水箱加热系统PLC温度控制课程研发设计

1、水箱加热系统的PLC温度限制课程设计目录一、刖日11,可编程序限制器的概述2 . FX2N系列PLC简介23 .特殊功能模块 24,调功器35,温度变送器3二、系统设计 44 .系统设计要求 45 .系统硬件设计 45.1 .水箱温度自动调节系统：45.2 .输入输出点数的分配表55.3 .相关元器件的选型 55.4 . PLC的外部接线原理图 66 .系统软件设计76.1 .模拟量与数字量的对应关系76.2 .系统流程图的设计 76.3 .系统梯形图86.4 .系统指令表96.5 .系统实时监控图 10三、总结12四、附录134.1. 课题介绍134.2. 限制要求 13第一章前言1.1可编

2、程序限制器的概述随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速开展,计算机限制已经广泛应用在所有的工业领域.现代社会要求制造业对市场这一需求迅速做出反响,生产出小批量、多品种、多规格、低本钱和高质量的产品.可编程限制器就是顺应这一需要出现的,它是以微处 理器为根底的通用工业限制装置.编程限制器不仅可以按事先编好的程序进行各种逻辑控制,还具有随意编程、自动诊断、通用性好、体积小、可靠性高的特点.因此,可编程限制 器正逐步取代着继电器一接触器限制系统.嚼郛闰属钞瘗歌杨尻赖.国际电工委员会IEC于1982年11月和1985年1月对可编程序限制器作了 如下的定义： 可编程序限制器PLC是一种数字运算操作的电

3、子系统,专为在工业环境下应用而设计.它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序限制、定时、计数和算术运算等操作的命令,并通过数字式模拟式的输入和输出,限制各种类型的机械或生产过程.可编程序限制器及其有关设备,都应按易于与工业限制系统联成一个整体,易于扩充功能的原那么而设计可编程序限制器PLC主要由CPU模块、输出模块和编程器组 成.PLC的特殊功能模块能完成某些特殊的任务.从使用方式PLC分为：1整体式PLC又称单元式或箱体式整体式PLC是将电源、CPU、I/0部件都集中装在一个机箱内.一般小型PLC采用这种结构；2模块式PLC,将PLC各局部分成假设干个单独的模块,模块式PL

4、C由框架和各种模块组成.模块插在插座上.一般大、中型PLC采用模块式结构3PLC将整体式和模块式结合起来,称为叠装式PLC.沟燧金富爱建谴净.2.2 FX2N系列PLC简介本次设计中,我们将采用 FX2n系歹U PLC,FX系列PLC为单元型,内含 CPU、电源 和固定搭配的输入/输出.Q4AR系列为双机热备系列,最大输入输出点数为8192点.A系列PLC的最大输入输出点数为 2048点.F系列程控器的最大输入输出点数为256点.三菱小型FX 2 N系列程控器的输入输出点最大不超过 256点.每台主机可连模入、模 出、高速记数、定位等特殊功能模块, 不超过8个.FX系列在日本三菱的姬路制作所生

5、产. 三菱姬路制作所累计已生产超过三百万台FX系列PLC.目前FX系列PLC为中国内地销量最多的小型PLC.FX2n系列PLC是该系列中功能最强、速度最快的微型 PLC.有RAM, EPROM和EEPROM FX2N系列PLC的特点超高速的运算速度0.08微秒.比FX2的0.48微秒快六倍.容量极大8K步最大16K步.比FX2大四倍.机体小型化 比FX2小50% .兼容FX2的编 程设计.备有多种不同的FX2N扩展单元及特殊模块.m»«m»o殊功能模块在工业限制中,某些输入量例如压力、温度、流量、转速等是连续变化的模 拟量,某些执行机构要求 PLC输出模拟信号,而

