壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)的設計論文

焦作大學畢業(yè)設計 摘 要 1 摘 要 電磁爐又稱為電磁灶，它起源于德國。電磁爐與其他廚房電器和傳統(tǒng)灶具相比，電磁爐除在加熱時間稍遜于煤氣爐之外，其余指標均優(yōu)于同類加熱器。無論在安全、節(jié)能、高效、簡便等方面都具有很大的優(yōu)越性，尤其在環(huán)保方面的優(yōu)點更為突出。根據(jù)市 場調(diào)查，電磁爐在國內(nèi)外市場的需求量很大。國外許多服務行業(yè)和家庭 已經(jīng) 習慣使用這類智能化程度高、環(huán)保、高效的電磁爐，而且產(chǎn)品的更新速度也比較快。電磁爐正處產(chǎn)品生命周期中的成長期，對該產(chǎn)品的需求，國內(nèi)市場容量和潛力巨大 。 國際市場只要質(zhì)量和技術檔次能跟上，出現(xiàn) 的 前景同樣看好 。 在這樣的市場 和需求背景下，我們開發(fā)出多功能，具有各種保護功能的新型電磁爐更 是我們追求的。 本文利用 PLC 控制， 設計出了具有取暖、熱水、洗浴等多項功能的壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)。并且有自啟動和高溫保護功能。在某一些檢測控制方面打破了傳統(tǒng)的控制思想，實現(xiàn)了自我創(chuàng)新。 關鍵詞 ： 控制； PLC；電磁爐 焦作大學畢業(yè)設計 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 焦作大學畢業(yè)設計 目錄 1 目 錄 1 引言 . 1 1.1 課題 設計的意義和目的 . 1 1.2 本文選題背景和意義 . 1 1.2.1 國內(nèi)外電磁爐的發(fā)展狀況 . 1 1.2.2 PLC 技術的發(fā)展和應用 . 2 1.2.3 PLC 與繼電器控制的比較及特點 . 4 1.3 課題研究內(nèi)容 . 6 1.3.1 設計內(nèi)容 . 6 1.3.2 設計要求與任務 . 6 1.4 小結(jié) . 7 2 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)的硬件設計 . 8 2.1 控制電路設計 . 8 2.1.1 PLC 的選型設計 . 8 2.1.2 PLC 控制系統(tǒng)的硬件配置 . 8 2.1.3 PLC 的輸入輸出點分配 . 8 2.1.4 主電路的設計及 PLC 外部接線圖 . 9 2.2 PLC 與其他硬件配置明細表 . 10 2.3 小結(jié) . 11 3 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)的軟件設 計 . 12 3.1 軟件開發(fā)平臺和編程語言的選擇 . 12 3.2 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)的程序設計 . 12 3.2.1 主控流程圖設計 . 12 3.2.2 畫梯形圖 . 13 3.3 小結(jié) . 17 4 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)仿真 . 18 4.1 用編程軟件編譯調(diào)試程序 . 18 4.2 用 S7-200 仿真器模擬仿真程序 . 18 4.3 小結(jié) . 27 5 結(jié)束語 . 28 焦作大學畢業(yè)設計 目錄 2 參考文獻 . 30 致謝 . 31 焦作大學畢業(yè)設計 1 引言 1 1 引言 1.1 課 題 設計的意義和目的 PLC 原理及應用課程設計是電氣自動化專業(yè)自動控制領域重要的實踐環(huán)節(jié)之一 ，主要以小型實用性 PLC 控制系統(tǒng)的軟、硬件設計為主。 課 題 設計的目的 ： （ 1）全面熟練掌握 PLC 的硬件組成以及各種指令的應用 （ 2）掌握小型 PLC 應用系統(tǒng)設計的步驟 （ 3）熟悉和掌握 PLC 開發(fā)系統(tǒng)的應用和軟件調(diào)試過程 （ 4）通過設計過程中對故障的分析、判斷、檢修進一步鍛煉和培養(yǎng)動手能力。 課 題 設計的任務 ：（ 1）全面理解本次實訓的硬件電路組成及具體實現(xiàn)方法 （ 2）根據(jù)具體的實訓要求編寫相應程序 （ 3）用軟件調(diào)試設計程序，觀察設計的實際效果 。 1.2 本文 選題背景和意義 PLC 技術是工業(yè)自動化的重要手段，在很多領域都已應 用。電磁爐早已步入千家萬戶，我們更要尋找一種很好的控制方法。讓電磁爐能更好的發(fā)揮作用，更好的服務于人類。 1.2.1 國內(nèi)外電磁爐的發(fā)展狀況 電磁爐又稱為電磁灶，它起源于德國。在西方發(fā)達國家，電磁爐的普及率達到了 60%-70%。在我國，電磁爐也開始步入千家萬戶。電磁爐與其他廚房電器和傳統(tǒng)灶具相比，電磁爐除在加熱時間稍遜于煤氣爐之外，其余指標均優(yōu)于同類加熱器。無論在安全、節(jié)能、高效、簡便等方面都具有很大的優(yōu)越性，尤其在環(huán)保方面的優(yōu)點更為突出。其自動檢查鍋具以及過熱保護等先進設置，不會象電爐那樣產(chǎn)生明火，不會 造成視覺污染或者電路短路等問題 ；不會燃燒時產(chǎn)生廢氣，以及諸如液化氣泄漏造成的中毒甚至爆炸的安全隱患。同時電磁爐方便收藏、易于清潔、體積小巧，且在使用時不至于使室溫上升，在省電、省錢以及安全有保障的情況下將食物料理過程輕松完成。