PLC在溫度控制中應(yīng)用研究

1、河北大學(xué)2012屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）PLC在溫度控制中的應(yīng)用研究摘要溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用，如鑄造廠、化工廠、煉鋼廠等鍋爐的溫度控制系統(tǒng)，電加熱爐的溫度控制系統(tǒng)等。加熱反應(yīng)爐是冶金、化工工業(yè)常用的重要設(shè)備，過(guò)去僅依靠人工來(lái)進(jìn)行操作，存在送料、溫度、壓力等條件變化時(shí)不能及時(shí)對(duì)其進(jìn)行控制的問(wèn)題，這就造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,甚至出現(xiàn)次品，造成原料浪費(fèi)的后果。采用可編程控制器對(duì)加熱爐進(jìn)行控制，能大大提高生產(chǎn)效率和控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。而加熱爐溫度是一個(gè)大慣性系統(tǒng)，所以一般采用比例-積分-微分調(diào)節(jié)進(jìn)行控制。本文在分析了溫度控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合工業(yè)爐的工作原理和實(shí)際情況，給出了一種

2、基于三菱FX2N系列可編程控制器的 溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，利用比例-積分-微分技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工業(yè)用加熱爐自動(dòng)開(kāi)啟和加熱的功能。本系統(tǒng)的應(yīng)用有助于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的升溫進(jìn)行精確、快速的控制，提高了工業(yè)生產(chǎn)中溫度控制的效率。關(guān)鍵詞：可編程控制器；比例-積分-微分；溫度控制 The Using of PLC in Temperature ControlAbstractThe temperature control system in the field of industrial control with a wide range of applications, such as casting p

3、lants, chemical plants, steel mills, boiler temperature control system, the electric furnace temperature control system. Heating reactor metallurgy, chemical industry, an important device to rely solely on the manual to operate, there is not timely feeding, temperature, pressure and other conditions

4、 change their control, which resulted in product quality is unstable, or even defective, resulting in the consequences of the waste of raw materials. Programmable controller to control the furnace can greatly increase the productivity and stability of the control system. The furnace temperature is a

5、n inertial system, so commonly used proportional - integral - differential regulation and control. On the basis of the temperature control system of the status quote, combined with the working principle and the actual situation of the industrial furnace is given based on Mitsubishi FX2N series PLC a

6、utomatic temperature control system design, the use of proportional - integral - derivative technology, industrial furnace automatically turned on and heating. The applications of this system contribute to the accurate, rapid warming in the production process control and improve the efficiency of te

7、mperature control in industrial production.Key words：Programmable controllers, proportional - integral differential， temperature control目錄1 引言11.1 論文研究背景及意義11.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況11.3 本文研究思路22 PLC簡(jiǎn)介32.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)32.2 PLC的特點(diǎn)32.3 PLC的工作原理43 溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)63.1 PLC的選取63.2 溫度傳感器的選取63.3 固態(tài)繼電器的選取63.4 溫度控制系統(tǒng)的外部接線74 溫度控制系統(tǒng)

8、的程序設(shè)計(jì)84.1 FXGP/WIN-C編程軟件簡(jiǎn)介84.2 系統(tǒng)的工作原理84.3 控制系統(tǒng)的程序梯形圖94.4控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)135 程序的編輯與調(diào)試145.1 編輯軟件介紹145.2溫度控制系統(tǒng)的PLC程序調(diào)試146 總結(jié)166.1 難點(diǎn)分析166.2 研究結(jié)論和展望166.3 收獲與體會(huì)16參考文獻(xiàn)17致謝18附錄1 引言1.1 論文研究背景及意義近年來(lái)，加熱爐溫度控制系統(tǒng)已有較廣泛的應(yīng)用，而且溫度是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中重要的被控參數(shù)之一，冶金機(jī)械化工等各類工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中廣泛使用的各種加熱爐熱處理爐，對(duì)工件的處理均需要對(duì)溫度進(jìn)行控制。因此，在工業(yè)生產(chǎn)和家居生活過(guò)程中常需對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控