6、 PLC的CPU只能处理数字量.模拟量首先 被传感器和变送器转换成标准的电流和电压.其中,D/A转换器将PLC的数字输出量转换成模拟电压或电流,再去限制执行机构.模拟量 I/O模块的主要任务就是完成 A/D转换和 D/A转换.根据设计要求,本次设计选用模拟量输入模块FX2N-4AD ,该模块用4个12位模拟量输入通道, 输入量程为DC-10V?+10V和4-20MA,转换速度为15MS/通道或6MS/ 通道高速.r钢极hib镇桧猪锥.2.4 调功器调功器是应用晶闸管又称可控硅及其触发限制电路用于调整负载功率的盘装 功率调整单元.在电子设备中起重要作用的晶闸管也称可控硅,英文缩写SCR被广泛用于

7、各类生产部门,正在成为自动化、高效化不可缺少的装置. 在最新的温度限制中晶闸管的利用 明显的普及起来.但在国内对其有不同的叫法,如晶闸管调整器、可控硅调整器、晶闸管控制器、可控硅限制器、晶闸管调压器、可控硅调压器、晶闸管调功器、可控硅调功器、调压 器、调功器、晶闸管交流电力限制器、可控硅交流电力限制器、电力调整器、电力限制器、电压调整器、电压限制器等.弹贸摄尔霁毙撰砖卤尻.2.5 温度变送器温度变送器,专应于热电阻或热点偶,讲温度转换成4-20MA的电流信号.至于要不要加模块,要看接受的限制器于输入信号是 0-10V还是4-20MA o 一般 现在的限制器,都直接配有相应的温度变送器模拟量输入

8、模块,如温控器,PLC的热电阻模拟量模块等养技箧志类蒋蔷.温度变送器的作用是与热电偶或热电阻配合,将温度或温差信号转换成4-20毫安的统一的直流电信号,并将这些信号输送给调节器或显示仪表.PT100的热电阻输出的是电阻信号,变送器输出的是毫安信号,厦礴恳蹒骈日寺翥继0T骚.温度变送器0-100度与0-150度最大值时输出电流均为 20MA,所以当温度同为 100度时,0-100度的变送器输出电流为 20MA,而0-150度的变送器输出电流为14-15MA左右.所以在不改变接收装置参数的情况下它们不可以互换.茕桢广鲫献选块网踊泪.第二章系统设计2.1 系统设计要求本系统的被控对象是 1KW电加热

9、管,被限制量是水箱的水温T, PLC的模拟量输出限制调功器的输出,由调功器限制电加热管的通断,被控对象为水箱中的单相电热管,被限制量为水箱水温.它由钳电阻PT100测定,输入到温度变送器上,量程为 0100 C.温度变送器变换为420mA传送给PLC的模拟量输入通道.根据给定值加上dF与测量的温度 值相比拟的结果,PLC模拟量输出通道向晶闸管调功器发出限制信号,从而到达限制水箱温 度的目的 鹅娅尽揖鹤惨屣茏2.2 系统硬件设计根据对系统设计内容的分析,确定限制系统所需要的输入输出点数为1/3点.选用FX系列PLC,输入输出点数的分配如表 2-1所示,由于系统必须对温度信号进行采集和限制,还必须

10、使用到模拟量输入 /输出模块FX-4AD模块、晶闸管跳功模块、温度变送器.麓丛妈趣为赡债蛭练浮.2.2.1 水箱温度自动调节系统：该闭环系统的组成中, 刮号中的局部即用 FX系列的PLC和模拟量FX-4AD模块实现；用热电偶检测水箱温度,温度变送器将温度转换为标准量程的电流送给模拟量输入模块,经过PLC的内部处理将模拟量转化成可识别的数字量与设定值比拟处理,在将限制信号作用于限制调功器上,以此来限制水箱中电热管的开关情况,实现对水箱温度的闭环限制.K颂圣横蕨龈讶骅汆.2.2.2 输入输出点数的分配表表2-1输入和输出点分配表功能键 辅助继电 输出继设定器电器开始加MOY0热限制持续加MlY1热