電磁爐分為工頻電磁爐和高頻電磁爐，工頻電磁爐工作簡單可靠，主要存在的問題是噪聲大，已被淘汰，現(xiàn)在所說的電磁爐指的都是高頻電磁爐。 電磁爐是運用高頻電磁感應原理加熱。它將市電整流濾波后得到的脈動直流轉(zhuǎn)換成高頻電流，通過加熱線圈建立高頻磁場，磁力線經(jīng)線圈與焦作大學畢業(yè)設計 1 引言 2 鍋底構(gòu)成的磁回路穿透灶面作用于鍋底 ，在鍋底形成渦流而發(fā)熱，起到加熱鍋中食物的作用。根據(jù)市場調(diào)查，電磁爐在國內(nèi)外市場的需求量很大。國外許多服務行業(yè)和家庭己習慣使用這類智能化程度高、環(huán)保、高效的電磁爐，而且產(chǎn)品的更新速度也比較快。電磁爐正處產(chǎn)品生命周期中的成長期，對該產(chǎn)品的需求，國內(nèi)市場容量和潛力巨大，國際市場只要質(zhì)量和技術檔次能跟上，出現(xiàn)在前景同樣看好在這樣的市場和需求背景下，我們開發(fā)出多功能，寬電壓范圍，具有各種保護功能的新型電磁爐更具有現(xiàn)實意義和經(jīng)濟意義。 1.2.2 PLC技術的發(fā)展和應用 PLC 即可編程控制器 的英文名稱 Programmable Logic Controller 的簡稱 ，是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。在 1987 年國際電工委員會 IEC（ International Electrical Committee）頒布的 PLC 標準草案中對 PLC 做了如下定義： “PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 PLC 及其有關的外圍設備都應該按易 于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計 1 。 ” （ 1） PLC 的發(fā)展狀況 雖然 PLC 問世時間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術的不斷進步， PLC 也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分三個階段： 早期的 PLC（ 60 年代末 70 年代中期） 早期的 PLC 一般稱為可編程邏輯控制器。這時的 PLC 多少有點繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制，定時等。它在硬件上以準計算機的形式出現(xiàn)，在 I/O 接口電路上作了改進以適應工業(yè)控制現(xiàn)場 的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術人員所熟悉的繼電器控制線路的方式 梯形圖。因此，早期的 PLC 的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點包括簡單易懂，便于安裝，體焦作大學畢業(yè)設計 1 引言 3 積小，能耗低，有故障指使，能重復使用等。其中 PLC 特有的編程語言 梯形圖一直沿用至今。 中期的 PLC（ 70 年代中期 80 年代中，后期） 在 70 年代，微處理器的出現(xiàn)使 PLC 發(fā)生了巨大的變化。美國，日本，德國等一些廠家先后開始采用微處理器作 為 PLC 的中央處理單元 (CPU)。 這樣，使 PLC 得功能大大增強。在軟件方面 ，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數(shù)等功能以外，還增加了算術運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開關模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠程 I/O 模塊、各種特殊功能模塊。并擴大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使 PLC 得應用范圍得以擴大。 近期的 PLC（ 80 年代中、后期至今） 進入 80 年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度 下跌，使得各種類型的 PLC 所采用的微處理器的當次普遍提高。而且，為了進一步提高 PLC 的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得 PLC 軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化 2 3 。 （ 2） PLC 的應用前景 目前， PLC 在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 開關量的邏輯控制 。 PLC 取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、訂書機械、印刷機、磨床、組合機床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 模擬量控 制 。 在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（ Analog）和數(shù)字量（ Digital）之間的 A/D 轉(zhuǎn)換及 D/A 轉(zhuǎn)換。 PLC 廠家都生產(chǎn)配套的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 運動控制 。 