水箱加熱系統(tǒng)PLC溫度控制課程

1、水箱加熱系統(tǒng)的 PLC 溫度控制課程設計目錄、八丄一、前 言 11. 可編程序控制器的概述2 . FX2N系列PLC簡介23 特殊功能模塊 24. 調功器 35. 溫度變送器 3二、系統(tǒng)設計 41系統(tǒng)設計要求 42 系統(tǒng)硬件設計 42.1 水箱溫度自動調節(jié)系統(tǒng)：42.2 輸入輸出點數的分配表 52.3 相關元器件的選型 52.4 . PLC的外部接線原理圖 63 系統(tǒng)軟件設計 73.1 模擬量與數字量的對應關系 73.2 系統(tǒng)流程圖的設計 73.3 系統(tǒng)梯形圖 83.4 系統(tǒng)指令表 93.5 系統(tǒng)實時監(jiān)控圖 10三、總 結 12四、附 錄 134.1. 課題介紹 134.2. 控制要求 13第

2、一章 前 言1.1 可編程序控制器的概述 隨著微處理器、計算機和數字通信技術的飛速發(fā)展，計算機控制已經廣泛應用在所有的工業(yè)領域?，F代社會要求制造業(yè)對市場這一需求迅速做出反應，生產出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質量的產品?？删幊炭刂破骶褪琼槕@一需要出現的，它是以 微處理器為基礎的通用工業(yè)控制裝置。編程控制器不僅可以按事先編好的程序進行各種邏 輯控制，還具有隨意編程、自動診斷、通用性好、體積小、可靠性高的特點。因此，可編 程控制器正逐步取代著繼電器接觸器控制系統(tǒng)。國際電工委員會 IEC ）于 1982 年 11 月和 1985 年 1 月對可編程序控制器作了 如下的定義：可編程序控制器PL

3、C）是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、 定時、計數和算術運算等操作的命令，并通過數字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型 的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯成一個 整體，易于擴充功能的原則而設計”。可編程序控制器PLC ）主要由CPU模塊、輸出模塊和編程器組成。PLC的特殊功能模塊能完成某些特殊的任務。從使用方式PLC分為：1）整體式PLC又稱單元式或箱體式）整體式PLC是將電源、CPU、I / 0部件都集中裝在一個機箱內。一般小型 PLC采用這種結構；2）模塊式PLC,

4、將PLC各部分分成若干個單獨 的模塊，模塊式 PLC由框架和各種模塊組成。模塊插在插座上。一般大、中型PLC采用模塊式結構3） PLC將整體式和模塊式結合起來，稱為疊裝式PLC。2.2 FX2N系列PLC簡介本次設計中，我們將采用FX2n系列PLC,FX系列PLC為單元型，內含 CPU、電源和固定搭配的輸入 /輸出。 Q4AR 系列為雙機熱備系列，最大輸入輸出點數為 8192 點。 A系列PLC的最大輸入輸出點數為 2048點。F系列程控器的最大輸入輸出點數為256點。三菱小型 FX 2N ）系列程控器的輸入輸出點最大不超過 256 點。每臺主機可連模 入、模出、高速記數、定位等特殊功能模塊，

5、不超過 8個。FX系列在日本三菱的姬路制 作所生產。三菱姬路制作所累計已生產超過三百萬臺FX系列PLC。目前FX系列PLC為中PLC。國內地銷量最多的小型 PLC。FX2n系列PLC是該系列中功能最強、速度最快的微型 有 RAM, EPROM 和 EEPROM FX2N 系列 PLC 的特點超高速的運算速度 0.08 微秒 . 比 FX2的0.48微秒快六倍.容量極大8K步（最大16K步 .比FX2大四倍.機體小型化 比FX2小50% .兼容FX2的編程設計備有多種不同的FX2N擴展單元及特殊模塊殊功能模塊在工業(yè)控制中，某些輸入量 例如壓力、溫度、流量、轉速等）是連續(xù)變化的模擬量，某些執(zhí)行機構