11、限制停止加M2Y2热限制总停控SB1外部X0内部制 元件 地址2.2.3 相关元器件的选型表2-2元器件明细表序 弓元器件技术要求选型数量1可编程限制器输入点数24输出点数8三蒸 FX2NT8MR1台2模拟量输入模块标准电流4m 20mA二菱卜 X2NAAD套3单相加热管输出功率1KW符合技术要求即可1支4温度变送器量程010.,标准电流 420mA符合技术要求即可1套5编程软件包具有编辑、诊 断、通讯功能EXGP_WIN<1套6连接导线红、黑两种颜色假设干2.2.4 PLC的外部接线原理图PLC的外部接线原理图图2-4 PLC的外部接线原理图第三章系统软件设计3.1 模拟量与数字量的对

12、应关系转化时应综合考虑变送器的输出、出入量程和模拟量输入模块的量程,找出被测 物理量与A/D转换后的数据之间的关系.渗彰呛俨匀谓鳖调砚金帛.根据系统要求,所要测量的温度量程为0-100C,所对应的数据量为 0-2000 ,由此可根据公式：测量温度=(100*D0/2000)C=0.05D0C其中,D0为PLC转换出来的数字量3.2 系统流程图的设计靠争出PLC梯形图3.4系统指令表0 ILDFROMM8002KOK30MKI10U：K2021M15TOPKOKOH3300KI24TOPKOKIK4K283FROMKOK29K4M10KI42LD1MIO43ANIM2044FROMKOK5DOK

13、253LDXOOO542CPK1OOKI50DOMO63MPS弘LDMO65ORY001船ANB87ANIY00288OUTY00089MUD70ANPMl7!OUTYOOI72MPP73ANDM274OUTY00275END3.5系统实时监控图如0D4KI H丽KI:ifjIt:Ki|tUNlQKIjg辟« :0QDIMOG j1HQ/】EQ& :1UOHOMOMM :I,制MX 网骷部 ：J监控图1监控图3第三章总结两周的PLC课程设计对我收益匪浅,让我系统性地熟悉和全面地掌握了PLC编程和调试技术,让我将平常学的 PLC编程及应用方法学以致用,使我的PLC编程水平有了很

14、大提升和进步,让我对 PLC应用有了深入细致的了解.钱卧泻嵯圣骋睨圆1.第一、二周,我们寻找有关的资料和课题小组成员间一起交流看法和讨论设计方案,进行设计的总体规划,理清课程设计思路. 但是将这些具体的方案落实到每一个设计环节和步骤中,难免会出现意想不到错误,这就需要我们在进行设计的过程中利用所掌握的知识认真排查错误原因,多方面的思考问题的关键不断地改正自己的设计缺乏之处和错误.挑凤袜备音叫®轮烂蔷.第三、四周,对硬件电路的工作原理和可编程知识的掌握是进行下一步的软件设计的关键.进入了软件设计方案和具体的编程和调试运行阶段.在这个阶段中,对系统的需求分析和如何采用模块化设计思想是设计

15、方案主要解决的问题.在这一周遇到最大的问题就是如何实现闭环方法来实现温度限制,在没有任何有价值的参考资料的情况下,通过不断地设计尝试和反复地设计调试初步解决了问题.但是也存在了设计上的缺乏之处.需要用到模拟量的输入/输出模块,而且所编程序也和课堂上老师所讲完全不一样,给我们的课题制作带来了很大的困难.但是我们还是通过查阅资料,询问老师按时完成了我们的课题.嬲熟俣阍蕨直阊邺钱四周的PLC编程及应用的课程设计,发现自己在这方面的学习还需要不断的加深.通过这段时间的学习熟悉,对温控闭环的系统有了一个整体的熟悉,熟悉各种器件和软件应坛搏乡it忏篓锲铃演.用.在这里,本次设计中感谢两位指导老师对我的帮助.4.1. 课题介绍本系统的被控对象是 1KW电加热管,被限制量是水箱的水温T, PLC的模拟量输出限制调功器的输出,由调功器限制电加热管的通断,被控对象为水箱中的单相电热管,被限制量为水箱水温.它由钳电阻 PT100测定,输入到温度变送器上,量程为0100 C.温度变送器变换为420mA传送给PLC的模拟量输