PLC 可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動 步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界焦作大學畢業(yè)設計 1 引言 4 上各主要 PLC 廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 過程控制 。 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機， PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。 PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多小型 PLC 也具有此功能模塊。 PID 處理一般是運行專用的 PID 子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。 數(shù)據(jù)處理 。 現(xiàn)代 PLC 具有 數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 通信及聯(lián)網(wǎng) 。 PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展， 工業(yè)等各大領域 自動化網(wǎng)絡發(fā)展得很快，各 PLC 廠商都十分重 視 PLC 的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便 3 5 6 。 1.2.3 PLC控制 與繼電器控制的比較 本設計 中采用可編程控制器（ PLC）來實現(xiàn)其控制功能，具有極大的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在設計時間短，響應速度快，可靠性高，可實現(xiàn)順序控制功能、定時、計數(shù)、運動控制、數(shù)據(jù)處理、閉環(huán)控制及通信聯(lián)網(wǎng)等功能。 另外 其控制電路、程序易于修改。 在工業(yè)自動化領域，可編程控制器 (PLC)作為自動控制以成為大多數(shù)自動化系統(tǒng)的設備基礎，同時也給工業(yè)控制帶來了前所未有的非凡變化。使用 PLC 的工業(yè)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的用繼電器的工業(yè)控制系統(tǒng)相比，在操作、控制、效率和精度等各個方面都具有無法比擬的優(yōu)點。雖然在工業(yè)控制系統(tǒng)中所使用的繼電器控制設備不會被完全淘汰，但是由于 PLC 的出現(xiàn)已經(jīng)改變了工業(yè)控制設計者的設計思想 。 （ 1） 繼電器 控制 存在的缺點 焦作大學畢業(yè)設計 1 引言 5 今天繼電器已應用到家庭及工業(yè)控制的各個領域。他們比以往的產(chǎn)品具有更高的可靠性。但是，這也是隨之帶來的一些問題。如絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進行的，容易損壞。而且繼電器的觸點容易產(chǎn)生電弧，甚至會熔在一起產(chǎn)生誤操作，引起嚴重的后果。再者，對一個具 體使用的裝有上百個繼電器的設備，其控制箱將是龐大而笨重的。在全負荷運載的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費大量時間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。 （ 2） PLC的優(yōu)勢、特點 可編程控制器以體積小功能強大所著稱，它不但可以很容易地完成順序邏輯、運動控制、定時控制、計數(shù)控制、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。特別是現(xiàn)在，由于信息、網(wǎng) 絡時代的到來，擴展了 PLC的功能，使它具有很強的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應用于眾多行業(yè)。 （ 3） PLC的功 能 順序控制 。 順序控制是 PLC最基本、應用最廣泛的領域。所謂的順序控制，就是按照工藝流程的順序，在控制信號的作用下，使得生產(chǎn)過程的各個執(zhí)行機構(gòu)自動地按照順序動作。由于它還具有編程設計靈活、速度快、可靠性高、成本低、便于維護等優(yōu)點，所以在實現(xiàn)單機控制、多機群控制、生產(chǎn)流程控制中可以完全取代傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)。它主要是根據(jù)操作按扭、限位開關及其它現(xiàn)場給來的指令信號和傳感器信號，控制機械運動部件進行 相應的操作，從而達到了自動化生產(chǎn)線控制。比較典型應用在自動電梯的控制、管道上電磁 閥 的自動開啟和關閉、皮帶運輸機的順序啟動等。 閉環(huán)過程控制 。 以往對于過程控制的模擬量均采用硬件電路構(gòu)成的 PID模擬調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)開、閉環(huán)控制。而現(xiàn)在完全可以采用 PLC控制系統(tǒng)，選用模擬量控制模塊，其功能由軟件完成，系統(tǒng)的精度由位數(shù)決定，不受元件影響，因而可靠性更高，容易實現(xiàn)復雜的控制和先進的控制方法，可以同時控制多個控制回路和多個控制參數(shù)。