壁挂式多用电磁炉自动控制系统的设计论文

焦作大学毕业设计 摘 要 1 摘 要 电磁炉又称为电磁灶，它起源于德国。电磁炉与其他厨房电器和传统灶具相比，电磁炉除在加热时间稍逊于煤气炉之外，其余指标均优于同类加热器。无论在安全、节能、高效、简便等方面都具有很大的优越性，尤其在环保方面的优点更为突出。根据市 场调查，电磁炉在国内外市场的需求量很大。国外许多服务行业和家庭 已经 习惯使用这类智能化程度高、环保、高效的电磁炉，而且产品的更新速度也比较快。电磁炉正处产品生命周期中的成长期，对该产品的需求，国内市场容量和潜力巨大 。 国际市场只要质量和技术档次能跟上，出现 的 前景同样看好 。 在这样的市场 和需求背景下，我们开发出多功能，具有各种保护功能的新型电磁炉更 是我们追求的。 本文利用 PLC 控制， 设计出了具有取暖、热水、洗浴等多项功能的壁挂式多用电磁炉自动控制系统。并且有自启动和高温保护功能。在某一些检测控制方面打破了传统的控制思想，实现了自我创新。 关键词 ： 控制； PLC；电磁炉 焦作大学毕业设计 ABSTRACT 2 ABSTRACT Induction Cooker is also known as technical Cooking appliances which originated from Germany. Compared with other kitchen appliances and traditional Cooking appliances, except that Induction Cooker at the heating time is in less gas stove, the other indicators are better than similar heater. In terms of safety, energy conservation, efficient and simple are all have a great advantage.particularly the advantages of the aspects of environmental are more prominent. According to the market research, Induction Cooker is in great demand in domestic and foreign markets. Many foreign and domestic service sectors have been accustomed to using such a high degree of intelligence, environmental protection and efficient Induction Cooker, and product updates are also fairly fast speed. Induction Cooker is the product life cycle of growth, the demand for the products, capacity and the domestic market has great potential. In the international market ,as long as the quality and technical level are to keep up, occurred in such a market and demand background of the same optimistic about the prospects, we developed a multi-functional, with various protection features of the new Induction Cooker is our pursuit of more. Using PLC control, I designed a wall-mounted with automatic control system Induction Cooker which have a multi-function about heating, hot water and toiletries and so on, And also have a function of self-starting and high temperature protection. In certain areas about Detection of control, It breaks the traditional control of thinking and realized the self-innovation. Keywords： Control； PLC； Induction Cooker 焦作大学毕业设计 目录 1 目 录 1 引言 . 