水箱加熱系統(tǒng)PLC位式溫度控制課程

1、目錄一、前言 11. 可編程序控制器的概述 12. FX2N系列PLC簡介2 3特殊功能模塊 24. 調(diào)功器 35. 溫度變送器 3二、系統(tǒng)設(shè)計(jì) 41. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 42. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 42.1 .水箱溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)： 42.2 .輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配表 52.3 .相關(guān)元器件的選型 52.4 . PLC的外部接線原理圖63. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 73.1 . 模擬量與數(shù)字量的對應(yīng)關(guān)系 73.2. 系統(tǒng)流程圖的設(shè)計(jì) 73.3 . 系統(tǒng)梯形圖 83.4 . 系統(tǒng)指令表 93.5 . 系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控圖 10三、總結(jié) 12四、參考文獻(xiàn) 13五、附錄 135.1. 課題介紹 135.2. 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(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制 已經(jīng)廣泛應(yīng)用在所有的工業(yè)領(lǐng)域?，F(xiàn)代社會(huì)要求制造業(yè)對市場這 一需求迅速做出反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本 和高質(zhì)量的產(chǎn)品。可編程控制器就是順應(yīng)這一需要出現(xiàn)的，它是 以微處理器為基礎(chǔ)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(jìn)行各種邏輯控制，還具有隨意編程、自動(dòng)診 斷、通用性好、體積小、可靠性高的特點(diǎn)。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(huì)vIEC）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<PLC是

3、一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采 用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控 制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的命令，并通過數(shù)字式模擬式 的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂?器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易 于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)”。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(wù)。從使用方式 PLC分為：1 ）整體式PLCV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(gè)機(jī)箱內(nèi)。一般小型 PLC采用這種結(jié)構(gòu)；

4、2）模塊式PLC,將PLC 各部分分成若干個(gè)單獨(dú)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(jié)構(gòu)3） PLC 將整體式和模塊式結(jié)合起來，稱為疊裝式 PLC。2.2FX2N系列PLC簡介本次設(shè)計(jì)中，我們將采用 FX2n系列PLC,FX系列PLC為單元型，內(nèi)含CPU電源和固定搭配的輸入/輸出。Q4AR系列為雙機(jī) 熱備系列，最大輸入輸出點(diǎn)數(shù)為 8192點(diǎn)。A系列PLC的最大輸 入輸出點(diǎn)數(shù)為 2048 點(diǎn)。 F 系列程控器的最大輸入輸出點(diǎn)數(shù)為 256點(diǎn)。三菱小型FX 2N）系列程控器的輸入輸出點(diǎn)最大不超過 256 點(diǎn)。每臺(tái)主機(jī)可連模入、模出、高速記數(shù)、定

5、位等特殊功能 模塊，不超過 8 個(gè)。 FX 系列在日本三菱的姬路制作所生產(chǎn)。三 菱姬路制作所累計(jì)已生產(chǎn)超過三百萬臺(tái) FX系列PLC。目前FX系 列PLC為中國內(nèi)地銷量最多的小型 PLG FX2n系列PLC是該系列 中功能最強(qiáng)、速度最快的微型PLCo有 RAM, EPROM和EEPROMFX2N系列PLC的特點(diǎn)超高速的運(yùn)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(jī) 體小型化 比FX2小50% .兼容FX2的編程設(shè)計(jì).備有多種不同的 FX2NT展單元及特殊模塊.2.3 特殊功能模塊在工業(yè)控制中，某些輸入量例如壓力、溫度、流量、轉(zhuǎn)速等）是連續(xù)變

6、化的模擬量，某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求 PLC 輸出模擬信 號(hào)，而PLC的CPU只能處理數(shù)字量。模擬量首先被傳感器和變送 器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流和電壓。其中，D/A轉(zhuǎn)換器將PLC的數(shù)字輸 出量轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流，再去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。模擬量I/O模塊的主要任務(wù)就是完成 A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本 次設(shè)計(jì)選用模擬量輸入模塊 FX2N-4AD該模塊用4個(gè)12位模擬 量輸入通道，輸入量程為 DC-10V+10V和420MA轉(zhuǎn)換速度為 15MS通道或6MS通道 高速）。2.4 調(diào)功器調(diào)功器是應(yīng)用晶閘管 又稱可控硅）及其觸發(fā)控制電路用于調(diào)整 負(fù)載功率的盤裝功率調(diào)整單元。在電子設(shè)備中起重要作用的晶閘管也稱可

7、控硅，英文縮寫SCR被廣泛用于各類生產(chǎn)部門，正在成為自動(dòng)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(nèi)對其有不同的叫法，如晶閘管調(diào)整器、可控硅調(diào) 整器、晶閘管控制器、可控硅控制器、晶閘管調(diào)壓器、可控硅 調(diào)壓器、晶閘管調(diào)功器、可控硅調(diào)功器、調(diào)壓器、調(diào)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(diào)整器、電力控制器、電壓調(diào)整器、電壓控制器等。2.5溫度變送器溫度變送器，專應(yīng)于熱電阻或熱點(diǎn)偶，講溫度轉(zhuǎn)換成4-20MA的電流信號(hào)。至于要不要加模塊，要看接受的控制器對于輸入信號(hào)是0-10V還是4-20MA 般現(xiàn)在的控制器，都直接配有相應(yīng)的溫度變送器 模擬量