例如生產(chǎn)過程中的溫度、流量、壓力、速度等。 運動位置控制 。 PLC可以支持數(shù)控機床的控制和管理 ，在機械加工行業(yè)，可焦作大學畢業(yè)設計 1 引言 6 編程控制器與計算機數(shù)控（ CNC）集成在一起，用以完成機床的運動位置控制，它的功能是接受輸入裝置輸入的加工信息，經(jīng)處理與計算，發(fā)出相應的脈沖給驅(qū)動裝置，通過步進電機或伺服電機，使機床按預定的軌道運動，以完成多軸伺服電機的自控。目前以用于控制無心磨削、沖壓、復雜零件分段沖裁、滾削摸削等應用中。 生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理 。 PLC可以通過通迅接口與顯示終端和打印機等外設相連。顯示器作為人機界面（ HMI）是一種內(nèi)含微處理芯片的智能化設備，它與PLC相結(jié)合可取代電控柜上眾多的控制按鈕、選擇開關、信號指示 燈，及生產(chǎn)流程模擬屏和電控柜內(nèi)大量的中間繼電器和端子排。所有操作都可以在顯示屏上的操作元件上進行。 PLC可以方便、快捷地對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進行采集、處理，并可對要顯示的參數(shù)以二進制、十進制、十六進制、 ASCII字符等方式進行顯示。在顯示畫面上，通過圖標的顏色變化反應現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)，如閥門的開與關，電機的啟動與停止，位置開關的狀態(tài)等。 PID回路控制用數(shù)據(jù)、棒圖等綜合方法反映生產(chǎn)過程中量的變化，操作人員通過參數(shù)設定可進行參數(shù)調(diào)整，通過數(shù)據(jù)查詢可查找任一時刻的數(shù)據(jù)記錄，通過打印可保存相關的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為今后的生 產(chǎn)管理和工藝參數(shù)的分析帶來便利。 網(wǎng)絡特性 。 PLC可以實現(xiàn)多臺 PLC之間或多臺 PLC與一臺計算機之間的通訊聯(lián)網(wǎng)要求，從而組成多級分布式控制系統(tǒng)，構(gòu)成工廠自動化網(wǎng)絡。 通過通訊模塊、上位機以及相應的軟件來實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的遠距離監(jiān)控。 通過調(diào)制解調(diào)器和公用電話網(wǎng)與遠程客戶端計算機相連，從而使管理者可通過電話線對控制系統(tǒng)進行遠距離監(jiān)控 5 9 。 1.3 課題研究內(nèi)容 1.3.1 設計內(nèi)容 設計一個壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)，具有取暖、熱水、洗浴等多項功能，進水盒出水采用電磁閥控制，高頻電源采用 3 個 2kw 電源，其中一個高頻電源能夠進行功率微調(diào)。 1.3.2 設計要求與任務 （ 1） 控制面板上包括取暖、熱水、高溫、中溫、低溫、微調(diào)、啟動和停止按鈕； 焦作大學畢業(yè)設計 1 引言 7 （ 2） 取暖時具有 5低溫自啟動功能； （ 3） 具有 80高溫保護功能； （ 4） 熱水時具有水流自動調(diào)溫功能 。 1.4 小結(jié) 通過對 PLC 的認識，了解其發(fā)展和特點，并與繼電器 、 單片機的比較突現(xiàn)出PLC 的特點明顯 前景廣泛。 利用 PLC 來實現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)的 RTU 功能，具有簡單、可靠、易用等特點，是 一個比較有應用前景的實現(xiàn)方案 。 焦作大學畢業(yè)設計 2 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)的硬件設計 8 2 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)的硬件設計 本文 研究的課題是采用 PLC 技術對壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)的研究，采用 PLC 技術的軟件編程方法代替通過連線而實現(xiàn)的所有邏輯控制，并根據(jù) PLC的功能特點增加工作狀態(tài)顯示、故障顯示等功能；并對系統(tǒng)的硬件、軟件進行設計研究和實驗室模擬調(diào)試。 2.1 控制電路設計 PLC 技術是工業(yè)自動化的重要手段，它可以實現(xiàn)邏輯控制、順序控制、定時、記數(shù)、算術運算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信等功能，并且具有處理分支、中斷、自診斷能力 6 。 PLC 技術的邏輯控制功能通過軟件編程來實現(xiàn)，柔性強，控制功能多，控制線路大大簡化。 PLC 的輸入輸出回路 均帶有光電隔離等抗干擾和過載保護措施。程序運行為循環(huán)掃描工作方式，且有故障檢測及診斷程序，可靠性極高。 PLC控制系統(tǒng)為模塊化結(jié)構(gòu)，維護更換方便，并可顯示故障類型。因此本文決定采用PLC 進行控制，并且保持原有的操作方式、按鈕、開關的作用不變，以方便用戶，縮短適應期。 2.1.1 PLC的選型設計 S7-200系列 PLC為小型 PLC，外形尺寸小、質(zhì)量輕、功耗小。