1 1.1 课题 设计的意义和目的 . 1 1.2 本文选题背景和意义 . 1 1.2.1 国内外电磁炉的发展状况 . 1 1.2.2 PLC 技术的发展和应用 . 2 1.2.3 PLC 与继电器控制的比较及特点 . 4 1.3 课题研究内容 . 6 1.3.1 设计内容 . 6 1.3.2 设计要求与任务 . 6 1.4 小结 . 7 2 壁挂式多用电磁炉自动控制系统的硬件设计 . 8 2.1 控制电路设计 . 8 2.1.1 PLC 的选型设计 . 8 2.1.2 PLC 控制系统的硬件配置 . 8 2.1.3 PLC 的输入输出点分配 . 8 2.1.4 主电路的设计及 PLC 外部接线图 . 9 2.2 PLC 与其他硬件配置明细表 . 10 2.3 小结 . 11 3 壁挂式多用电磁炉自动控制系统的软件设 计 . 12 3.1 软件开发平台和编程语言的选择 . 12 3.2 壁挂式多用电磁炉自动控制系统的程序设计 . 12 3.2.1 主控流程图设计 . 12 3.2.2 画梯形图 . 13 3.3 小结 . 17 4 壁挂式多用电磁炉自动控制系统仿真 . 18 4.1 用编程软件编译调试程序 . 18 4.2 用 S7-200 仿真器模拟仿真程序 . 18 4.3 小结 . 27 5 结束语 . 28 焦作大学毕业设计 目录 2 参考文献 . 30 致谢 . 31 焦作大学毕业设计 1 引言 1 1 引言 1.1 课 题 设计的意义和目的 PLC 原理及应用课程设计是电气自动化专业自动控制领域重要的实践环节之一 ，主要以小型实用性 PLC 控制系统的软、硬件设计为主。 课 题 设计的目的 ： （ 1）全面熟练掌握 PLC 的硬件组成以及各种指令的应用 （ 2）掌握小型 PLC 应用系统设计的步骤 （ 3）熟悉和掌握 PLC 开发系统的应用和软件调试过程 （ 4）通过设计过程中对故障的分析、判断、检修进一步锻炼和培养动手能力。 课 题 设计的任务 ：（ 1）全面理解本次实训的硬件电路组成及具体实现方法 （ 2）根据具体的实训要求编写相应程序 （ 3）用软件调试设计程序，观察设计的实际效果 。 1.2 本文 选题背景和意义 PLC 技术是工业自动化的重要手段，在很多领域都已应 用。电磁炉早已步入千家万户，我们更要寻找一种很好的控制方法。让电磁炉能更好的发挥作用，更好的服务于人类。 1.2.1 国内外电磁炉的发展状况 电磁炉又称为电磁灶，它起源于德国。在西方发达国家，电磁炉的普及率达到了 60%-70%。在我国，电磁炉也开始步入千家万户。电磁炉与其他厨房电器和传统灶具相比，电磁炉除在加热时间稍逊于煤气炉之外，其余指标均优于同类加热器。无论在安全、节能、高效、简便等方面都具有很大的优越性，尤其在环保方面的优点更为突出。其自动检查锅具以及过热保护等先进设置，不会象电炉那样产生明火，不会 造成视觉污染或者电路短路等问题 ；不会燃烧时产生废气，以及诸如液化气泄漏造成的中毒甚至爆炸的安全隐患。同时电磁炉方便收藏、易于清洁、体积小巧，且在使用时不至于使室温上升，在省电、省钱以及安全有保障的情况下将食物料理过程轻松完成。电磁炉分为工频电磁炉和高频电磁炉，工频电磁炉工作简单可靠，主要存在的问题是噪声大，已被淘汰，现在所说的电磁炉指的都是高频电磁炉。 电磁炉是运用高频电磁感应原理加热。它将市电整流滤波后得到的脉动直流转换成高频电流，通过加热线圈建立高频磁场，磁力线经线圈与焦作大学毕业设计 1 引言 2 锅底构成的磁回路穿透灶面作用于锅底 ，在锅底形成涡流而发热，起到加热锅中食物的作用。根据市场调查，电磁炉在国内外市场的需求量很大。国外许多服务行业和家庭己习惯使用这类智能化程度高、环保、高效的电磁炉，而且产品的更新速度也比较快。电磁炉正处产品生命周期中的成长期，对该产品的需求，国内市场容量和潜力巨大，国际市场只要质量和技术档次能跟上，出现在前景同样看好在这样的市场和需求背景下，我们开发出多功能，宽电压范围，具有各种保护功能的新型电磁炉更具有现实意义和经济意义。 1.2.2 PLC技术的发展和应用 PLC 即可编程控制器 的英文名称 Programmable Logic Controller 的简称 ，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会 IEC（ International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义： “PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 PLC 及其有关的外围设备都应该按易 于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计 1 。 ” （ 1） PLC 的发展状况 虽然 PLC 问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步， PLC 也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段： 早期的 PLC（ 60 年代末 70 年代中期） 早期的 PLC 一般称为可编程逻辑控制器。这时的 PLC 多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在 I/O 接口电路上作了改进以适应工业控制现场 的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式 梯形图。因此，早期的 PLC 的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体焦作大学毕业设计 1 引言 3 积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中 PLC 特有的编程语言 梯形图一直沿用至今。 中期的 PLC（ 70 年代中期 80 年代中，后期） 在 70 年代，微处理器的出现使 PLC 发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作 为 PLC 的中央处理单元 (CPU)。 这样，使 PLC 得功能大大增强。在软件方面 ，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程 I/O 模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使 PLC 得应用范围得以扩大。 近期的 PLC（ 80 年代中、后期至今） 进入 80 年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度 下跌，使得各种类型的 PLC 所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高 PLC 的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得 PLC 软、硬件功能发生了巨大变化 2 3 。 （ 2） PLC 的应用前景 目前， PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 开关量的逻辑控制 。 PLC 取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、订书机械、印刷机、磨床、组合机床、包装生产线、电镀流水线等。 模拟量控 制 。 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（ Analog）和数字量（ Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。 PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 运动控制 。 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动 步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界焦作大学毕业设计 1 引言 4 上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 过程控制 。 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机， PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。 PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。 PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 数据处理 。 现代 PLC 具有 数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 通信及联网 。 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展， 工业等各大领域 自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重 视 PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便 3 5 6 。 