水箱加热系统的PLC位式温度控制课程设计

1、云南开放大学学生课程设计水箱加热系统pic位式温度控制课程设计学院：机械学院专业:机械电子工程班级：机电14-01学生姓名： 和鹏辉指导老师：李金航二O六年七月一、 刖言11. 可编程序控制器的概述12. 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41. 系统设计要求42. 系统硬件设计42.1 .水箱温度自动调节系统： 42.2 .输入输出点数的分配表52.3 .相关元器件的选型52.4 . PLC的外部接线原理图 63. 系统软件设计73.1 .模拟量与数字量的对应关系73.2 .系统流程图的设计73.3 .系统梯形图83.4 .系统指令表9

2、3.5 .系统实时监控图 10三、 总结12四、 参考文献13五、附录135.1. 课题介绍135.2. 控制要求13第一章前言1.1可编程序控制器的概述随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机 控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应，生产出小批量、多品种、多规格、低 成本和高质量的产品。可编程控制器就是顺应这一需要出现的， 它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。编程控制器不仅可 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，可编程控制 器正逐步取代着继电器-接触器控制系统。国际电

3、工委员会（IEC）于1982年11月和1985年1月对可 编程序控制器作了如下的定义：“可编程序控制器（PLC是一种 数字运算操作的电子系统，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、顺序控 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，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制 器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易 于扩充功能的原则而设计”。可编程序控制器（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

4、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各部 分分成若干个单独的模块，模块式 PLC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3） PLC将整 体式和模块式结合起来，称为叠装式 PLC2.2 FX2N系列PLC简介本次设计中，我们将采用FX2n系列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F

5、X 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,EPRO和EEPR0MX2N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.

6、2.3特殊功能模块在工业控制中，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，再去控制执行机构。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420MA转换速度为15MS通道或 6MS通道（高速）。2.4调功器调功器是应用晶闸管（又称可控硅）及其触发控制电路

7、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。在最新的温度控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、可控硅控制器、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、 晶闸管交流电力控制器、可控硅交流电力控制器、电力调整器、电力控制器、电压调整器、电压控制器等。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，要看接受的控制器对于输入信号是

8、0-10V还是4-20MA 般现在的控制器，都直接配有相应的温度变送器 模拟量输入模块，如温控器，PLC的热电阻模拟量模块等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420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，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。第二章系统设计2.1系统设计要求本系统的被控对象

9、是1KW电加热管，被控制量是水箱的水温 T, PLC的模拟量输出控制调功器的输出，由调功器控制电加热管 的通断，被控对象为水箱中的单相电热管，被控制量为水箱水温。 它由铂电阻PT100测定，输入到温度变送器上，量程为 0100C。 温度变送器变换为420mA专送给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较的结果，PLC模拟量输出通道 向晶闸管调功器发出控制信号，从而达到控制水箱温度的目的 2.2系统硬件设计根据对系统设计内容的分析，确定控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控制，还

10、必须使用到 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，刮号中的部分即用FX系列的PLC和模拟量FX-4AD莫块实现；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较处理，在将控 制信号作用于控制调功器上，以此来控制水箱中电热管的开关情 况，实现对水箱温度的闭环控制。222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设定辅助继电器输出继电器开始加热控制M0Y0持续加热控制M1Y1停止加热控制M2Y2总停控制SB1（外部元件

11、）X0（内部地址）2.2.3相关元器件的选型表2-2 元器件明细表序 号元器件技术要求选型数量1可编程控制器输入点数24 输出点数8三菱 FX2N-48MR1台2模拟量输入模块标准电流420mA三菱 FX2N-4AD1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0100, 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FXGP_WIN-C1套6连接导线红、黑两种颜色若干224 PLC的外部接线原理图Q1V FudL N - +24 -24X1+24-24FX2n- 48RFX2n- 4ADY0Y1Y2V+VOM0A1水箱温度信号1-24V-温度变

12、送器FU0Q-u A水箱NL220V MAX:100C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。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3.3系统梯形图K01!175KD伽(IEllMKMl(10011021101I3.4系统指令表0 LDM8OO21FBOMKGK30B4KI10少K

13、2010J415TOPKOK0H3300KI24TOPKOKIK4K2闊FBOMOK29K4M10KI42LPIMIO49ANIM2044FMMKOK5BOK2胡LPXOOO54ZCPKI 00KI 50DOM0MPS84LMO65OSY001骷ANBE7ANIYOOS68OUTYOSO69MBD70ANDMl?1OUT00172MPP7ANDM274OUTYOOS75END3.5系统实时监控图MHIUZII20101D-K2010 M睫-.0I删THENKQD4KL:rn_iprnH0*KIJITn?KOK4K2:JVDfldK0IC2S伽0KIFEONK00 0K2:20IDWtN W朋帕

14、 DV HDOOl D303IBM旳HD84QP304I删1详鶴SUBD3O4M 帥帕磋m116D1AIDN040$085358Ql4lNiJUUE102010K201O H428288D3D0 和勺B3DQ獅IU5I獅D$5S监控图1-TKWKOKSOIQ 何KLnnKOHIliDKl_TrhpKGKIK4K2_JTETIUK0I罰K4N10KL-TFEJHK0K&SIS DOKEHOOII3UBH0 501H30SiHS08315DBOO1D80S珈 |廻S35DB52樹DB55HErrrri-监控图2-I监控图3第三章总结两周的PLC课程设计对我收益匪浅，让我系统性地认识和全 面地掌握了

15、 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编程能力有了很大提高和进步，让 我对PLC应用有了深入细致的了解。第一周，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 正自己的设计不足之处和错误。第二周，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

16、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控制，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不足之处。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。两周的PLCS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认识，对温控闭环的系 统有了一个整体的认识，熟悉各种器件和软件应用。在这里，本 次

17、设计中感谢两位指导老师对我的帮助。4、参考文献11【21 【3】 41【5】【6】【7】可编程序控制器的编程方法与工程应用 出版社可编程序控制器及其应用 毕业设计指导 新旧图形符号对照读本 电力拖动与控制 工厂常用电气设备手册（上、 电气控制技术实验指导书廖常初重庆大学重庆大学出版社 机械工业出版社 兵器工业出版社 谢桂林 中国矿业大学出版社 中、下）水利电力出版社刘星平湖南工程学院万太福刘祖润5、附录5.1. 课题介绍本系统的被控对象是1KW电加热管，被控制量是水箱的水温T, PLC的模拟量输出控制调功器的输出，由调功器控制电加热管的通 断，被控对象为水箱中的单相电热管，被控制量为水箱水温。它 由铂电阻PT100测定，输入到温度变送器上，量程