基于PLC的恒温控制

1、南昌工程学院课程设计（论文）电气与电子工程系自动化专业课程设计（论文）题目基于PLC的恒温控制学生姓名赖知渊专业自动化学号2006100511指导教师马永力完成日期2009年6月21日南昌工程学院课程设计论文南昌工程学院课程设计（论文）任务书I、课程设计（论文）题目：基于PLC的恒温控制II、课程设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求：1 .根据要求设定水箱的恒温控制，启动水泵向恒温水箱进水，当水位上升到预定液位后动搅拌电机2 .测量水箱水温并与设定值60c比较，若温度小于5C,要采用PID调节加热。水温高于5C,采用进水与风扇冷却同时进行降温控制3 .对温度、流量、加热的电功率进行

2、实测并显示；若进水时无流量或加热冷却时水温无变化时应报警。III、诩用设计（论文）工作内容及完成时间：6.8- -6.10硬件设计1. -6.14软件设计2.1 -6.19系统调试写报告及答辩IV主要参考资料：.许谬，王淑英电气控制与PLC控制技术机械工业出版社2006.方承远，张振国工厂电气控制技术机械工业出版社2007.江秀汉可编程序控制器原理与应用西安电子科技大学出版社电气与电子工程系自动化专业类班学生：赖知渊日期：自2009年06月8日至2009年06月21日指导教师：马永力助理指导教师（并指出所负责的部分）：教研室主任：附注：任务书应该附在已完成的课程设计说明书首页。第一章绪论11弓

3、I言12PLC在温度控制方面的应用1第二章课题分析2确定系统功能与性能2系统硬件电路分析2系统软件分析3第三章硬件设计3PLC外围电路的概述3恒温水箱系统4系统显示电路4系统PID控制的实现5第四章软件设计6iii软件设计要求6系统资源分配6输出口的分配情况6程序设计流程图7第五章设计心得10第一章绪论1引言可编程序控制器（ProgrammableController,简称PLC）!以微处理器为基础，综合了计算机技术、控制技术、通讯技术等高新技术的工业装置。现代PLC不仅具有传统继电器控制系统的控制功能，而且能扩展输入输出模块，特别是可以扩展一些智能控制模块，构成不同的控制系统，将模拟量输入输

4、出控制和现代控制方法融为一体，实现智能控制、闭环控制、多控制功能一体的综合控制系统。在工农业生产中，常用闭环控制方式控制温度、压力、流量等连续变化的模拟量，PID控制是常见的一种控制方式。由于其不需要求出控制系统的数学模型，算法简单、鲁棒性好、可靠性高，在使用模拟量控制器的模拟控制系统和使用计算机（包括PLC）的数字控制系统中得到了广泛的应用。本文针对恒温水箱温控系统的要求，以PLC为温度控制系统的核心，利用PID控制算法实现水箱的恒温控制。.2PLC在温度控制方面的应用这几年PLC的嵌入式系统发展很快，随着超大规模集成电路技术的的进一步发展，PLC的体积越来越小、功能越来越强、性价比越来越高

5、。PLC在温度控制的应用越来越广泛，采用PLC做主控单元，无触点控制，可实现对温度的采集和控制的要求。现在PLC控温技术广泛应用于步进控制、工业现场控制、机器人、工业集散控制、楼宇自动化技术等诸多领域。该技术的应用使得温控产品朝着小型化、智能化方向发展，既提高了产品的功能和质量，又降低了成本，简化了设计，减少了资源的浪费。PLC的温控技术在嵌入式系统的开发到一定阶段以后，可应用于工业现场总线（FCS）控制。现在PLC采用复合编程编程，功能更加强大了。鉴于PLCS控技术在工业现场的广泛应用，该技术可构成FCS的现场总线控制台，再通过现场总线向控制台传送控制信息。作为现场总线控制的智能化控制模块，

6、PLC温控技术在工业现场的温度采集和实现温度控制的实时性方面在经济性上有着其他技术无可比拟的优点。第二章课题分析确定系统功能与性能此PLC恒温控制系统要实现水箱的恒温控制，通过PLC的模拟输入模块对水箱的温度变送器、水位变送器、功率变送器、流量变送器的模拟量进行处理。然后通过PLC的模拟输出模块和PID控制模块对水箱的温度进行控制，以实现对水箱的恒温控制。同时，六位LED显示器直接跟踪显示被控对象的温度值、进水阀的流量、水箱的加热功率，PPLC控制的LED显示准确度高，显示清晰，稳定可靠。根据课题要求：在PLC程序中设定水箱的恒温值，在启动PLC控制后启动水泵向恒温水箱进水，当水位上升到预定液

7、位后启动搅拌电机，测量水箱水温并与设定值60c比较，若温度小于5C,要采用PID调节加热。水温高于5C,采用进水与风扇冷却同时进行降温控制，若进水时无流量或加热冷却时水温无变化时应报警。要实现设计要求，对于PLC的选型至关重要。鉴于系统要实现的功能，需要有优良的PID控制器、模拟量输入/输出及要有足够的辅助输出元件，所以选择三菱公司的FX2N-80MR-001型PLG系统的报警装置利用PLC输出继电器直接驱动报警器装置进行报警。系统硬件电路分析系统硬件电路主要包括，报警电路、加热电路、PLC外围设备接线。通过PLC的程序控制端口的输出电平，达到控制相关外围电路的目的。加热电路控制中要用到光电隔