1.2.3 PLC控制 与继电器控制的比较 本设计 中采用可编程控制器（ PLC）来实现其控制功能，具有极大的优势，主要表现在设计时间短，响应速度快，可靠性高，可实现顺序控制功能、定时、计数、运动控制、数据处理、闭环控制及通信联网等功能。 另外 其控制电路、程序易于修改。 在工业自动化领域，可编程控制器 (PLC)作为自动控制以成为大多数自动化系统的设备基础，同时也给工业控制带来了前所未有的非凡变化。使用 PLC 的工业控制系统与传统的用继电器的工业控制系统相比，在操作、控制、效率和精度等各个方面都具有无法比拟的优点。虽然在工业控制系统中所使用的继电器控制设备不会被完全淘汰，但是由于 PLC 的出现已经改变了工业控制设计者的设计思想 。 （ 1） 继电器 控制 存在的缺点 焦作大学毕业设计 1 引言 5 今天继电器已应用到家庭及工业控制的各个领域。他们比以往的产品具有更高的可靠性。但是，这也是随之带来的一些问题。如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。再者，对一个具 体使用的装有上百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重的。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。 （ 2） PLC的优势、特点 可编程控制器以体积小功能强大所著称，它不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是现在，由于信息、网 络时代的到来，扩展了 PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业。 （ 3） PLC的功 能 顺序控制 。 顺序控制是 PLC最基本、应用最广泛的领域。所谓的顺序控制，就是按照工艺流程的顺序，在控制信号的作用下，使得生产过程的各个执行机构自动地按照顺序动作。由于它还具有编程设计灵活、速度快、可靠性高、成本低、便于维护等优点，所以在实现单机控制、多机群控制、生产流程控制中可以完全取代传统的继电器接触器控制系统。它主要是根据操作按扭、限位开关及其它现场给来的指令信号和传感器信号，控制机械运动部件进行 相应的操作，从而达到了自动化生产线控制。比较典型应用在自动电梯的控制、管道上电磁 阀 的自动开启和关闭、皮带运输机的顺序启动等。 闭环过程控制 。 以往对于过程控制的模拟量均采用硬件电路构成的 PID模拟调节器来实现开、闭环控制。而现在完全可以采用 PLC控制系统，选用模拟量控制模块，其功能由软件完成，系统的精度由位数决定，不受元件影响，因而可靠性更高，容易实现复杂的控制和先进的控制方法，可以同时控制多个控制回路和多个控制参数。例如生产过程中的温度、流量、压力、速度等。 运动位置控制 。 PLC可以支持数控机床的控制和管理 ，在机械加工行业，可焦作大学毕业设计 1 引言 6 编程控制器与计算机数控（ CNC）集成在一起，用以完成机床的运动位置控制，它的功能是接受输入装置输入的加工信息，经处理与计算，发出相应的脉冲给驱动装置，通过步进电机或伺服电机，使机床按预定的轨道运动，以完成多轴伺服电机的自控。目前以用于控制无心磨削、冲压、复杂零件分段冲裁、滚削摸削等应用中。 生产过程的监控和管理 。 PLC可以通过通迅接口与显示终端和打印机等外设相连。显示器作为人机界面（ HMI）是一种内含微处理芯片的智能化设备，它与PLC相结合可取代电控柜上众多的控制按钮、选择开关、信号指示 灯，及生产流程模拟屏和电控柜内大量的中间继电器和端子排。所有操作都可以在显示屏上的操作元件上进行。 PLC可以方便、快捷地对生产过程中的数据进行采集、处理，并可对要显示的参数以二进制、十进制、十六进制、 ASCII字符等方式进行显示。在显示画面上，通过图标的颜色变化反应现场设备的运行状态，如阀门的开与关，电机的启动与停止，位置开关的状态等。 PID回路控制用数据、棒图等综合方法反映生产过程中量的变化，操作人员通过参数设定可进行参数调整，通过数据查询可查找任一时刻的数据记录，通过打印可保存相关的生产数据，为今后的生 产管理和工艺参数的分析带来便利。 网络特性 。 PLC可以实现多台 PLC之间或多台 PLC与一台计算机之间的通讯联网要求，从而组成多级分布式控制系统，构成工厂自动化网络。 通过通讯模块、上位机以及相应的软件来实现对控制系统的远距离监控。 通过调制解调器和公用电话网与远程客户端计算机相连，从而使管理者可通过电话线对控制系统进行远距离监控 5 9 。 1.3 课题研究内容 1.3.1 设计内容 设计一个壁挂式多用电磁炉自动控制系统，具有取暖、热水、洗浴等多项功能，进水盒出水采用电磁阀控制，高频电源采用 3 个 2kw 电源，其中一个高频电源能够进行功率微调。 1.3.2 设计要求与任务 （ 1） 控制面板上包括取暖、热水、高温、中温、低温、微调、启动和停止按钮； 焦作大学毕业设计 1 引言 7 （ 2） 取暖时具有 5低温自启动功能； （ 3） 具有 80高温保护功能； （ 4） 热水时具有水流自动调温功能 。 