9、。由于許多實(shí)踐現(xiàn)場(chǎng)對(duì)溫度的影響是多方面的，這就使得溫度的控制比較復(fù)雜，而傳統(tǒng)的加熱爐主要使用繼電器來(lái)控制，由于其固定的接線模式，使得系統(tǒng)體積過(guò)大，耗電多，故而不能保證工業(yè)上的正常生產(chǎn)。 到上世紀(jì)90年代中期，可編程控制器（Programmable Logic Controller,PLC）得到了快速發(fā)展。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到了很大的提高和發(fā)展。PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上甚至取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。而PLC本身優(yōu)異的性能使基于 PLC控制的溫

10、度控制系統(tǒng)變的經(jīng)濟(jì)高效穩(wěn)定且維護(hù)方便。本設(shè)計(jì)以自動(dòng)控制理論為指導(dǎo)思想，可以從很大程度上解決工業(yè)生產(chǎn)及生活中溫度控制的問(wèn)題。1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況自70年代以來(lái)，隨著工業(yè)過(guò)程控制要求的不斷提高，特別是在電子技術(shù)以及自動(dòng)控制理論不斷發(fā)展的推動(dòng)下，國(guó)外的溫度控制系統(tǒng)得到發(fā)展迅速，并在小型化、智能化等方面取得顯著成果。在這方面以日本、德國(guó)、美國(guó)等國(guó)技術(shù)領(lǐng)先，其溫度控制器及有關(guān)的儀器儀表在各行業(yè)都有廣泛應(yīng)用。就我國(guó)實(shí)際狀況而言，雖然溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行業(yè)已經(jīng)得到十分廣泛的應(yīng)用，但從國(guó)內(nèi)科技水平和工業(yè)生產(chǎn)水平來(lái)講，所生產(chǎn)的溫度控制器水平仍然不高，同國(guó)外國(guó)家相比，在很多方面仍然有著很大的差距。目前，我國(guó)在

11、溫度控制系統(tǒng)儀器儀表生產(chǎn)的總體技術(shù)水平處于20世紀(jì)90年代中后期水平，成熟產(chǎn)品更是主要以常規(guī)的PID控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，很難適應(yīng)變溫環(huán)境的溫度控制，而且對(duì)于需要較高智能化、自動(dòng)化程度的控制儀器儀表，國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)技術(shù)還遠(yuǎn)未成熟，并且形成商品化并得到廣泛應(yīng)用的控制儀表較少。所以，我國(guó)在溫度控制的儀器儀表這一行業(yè)與國(guó)外還有一定的差距2。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)溫度控制系統(tǒng)的要求越來(lái)越高。因此，高精度、智能化、人性化的溫度控制系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)外發(fā)展的必然趨勢(shì)。1.3 本文研究思路本文主要是在分析了現(xiàn)代溫度控制現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況和國(guó)內(nèi)外關(guān)于利用PLC進(jìn)行溫度控制系統(tǒng)設(shè)

12、計(jì)的現(xiàn)狀，給出了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的基于三菱FX2N系列PLC的溫度控制控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。本文的研究思路如下：分析溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的原理并以此為依據(jù)提出溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案；進(jìn)行基于三菱FX2N-4AD PLC的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件的程序設(shè)計(jì)；對(duì)研究過(guò)程中的難點(diǎn)進(jìn)行分析，給出研究結(jié)論和展望。2 PLC簡(jiǎn)介2.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)應(yīng)用的是三菱FX2N系列的PLC。三菱的PLC以其簡(jiǎn)單實(shí)用的性能，在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)占有很大的份額，并且在我國(guó)的各行各業(yè)有著十分廣泛的應(yīng)用。三菱FX2N系列的模塊式PLC，主要由CPU模塊、I/O模塊、功能模塊、擴(kuò)展模塊、通信模塊、電源模塊和外部編程設(shè)備組成3。經(jīng)過(guò)P

