取得成果，在這方面，以日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先,都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行各業(yè)廣泛應用。它們主要有以下特點：1)適應于大慣性、大滯后等復雜的溫度控制體統(tǒng)的控制.2）能適應于受控系統(tǒng)數(shù)學模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制。3)能適用于受控系統(tǒng)過程復雜、參數(shù)時變的溫度控制系統(tǒng)的控制。４)這些溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論及計算機技術(shù)，運用先進的算法，適應范圍廣泛.５）溫度控制器普遍具有參數(shù)整定功能。借助于計算機軟件技術(shù),溫度控制器具有對控制參數(shù)及特性進行自整定的功能。有的還具有自學習功能。6）溫度控制系統(tǒng)既有控制精度高、抗干擾能力強、魯棒性好的特點。目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方向發(fā)展。隨溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應用雖然應用很廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進國家相比仍然有著較大的差距.目前，我國在這方面總體水平處于20世紀80年代中后期的水平，成熟產(chǎn)品主要以“點位”控制及常規(guī)的PＩＤ控制器為主，它只能適用于一般的溫度系統(tǒng)的控制,難以控制滯后、復雜、時變溫度系統(tǒng)控制。能適應于較高的控制場合的智能化、自適應控制儀表，國內(nèi)還不十分成熟。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對溫度控制系統(tǒng)的要求越來越高,因此,高精度、智能化、人性化的溫度控制系統(tǒng)是國內(nèi)外必然發(fā)展的趨勢。1．3項目研究內(nèi)容以鍋爐為被控對象,以鍋爐出口水溫為主被控參數(shù)，以爐膛內(nèi)水溫為副被控參數(shù)，以加熱爐電阻絲電壓為控制參數(shù),以PLC為控制器,構(gòu)成鍋爐溫度串級控制系統(tǒng)；采用PＩD算法,運用PLC梯形圖編程語言進行編程，實現(xiàn)鍋爐溫度的自動控制?？删幊踢壿嬁刂破鳎ǎ蠰C)是集計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動控制裝置。其性能優(yōu)越,已被廣泛的應用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域,并已經(jīng)成為工業(yè)自動化的三大支柱（PLC、工業(yè)機器人、CAD/CAM）之一.PLC技術(shù)在溫度監(jiān)控系統(tǒng)上的應用從整體上分析和研究了控制系統(tǒng)的硬件配置、電路圖的設(shè)計、程序設(shè)計,控制對象數(shù)學模型的建立、控制算法的選擇和參數(shù)的整定、人機界面的設(shè)計等。論文通過對德國西門子公司的Ｓ７—２00系列PLC控制器,溫度傳感器將檢測到的實際爐溫轉(zhuǎn)化為電壓信號,經(jīng)過模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到PLC中進行PID調(diào)節(jié),PID控制器輸出轉(zhuǎn)化為0-１０ｍA的電流信號輸入控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變可控硅管導通角的大小來調(diào)節(jié)輸出功率.對于監(jiān)控畫面,利用亞控公司的組態(tài)軟件“組態(tài)王“串級系統(tǒng)是由調(diào)節(jié)器串聯(lián)起來工作，其中一個調(diào)節(jié)器的輸出作為另一個調(diào)節(jié)器的給定值的系統(tǒng)。整個系統(tǒng)包括兩個控制回路,主回路和副回路.副回路由副變量檢測變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過程構(gòu)成；主回路由主變量檢測變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過程和主過程構(gòu)成.一次擾動：作用在主被控過程上的，而不包括在副回路范圍內(nèi)的擾動。二次擾動：作用在副被控過程上的,即包括在副回路范圍內(nèi)的擾動.在串級控制系統(tǒng)中，由于引入了一個副回路，不僅能及早克服進入副回路的擾動，而且又能改善過程特性。副調(diào)節(jié)器具有“粗調(diào)"的作用,主調(diào)節(jié)器具有“細調(diào)”的作用,從而使其控制品質(zhì)得到進一步提高。[７]第二章PＬＣ和組態(tài)軟件基礎(chǔ)可編程控制器是是一種工業(yè)控制計算機，簡稱PLC(ＰrogrammabｌelogicControlｌer)，它使用可編程序的記憶以存儲指令,用來執(zhí)行邏輯、順序、計時、計數(shù)、和演算等功能,并通過數(shù)字或模擬的輸入輸出，以控制各種機械或生產(chǎn)過程.2。1可編程控制器基礎(chǔ)2．１.１可編程控制器的產(chǎn)生和應用196９年美國數(shù)字設(shè)備公司成功研制世界第一臺可編程序控制器PDP-1４，并在GM公司的汽車自動裝配線上首次使用并獲得成功。197１年日本從美國引進這項技術(shù),很快研制出第一臺可編程序控制器DSC—18。1９73年西歐國家也研制出他們的第一臺可編程控制器.我國從19７４年開始研制,１9７7年開始工業(yè)推廣應用。進入2０世紀70年代，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是PLC采用通訊微處理器之后，這種控制器功能得到更進一步增強.進入20世紀8０年代，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以1６位和少數(shù)32位微處理器構(gòu)成的微機化PLＣ，使PLＣ的功能增強，工作速度快,體積減小，可靠性提高，成本下降，編程和故障檢測更為靈活，方便。