1.4 小结 通过对 PLC 的认识，了解其发展和特点，并与继电器 、 单片机的比较突现出PLC 的特点明显 前景广泛。 利用 PLC 来实现中低压配电网的 RTU 功能，具有简单、可靠、易用等特点，是 一个比较有应用前景的实现方案 。 焦作大学毕业设计 2 壁挂式多用电磁炉自动控制系统的硬件设计 8 2 壁挂式多用电磁炉自动控制系统的硬件设计 本文 研究的课题是采用 PLC 技术对壁挂式多用电磁炉自动控制系统的研究，采用 PLC 技术的软件编程方法代替通过连线而实现的所有逻辑控制，并根据 PLC的功能特点增加工作状态显示、故障显示等功能；并对系统的硬件、软件进行设计研究和实验室模拟调试。 2.1 控制电路设计 PLC 技术是工业自动化的重要手段，它可以实现逻辑控制、顺序控制、定时、记数、算术运算、数据处理、数据通信等功能，并且具有处理分支、中断、自诊断能力 6 。 PLC 技术的逻辑控制功能通过软件编程来实现，柔性强，控制功能多，控制线路大大简化。 PLC 的输入输出回路 均带有光电隔离等抗干扰和过载保护措施。程序运行为循环扫描工作方式，且有故障检测及诊断程序，可靠性极高。 PLC控制系统为模块化结构，维护更换方便，并可显示故障类型。因此本文决定采用PLC 进行控制，并且保持原有的操作方式、按钮、开关的作用不变，以方便用户，缩短适应期。 2.1.1 PLC的选型设计 S7-200系列 PLC为小型 PLC，外形尺寸小、质量轻、功耗小。其虽然为小型PLC，但是许多功能达到了原来大、中型 PLC的水平，而价格却是小型 PLC的价格。特别是 S7-200的第二代， CPU22X系列具有多种功能块和 人机界面可供选择，具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，系统非常方便，可以很容易地组成 PLC网络，控制系统的设计更简单几乎可以完成任何功能的控制任务。因此，本次设计选用 S7-200型 PLC 1 。 2.1.2 PLC控制系统的硬件配置 由本文的控制方案可以看出，本次 PLC 电路主要有 PLC、各种传感器、操作开关等。壁挂式多用电磁炉自动控制系统中，设计运用了 11 个按钮输入， 6 个开关输入， 7 个输出。由于点数不多，本文决定选用一台 CPU226 主机模块进行控制。 PLC 控制系统的硬件详细配置见表 2-2。 2.1.3 PLC 的输入输出点分配 用一台 CPU226 单机实现对壁挂式多用电磁炉自动控制系统的控制。为了提焦作大学毕业设计 2 壁挂式多用电磁炉自动控制系统的硬件设计 9 高系统的抗干扰能力，数字输入点采用数字滤波，不使用脉冲捕捉功能。输出表设计为封锁输出方式 1 。输入输出信号的对照表见表 2-1 所示 。 表 2-1 PLC 的输入 /输出地址分配 Tab 2-1 The detailed table of the input/output addresses of PLC 其中炉内温度继电器 1 为 5 动作继电器，实现 5 自启动功能；炉内温度继电器 2 为 80 动作继电器，实现 80 高温保护功能。洗浴阀处 温度继电器，实现洗浴时水流自动调温功能。可以选择适合人洗浴的最佳温度范围，继电器 1、 2、3 分别为 37 、 42 、 47 动作的继电器，把温度锁定在 37 47 之间。详细实现过程见 3.2 程序设计 及 4.2 仿真 部分。 2.1.4 主电路的设计及 PLC外部接线图 主电路中，低温、中温、高温是分别接一个、两个、三个 2kw 电源来实现的，焦作大学毕业设计 2 壁挂式多用电磁炉自动控制系统的硬件设计 10 其中每种都接上功率可微调电源，以实现微调功能。根据输入输出对照表设计出PLC 的外部接线示意图 2-1 如下 。 图 2-1 PLC 电路主机单元的 I/O 图 Fig 2-1 The I/O diagram of the host unit of PLC 2.2 PLC 与其他硬件配置明细表 PLC 外部输出器件的选择对系统的稳定性有很大的影响，因此要选用安全、可靠的设备。系统所选用的元件的名称、电气符号、型号、数量等具体参数在下面 表 2-2 的元件名细表中 4 。 焦作大学毕业设计 2 壁挂式多用电磁炉自动控制系统的硬件设计 11 2.3 小结 壁挂式多用电磁炉控制系统如果使用继电器控制实现，控制系统体积大、运行噪音大、功耗高、接线复杂、故障率高、工作稳定性和可靠性差、控制速度慢、控制精度差、功能改变难度大、使用寿命短，缺乏故障自诊断能力 。 PLC 技术可以实现逻辑控制、顺序控制、定时、计数、算术运算、数据处理、数据通信等功能。 PLC 技术的逻辑控制功能通过软件编程来实现，柔性强，控制功能多，控制线路大大简化。因此可以采用 PLC 控制来代替继电器控制，可以保持原有的操作方式按钮、开关、主令的作用不变。以方便用户，缩短适应期。