6、要求 PLC輸出模擬信號，而 PLC的CPU只能處理數字量。模擬量首先 被傳感器和變送器轉換成標準的電流和電壓。其中，D/A轉換器將PLC的數字輸出量轉換成模擬電壓或電流，再去控制執(zhí)行機構。模擬量 I/O 模塊的主要任務就是完成 A/D 轉換和 D/A轉換。根據設計要求，本次設計選用模擬量輸入模塊FX2N-4AD，該模塊用4個12位模擬量輸入通道，輸入量程為DC-10V?+10V和4 20MA，轉換速度為15MS/通道或6MS/通道 高速）。2.4調功器調功器是應用晶閘管 又稱可控硅）及其觸發(fā)控制電路用于調整負載功率的盤裝功率調整單元。在電子設備中起重要作用的晶閘管也稱可控硅，英文縮寫 SCR

7、）被廣泛用于各類生產部門，正在成為自動化、高效化不可缺少的裝置。在最新的溫度控制中晶閘管的利 用明顯的普及起來。但在國內對其有不同的叫法，如晶閘管調整器、可控硅調整器、晶閘 管控制器、可控硅控制器、晶閘管調壓器、可控硅調壓器、晶閘管調功器、可控硅調功 器、調壓器、調功器、晶閘管交流電力控制器、可控硅交流電力控制器、電力調整器、電力控制器、電壓調整器、電壓控制器等。2.5 溫度變送器溫度變送器，專應于熱電阻或熱點偶，講溫度轉換成4-20MA 的電流信號。至于要不要加模塊，要看接受的控制器對于輸入信號是 0-10V 還是 4-20MA 。一 般現在的控制器，都直接配有相應的溫度變送器模擬量輸入模塊

8、，如溫控器， PLC 的熱電 阻模擬量模塊等溫度變送器的作用是與熱電偶或熱電阻配合，將溫度或溫差信號轉換成4 20 毫安的統(tǒng)一的直流電信號，并將這些信號輸送給調節(jié)器或顯示儀表。 PT100 的熱電阻輸出的 是電阻信號，變送器輸出的是毫安信號 ,溫度變送器 0-100 度與 0-150 度最大值時輸出電流均為 20MA ，所以當溫度同為100 度時， 0-100 度的變送器輸出電流為 20MA ，而 0-150 度的變送器輸出電流為 14-15MA 左右。所以在不改變接收裝置參數的情況下它們不可以互換。第二章 系統(tǒng)設計2.1 系統(tǒng)設計要求本系統(tǒng)的被控對象是 1KW電加熱管，被控制量是水箱的水溫T

9、, PLC的模擬量輸出控制調功器的輸出，由調功器控制電加熱管的通斷，被控對象為水箱中的單相電熱管， 被控制量為水箱水溫。它由鉑電阻PT100測定，輸入到溫度變送器上，量程為 0100 C。溫度變送器變換為 420mA傳送給PLC的模擬量輸入通道。根據給定值加上dF與測量的溫度值相比較的結果，PLC模擬量輸出通道向晶閘管調功器發(fā)出控制信號，從而達到控制 水箱溫度的目的2.2 系統(tǒng)硬件設計根據對系統(tǒng)設計內容的分析，確定控制系統(tǒng)所需要的輸入輸出點數為 1/3 點。選用FX系列PLC,輸入輸出點數的分配如表 2-1所示，因為系統(tǒng)必須對溫度信號進行采集和 控制，還必須使用到模擬量輸入 /輸出模塊 FX-

10、4AD 模塊、晶閘管跳功模塊、溫度變送器。2.2.1 水箱溫度自動調節(jié)系統(tǒng)：該閉環(huán)系統(tǒng)的組成中，刮號中的部分即用FX系列的PLC和模擬量FX-4AD模塊實現；用熱電偶檢測水箱溫度，溫度變送器將溫度轉換為標準量程的電流送給模擬量輸入模塊，經過PLC的內部處理將模擬量轉化成可識別的數字量與設定值比較處理，在將控制信號作用于控制調功器上，以此來控制水箱中電熱管的開關情況，實現對水箱溫度的閉環(huán)控制。2.2.2 輸入輸出點數的分配表表 2-1 輸入和輸出點分配表功能鍵設定輔助繼電器輸岀繼電器開始加熱控制M0Y0持續(xù)加熱控制MlY1停止加熱控制M2丫 2總?？豐B1（外部X0（內部制元件）地址）相關元器件