其雖然為小型PLC，但是許多功能達到了原來大、中型 PLC的水平，而價格卻是小型 PLC的價格。特別是 S7-200的第二代， CPU22X系列具有多種功能塊和 人機界面可供選擇，具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，系統(tǒng)非常方便，可以很容易地組成 PLC網(wǎng)絡，控制系統(tǒng)的設計更簡單幾乎可以完成任何功能的控制任務。因此，本次設計選用 S7-200型 PLC 1 。 2.1.2 PLC控制系統(tǒng)的硬件配置 由本文的控制方案可以看出，本次 PLC 電路主要有 PLC、各種傳感器、操作開關等。壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)中，設計運用了 11 個按鈕輸入， 6 個開關輸入， 7 個輸出。由于點數(shù)不多，本文決定選用一臺 CPU226 主機模塊進行控制。 PLC 控制系統(tǒng)的硬件詳細配置見表 2-2。 2.1.3 PLC 的輸入輸出點分配 用一臺 CPU226 單機實現(xiàn)對壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)的控制。為了提焦作大學畢業(yè)設計 2 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)的硬件設計 9 高系統(tǒng)的抗干擾能力，數(shù)字輸入點采用數(shù)字濾波，不使用脈沖捕捉功能。輸出表設計為封鎖輸出方式 1 。輸入輸出信號的對照表見表 2-1 所示 。 表 2-1 PLC 的輸入 /輸出地址分配 Tab 2-1 The detailed table of the input/output addresses of PLC 其中爐內(nèi)溫度繼電器 1 為 5 動作繼電器，實現(xiàn) 5 自啟動功能；爐內(nèi)溫度繼電器 2 為 80 動作繼電器，實現(xiàn) 80 高溫保護功能。洗浴閥處 溫度繼電器，實現(xiàn)洗浴時水流自動調(diào)溫功能。可以選擇適合人洗浴的最佳溫度范圍，繼電器 1、 2、3 分別為 37 、 42 、 47 動作的繼電器，把溫度鎖定在 37 47 之間。詳細實現(xiàn)過程見 3.2 程序設計 及 4.2 仿真 部分。 2.1.4 主電路的設計及 PLC外部接線圖 主電路中，低溫、中溫、高溫是分別接一個、兩個、三個 2kw 電源來實現(xiàn)的，焦作大學畢業(yè)設計 2 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)的硬件設計 10 其中每種都接上功率可微調(diào)電源，以實現(xiàn)微調(diào)功能。根據(jù)輸入輸出對照表設計出PLC 的外部接線示意圖 2-1 如下 。 圖 2-1 PLC 電路主機單元的 I/O 圖 Fig 2-1 The I/O diagram of the host unit of PLC 2.2 PLC 與其他硬件配置明細表 PLC 外部輸出器件的選擇對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大的影響，因此要選用安全、可靠的設備。系統(tǒng)所選用的元件的名稱、電氣符號、型號、數(shù)量等具體參數(shù)在下面 表 2-2 的元件名細表中 4 。 焦作大學畢業(yè)設計 2 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)的硬件設計 11 2.3 小結(jié) 壁掛式多用電磁爐控制系統(tǒng)如果使用繼電器控制實現(xiàn)，控制系統(tǒng)體積大、運行噪音大、功耗高、接線復雜、故障率高、工作穩(wěn)定性和可靠性差、控制速度慢、控制精度差、功能改變難度大、使用壽命短，缺乏故障自診斷能力 。 PLC 技術可以實現(xiàn)邏輯控制、順序控制、定時、計數(shù)、算術運算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信等功能。 PLC 技術的邏輯控制功能通過軟件編程來實現(xiàn)，柔性強，控制功能多，控制線路大大簡化。因此可以采用 PLC 控制來代替繼電器控制，可以保持原有的操作方式按鈕、開關、主令的作用不變。以方便用戶，縮短適應期。本章對多用電磁爐的硬件做詳細的設計，包括 PLC 的選型、輸入輸出分配、 PLC 的外部接線等。 焦作大學畢業(yè)設計 3 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)的軟件設計 12 3 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)的 軟件設計 3.1 軟件開發(fā)平臺和編程語 言的選擇 由上一章節(jié)介紹知，本次設計采用 S7-200 型 PLC。 S7 系列是德國 SIEMENS公司于 20 世紀末推出的新型 PLC 產(chǎn)品，編程時均使用 STEP7 編程軟件。這是一種基于 windows 平臺的應用軟件，是西門子公司專為 SIMATIC 系列 S7-200PLC研制開發(fā)的編程軟件。而 S7-200 支持的 STMATIC 和 IEC1131-3 兩種基本類型的指令集中， STMATIC 指令集是西門子公司 PLC 專用的指令集。本次設計就為STMATIC 指令系統(tǒng)編制的梯形圖程序。 STEP7 編程軟件提供了三種編程語言，即梯形圖（ LAD）、語句表（ STL）、及功能塊圖（ FBD） ,每種語言都有自己的 特點。