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。2．1．2可編程控制器的組成和工作原理可編程控制器的組成：PＬＣ包括CPU模塊、I／Ｏ模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架。1。CPＵＣPU是PLＣ的核心,它按ＰLＣ的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù),用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和ＰLＣ內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。CＰＵ主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成,ＣＰU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是ＰLC不可缺少的組成單元。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù),它們決定著PＬＣ的工作速度,ＩO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。2。I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。Ｉ/O模塊集成了PＬC的I／Ｏ電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài),輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài).輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng),輸出模塊相反.I/O分為開關(guān)量輸入（DI）,開關(guān)量輸出（DＯ）,模擬量輸入（AＩ),模擬量輸出（AＯ）等模塊.常用的I／O分類如下：開關(guān)量:按電壓水平分,有220VＡC、11０ＶＡＣ、24VＤC,按隔離方式分,有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量:按信號類型分,有電流型（４—20mA,0-2０ｍA）、電壓型(0-10V，0—5Ｖ，－１0-10Ｖ）等,按精度分,有12bｉt,14biｔ，1６bｉt等.除了上述通用IO外，還有特殊IＯ模塊,如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按Ｉ／O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量,I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制.3.編程器編程器的作用是用來供用戶進行程序的輸入、編輯、調(diào)試和監(jiān)視的。編程器一般分為簡易型和智能型兩類.簡易型只能聯(lián)機編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機器語言助記符后才能送入。而智能型編程器（又稱圖形編程器）,不但可以連機編程，而且還可以脫機編程。操作方便且功能強大。4.電源PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源.電源輸入類型有：交流電源(22０VＡC或110VＡＣ),直流電源(常用的為2４VＤC)。［6]可編程控制器的工作原理:ＰLC的工作方式是一個不斷循環(huán)的順序掃描工作方式.每一次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期.ＣPU從第一條指令開始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。PLＣ就是這樣周而復始地重復上述循環(huán)掃描的。ＰＬC工作的全過程可用圖2－１所示的運行框圖來表示。圖2—1可編程控制器運行框圖2.1。3可編程控制器的分類及特點(一）小型ＰＬＣ小型PLＣ的I／O點數(shù)一般在1２8點以下,其特點是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個硬件融為一體,除了開關(guān)量I/O以外，還可以連接模擬量I／Ｏ以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術(shù)、運算數(shù)據(jù)處理和傳送通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應用指令。（二）中型PLC中型ＰLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，其I/Ｏ點數(shù)一般在2５6~1024點之間，I／O的處理方式除了采用一般PＬC通用的掃描處理方式外,還能采用直接處理方式即在掃描用戶程序的過程中直接讀輸入刷新輸出,它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大,掃描速度更快。（三）大型PLC一般Ｉ/O點數(shù)在１０24點以上的稱為大型PLＣ,大型ＰLC的軟硬件功能極強，具有極強的自診斷功能、通訊聯(lián)網(wǎng)功能強,有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng)實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化，大型PLC還可以采用冗余或三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)使機器的可靠性更高２．2組態(tài)軟件的基礎(chǔ)２．2.1組態(tài)的定義組態(tài)就是用應用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一具體任務(wù)的過程.組態(tài)軟件是有專業(yè)性的，一種組態(tài)軟件只能適合某種領(lǐng)域的應用。組態(tài)的概念最早出現(xiàn)在工業(yè)計算機控制中,如DＣＳ（集散控制系統(tǒng))組態(tài)，PLC梯形圖組態(tài).人機界面生成軟件就叫工控組態(tài)軟件.