11、的選型表2-2兀器件明細表序元盟件技術要求選型數量1可編程控制器輸入點數24輸出點數8三菱 FX2N-48MR詒2模擬量輸入模拱標準電流4 20mA二菱 FX2N-4AD1套3單相加熱管輸出功率iKW符合技術要求即可1支4溫度變送器量程QziOCh標準電流420mA符合技術要求即可1套5編程軟件包具有編輯、診 斷、通訊功能EXGP_WINC=0.05D0C其中，D0為PLC轉換出來的數字量3.2系統(tǒng)流程圖的設計PLC梯形圖3.4系統(tǒng)指令表0IItFROMM402斛0D4KI10LD：Kl)M怖TOPKO牌H3300K!24TOPKOKIK4K2nFROMKOK29K4M10K)42LDIMIO

12、43mM2C44F腳KO滯憂K253LDXOOQ54ZCPxtooXI50tiOMO鵝MPSLJ如ORY0O1辭AHB$7ANIY00288OUTYOOQS3織D70AKDMl71OUTYQOlUFP?3ANDM274OUTY00275END3.5系統(tǒng)實時監(jiān)控圖110xoK)02010Mri*2OW MrrnprnKOH3K0KI*fmpKOKIK4K2*mmKOKMK4MI0Ki/rpcMKOK$0 W9 DOr.lKwMOOIWTHtNli M08HOMOicoo DS04lJTgmtwo M041 MM1SW PS52fAbhIWO M04iD30S1C01 M$80監(jiān)控圖i監(jiān)控圖2監(jiān)控

13、圖3第三章總結兩周的PLC課程設計對我收益匪淺，讓我系統(tǒng)性地認識和全面地掌握了PLC編程和調試技術，讓我將平常學的PLC編程及應用方法學以致用，使我的 PLC編程能力有了很大提高和進步，讓我對 PLC應用有了深入細致的了解。第一、二周，我們尋找有關的資料和課題小組成員間一起交流看法和討論設計方案，進行設計的總體規(guī)劃，理清課程設計思路。但是將這些具體的方案落實到每一個設計 環(huán)節(jié)和步驟中，難免會出現意想不到錯誤，這就需要我們在進行設計的過程中利用所掌握 的知識認真排查錯誤原因，多方面的思考問題的關鍵不斷地改正自己的設計不足之處和錯 誤。第三、四周，對硬件電路的工作原理和可編程知識的掌握是進行下一步

14、的軟件設 計的關鍵。進入了軟件設計方案和具體的編程和調試運行階段。在這個階段中，對系統(tǒng)的 需求分析和如何采用模塊化設計思想是設計方案主要解決的問題。在這一周遇到最大的問 題就是如何實現閉環(huán)方法來實現溫度控制，在沒有任何有價值的參考資料的情況下，通過 不斷地設計嘗試和反復地設計調試初步解決了問題。但是也存在了設計上的不足之處。需 要用到模擬量的輸入 / 輸出模塊，而且所編程序也和課堂上老師所講完全不一樣，給我們的 課題制作帶來了很大的困難。但是我們還是通過查閱資料，詢問老師按時完成了我們的課 題。四周的 PLC 編程及應用的課程設計，發(fā)現自己在這方面的學習還需要不斷的加深。通 過這段時間的學習認識，對溫控閉環(huán)的系統(tǒng)有了一個整體的認識，熟悉各種器件和軟件應 用。在這里，本次設計中感謝兩位指導老師對我的幫助。4、附 錄4.1. 課題介紹本系統(tǒng)的被控對象是 1KW電加熱管，被控制量是水箱的水溫T, PLC的模擬量輸出控制調功器的輸出，由調功器控制電加熱管的通斷，被控對象為水箱中的單相電熱管， 被控制量為水箱水溫。它由鉑電阻PT100測定，輸入到溫度變送器上，量程為 0100 C。溫度變送器變換為 420mA傳送給PLC的模擬量輸入通道。根據給定值加上dF與測量的溫度值相比較的結果， PLC 模擬量