基于PLC的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、論文題目：溫度由繼電器控制改造plc控制 【摘要 】可編程控制器(plc)作為傳統(tǒng)繼電器控制裝置的替代產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，由于它可通過(guò)軟件來(lái)改變控制過(guò)程，而且具有體積小，組裝靈活，編程簡(jiǎn)單抗干擾能力強(qiáng)及可靠性高等特點(diǎn)，非常適合于在惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用。本文所涉及到的溫度監(jiān)控系統(tǒng)能夠監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的溫度，并且能夠通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)和計(jì)算機(jī)控制，其軟件控制主要是編程語(yǔ)言，對(duì)plc而言是梯形語(yǔ)言，梯形語(yǔ)言是plc目前用的最多的編程語(yǔ)言?！娟P(guān)鍵詞】 plc；編程語(yǔ)言；溫度1 工藝過(guò)程在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)控制中，為了生產(chǎn)安全或?yàn)榱吮ＷC產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)于溫度，壓力，流量，成分，速度等一些重要的被控參數(shù)，通常需要進(jìn)行自

2、動(dòng)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的控制，以反復(fù)提醒操作人員注意，必要時(shí)采取緊急措施。溫度是工業(yè)生產(chǎn)對(duì)象中主要的被控參數(shù)之一。本設(shè)計(jì)以一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)為例，來(lái)說(shuō)明plc在模擬量信號(hào)監(jiān)測(cè)與控制中的應(yīng)用問(wèn)題。2 系統(tǒng)控制要求plc在溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)中的邏輯流程圖如圖0.1所示：如圖0.1 具體控制要求如下： 將被控系統(tǒng)的溫度控制在50度-60度之間，當(dāng)溫度低于50度或高于60度時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)調(diào)整3分鐘后仍不能脫離不正常狀態(tài)，則應(yīng)采用聲光報(bào)警，以提醒操作人員注意排除故障。系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)啟動(dòng)按紐-啟動(dòng)控制程序，設(shè)置綠，紅，黃3個(gè)指示燈來(lái)指示溫度狀態(tài)。被控溫度在要求范圍內(nèi)，綠燈亮，表示系統(tǒng)運(yùn)

3、行正常。當(dāng)被控溫度超過(guò)上限或低于下限時(shí)，經(jīng)調(diào)整3分鐘后仍不能回到正常范圍，則紅燈或黃燈亮，并有聲音報(bào)警，表示溫度超過(guò)上限或低于下限。在被控系統(tǒng)中設(shè)置4個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)，溫度信號(hào)經(jīng)變送器變成05v的電信號(hào)（對(duì)應(yīng)溫度0100度），送入4個(gè)模擬量輸入通道。plc讀入四路溫度值后，再取其平均值作為被控系統(tǒng)的實(shí)際值。若被測(cè)溫度超過(guò)允許范圍，按控制算法運(yùn)算后，通過(guò)模擬兩輸出通道，向被控系統(tǒng)送出010v的模擬量溫度控制信號(hào)。plc通過(guò)輸入端口連接啟動(dòng)按鈕，通過(guò)輸出端口控制綠燈的亮滅，通過(guò)輸出端口控制紅燈的亮滅，通過(guò)輸出端口控制黃燈的亮滅。系統(tǒng)要求溫度控制在50度60度的范圍內(nèi)，為了控制方便，設(shè)定一個(gè)溫度較佳值（

4、本題設(shè)為50度），并以此作為被控溫度的基準(zhǔn)值。另外，還需要設(shè)定輸出控制信號(hào)時(shí)的調(diào)節(jié)基準(zhǔn)量，正常情況下，輸出基準(zhǔn)量時(shí)被控制溫度接近較佳值。本例設(shè)定的基準(zhǔn)調(diào)節(jié)量相當(dāng)于plc（輸出6v）。加熱爐一類的溫度控制對(duì)象，其系統(tǒng)本身的動(dòng)態(tài)特性基本上屬于一階滯后環(huán)節(jié)，在控制算法上可以采用pid控制。由于本系統(tǒng)溫度控制要求不高，為了簡(jiǎn)化起件，本例按p（比例）控制算法進(jìn)行運(yùn)算采樣調(diào)節(jié)周期高為1秒。實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)懶惰控制的過(guò)程包括：plc投入運(yùn)行時(shí)，通過(guò)特殊輔助繼電器產(chǎn)生的初始化脈沖進(jìn)行初始化，包括將溫度較佳值和基準(zhǔn)調(diào)節(jié)存入有關(guān)數(shù)據(jù)寄存器，使計(jì)時(shí)用的兩個(gè)計(jì)數(shù)器復(fù)位。按啟動(dòng)按鈕，控制系統(tǒng)投入運(yùn)行。采樣時(shí)間到，則將待測(cè)的