13、LC自身所帶的CPU模塊或通信模塊的通信接口，可以把PLC與計(jì)算機(jī)或者其它PLC相連接，也可以將PLC直接連接到網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。CPU模塊：CPU模塊主要由微處理器和存儲(chǔ)器組成，通過(guò)總線（包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線）與存儲(chǔ)器和個(gè)匯總接口連接，以控制他們有條不紊的工作。存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)器的功能是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的程序。PLC通常配有ROM（只讀存儲(chǔ)器）和RAM（隨機(jī)存儲(chǔ)器）兩種存儲(chǔ)器。ROM用來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)程序，RAM用來(lái)存儲(chǔ)用戶程序和程序運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。I/O模塊：輸入模塊和輸出模塊一般簡(jiǎn)稱為I/O模塊，輸入模塊接收和采集并分析輸入信號(hào)，開(kāi)關(guān)量輸入模塊用來(lái)接收開(kāi)關(guān)通斷時(shí)所發(fā)出的信號(hào)；與之對(duì)應(yīng)的，模擬

14、量輸入模塊則可以用來(lái)接收模擬量信號(hào)。模擬量輸出接口通常采用D/A轉(zhuǎn)換電路,將數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)；開(kāi)關(guān)量輸出接口采用的電路形式較多，一般可分為繼電器輸出接口、晶體管輸出接口和雙向晶閘管輸出接口3。通信接口：PLC配有通信接口，可通過(guò)通信接口與打印機(jī)、計(jì)算機(jī)等其它外部設(shè)備連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。擴(kuò)展接口：為了提升PLC的性能，增強(qiáng)PLC的控制功能，可以通過(guò)擴(kuò)展接口給PLC增接一些專用功能模塊，如高速技術(shù)模塊，中斷控制模塊等。電源模塊：PLC一般使用AC 220V電源或DC 24V電源，且對(duì)電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值±15%的范圍內(nèi)波動(dòng)4。2.2 PLC的特

15、點(diǎn)當(dāng)前科技日新月異，這期間，PLC也有了較快速的發(fā)展。現(xiàn)將PLC的特點(diǎn)概括如下：編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)：當(dāng)前大多數(shù)PLC采用梯形圖編程方式，梯形圖語(yǔ)言的編程方式和表達(dá)方式與現(xiàn)代工業(yè)所用的繼電器原理圖相當(dāng)接近，這就使技術(shù)人員可以在較短時(shí)間內(nèi)接受和掌握 2。功能強(qiáng)，性價(jià)比高：一臺(tái)小型號(hào)的PLC可以滿足很多用戶的編程應(yīng)用，與同系列的編程軟件相比具有較高的性價(jià)比。用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)：目前的PLC產(chǎn)品已經(jīng)非常標(biāo)準(zhǔn)化，用戶在使用時(shí)可以根據(jù)自己的實(shí)際情況對(duì)PLC進(jìn)行不同的組合?？煽啃愿?，抗干擾能力強(qiáng)：現(xiàn)階段的PLC的觸點(diǎn)都是由半導(dǎo)體元器件來(lái)代替，具有使用機(jī)械觸點(diǎn)的繼電器所無(wú)法比擬的抗干擾能力。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝

16、、調(diào)試工作量少：PLC的軟件功能可以大量模擬繼電器中的機(jī)械觸點(diǎn)，在設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試的過(guò)程中，大大的減小了用戶的工作量。編程語(yǔ)言向高層次發(fā)展：現(xiàn)階段的PLC編程語(yǔ)言有很多種，但隨著PLC編程語(yǔ)言的不斷豐富，許多PLC的生產(chǎn)廠家正在共同研究開(kāi)發(fā)一種可以被國(guó)際所能公認(rèn)的編程語(yǔ)言，以期使PLC的使用更加方便。基于上述特點(diǎn)，PLC被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)部門。隨著其性價(jià)比的不斷提高，它的用于范圍不斷擴(kuò)大，主要的應(yīng)用方面有：數(shù)字量邏輯控制、運(yùn)動(dòng)控制、閉環(huán)過(guò)程控制、數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)等4。2.3 PLC的工作原理PLC是一種由程序控制運(yùn)行的設(shè)備。其工作方式與我們所知道的任何一種微型計(jì)算機(jī)不同。微型計(jì)算機(jī)運(yùn)行到結(jié)