本章对多用电磁炉的硬件做详细的设计，包括 PLC 的选型、输入输出分配、 PLC 的外部接线等。 焦作大学毕业设计 3 壁挂式多用电磁炉自动控制系统的软件设计 12 3 壁挂式多用电磁炉自动控制系统的 软件设计 3.1 软件开发平台和编程语 言的选择 由上一章节介绍知，本次设计采用 S7-200 型 PLC。 S7 系列是德国 SIEMENS公司于 20 世纪末推出的新型 PLC 产品，编程时均使用 STEP7 编程软件。这是一种基于 windows 平台的应用软件，是西门子公司专为 SIMATIC 系列 S7-200PLC研制开发的编程软件。而 S7-200 支持的 STMATIC 和 IEC1131-3 两种基本类型的指令集中， STMATIC 指令集是西门子公司 PLC 专用的指令集。本次设计就为STMATIC 指令系统编制的梯形图程序。 STEP7 编程软件提供了三种编程语言，即梯形图（ LAD）、语句表（ STL）、及功能块图（ FBD） ,每种语言都有自己的 特点。梯形图语言（ LAD）是在继电接触控制基础上演变而来的，是一种图形化的编程语言。梯形图语言比较形象、直观。编程人员几乎不必具有计算机的基础知识，不需考虑 PLC 内部结构原理，只要有继电接触控制的基础，就能在很短时间内掌握梯形图（ LAD）的使用和编程方法，因此这种编程语言应用最广，所有 PLC 厂商均支持梯形图语言编程。语句表（ STL）是用助记符来表示 PLC 的各种操作功能，类似于计算机的汇编语言，特别适合于熟悉计算机原理和熟悉 PLC 和有经验的程序员使用，用它可以编写出梯形图语言或功能块语言（ FBD）无法实现的程 序，程序执行速度最快。功能块语言（ FBD）也是一种图形化语言，主要由多种功能组成，类似于数字逻辑门电路，适用于有数字电路基础的人编程使用，但在国内使用较少。 综上所述本次设计选用梯形图语言（ LAD）编程最好，可编制出与电气原理图相类似的程序，更形象、直观 1 3 。 3.2 壁挂式多用电磁炉自动控制系统的程序设计 3.2.1 主控流程图设计 功能流程图简称功能图，功能流程图是专用于工业顺序控制程序设计的一种功能说明性语言。为了编程方便，可以直接用内部存储器位 M 来代表各步的编号，设计主控流程图如图 3-1 所示 。 焦作大学毕业设计 3 壁挂式多用电磁炉自动控制系统的软件设计 13 图 3-1 功能流程图 Fig 3-1 the flow chart of Function 按启动按钮 SB1 后 M0.0 得电，进出口电磁阀打开，在按取暖按钮 SB2 或热水按钮 SB3 分别进入取暖、热水状态，按高、中、低温按钮可调高、中、低温。 当洗浴阀开时，流量检测开关 B 合上，水流进入自动调温状态。由安装在洗浴手动阀后的温度继电器实现。当洗浴水流 温度 低于 37 时，三个温度继电器都未动作，自动为高温加热状态；当洗浴水流 温度 高于 37而 低于 42 时，自动变为中温加热状态；当洗浴水流 温度 高于 42 而低于 47 时自动变为低温加热状态；当洗浴水流 温度 高于 47 时停止加热。水流温度在此四个比较适合人洗浴的状态下变化。如觉水温不适可进行功率微调，微调时水流无自动调温功能。 无论是在取暖还是在热水、洗浴状态，都可以实现功率微调。由于高、中、低温三种状态都将可微调电源以最大功率接入，这样一来刚进入微调状态时只能在某一状态下进行减功率微调。 3.2.2 画梯形图 根据 前面所画的功能流程图，就可以很容易用编程软件做出梯形图程序。如图 3-2 所示 。 焦作大学毕业设计 3 壁挂式多用电磁炉自动控制系统的软件设计 14 图 3-2 壁挂式多用电磁炉自动控制系统的 LAD 程序图 Fig 3-2 the LAD procedures map of the wall-mounted use of the automatic control system Induction Cooker 焦作大学毕业设计 3 壁挂式多用电磁炉自动控制系统的软件设计 15 图 3-2 壁挂式多用电磁炉自动控制系统的 LAD 程序图 (续图 ) Fig 3-2 the LAD procedures map of the wall-mounted use of the automatic control system Induction Cooker (continuous diagram) 焦作大学毕业设计 3 壁挂式多用电磁炉自动控制系统的软件设计 16 图 3-2 壁挂式多用电磁炉自动控制系统的 LAD 程序图 (续图 ) Fig 3-2 the LAD procedures map of the wall-mounted use of the automatic control system Induction Cooker (continuous diagram) 焦作大学毕业设计 3 壁挂式多用电磁炉自动控制系统的软件设计 17 3.3 小结 PLC 技术的逻辑控制功能通过软件编程实现，柔性强，控制功能多，控制线路大大简化。 