5、四點(diǎn)溫度值讀入plc，然后按算術(shù)平均的辦法求出四點(diǎn)溫度的平均值q。將q與qmax（溫度允許上限）比較，若也未低于下限，則說(shuō)明溫度正常，等待下一次采樣。若qqmax，進(jìn)行上限處理：計(jì)算q與上限溫度偏差，計(jì)算調(diào)節(jié)量（比例系數(shù)設(shè)為2），發(fā)出調(diào)節(jié)命令，并判斷調(diào)節(jié)時(shí)間，若調(diào)節(jié)時(shí)間太長(zhǎng)，進(jìn)行聲光（紅燈亮）；若調(diào)節(jié)時(shí)間未到3分鐘，則準(zhǔn)備下次繼續(xù)采樣及調(diào)節(jié)。當(dāng)采樣溫度低于下限，即qqmax時(shí)，進(jìn)行下限處理：計(jì)算q與下限溫度偏差，計(jì)算調(diào)節(jié)量，發(fā)出調(diào)節(jié)命令，并判斷調(diào)節(jié)時(shí)間，若調(diào)節(jié)時(shí)間太長(zhǎng)，進(jìn)行聲光（黃燈亮）；若調(diào)節(jié)時(shí)間未到3分鐘，則準(zhǔn)備下次繼續(xù)采樣及調(diào)節(jié)。3.控制系統(tǒng)的i/o點(diǎn)及地址分配控制系統(tǒng)的模塊號(hào),輸入/輸

6、出端子號(hào),地址號(hào),信號(hào)名稱,說(shuō)明如表1:模塊號(hào)輸入端子號(hào)輸出端子號(hào)地址號(hào)信號(hào)名稱說(shuō)明cpu2261i0.0總啟動(dòng)開關(guān), 按扭1q0.1加熱器輸出, 加溫2q0.2紅燈,”1”有效指示燈3q0.3綠燈, ”1”有效指示燈4q0.4黃燈, ”1”有效指示燈em2221i0.1總停止開關(guān), 按扭1q0.5喇叭輸出, ”1”有效聲報(bào)警器em2351aiw0遠(yuǎn)程電壓輸入12aiw2遠(yuǎn)程電壓輸入23aiw4遠(yuǎn)程電壓輸入34aiw6遠(yuǎn)程電壓輸入41aqw0遠(yuǎn)程電壓輸出1表1控制系統(tǒng)的序號(hào),名稱,地址,注釋如表1.1:序號(hào)名稱地址注釋序號(hào)名稱地址注釋1總啟動(dòng)開關(guān)i0.0上升沿有效14過(guò)程變量vd032bit2

7、總停止開關(guān)i0.1上升沿有效15設(shè)定值vd432bit3加熱器q0.1“1”有效16偏差值vd832bit4紅燈q0.2“1”有效17增益vd1232bit5綠燈q0.3“1”有效18采樣時(shí)間vd1632bit6黃燈q0.4“1”有效19積分時(shí)間vd2032bit7喇叭q0.5“1”有效20微分時(shí)間vd2432bit8遠(yuǎn)程電壓輸入1aiw012bit21積分前項(xiàng)vd2832bit9遠(yuǎn)程電壓輸入2aiw212bit22過(guò)程前值vd3232bit10遠(yuǎn)程電壓輸入3aiw412bit23運(yùn)行標(biāo)志m0.0“1”有效11遠(yuǎn)程電壓輸入4aiw612bit24平均值vd4032bit12電壓信號(hào)輸出1aqw