工業(yè)控制中形成的組態(tài)結(jié)果是用在實時監(jiān)控的。從表面上看，組態(tài)工具的運行程序就是執(zhí)行自己特定的任務(wù)。工控組態(tài)軟件也提供了編程手段，一般都是內(nèi)置編譯系統(tǒng)，提供類BASIＣ語言，有的支持VB,現(xiàn)在有的組態(tài)軟件甚至支持Ｃ#高級語言.在當今工控領(lǐng)域,一些常用的大型組態(tài)軟件主要有：AＢB－OptiMａx,WiｎＣＣ,iFｉｘ,Inｔoｕch，組態(tài)王,力控，易控,MCGS等.本設(shè)計采用亞控的組態(tài)王軟件進行組態(tài)的設(shè)計。2．2。2組態(tài)王軟件的特點組態(tài)王軟件具有適應性強、開放性好、易于擴展、經(jīng)濟、開發(fā)周期短等優(yōu)點。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層,對上連接管理層，它不但實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測與控制,且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)計。組態(tài)軟件也為試驗者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗者實時現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面,并以動畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能［8］.２．２。3組態(tài)王軟件仿真的基本方法（1）圖形界面的設(shè)計圖形,是用抽象的圖形畫面來模擬實際的工業(yè)現(xiàn)場和相應的工控設(shè)備.（2）構(gòu)造數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù),就是創(chuàng)建一個具體的數(shù)據(jù)庫,并用此數(shù)據(jù)庫中的變量描述工控對象的各種屬性，比如水位、流量等。建立動畫連接連接,就是畫面上的圖素以怎樣的動畫來模擬現(xiàn)場設(shè)備的運行，以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。運行和調(diào)試第三章ＰLＣ控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計本章主要從系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計的角度，介紹該項目的PＬC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟、ＰLC的硬件配置、外部電路設(shè)計以及PLC控制器的設(shè)計參數(shù)的整定。3。1PＬＣ控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則和步驟３.1．1ＰＬＣ控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則1．充分發(fā)揮PLＣ功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求。２．在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便。3．保證控制系統(tǒng)安全可靠.4．應考慮生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，在選擇PLＣ的型號、Ｉ/O點數(shù)和存儲器容量等內(nèi)容時,應留有適當?shù)挠嗔?以利于系統(tǒng)的調(diào)整和擴充。３.１.2PＬC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟設(shè)計ＰＬC應用系統(tǒng)時，首先是進行PLC應用系統(tǒng)的功能設(shè)計，即根據(jù)被控對象的功能和工藝要求，明確系統(tǒng)必須要做的工作和因此必備的條件。然后是進行PLC應用系統(tǒng)的功能分析，即通過分析系統(tǒng)功能，提出PＬC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，控制信號的種類、數(shù)量，系統(tǒng)的規(guī)模、布局。最后根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果，具體的確定PLC的機型和系統(tǒng)的具體配置.ＰLC控制系統(tǒng)設(shè)計可以按以下步驟進行:1．熟悉被控對象,制定控制方案分析被控對象的工藝過程及工作特點,了解被控對象機、電、液之間的配合，確定被控對象對ＰLC控制系統(tǒng)的控制要求。2。確定I/O設(shè)備根據(jù)系統(tǒng)的控制要求,確定用戶所需的輸入（如按鈕、行程開關(guān)、選擇開關(guān)等）和輸出設(shè)備（如接觸器、電磁閥、信號指示燈等）由此確定ＰLC的I／O點數(shù)。3.選擇ＰLC選擇時主要包括ＰＬC機型、容量、I／Ｏ模塊、電源的選擇。4．分配ＰLC的Ｉ/Ｏ地址根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場需要，確定控制按鈕,選擇開關(guān)、接觸器、電磁閥、信號指示燈等各種輸入輸出設(shè)備的型號、規(guī)格、數(shù)量；根據(jù)所選的PLC的型號列出輸入／輸出設(shè)備與ＰLC輸入輸出端子的對照表,以便繪制ＰLＣ外部I／O接線圖和編制程序。５。設(shè)計軟件及硬件進行PLC程序設(shè)計，進行控制柜(臺)等硬件的設(shè)計及現(xiàn)場施工.由于程序與硬件設(shè)計可同時進行,因此，PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計周期可大大縮短,而對于繼電器系統(tǒng)必須先設(shè)計出全部的電氣控制線路后才能進行施工設(shè)計。6.聯(lián)機調(diào)試聯(lián)機調(diào)試是指將模擬調(diào)試通過的程序進行在線統(tǒng)調(diào)。3。1。3ＰLC程序設(shè)計的一般步驟1。繪制系統(tǒng)的功能圖。2．設(shè)計梯形圖程序.