梯形圖語言（ LAD）是在繼電接觸控制基礎上演變而來的，是一種圖形化的編程語言。梯形圖語言比較形象、直觀。編程人員幾乎不必具有計算機的基礎知識，不需考慮 PLC 內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理，只要有繼電接觸控制的基礎，就能在很短時間內(nèi)掌握梯形圖（ LAD）的使用和編程方法，因此這種編程語言應用最廣，所有 PLC 廠商均支持梯形圖語言編程。語句表（ STL）是用助記符來表示 PLC 的各種操作功能，類似于計算機的匯編語言，特別適合于熟悉計算機原理和熟悉 PLC 和有經(jīng)驗的程序員使用，用它可以編寫出梯形圖語言或功能塊語言（ FBD）無法實現(xiàn)的程 序，程序執(zhí)行速度最快。功能塊語言（ FBD）也是一種圖形化語言，主要由多種功能組成，類似于數(shù)字邏輯門電路，適用于有數(shù)字電路基礎的人編程使用，但在國內(nèi)使用較少。 綜上所述本次設計選用梯形圖語言（ LAD）編程最好，可編制出與電氣原理圖相類似的程序，更形象、直觀 1 3 。 3.2 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)的程序設計 3.2.1 主控流程圖設計 功能流程圖簡稱功能圖，功能流程圖是專用于工業(yè)順序控制程序設計的一種功能說明性語言。為了編程方便，可以直接用內(nèi)部存儲器位 M 來代表各步的編號，設計主控流程圖如圖 3-1 所示 。 焦作大學畢業(yè)設計 3 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)的軟件設計 13 圖 3-1 功能流程圖 Fig 3-1 the flow chart of Function 按啟動按鈕 SB1 后 M0.0 得電，進出口電磁閥打開，在按取暖按鈕 SB2 或熱水按鈕 SB3 分別進入取暖、熱水狀態(tài)，按高、中、低溫按鈕可調(diào)高、中、低溫。 當洗浴閥開時，流量檢測開關 B 合上，水流進入自動調(diào)溫狀態(tài)。由安裝在洗浴手動閥后的溫度繼電器實現(xiàn)。當洗浴水流 溫度 低于 37 時，三個溫度繼電器都未動作，自動為高溫加熱狀態(tài)；當洗浴水流 溫度 高于 37而 低于 42 時，自動變?yōu)橹袦丶訜釥顟B(tài)；當洗浴水流 溫度 高于 42 而低于 47 時自動變?yōu)榈蜏丶訜釥顟B(tài)；當洗浴水流 溫度 高于 47 時停止加熱。水流溫度在此四個比較適合人洗浴的狀態(tài)下變化。如覺水溫不適可進行功率微調(diào)，微調(diào)時水流無自動調(diào)溫功能。 無論是在取暖還是在熱水、洗浴狀態(tài)，都可以實現(xiàn)功率微調(diào)。由于高、中、低溫三種狀態(tài)都將可微調(diào)電源以最大功率接入，這樣一來剛進入微調(diào)狀態(tài)時只能在某一狀態(tài)下進行減功率微調(diào)。 3.2.2 畫梯形圖 根據(jù) 前面所畫的功能流程圖，就可以很容易用編程軟件做出梯形圖程序。如圖 3-2 所示 。 焦作大學畢業(yè)設計 3 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)的軟件設計 14 圖 3-2 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)的 LAD 程序圖 Fig 3-2 the LAD procedures map of the wall-mounted use of the automatic control system Induction Cooker 焦作大學畢業(yè)設計 3 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)的軟件設計 15 圖 3-2 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)的 LAD 程序圖 (續(xù)圖 ) Fig 3-2 the LAD procedures map of the wall-mounted use of the automatic control system Induction Cooker (continuous diagram) 焦作大學畢業(yè)設計 3 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)的軟件設計 16 圖 3-2 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)的 LAD 程序圖 (續(xù)圖 ) Fig 3-2 the LAD procedures map of the wall-mounted use of the automatic control system Induction Cooker (continuous diagram) 焦作大學畢業(yè)設計 3 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)的軟件設計 17 3.3 小結(jié) PLC 技術的邏輯控制功能通過軟件編程實現(xiàn)，柔性強，控制功能多，控制線路大大簡化。 S7-200PLC 的編程軟件 STEP7 Micro/WIN32,是一種基于 windows平臺的應用軟件，它 可以使用通用的個人計算機作為圖形編輯器，用于在線或離線開發(fā)用戶程序，用于在線對 PLC 進行各種操作，并且可以在線實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。 