8、012bit25pid輸出vw4012bit13pid表首地址vb08bit26表1.14.plc系統(tǒng)選型參照西門子st-200產(chǎn)品目錄及市場(chǎng)實(shí)際價(jià)格，選用主機(jī)為cpu226集成了24點(diǎn)輸入16點(diǎn)輸出，共有40個(gè)數(shù)字量i/o。加上一臺(tái)擴(kuò)展模塊em222（8繼電器輸出），再擴(kuò)展一個(gè)模擬量模塊em235（4ai/1ao）。這樣的配置是最經(jīng)濟(jì)的。整個(gè)plc系統(tǒng)的配置如圖所示。5.電氣控制系統(tǒng)原理圖 電氣控制系統(tǒng)原理圖包括主電路圖，控制電路圖及plc外圍接線圖。 1） 主電路圖如圖1所示為電控系統(tǒng)主電路。一臺(tái)加熱器為m1。接觸器km1控制著m1正常加熱，fr1為加熱器過(guò)載保護(hù)用的熱繼電器；qf1為斷路

9、器；fu1為主電路的熔斷器。圖12） 控制電路圖 如圖2所示， 圖23） plc外圍接線圖 6.主程序及梯形圖 圖31） 主程序ob11.總啟動(dòng)與總停止ld sm0.0a i0.0s q0.1, 12.正常范圍顯示ld sm0.0ar= vd40, 2.5s q0.3, 1s m0.1, 13.調(diào)用子程序0以便控制ld i0.0s m0.0, 1call sbr_0圖44.超過(guò)上下限啟動(dòng)定時(shí)器ld m0.0ldr vd40, 3.0alda m0.1ton t101, 18005.定時(shí)到還不在規(guī)定范圍內(nèi)則報(bào)警.ld sm0.0a t101lpsar vd40, 3.0s q0.2, 1s q0

10、.5, 1r q0.3, 1lppar vd40, 2.5s q0.4, 1s q0.5, 1r q0.3, 1圖56.正常情況下的指示ld sm0.0a i0.1r m0.1, 1r q0.1, 1r q0.2, 1r q0.3, 1r q0.4, 1r q0.5, 1圖62）設(shè)計(jì)pid參數(shù)ld m0.0movr 2.75, vd4movr 2.0, vd12movr 1.0, vd16movr 0.0, vd20movr 0.0, vd24movb 100, smb34atch int_0, 10eni圖73）取實(shí)際溫度變量1. 四溫度傳感器電壓值送內(nèi)存ld sm0.0movw aiw0,

11、 vw0movw aiw2, vw2movw aiw4, vw4movw aiw6, vw6圖82.溫度實(shí)際電壓值送內(nèi)存ld sm0.0movw vw0, vw8+i vw2, vw8movw vw4, vw10+i vw6, vw10movw vw8, vw12+i vw10, vw12movw vw12, vw14/i +4, vw14itd vw14, vd40圖84）pid調(diào)節(jié)與輸出1. 得到過(guò)程變量vd0ld m0.0call sbr_1movd vd40, ac0dtr ac0, ac0/r 32000.0, ac0movr ac0, vd0圖92.vb0號(hào)pid表ld sm0.0

12、pid vb0, 0圖1圖103.pid調(diào)節(jié)輸出ld sm0.0movr vd8, ac0*r 32000.0, ac0round ac0, ac0dti ac0, vw40movw vw40, aqw0【結(jié)論】通過(guò)對(duì)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試，我們認(rèn)識(shí)到，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的控制，如果采用繼電控制，不僅系統(tǒng)繁瑣，調(diào)試?yán)щy，故障概率大，而且對(duì)以后的維護(hù)也帶來(lái)困難。用plc控制除了能解決以上問(wèn)題以外，還具有以下特點(diǎn)：控制條理清楚，接線簡(jiǎn)單明了。用軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電控制，減少了設(shè)計(jì)上的困難，減少了系統(tǒng)的故障。模塊化程序設(shè)計(jì)，便于調(diào)試，并且方便功能的改進(jìn)。編程圖形化，使之一目了然。【致謝】本論文是在xxx老師老師的悉心指導(dǎo)下完成的，從論文最終完成的每一個(gè)環(huán)節(jié)，自始自終得到xxx老師老師精心指導(dǎo)和幫助。在此特向xxx老師老師表示由衷的感謝和崇高的敬意 。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，離不開xx同事的寶貴意見以及文獻(xiàn)資料的提供，在此對(duì)幫助過(guò)我的同事再次表示衷心的感謝和祝福，祝愿在日后的工作生活中的合作能