３．根據(jù)梯形圖編寫指令表程序.4。對程序進行模擬調(diào)試及修改，直到滿足控制要求為止。調(diào)試過程中，可采用分段調(diào)試的方法，并利用編程器的監(jiān)控功能.ＰLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟可參考圖3-１:圖３—1ＰLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟3.2PLC的選型和硬件配置3．2。1ＰLC型號的選擇本溫度控制系統(tǒng)采用德國西門子S７－2０0PＬC.S７-20０是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S７—200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。3．2。2S7－200CPＵ的選擇S7—2０0系列的ＰＬＣ有CPU221、CＰＵ22２、ＣPU2２4、ＣＰU２26等類型。此系統(tǒng)選用的Ｓ7-200CＰU226,ＣPU２26集成24輸入/16輸出共4０個數(shù)字量I/O點.可連接7個擴展模塊,最大擴展至２48路數(shù)字量Ｉ/O點或35路模擬量I/O點。13Ｋ字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間.6個獨立的３0kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20ｋHｚ高速脈沖輸出,具有PID控制器。2個RＳ4８5通訊/編程口，具有ＰPＩ通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。Ｉ／Ｏ端子排可很容易地整體拆卸。3。2.3ＥＭ23５模擬量輸入/輸出模塊在溫度控制系統(tǒng)中,傳感器將檢測到的溫度轉(zhuǎn)換成4—20mA的電流信號，系統(tǒng)需要配置模擬量的輸入模塊把電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再送入PLC中進行處理.在這里我們選擇西門子的ＥＭ235模擬量輸入/輸出模塊。EＭ235模塊具有4路模擬量輸入／一路模擬量的輸出.它允許S７—2０0連接微小的模擬量信號，±８0ｍV范圍。用戶必須用ＤIP開關(guān)來選擇熱電偶的類型,斷線檢查，測量單位,冷端補償和開路故障方向：ＳW１~SW3用于選擇熱電偶的類型，SW４沒有使用，SW5用于選擇斷線檢測方向,SW6用于選擇是否進行斷線檢測，ＳW7用于選擇測量方向，SＷ8用于選擇是否進行冷端補償。所有連到模塊上的熱電偶必須是相同類型。3．２。4熱電式傳感器熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)化為電量變化的裝置。在各種熱電式傳感器中,以將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢和電阻的方法最為普遍.其中最為常用于測量溫度的是熱電偶和熱電阻，熱電偶是將溫度轉(zhuǎn)化為電勢變化，而熱電阻是將溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化。這兩種熱電式傳感器目前在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應用。該系統(tǒng)需要的傳感器是將溫度轉(zhuǎn)化為電流，且水溫最高是１00℃,所以選擇Pｔ１00鉑熱電阻傳感器。P100鉑熱電阻，簡稱為:PＴ100鉑電阻，其阻值會隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在0℃時阻值為１00歐姆，在100℃時它的阻值約為1３８。5歐姆。它的工作原理：當ＰＴ１０0在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆，它的的阻值會隨著溫度上升它的阻值成勻速增長［3]。3．２.5可控硅加熱裝置簡介對于要求保持恒溫控制而不要溫度記錄的電阻爐采用帶PID調(diào)節(jié)的數(shù)字式溫度顯示調(diào)節(jié)儀顯示和調(diào)節(jié)溫度，輸出0～１0ｍA作為直流信號輸入控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變可控硅管導通角的大小來調(diào)節(jié)輸出功率,完全可以滿足要求,投入成本低，操作方便直觀并且容易維護。溫度測量與控制是熱電偶采集信號通過PID溫度調(diào)節(jié)器測量和輸出０～1０ｍA或４~20mA控制觸發(fā)板控制可控硅導通角的大小，從而控制主回路加熱元件電流大小，使電阻爐保持在設(shè)定的溫度工作狀態(tài)。可控硅溫度控制器由主回路和控制回路組成。主回路是由可控硅,過電流保護快速熔斷器、過電壓保護RC和電阻爐的加熱元件等部分組成.3．3系統(tǒng)整體設(shè)計方案和電氣連接圖系統(tǒng)選用了PLCCPU226為控制器，ＰT100型熱電阻將檢測到的實際鍋爐水溫轉(zhuǎn)化為電流信號，經(jīng)過EM23１模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)化成數(shù)字量信號并送到PLC中進行PID調(diào)節(jié)，PIＤ控制器輸出轉(zhuǎn)化為０～10mA的電流信號輸入控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變可控硅管導通角的大小來調(diào)節(jié)輸出功率，從而調(diào)節(jié)電熱絲的加熱。PＬC和組態(tài)王連接,實現(xiàn)了系統(tǒng)的實時監(jiān)控。整體設(shè)計方案如圖３-3：EM235鍋爐PT100EM235鍋爐PT100PLC計算機可控硅可控硅圖3-3整體設(shè)計方案TT1TT22４VTT1TT2系統(tǒng)硬件連線圖如圖3—４：RAA+A-RBB+B-RCC+C-RDD+D-EM235輸入ML+DCCPU226COM1COM2輸出RAA+A-RBB+B-RCC+C-RDD+D-EM235輸入ML+DCCPU226COM1COM2輸出MOVOIOML+1MI0.0I1.42MI1.5I2.7ML+MOVOIOML+1MI0.0I1.42MI1.5I2.7ML+電源負載載電源負載載圖３－4系統(tǒng)硬件連線圖3。4