水箱加熱系統(tǒng)的plc位式溫度控制課程設(shè)計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一、前 言1</b></p><p>　　1. 可編程序控制器的概述1</p><p>　　2．FX2N系列PLC簡介2</p><p>　　3．特殊功能模塊2</p><p><b

2、>　　4. 調(diào)功器3</b></p><p>　　5. 溫度變送器3</p><p><b>　　二、系統(tǒng)設(shè)計4</b></p><p>　　1．系統(tǒng)設(shè)計要求4</p><p>　　2．系統(tǒng)硬件設(shè)計4</p><p>　　2.1． 水箱溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)：4</p

3、><p>　　2.2． 輸入輸出點數(shù)的分配表5</p><p>　　2.3． 相關(guān)元器件的選型5</p><p>　　2.4． PLC的外部接線原理圖6</p><p>　　3．系統(tǒng)軟件設(shè)計7</p><p>　　3.1． 模擬量與數(shù)字量的對應(yīng)關(guān)系7</p><p>　　3.2． 系統(tǒng)流程

4、圖的設(shè)計7</p><p>　　3.3． 系統(tǒng)梯形圖8</p><p>　　3.4． 系統(tǒng)指令表9</p><p>　　3.5． 系統(tǒng)實時監(jiān)控圖10</p><p><b>　　三、總 結(jié)12</b></p><p><b>　　四、參考文獻13</b><

5、/p><p><b>　　五、附 錄13</b></p><p>　　5.1.課題介紹13</p><p>　　5.2.控制要求13</p><p><b>　　第一章 前 言</b></p><p>　　1.1 可編程序控制器的概述</p><p&g

6、t;　　隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機控制已經(jīng)廣泛應(yīng)用在所有的工業(yè)領(lǐng)域。現(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場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)。<

7、;/p><p>　　國際電工委員會（IEC）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）是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。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)運算等操作的命令，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?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整

8、體，易于擴充功能的原則而設(shè)計”?？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(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(jié)構(gòu)3）PLC將整

9、體式和模塊式結(jié)合起來，稱為疊裝式PLC。</p><p>　　2.2 FX2N系列PLC簡介</p><p>　　本次設(shè)計中，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系列為雙機熱備系列，最大輸入輸出點數(shù)為8192點。 A系列PLC的最大輸入輸出點數(shù)為2048點。 F系列程控器的最大輸入輸出點數(shù)為256點。三菱小型 FX 2（N

10、）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(shù)、定位等特殊功能模塊，不超過8個。 FX系列在日本三菱的姬路制作所生產(chǎn)。三菱姬路制作所累計已生產(chǎn)超過三百萬臺 FX系列 PLC。目前FX系列PLC為中國內(nèi)地銷量最多的小型PLC。FX2n系列PLC是該系列中功能最強、速度最快的微型PLC。有RAM, EPROM和EEPROM FX2N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

11、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(shè)計.備有多種不同的FX2N擴展單元及特殊模塊.</p><p>　　2.3 特殊功能模塊</p><p>　　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)行機構(gòu)要求PLC輸出模擬信號，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)

12、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)計要求，本次設(shè)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4—20MA，轉(zhuǎn)換速度為15MS/通道或6MS/通道（高速）。 </p><p><b>　　2.4 調(diào)功器</b>

13、</p><p>　　調(diào)功器是應(yīng)用晶閘管（又稱可控硅）及其觸發(fā)控制電路用于調(diào)整負載功率的盤裝功率調(diào)整單元。</p><p>　　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(nèi)對其有不同的叫法，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

14、、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。</p><p><b>　　2.5 溫度變送器</b></p><p>　　溫度變送器，專應(yīng)于熱電阻或熱點偶，講溫度轉(zhuǎn)換成4-20MA的電流信號。</p><p>　　至于要不要加模塊，要

15、看接受的控制器對于輸入信號是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。</p><p>　　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(zhuǎn)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(diào)節(jié)器或顯示儀表。PT100的熱電阻輸出的是電阻信號，變送器輸出的是毫安信號。</p><p>　　溫度

16、變送器0-100度與0-150度最大值時輸出電流均為20MA，所以當(dāng)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(shù)的情況下它們不可以互換。</p><p><b>　　第二章 系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)設(shè)計要求</p><p>　

17、　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(diào)功器的輸出，由調(diào)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0~100℃。溫度變送器變換為4~20mA傳送給PLC的模擬量輸入通道。根據(jù)給定值加上dF與測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，從而達到控制水箱溫度的目的。</p>

18、<p>　　2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　根據(jù)對系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容的分析，確定控制系統(tǒng)所需要的輸入輸出點數(shù)為1/3點。選用FX系列PLC, 輸入輸出點數(shù)的分配如表2-1所示，由于系統(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。</p><p>　　2.2.1水箱溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)：</p>&l