8、离技术。光电隔离电路的作用是在电隔离的情况下，以光为煤介传送信号，对输入和输出电路可以进行隔离.因而能有效地抑制系统噪声，消除接地回路的干扰，有响应速度较快、寿命长、体积小耐冲击等好处，使其在强-弱电接口，特别是在微机系统的前向和后向通道中获得广泛应用系统软件分析系统软件分析主要涉及到在系统实现恒温控制中所需用到的相关指令和功能指令，在以硬件对应的软件中需用到BCD码转换指令，PID控制指令，区间对比指令，报警器置位指令，七段译码指令等。第三章硬件设计PLC外围电路的概述PLC外围电路主要包括模拟输入/输出量，PLC电源电路，光电隔离控制电路。PLC输入/输出电路模块是PLC与现场输入设备：限

9、位开关、操作按钮、选择开关、行程开关、模拟输入变送接口，输出设备：驱动电磁阀、接触器、电机、光电隔离。通过输入/输出模块PLC既可以检测到所需的过程信息，又可以将处理后的结果送给外部过程。PLC的模拟输入模块输入的数据已经转换成二进制数，无需再进行A/D转换。本系统的外部电路如图所示：YA1YA2YA3YA44报承显示输出C恒温水箱系统恒温水箱是系统实现控制的关键，外围中有许多的模拟变送检测器和相关的控制器。系统图如下所示:系统显示电路显示电路是实现控制更加直观的关键所在，在本系统中用六块DCD_HEX_DIG_RE显示管，在PLC输出的BCDK直接显示水箱温度值、进水阀的流量、水箱的加热功率

10、，电路图如下：温度显示流量显示功率显示丫1口到“3Y14到Y172口到丫23丫24到丫27丫3口到丫33Y34到丫37CUMPLC系统PID控制的实现用PLC对模拟量进行PID控制主要有3种方法，分别是使用PID过程控制模块、使用PID功能指令和自编程序实现。PID过程控制模块价格较高，一般用于大型复杂的控制系统，而自编程序比较复杂，基于此，系统采用PID功能指令进行PID闭环控制,实现温度的智能控制PLC的PID控制器的设计是以连续系统的PID控制规律为基础，将其数字化写成离散形式的PID控制方程，再跟据离散方程进行控制程序设计。基于PLC的闭环控制系统如图所示，图中虚线框部分在PLC内。1

11、(当年日巾诞小船色产|第电黑臼温痴电踏产：I%1吧而疝林在连续系统中，PID控制的输入输出关系式为：MU)=及“0+乱也十表誓叶族式中；M(t)为控制器的输出量，Mo为输出的初始值；P(t)为给定值与被控变量的误差信号；K。比例系数积分时间常数To微分时间常数。第四章软件设计软件设计要求此恒温控系统要实现控制功能，软件部分要达到以下几个功能：数据处理功能，温度流量、功率数据的送显功能，报警功能，判断温度是否恒定，PID控制功能的实现系统资源分配(1)输入口的分配如下表:输入口的分配情况输出口功能X0启动按钮SB1X1液面检测KA1X2温度变送器KA2X3流量变送器KA3X4功率变送器KA4(2

12、)输出口的分配如下表:输出口的分配情况输出口功能Y1进水阀YA1Y2搅拌电机YA2Y3风扇YA3Y4加热炉YA4Y5Y10Y177Y20Y277Y30Y377报警器YA5段数码温度显示器段数码流量显示器段数码功率显示器程序设计流程图系统的程序设计要实现系统恒温控制的要求，要用到多个功能指令。区间比较指令（FNC11ZCP,BCD转换指令（FNC18BCD，报警置位/置位指令（FNC46ANS/FNC47KNR,读/写特殊功能指令（FNC78FROM/FNC79Q,BCD七段显示译码指令（FNC74SEGQ,PID运算指令（FNC88PID）。程序设计流程图如下：1r程序如右：0LDN80021

13、SETSO3LDSU4MPS5姗D加？8BCDPDOK2YOOO11MR。12酗IX002!3SET14NPP15胡。1$SET13LD19OUT20MPS2im22MID23ECDP28MRD29msom31SET32MPP334ND34SET3$LD37OUT38m39SET41LD42ZCP51MPS52Ml。53OUT54MPS55口ND5S酬口57m53ECDP83MRD64蝴IE5MJI$SET87NPP68AND69SET71MRD72AND73SET75MPP?sm77OUT73OUTRETEHDYO05oQxoo-oS2Yo忡。1xooaClK2Y010001烟10YDOGX

14、0D1S21S21YO02XDD2S22S22K55K5MIU伽4YO04XDU4XO02C2K2Y020Y0Q4即。4vonfiXO04S23MilS23Ml2VflOlll；8MW梯形图如下所示:IISETSO16S20T卜36T9S21T卜S22T卜S23d卜X002T卜X002xooo也UPDOK2Y000SETSETYD05S20r001Y001TFY001浜X001TFX002T卜MilM12T卜X003TI-X003出湖ciK2Y010SETSET005S21Y002SETS22pCPK55K65CCtY004Y0C4XA04XDD2TI1I1卜Y004X004XGC4TIK2Y020SETSETSETY005823323E001RET第五章设计心得为期两周的PLC课程设计结束了，两周期间收获很多。对PLC的应用有了一个较系统的认识。在接到任务书的时候没点头绪，甚至有点怀疑自己能不能完成设计，经过马永力老师