S7-200PLC 的编程软件 STEP7 Micro/WIN32,是一种基于 windows平台的应用软件，它 可以使用通用的个人计算机作为图形编辑器，用于在线或离线开发用户程序，用于在线对 PLC 进行各种操作，并且可以在线实时监控用户程序的执行状态。 STEP7 编程软件提供了三种编程语言，即梯形图 LAD，语句表STL 及功能块图 FBD.梯形图 LAD 是在继电接触控制基础上演变而来的，是一种图形化的编程语言。编程人员不需考虑 PLC 内部的结构原理，只要有继电接触控制的基础，就能在很短时间内掌握梯形图 LAD 的使用和编程方法，因此这种编程语言应用最广。本节各种控制程序均采用梯形图 LAD 语言编制，逻辑关系反映得形象、直观。在选定编程 语言的基础上，设计本次设计的功能流程图，进而用梯形图语言编制出控制程序。 焦作大学毕业设计 4 壁挂式多用电磁炉自动控制系统仿真 18 4 壁挂式多用电磁 炉自动控制系统 仿真 理论设计完成后，首先需要进行程序的编写。进行程序的编译，并在软件环境下直接进行调试。然后再在 S7-200 仿真器中进行模拟仿真。 4.1 用编程软件编 译调试程序 STEP-Micro WIN32 编程软件是一种基于 Windows 平台的应用程序，是西门子公司专为 SIMATIC 系列 S7 200PLC 研制开发的编程软件，它可以使用通用的个人计算机作为图形编辑器，实现离线编辑、编译、调试用户程序和系统组态，用于在线对 PLC 进行各种操作，并且可以在线实时监控用户程序的执行状态。 用编程软件调试程序按照以下顺序进行：信号通信电路程序， PLC 电路程序。 调试结果：全部编译通过。 按梯形图程序的编辑方法，在梯形图编辑器中编辑出多用电磁炉自动控制系统的梯形图程序。还可在运行模式下直接编辑程序。 （ 1）选择菜单命令 Debug/Program Edit in RUN。 （ 2）屏幕弹出警告信息，使用鼠标左键单击“ Continue”按钮， PLC 主机中的用户程序被上装到软件窗口，此时便可以在运行模式下编辑用户程序。 （ 3）在用户 程序编译成功后，可以使用菜单命令 File/Download 或者使用工具栏中的“下载 ”按钮，在运行模式下把用户程序下载到 PLC 主机中。 （ 4）选择菜单命令 Debug/Program Edit in RUN，使用鼠标左键单击“ Checkmark”按钮，退出运行模式编辑 1 10 。 4.2 用 S7-200 仿真器 模拟仿真程序 PLC 控制电路模拟调试，由于条件有限，在这里用 S7-200 仿真软件进行局部调试。 过程如下： （ 1） 点击 I0.0（因为是按钮，所以在以下按钮输入中，点击后要再点击使之复位） ， Q0.0、 Q0.1 有输出 。 表示按启动按钮 SB1， 入 、出 口电磁阀 KV1、 KV2打开。 在启动之前 5自启动 温度 继电器一般都已动作 ,I1.0 有输入 。 仿真 效果如图 4-1。 焦作大学毕业设计 4 壁挂式多用电磁炉自动控制系统仿真 19 图 4-1 启动电磁炉仿真图 Fig 4-1 the simulation map of starting Induction Cooker （ 2）再点击 I0.1,进入取暖等待状态，再分别 点击 I0.3、 I0.4、 I0.5,分别有 Q0.2、Q0.3、 Q0.4 输出。表示可以任意选择 高、中、低温 取暖 状态 。 仿真 效果如 图 4-2、图 4-3、 图 4-4 分别 如 下 所示 。 图 4-2 取暖时低温加热仿真图 Fig 4-2 the simulation map of the low temperature heating of heating status 焦作大学毕业设计 4 壁挂式多用电磁炉自动控制系统仿真 20 图 4-3 取暖时中温加热仿真图 Fig 4-3 the simulation map of the middle temperature heating of heating status 图 4-4 取暖时高温加热仿真图 Fig 4-4 the simulation map of the high temperature heating of heatingstatus 焦作大学毕业设计 4 壁挂式多用电磁炉自动控制系统仿真 21 （ 3）点击 I1.1，停止加热，又进入取暖等待状态。实现 80高温保护功能。仿真 效果如 图 4-5 所示 。 图 4-5 80高温保护仿真图 Fig 4-5 the simulation map of 80 high-temperature protection （ 4）当 炉内 温度低于 5时， 5、 80温度继电器 都 不动作， 点击 I1.0、 I1.1使之恢复 ， Q0.4 有输出，实现自启动为高温状态功能。 