19、t;p>　　該閉環(huán)系統(tǒng)的組成中，刮號中的部分即用FX系列的PLC和模擬量FX-4AD模塊實現(xiàn)；用熱電偶檢測水箱溫度，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PLC的內(nèi)部處理將模擬量轉(zhuǎn)化成可識別的數(shù)字量與設(shè)定值比較處理，在將控制信號作用于控制調(diào)功器上，以此來控制水箱中電熱管的開關(guān)情況，實現(xiàn)對水箱溫度的閉環(huán)控制。</p><p>　　2.2.2 輸入輸出點數(shù)的分配表</p>&

20、lt;p>　　表2-1 輸入和輸出點分配表</p><p>　　2.2.3 相關(guān)元器件的選型</p><p>　　表2-2 元器件明細表</p><p>　　2.2.4 PLC的外部接線原理圖</p><p>　　圖2-4 PLC的外部接線原理圖</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計</p&g

21、t;<p>　　3.1 模擬量與數(shù)字量的對應(yīng)關(guān)系</p><p>　　轉(zhuǎn)化時應(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，找出被測物理量與A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)要求，所要測量的溫度量程為0-100C,所對應(yīng)的數(shù)據(jù)量為0-2000，由此可根據(jù)公式：</p><p>　　測量溫度=(100*D0/2000)C

22、=0.05D0C</p><p>　　其中，D0為PLC轉(zhuǎn)換出來的數(shù)字量</p><p>　　3.2 系統(tǒng)流程圖的設(shè)計</p><p><b>　　3.3 系統(tǒng)梯形圖</b></p><p><b>　　3.4 系統(tǒng)指令表</b></p><p>　　3.5 系統(tǒng)實時監(jiān)控圖&

23、lt;/p><p><b>　　監(jiān)控圖1</b></p><p><b>　　監(jiān)控圖2</b></p><p><b>　　監(jiān)控圖3</b></p><p><b>　　第三章 總 結(jié)</b></p><p>　　兩周的PLC課程設(shè)

24、計對我收益匪淺，讓我系統(tǒng)性地認識和全面地掌握了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步，讓我對PLC應(yīng)用有了深入細致的了解。</p><p>　　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)計方案，進行設(shè)計的總體規(guī)劃，理清課程設(shè)計思路。但是將這些具體的方案落實到每一個設(shè)計環(huán)節(jié)和步驟中，難免會出現(xiàn)意想不到錯誤，這就需要我們在進行設(shè)計的

25、過程中利用所掌握的知識認真排查錯誤原因，多方面的思考問題的關(guān)鍵不斷地改正自己的設(shè)計不足之處和錯誤。</p><p>　　第二周，對硬件電路的工作原理和可編程知識的掌握是進行下一步的軟件設(shè)計的關(guān)鍵。進入了軟件設(shè)計方案和具體的編程和調(diào)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塊化設(shè)計思想是設(shè)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(xiàn)閉環(huán)方法來實現(xiàn)溫度控制，在沒有任何有價值的參考資料的情況下，

26、通過不斷地設(shè)計嘗試和反復(fù)地設(shè)計調(diào)試初步解決了問題。但是也存在了設(shè)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。但是我們還是通過查閱資料，詢問老師按時完成了我們的課題。</p><p>　　兩周的PLC編程及應(yīng)用的課程設(shè)計，發(fā)現(xiàn)自己在這方面的學(xué)習(xí)還需要不斷的加深。通過這段時間的學(xué)習(xí)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

27、件應(yīng)用。在這里，本次設(shè)計中感謝兩位指導(dǎo)老師對我的幫助。</p><p><b>　　4、參考文獻</b></p><p>　　【1】可編程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用 廖常初 重慶大學(xué)出版社</p><p>　　【2】可編程序控制器及其應(yīng)用 萬太福 重慶大學(xué)出版社</p><p>　　【3】畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)

28、 劉祖潤 機械工業(yè)出版社</p><p>　　【4】新舊圖形符號對照讀本 兵器工業(yè)出版社</p><p>　　【5】電力拖動與控制 謝桂林 中國礦業(yè)大學(xué)出版社</p><p>　　【6】工廠常用電氣設(shè)備手冊（上、中、下） 水利電力出版社</p><p>　　【

29、7】電氣控制技術(shù)實驗指導(dǎo)書 劉星平 湖南工程學(xué)院</p><p><b>　　5、附 錄</b></p><p><b>　　5.1.課題介紹</b></p><p>　　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(diào)功器的輸出，由調(diào)功器控制電加熱管的通斷，被控對象為水箱中

30、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0~100℃。溫度變送器變換為4~20mA傳送給PLC的模擬量輸入通道。根據(jù)給定值加上dF與測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，從而達到控制水箱溫度的目的。</p><p><b>　　5.2.控制要求</b></p><p>　　設(shè)計PLC模擬