17、束指令END時(shí)，程序結(jié)束。而PLC運(yùn)行程序時(shí)會(huì)按順序依次逐條的執(zhí)行存儲(chǔ)器中的程序指令，當(dāng)執(zhí)行完最后的指令后，并不會(huì)馬上停止，而是又重新開(kāi)始再次執(zhí)行存儲(chǔ)器中的程序，如此周而復(fù)始5。PLC的工作過(guò)程如圖2-1所示.圖2-1 PLC的工作過(guò)程5通電后，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，將內(nèi)部的電路恢復(fù)到起始狀態(tài)，然后進(jìn)行自我診斷，并同時(shí)檢測(cè)內(nèi)部的電路是否運(yùn)行正常。診斷結(jié)束后對(duì)通信接口進(jìn)行掃描，檢測(cè)輸入設(shè)備（開(kāi)關(guān)、按鈕等）的狀態(tài)，然后根據(jù)輸入采樣結(jié)果來(lái)執(zhí)行用戶所設(shè)定的程序，程序運(yùn)行結(jié)束后對(duì)系統(tǒng)輸出進(jìn)行刷新，即輸出程序運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的控制信號(hào)。以上過(guò)程完成后，系統(tǒng)又返回，重新開(kāi)始自我診斷。以后不斷重復(fù)上述過(guò)程5。PLC有

18、兩個(gè)工作狀態(tài)：運(yùn)行狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)PLC工作在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)完整地執(zhí)行圖2-1所示過(guò)程；當(dāng)PLC工作在停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，系統(tǒng)則不會(huì)執(zhí)行用戶的程序。PLC正常工作時(shí)應(yīng)處于運(yùn)行狀態(tài)，而在編制和修改程序時(shí)，應(yīng)讓PLC處于停止?fàn)顟B(tài)，PLC的兩種工作狀態(tài)可通過(guò)開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換6。PLC工作在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，完整執(zhí)行圖2-1所示過(guò)程所需的時(shí)間稱為PLC的掃描周期，掃描周期與用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類和CPU的速度有很大關(guān)系。3 溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 PLC的選取近幾年來(lái)，有關(guān)PLC產(chǎn)品的種類越來(lái)越多，各個(gè)PLC在生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)，形狀，價(jià)格，指令系統(tǒng)，編程方法等各方面不相同，并且不同的產(chǎn)品

19、也適用于不同的場(chǎng)合，因此，挑選合理的PLC對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有重要意義。本設(shè)計(jì)所選PLC為三菱FX2N系列，型號(hào)為FX2N-4AD。三菱FX2N-4AD是三菱電機(jī)公司推出的一款FX2N系列PLC模擬量輸入模塊，有CH1CH4四個(gè)通道，每個(gè)通道均可以進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。 FX2N-4AD內(nèi)部有32個(gè)16位的緩沖寄存器(BMF)，主要用于與主機(jī)交換數(shù)據(jù)。該型號(hào)的PLC的4個(gè)輸入點(diǎn)可同時(shí)使用，且總體精度達(dá)到了1%，完全可以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要。 3.2 溫度傳感器的選取溫度傳感器用于將熱電阻從加熱爐處所測(cè)得的熱信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并隨之送入PLC進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)在的市場(chǎng)上溫度傳感器多種多樣，主要分為接觸式與非

20、接觸式兩種。在此次設(shè)計(jì)中，主要使用熱電阻作為作為溫度傳感器的信號(hào)接入原件。熱電阻是一種較為常用的溫度測(cè)量元件。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。這其中又以鉑熱電阻的測(cè)量精度最高。鉑熱電阻作為測(cè)溫元件，具有良好的傳感輸出特性。鉑熱電阻通常和顯示儀、記錄儀、調(diào)節(jié)儀以及其它智能儀器儀表配套使用，為它們提供精確的輸入值7。鉑電阻的工作原理是，在溫度作用下，鉑熱電阻絲的電阻值隨溫度的變化而變化，且電阻與溫度的關(guān)系即分度特性符合國(guó)際通用的IEC標(biāo)準(zhǔn)。分度號(hào)Pt100的含義為在0時(shí)的名義電阻值為100，目前使用的一般都是這種鉑熱電阻。此外還有Pt10、Pt200、Pt500和Pt1000等鉑熱電阻，Cu5