仿真 如 图 4-6 所示 。 图 4-6 5自启动仿真图 Fig 4-6 the simulation map of 5 starting by itself 焦作大学毕业设计 4 壁挂式多用电磁炉自动控制系统仿真 22 （ 5）点击 I0.2,进入热水等待状态，再分别点击 I0.3、 I0.4、 I0.5， Q0.2、 Q0.3、Q0.4 分别有 输出。表示可以任意选择高、中、低温等热水状态。 仿真 效果如 图 4-7、图 4-8、 图 4-9 和图 4-10 所示 。 图 4-7 进入热水状态仿真图 Fig 4-7 the simulation map of starting heating water status 图 4-8 热水时低温加热仿真图 Fig 4-8 the simulation map of the low temperature heating of hot water status 焦作大学毕业设计 4 壁挂式多用电磁炉自动控制系统仿真 23 图 4-9 热水时中温加热仿真图 Fig 4-9 the simulation map of the middle temperature heating of hot water status 图 4-10 热水时高温加热仿真图 Fig 4-10 the simulation map of the high temperature heating of hot water status 焦作大学毕业设计 4 壁挂式多用电磁炉自动控制系统仿真 24 （ 6）当洗浴 手动 阀开时， I0.6 有输入。当水流温度低于 37时，手动阀后的三个 温度 继电器都不动作， Q0.4 有输出， 自动为高温热水状态；当水流温度高于 37 、 低于 42时， 37温度继电器动作， I1.2 有输入， Q0.3 有输出，自动为中温热水状态；当水流温度高于 42 、 低于 47时， 42温度继电器也动作，I1.3 也 有输入， Q0.2 有输出，自动为低温热水状态；当水流温度高于 47时， 47温度继电器 也 动作， I1.4 也 有输入， 此时停止加热。 仿真 效果如 图 4-11、 图 4-12、图 4-13 和图 4-14 所示 。 图 4-11 水流温度低于 37仿真图 Fig 4-11 the simulation map of the water temperature bellowing 37 图 4-12 水流温度在 37 42之间仿真图 Fig 4-12 the simulation map of the water temperature betweening37 and 42 焦作大学毕业设计 4 壁挂式多用电磁炉自动控制系统仿真 25 图 4-13 水流温度在 42 47之间仿真图 Fig 4-13 the simulation map of the water temperature betweening42 and47 图 4-14 水流温度高于 47仿真图 Fig 4-14 the simulation map of the water temperature aboving47 （ 7） 当温度不合适时，可微调。点击 I1.5,再点击 I1.6、 I1.7,进行减、增功率调节。此时， Q0.5、 Q0.6 有输出。分别带动伺服电机调节微调电源。仿真图 4-15、4-16 分别如下所示 。 焦作大学毕业设计 4 壁挂式多用电磁炉自动控制系统仿真 26 图 4-15 减功率仿真图 Fig 4-15 the simulation map of cutting Power 图 4-16 增功率仿真图 Fig 4-16 the simulation map of Increasing Power （ 8）按停止按钮，停止加热， Q0.0、 Q0.1 无输出，电磁阀也关闭。仿真图4-17 如下所示 。 焦作大学毕业设计 4 壁挂式多用电磁炉自动控制系统仿真 27 图 4-17 停止电磁炉仿真图 Fig 4-17 the simulation map of Closing the Induction Cooker 按停止微调按钮可停止微调，自动恢复原状态。 经过 详细 认真的模拟仿真， 本次设计所要求的设 计出 具有取暖、热水、洗浴等多项功能的壁挂式多用电磁炉自动控制系统 都已达到 。 仿真的结果也 验证了本次设计的正确性。 4.3 小结 系统投入运行之前，首先需要进行仿真器模拟调试，完全通过后，再进行现场调试，模拟调试包括：用编程软件调试程序，信号通信电路模拟调试，故障显示调试。现场调试包括：通电前的各项检查工作，信号通信电路调试， PLC 控制电 路调试。由于条件所限，本文只进行了仿真器模拟调试工作。模拟 仿真的结果验证了本文理论设计的正确性。 焦作大学 毕业设计 5 结束语 28 5 结束语 电磁炉的发展迅速，在我国乃至全世界都早已普