水箱加热系统的PLC温度控制课程设计

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1、、八丄、前 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 93.5 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

2、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

3、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。可编程序控制器与其有关设备，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

4、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 PLC。2.2 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 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

5、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PLCo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 PLCo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 扩展单元与特殊模块 .殊功能模块在工业控制中，某些输入量（例如压

6、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 4 20MA ，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）与其触发控

7、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与起来。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

8、入信号是 0-10V 还是 4-20MA 。一般现在的控制器，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 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,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

9、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

10、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、温度变送器。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模块实现；用热电偶检经过 PLC 的内部处理将模以此来控制水箱中测水箱温度， 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， 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， 电热管的开关情况，实现对水箱温度的闭环控制。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设定辅助继电器输出

11、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）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-4AD 1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-C6连接导线红、黑两种颜色若干224 PLC的外部接线原理图ZZtW MBJ JBZ图2-4 PLC

12、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系统流程图的设计嶽駁入+ BlPL3.3系统梯网站首页 技术中心 专业软件 校园招聘 就业指导 考研交流 学习经验 技术论坛片机| PLC |电力电子|控制理论|工厂供电|嵌入式| DSP |工控技术|模电数电MSP430 |电路图| RI

13、FI |组态软件|工业总线|变频器| fpga -当前位置：高校自动化网 PLC 浏览文章水箱加热系统的PLC温度控制课程设计 文章来源：网络 作者：佚名该文章讲述了水箱加热系统的 PLC 温度控制课程设计的原理和应用形图3.4系统指令表_2n-0ML-11_sv J4K _Diji- MK.1KIFoIbOKo *unu 11X KI-A nu0 0nu nu oAn*YGM0Topr p D T clJNF刪OJEND0iio1524翦42制446770nn比74753.5系统实时监控图监控图1时u炖卄10i442KOK30MKI-popKOKO冊刘0KI-popKOKIKdK2KOK4M

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15、tb?54 沁侧gl1妙 1!KiSIS师31$D27協IM)13IW257NilEND 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 PLC 编程和调试技术，让 我将平常学的 PLC 编程与应用方法学以致用，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

16、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 PLC

17、编程与应用的课程设计， 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，本次设计中感 谢两位指导老师对我的帮助。4、参考文献【 1】可编程序控制器的编程方法与工程应用廖常初 重庆大学出版社2】可编程序控制器与其应用 万太福 重庆大学出版社3】毕业设计指导 刘祖润 机械工业出版社【 4】新旧图形符号对照读本 兵器工业出版社【 5】电力拖动与控制 谢桂林 中国矿业大学出版社【 6】工厂常用电气设备手册（上、中、下）水利电力出版社【 7】电气控制技术实验指导书 刘星平 湖南工程学院5 、附 录5.1.课题介绍本系

18、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。5.2. 控制要求设计 PLC 模拟量输入输出的闭环控制系统，实现水箱的自动调节和控制。根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，确定控制方案。绘制水箱加热系统的 PLC 位式温度控制系统的电气原理图、控 制系统的 PLC I/O 接线图和梯形图，写出指令程序清单。选择电器元件，列出电器元件明细表。编写设 计说明书。