21、0、Cu100的銅熱電阻8。本設(shè)計(jì)選用鎳鉻-鎳硅N型熱電阻。該型號(hào)熱電阻精度高，在應(yīng)用過(guò)程中產(chǎn)生的誤差小于1%，可以滿足本設(shè)計(jì)的要求。3.3 固態(tài)繼電器的選取 固態(tài)繼電器（Solid State Relay，簡(jiǎn)稱SSR）與機(jī)電繼電器相比，是一種不含運(yùn)動(dòng)零件的繼電器，但它具有與機(jī)電繼電器相同的功能。SSR是一種全部由固態(tài)的電子元件組成的一種開(kāi)關(guān)元件，它可以利用電子元器件的點(diǎn)特性，磁特性和光電特性來(lái)完成輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的安全可靠隔離，并利用功率三極管，功率場(chǎng)效應(yīng)管，等元器件的開(kāi)關(guān)特性，來(lái)達(dá)到?jīng)]有觸點(diǎn)，沒(méi)有火花的接通和斷開(kāi)被控電路9。它是一種四端有源器件，其中兩端為輸入控制端，另外兩端為輸出受控端

22、。本設(shè)計(jì)選用光電耦合型號(hào)的固態(tài)繼電器。光電耦合型的繼電器具有輸入功率小，靈敏度高，噪聲低和工作頻率高等特點(diǎn)，故而可以直接應(yīng)用于溫度控制系統(tǒng)中。3.4 溫度控制系統(tǒng)的外部接線控制系統(tǒng)一般包括開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種控制系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是指被控對(duì)象的輸出對(duì)系統(tǒng)控制器的輸出沒(méi)有任何影響，在這種控制系統(tǒng)中,所設(shè)計(jì)的電路沒(méi)有將被控制量反送回來(lái)以在整個(gè)系統(tǒng)中形成任何閉環(huán)回路10。閉環(huán)控制系統(tǒng)的典型特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)象的輸出會(huì)經(jīng)過(guò)反饋回路反送回來(lái)影響主系統(tǒng)控制器的輸出,在系統(tǒng)內(nèi)外形成若干閉合回路。閉環(huán)控制系統(tǒng)分為正反饋和負(fù)反饋兩種形式,如果反饋信號(hào)與系統(tǒng)輸入的給定值信號(hào)極性相反,則稱為負(fù)反饋；若極性相同，則稱為正反饋

23、?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)?？梢?jiàn)，閉環(huán)控制系統(tǒng)性能遠(yuǎn)優(yōu)于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)10。在所有的閉環(huán)控制器中，PID控制器就是應(yīng)用最廣泛的閉環(huán)控制器。如圖3-1所示系統(tǒng)是用于電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)目標(biāo)設(shè)定值為工業(yè)生產(chǎn)中所期望達(dá)到的加熱爐溫度，閉環(huán)控制器的反饋值可以通過(guò)溫度傳感器測(cè)得，并經(jīng)A/D變換轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；目標(biāo)設(shè)定值與溫度傳感器的反饋信號(hào)相減，其差送入PID控制器，經(jīng)比例、積分、微分運(yùn)算，得到疊加的一個(gè)數(shù)字量；該數(shù)字量經(jīng)過(guò)上限、下限限位處理后進(jìn)行D/A變換，輸出一個(gè)電壓信號(hào)去控制固態(tài)繼電器，以控制加熱爐的溫度11。該系統(tǒng)的PID控