STEP7 編程軟件提供了三種編程語言，即梯形圖 LAD，語句表STL 及功能塊圖 FBD.梯形圖 LAD 是在繼電接觸控制基礎上演變而來的，是一種圖形化的編程語言。編程人員不需考慮 PLC 內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理，只要有繼電接觸控制的基礎，就能在很短時間內(nèi)掌握梯形圖 LAD 的使用和編程方法，因此這種編程語言應用最廣。本節(jié)各種控制程序均采用梯形圖 LAD 語言編制，邏輯關系反映得形象、直觀。在選定編程 語言的基礎上，設計本次設計的功能流程圖，進而用梯形圖語言編制出控制程序。 焦作大學畢業(yè)設計 4 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)仿真 18 4 壁掛式多用電磁 爐自動控制系統(tǒng) 仿真 理論設計完成后，首先需要進行程序的編寫。進行程序的編譯，并在軟件環(huán)境下直接進行調(diào)試。然后再在 S7-200 仿真器中進行模擬仿真。 4.1 用編程軟件編 譯調(diào)試程序 STEP-Micro WIN32 編程軟件是一種基于 Windows 平臺的應用程序，是西門子公司專為 SIMATIC 系列 S7 200PLC 研制開發(fā)的編程軟件，它可以使用通用的個人計算機作為圖形編輯器，實現(xiàn)離線編輯、編譯、調(diào)試用戶程序和系統(tǒng)組態(tài)，用于在線對 PLC 進行各種操作，并且可以在線實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。 用編程軟件調(diào)試程序按照以下順序進行：信號通信電路程序， PLC 電路程序。 調(diào)試結(jié)果：全部編譯通過。 按梯形圖程序的編輯方法，在梯形圖編輯器中編輯出多用電磁爐自動控制系統(tǒng)的梯形圖程序。還可在運行模式下直接編輯程序。 （ 1）選擇菜單命令 Debug/Program Edit in RUN。 （ 2）屏幕彈出警告信息，使用鼠標左鍵單擊“ Continue”按鈕， PLC 主機中的用戶程序被上裝到軟件窗口，此時便可以在運行模式下編輯用戶程序。 （ 3）在用戶 程序編譯成功后，可以使用菜單命令 File/Download 或者使用工具欄中的“下載 ”按鈕，在運行模式下把用戶程序下載到 PLC 主機中。 （ 4）選擇菜單命令 Debug/Program Edit in RUN，使用鼠標左鍵單擊“ Checkmark”按鈕，退出運行模式編輯 1 10 。 4.2 用 S7-200 仿真器 模擬仿真程序 PLC 控制電路模擬調(diào)試，由于條件有限，在這里用 S7-200 仿真軟件進行局部調(diào)試。 過程如下： （ 1） 點擊 I0.0（因為是按鈕，所以在以下按鈕輸入中，點擊后要再點擊使之復位） ， Q0.0、 Q0.1 有輸出 。 表示按啟動按鈕 SB1， 入 、出 口電磁閥 KV1、 KV2打開。 在啟動之前 5自啟動 溫度 繼電器一般都已動作 ,I1.0 有輸入 。 仿真 效果如圖 4-1。 焦作大學畢業(yè)設計 4 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)仿真 19 圖 4-1 啟動電磁爐仿真圖 Fig 4-1 the simulation map of starting Induction Cooker （ 2）再點擊 I0.1,進入取暖等待狀態(tài)，再分別 點擊 I0.3、 I0.4、 I0.5,分別有 Q0.2、Q0.3、 Q0.4 輸出。表示可以任意選擇 高、中、低溫 取暖 狀態(tài) 。 仿真 效果如 圖 4-2、圖 4-3、 圖 4-4 分別 如 下 所示 。 圖 4-2 取暖時低溫加熱仿真圖 Fig 4-2 the simulation map of the low temperature heating of heating status 焦作大學畢業(yè)設計 4 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)仿真 20 圖 4-3 取暖時中溫加熱仿真圖 Fig 4-3 the simulation map of the middle temperature heating of heating status 圖 4-4 取暖時高溫加熱仿真圖 Fig 4-4 the simulation map of the high temperature heating of heatingstatus 焦作大學畢業(yè)設計 4 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)仿真 21 （ 3）點擊 I1.1，停止加熱，又進入取暖等待狀態(tài)。實現(xiàn) 80高溫保護功能。仿真 效果如 圖 4-5 所示 。 圖 4-5 80高溫保護仿真圖 Fig 4-5 the simulation map of 80 high-temperature protection （ 4）當 爐內(nèi) 溫度低于 5時， 5、 80溫度繼電器 都 不動作， 點擊 I1.0、 I1.1使之恢復 ， Q0.4 有輸出，實現(xiàn)自啟動為高溫狀態(tài)功能。 仿真 如 圖 4-6 所示 。 