24、制器一般采用PLC提供的專用模塊（本系統(tǒng)采用FB58模塊），也可以采用編程的方法（如PLC編程、高級(jí)語(yǔ)言編程或組態(tài)軟件編程等）生成一個(gè)數(shù)字PID控制器。同時(shí)，其它功能如A/D、D/A都由PLC實(shí)現(xiàn)，加熱爐的反饋信號(hào)直接送PLC采集，控制固態(tài)繼電器的電壓信號(hào)也由PLC送出，從而控制加熱爐的溫度11。 圖3-1電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)124 溫度控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)4.1 FXGP/WIN-C編程軟件簡(jiǎn)介FXGP/WIN-C為一個(gè)可應(yīng)用于FX系列可編程控制器的編程軟件，可以協(xié)助用戶完成在不同環(huán)境下的軟件開(kāi)發(fā)的任務(wù)。在該軟件環(huán)境下，可以通過(guò)線路符號(hào)，列表語(yǔ)言等來(lái)創(chuàng)建順控指令程序，建立注釋數(shù)據(jù)

25、及設(shè)置寄存器數(shù)據(jù)，從而完成程序的編制。FXGP/WIN-C的標(biāo)準(zhǔn)版配置了3種基本的編程語(yǔ)言，梯形圖語(yǔ)言、語(yǔ)句表語(yǔ)言和SFC順序功能圖語(yǔ)言，有鼠標(biāo)拖放、復(fù)制和粘貼功能。梯形圖語(yǔ)言大多采用類似工業(yè)用的傳統(tǒng)繼電器控制電路的符號(hào)，用梯形圖語(yǔ)言編制的的PLC程序具有形象、實(shí)用的特點(diǎn)可以被大多數(shù)人在很短的時(shí)間內(nèi)掌控；語(yǔ)句表語(yǔ)言與小型計(jì)算機(jī)采用的匯編語(yǔ)言類似，也采用助記符的形式進(jìn)行編程，通常在使用簡(jiǎn)易編程器對(duì)PLC進(jìn)行編程時(shí)，一般采用該語(yǔ)言；SFC順序功能圖語(yǔ)言又稱狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖語(yǔ)言，是一種較新的編程語(yǔ)言。主要用于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)的程序編制，這種編程語(yǔ)言在一般情況下應(yīng)用較少13。4.2 系統(tǒng)的工作原理 根據(jù)對(duì)工

26、藝動(dòng)作的分析，確定控制系統(tǒng)所需要的輸入輸出點(diǎn)數(shù)為1/3點(diǎn)。選用FX2N系列PLC, 輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配如表4-1和表4-2所示，由于系統(tǒng)在工作時(shí)必須對(duì)加熱爐的溫度信號(hào)進(jìn)行采集和控制，還必須使用到模擬量輸入/輸出模塊所帶的FX-4AD模塊、以及溫度變送器。PLC的外部接線原理圖如圖4-1所示。加熱爐溫度控制實(shí)現(xiàn)過(guò)程是:首先溫度傳感器將加熱爐的溫度轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，PLC主控系統(tǒng)內(nèi)部的A/D將送進(jìn)來(lái)的電壓信號(hào)經(jīng)分析后，轉(zhuǎn)化為三菱FX2N PLC可識(shí)別的數(shù)字量，然后 PLC將系統(tǒng)給定的溫度值與反饋回來(lái)的溫度值進(jìn)行比較并經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算處理后，給固態(tài)繼電器輸入端一個(gè)控制信號(hào)，進(jìn)而來(lái)控制固態(tài)繼電器的輸出端導(dǎo)

27、通與否，從而達(dá)到對(duì)加熱爐開(kāi)始加熱或停止加熱的控制。即加熱爐溫度控制得到實(shí)現(xiàn)14。其中PLC主控系統(tǒng)為加熱爐溫度控制系統(tǒng)的核心部分起著重要作用。表4-1 Input地址分配表(1) 信號(hào)名稱外部元件內(nèi)部地址總停按鈕SB1X000表4-2 Output地址分配表(2)信號(hào)名稱輔助繼電器輸出繼電器自動(dòng)調(diào)諧控制M1M2PID控制M2M3加熱爐控制M3Y001圖4-1 PLC的外部接線原理圖4.3 控制系統(tǒng)的程序梯形圖根據(jù)對(duì)溫度信號(hào)控制系統(tǒng)的要求分析和對(duì)PLC控制系統(tǒng)I/O分配的定義，可以對(duì)PLC進(jìn)行程序控制的設(shè)計(jì)，它的梯形圖如圖4-2到圖4-4所示。選擇通道1 M8000 T0 K0 K17 H000

28、0 K1A/D轉(zhuǎn)換開(kāi)始 T0 K0 K17 H0002 K1 讀取數(shù)據(jù)FROM K0 K0 K2M100 K2將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)傳送給D501MOV K4M100 D501自動(dòng)調(diào)諧設(shè)定開(kāi)始X000PLS M0M0SET M1自動(dòng)調(diào)諧采樣時(shí)間（設(shè)定40ms）MOV K4000 D510調(diào)諧開(kāi)始MOV H0030 D511自動(dòng)調(diào)諧輸出值設(shè)定（2秒ON） MOV K2000 D502圖4-2 溫度控制系統(tǒng)的梯形圖（1）M1MOV D511 K2 M10自動(dòng)調(diào)諧結(jié)束M14 PLF M2轉(zhuǎn)移到通常動(dòng)作M2RST M1目標(biāo)設(shè)定600M8002 MOV K2000 D500輸入PID濾波常數(shù)80% MOV K80

29、D512PID微分增益0% MOV K0 D515執(zhí)行步S0 MOV K4000 D532執(zhí)行步S0MOV K0 D533PID動(dòng)作初始化RST D502PID動(dòng)作采樣時(shí)間設(shè)定800毫秒M1M8000MOV K800 D510 圖4-3 溫度控制系統(tǒng)的梯形圖（2）PID指令驅(qū)動(dòng)X001PID D500 D501 D510 D502PID動(dòng)作中M3加熱器動(dòng)作周期4秒M3T246 K4000T246RST T246M3加熱器輸出LD< T246 D502 M3Y001END圖4-4 溫度控制系統(tǒng)的梯形圖（3） 在程序控制開(kāi)始之前，先對(duì)系統(tǒng)和PID控制裝置進(jìn)行初始化。電加熱爐溫度信號(hào)經(jīng)熱電偶檢

30、測(cè)、溫度變送器變換為DC420mA電信號(hào)，送PLC模塊轉(zhuǎn)換處理，變?yōu)閿?shù)字量。之后根據(jù)系統(tǒng)所設(shè)定的加熱溫度目標(biāo)值，PLC對(duì)模擬量模塊的所測(cè)得的輸入值進(jìn)行PID運(yùn)算，控制輸出觸點(diǎn)Y001在一個(gè)周期（4s）內(nèi)的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間。當(dāng)加熱溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，Y001為OFF，停止加熱，從而實(shí)現(xiàn)了加熱爐恒溫的現(xiàn)場(chǎng)閉環(huán)控制。4.4控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)基于溫度控制系統(tǒng)的梯形圖，其程序設(shè)計(jì)如表4-3所示表4-3 程序設(shè)計(jì)表0LD M80001TO K0 K17 H0000 K110TO K0 K17 H0002 K119FROM K0 K0 K2M100 K228MOV K4M100 D50133LD X00034P

31、LS M036LD M037SET M138MOV K4000 D51043MOV H0030 D51148MOV K2000 D50253LD M154MPS55MOV D511 K2M1060MRD61AND M14262PLF M264MPP65AND M266RST M167LD M800268MOV K2000 D50073MOV K80 D51278MOV K0 D51583MOV K4000 D53288MOV K0 D53393RST D50296LD M800097ANI M198MOV K800 D510103LD X001104PID D500 D501 D510 D50

32、2113OUT M3114LD M3115OUT T246 K4000118LD T246119ORI M3120RST T246122LD< T246 D502127AND M3128OUT YOO15 程序的編輯與調(diào)試5.1 編輯軟件介紹編程軟件采用日本三菱公司為其生產(chǎn)的FX系列PLC而專門開(kāi)發(fā)的編程軟件FXGP/WIN-C。其主界面如圖5-1所示。工具箱編輯畫面標(biāo)題欄工具欄快捷工具 圖5-1 FXGP/WIN-C編程軟件主界面5.2溫度控制系統(tǒng)的PLC程序調(diào)試程序調(diào)試過(guò)程如下：將電源，計(jì)算機(jī)和PLC用專用電纜連接接好并檢查連接線路，保證線路連接準(zhǔn)確 無(wú)誤。將程序?qū)懭隤LC。將PLC