圖 4-6 5自啟動仿真圖 Fig 4-6 the simulation map of 5 starting by itself 焦作大學畢業(yè)設計 4 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)仿真 22 （ 5）點擊 I0.2,進入熱水等待狀態(tài)，再分別點擊 I0.3、 I0.4、 I0.5， Q0.2、 Q0.3、Q0.4 分別有 輸出。表示可以任意選擇高、中、低溫等熱水狀態(tài)。 仿真 效果如 圖 4-7、圖 4-8、 圖 4-9 和圖 4-10 所示 。 圖 4-7 進入熱水狀態(tài)仿真圖 Fig 4-7 the simulation map of starting heating water status 圖 4-8 熱水時低溫加熱仿真圖 Fig 4-8 the simulation map of the low temperature heating of hot water status 焦作大學畢業(yè)設計 4 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)仿真 23 圖 4-9 熱水時中溫加熱仿真圖 Fig 4-9 the simulation map of the middle temperature heating of hot water status 圖 4-10 熱水時高溫加熱仿真圖 Fig 4-10 the simulation map of the high temperature heating of hot water status 焦作大學畢業(yè)設計 4 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)仿真 24 （ 6）當洗浴 手動 閥開時， I0.6 有輸入。當水流溫度低于 37時，手動閥后的三個 溫度 繼電器都不動作， Q0.4 有輸出， 自動為高溫熱水狀態(tài)；當水流溫度高于 37 、 低于 42時， 37溫度繼電器動作， I1.2 有輸入， Q0.3 有輸出，自動為中溫熱水狀態(tài)；當水流溫度高于 42 、 低于 47時， 42溫度繼電器也動作，I1.3 也 有輸入， Q0.2 有輸出，自動為低溫熱水狀態(tài)；當水流溫度高于 47時， 47溫度繼電器 也 動作， I1.4 也 有輸入， 此時停止加熱。 仿真 效果如 圖 4-11、 圖 4-12、圖 4-13 和圖 4-14 所示 。 圖 4-11 水流溫度低于 37仿真圖 Fig 4-11 the simulation map of the water temperature bellowing 37 圖 4-12 水流溫度在 37 42之間仿真圖 Fig 4-12 the simulation map of the water temperature betweening37 and 42 焦作大學畢業(yè)設計 4 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)仿真 25 圖 4-13 水流溫度在 42 47之間仿真圖 Fig 4-13 the simulation map of the water temperature betweening42 and47 圖 4-14 水流溫度高于 47仿真圖 Fig 4-14 the simulation map of the water temperature aboving47 （ 7） 當溫度不合適時，可微調(diào)。點擊 I1.5,再點擊 I1.6、 I1.7,進行減、增功率調(diào)節(jié)。此時， Q0.5、 Q0.6 有輸出。分別帶動伺服電機調(diào)節(jié)微調(diào)電源。仿真圖 4-15、4-16 分別如下所示 。 焦作大學畢業(yè)設計 4 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)仿真 26 圖 4-15 減功率仿真圖 Fig 4-15 the simulation map of cutting Power 圖 4-16 增功率仿真圖 Fig 4-16 the simulation map of Increasing Power （ 8）按停止按鈕，停止加熱， Q0.0、 Q0.1 無輸出，電磁閥也關閉。仿真圖4-17 如下所示 。 焦作大學畢業(yè)設計 4 壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng)仿真 27 圖 4-17 停止電磁爐仿真圖 Fig 4-17 the simulation map of Closing the Induction Cooker 按停止微調(diào)按鈕可停止微調(diào)，自動恢復原狀態(tài)。 經(jīng)過 詳細 認真的模擬仿真， 本次設計所要求的設 計出 具有取暖、熱水、洗浴等多項功能的壁掛式多用電磁爐自動控制系統(tǒng) 都已達到 。 仿真的結(jié)果也 驗證了本次設計的正確性。 4.3 小結(jié) 系統(tǒng)投入運行之前，首先需要進行仿真器模擬調(diào)試，完全通過后，再進行現(xiàn)場調(diào)試，模擬調(diào)試包括：用編程軟件調(diào)試程序，信號通信電路模擬調(diào)試，故障顯示調(diào)試。現(xiàn)場調(diào)試包括：通電前的各項檢查工作，信號通信電路調(diào)試， PLC 控制電 路調(diào)試。由于條件所限，本文只進行了仿真器模擬調(diào)試工作。模擬 仿真的結(jié)果驗證了本文理論設計的正確性。 焦作大學 畢業(yè)設計 5 結(jié)束語 28 5 結(jié)束語 電磁爐的發(fā)展迅速，在我國乃至全世界都早已普