33、的開(kāi)始/停止開(kāi)關(guān)置于停止位置。在FXGP/WIN-C編程軟 件中編寫溫度控制系統(tǒng)的程序，并在軟件的執(zhí)行菜單中執(zhí)行菜單命令中的“PLC傳送寫入”命令，將編好的程序?qū)懭隤LC中。進(jìn)行監(jiān)控。將PLC的開(kāi)始/停止開(kāi)關(guān)置于開(kāi)始位置，執(zhí)行菜單命令“監(jiān)控/測(cè)試開(kāi)始監(jiān)控”，然后用導(dǎo)線把PLC和公共端連接，按下啟動(dòng)鍵，觀察輸出端子的輸出是否正常。系統(tǒng)程序調(diào)試完成后，就可以將PLC及外圍設(shè)備安裝到實(shí)際工作現(xiàn)場(chǎng)15。6 總結(jié)6.1 難點(diǎn)分析由于所學(xué)知識(shí)有限，有很多地方無(wú)法做到真正的貫徹明白，在此把程序設(shè)計(jì)過(guò)程中的一些難點(diǎn)作如下總結(jié)。很多比較復(fù)雜的程式無(wú)法在程序設(shè)計(jì)中可以很連貫的運(yùn)用，對(duì)于所學(xué)知識(shí)沒(méi)有比較全面的了解，

34、在運(yùn)用時(shí)還略顯生疏，只有在反復(fù)運(yùn)用時(shí)才能逐漸熟悉。溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)大慣性系統(tǒng)，在實(shí)際控制中仍無(wú)法對(duì)其進(jìn)行比較準(zhǔn)確的控制。在設(shè)計(jì)程序時(shí)，有很多方面需要進(jìn)行考慮，例如各個(gè)部件對(duì)信號(hào)的響應(yīng)速度，在實(shí)際應(yīng)用中這些都應(yīng)該考慮在內(nèi)，所有這些都為程序的設(shè)計(jì)增加了難度。6.2 研究結(jié)論和展望通過(guò)對(duì)程序的不斷調(diào)試和反復(fù)修改，基本上完成了溫度控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。通過(guò)本設(shè)計(jì)，可以對(duì)工業(yè)用加熱爐實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制功能，使加熱爐爐溫在一個(gè)固定值的上下的很小的范圍內(nèi)波動(dòng)。同時(shí)，控制系統(tǒng)在程序設(shè)計(jì)上仍然有很大的擴(kuò)展空間，可以加裝爐溫指示燈，超溫自動(dòng)報(bào)警裝置等程序。隨著科技的不斷發(fā)展，溫度控制系統(tǒng)也會(huì)越來(lái)越趨向人性化，小型化，智能化。且現(xiàn)階段，PLC的生產(chǎn)廠家正在尋求一種可以被國(guó)際社會(huì)公認(rèn)的PLC編程語(yǔ)言，這樣，當(dāng)我們?cè)谶\(yùn)用PLC時(shí)將會(huì)更加方便快捷，同時(shí)PLC的應(yīng)用也會(huì)更加容易被人們學(xué)習(xí)掌控。6.3 收獲與體會(huì)經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的努力，我終于設(shè)計(jì)出基于三菱FX系列PLC的溫度控制系統(tǒng)，回想程序設(shè)計(jì)的過(guò)程，感覺(jué)收獲很多。由于所學(xué)知識(shí)有限，且對(duì)溫度控制系統(tǒng)沒(méi)有比較全面的了解，所以有段時(shí)間覺(jué)得有些茫然，不知該從何下手。隨著我查閱資料，以及在老師的幫助下，逐漸對(duì)溫控系