8、輸入模塊，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(hào) 轉(zhuǎn)換成4 20毫安的統(tǒng)一的直流電信號(hào)，并將這些信號(hào)輸送給調(diào) 節(jié)器或顯示儀表。PT10 0的熱電阻輸出的是電阻信號(hào)，變送器輸 出的是毫安信號(hào)，溫度變送器 0-100度與0-150度最大值時(shí)輸出電流均為 20MA所以當(dāng)溫度同為100度時(shí)，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(shù)的情況下它們不可以互換。第二章系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)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，PLC的模擬量輸出控制調(diào)功器

9、的輸出，由調(diào)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0100C。溫度變送器變換為420mA傳送給PLC的模擬量輸入通 道。根據(jù)給定值加上dF與測量的溫度值相比較的結(jié)果，PLC模擬 量輸出通道向晶閘管調(diào)功器發(fā)出控制信號(hào)，從而達(dá)到控制水箱溫 度的目的2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)根據(jù)對系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容的分析，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FX系列PLC,輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配如表2-1所示，因?yàn)橄到y(tǒng)必須對溫度信號(hào)進(jìn)行采集和控制，還必須使 用到模擬量輸入/輸出模塊FX-4AD模塊、晶閘管跳功模塊、溫度變送器。；*2

10、.2. /水箱溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng):溫度設(shè)定值廠_PID調(diào)節(jié)器A/DD/A溫度變送器調(diào)功器單相電熱管C<t部分即用FX系列的PLC和模該閉環(huán)系統(tǒng)的組成中，刮號(hào)中的擬量FX-4AD模塊實(shí)現(xiàn)；用熱電偶檢測水箱溫度，溫度變送器將 溫度轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)量程的電流送給模擬量輸入模塊，經(jīng)過PLC的內(nèi)部處理將模擬量轉(zhuǎn)化成可識(shí)別的數(shù)字量與設(shè)定值比較處理，在將 控制信號(hào)作用于控制調(diào)功器上，以此來控制水箱中電熱管的開關(guān)情況，實(shí)現(xiàn)對水箱溫度的閉環(huán)控制。輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配表表2-1輸入和輸出點(diǎn)分配表功能鍵設(shè)定輔助繼電器輸出繼電器開始加熱控制M0Y0持續(xù)加熱控制M1Y1停止加熱控制M2Y2總?？刂芐B1(外部元件X0(內(nèi)部

11、地址相關(guān)元器件的選型表2-2 元器件明細(xì)表序 號(hào)元器件技術(shù)要求選型數(shù)量1可編程控制器輸入點(diǎn)數(shù)24輸出點(diǎn)數(shù)8三菱 FX2N-48MR1臺(tái)2模擬量輸入模塊標(biāo)準(zhǔn)電流420mA三菱 FX2N-4AD1套3單相加熱管輸出功率1KW符合技術(shù)要求即可1支4溫度變送器量程0100, 標(biāo)準(zhǔn)電流420mA符合技術(shù)要求即可1套5編程軟件包具有編輯、診斷、通訊功能FXGP_WIN-C1套6連接導(dǎo)線紅、黑兩種顏色若干的外部接線原理圖Q1圖2-4PLC的外部接線原 人*糸統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)'3.模擬量與數(shù)字量的對應(yīng)關(guān)系FU_ _轉(zhuǎn)化時(shí)應(yīng)綜合考慮變送器的輸出、出入量程和模擬量輸入 1量程，找出被測物理量與a+2轉(zhuǎn)2換后的數(shù)

12、據(jù)之間的關(guān)系第二章根據(jù)系統(tǒng)要求，所要測量的溫度量據(jù)量FX2no48F由此可彳F據(jù)公式4AD度=(100*D0/2(中.1.2|系統(tǒng)測量溫為-PpLcw換出5V 奮流程圖的設(shè)計(jì)理圖程為N00>C=的數(shù)0Q-u A0M3.3系統(tǒng)梯形圖10 = mio m 0 LDMS0Q2(TOP KDtO刪iH759UU£102410KO42e：9i1)20 irKiOlt M1M2N102D1Qmo皿N£0K30-FPCWKOB4K3O2010V4Kl:fTnpKOrnHSUOi/irT®nMKOKSOKLTfh&KOH?aooKl-popKOKlK4KE(DK1K

13、1K2K1<D皿血燈:陽：Dt313DO舄訓(xùn)DOS13 珈DIlli JrHOCOl 顋nuFH0100獗inur鄭l 冊S5D瓏戲DS04lK?DH60:I(NOSli 257K(l調(diào)試運(yùn)行階段。在這個(gè)階段中，對系統(tǒng)的需求分析和如何采用模'-忙塊化設(shè)計(jì)思想是設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)閉環(huán)方法來實(shí)現(xiàn)溫度控制，在沒有任何有價(jià)值 的參考資料的情況下，通過不斷地設(shè)計(jì)嘗試和反復(fù)地設(shè)計(jì)調(diào)試初 步解決了問題。但是也存在了設(shè)計(jì)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

14、們還是通過 查閱資料，詢問老師按時(shí)完成了我們的課題。兩周的PLC編程及應(yīng)用的課程設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)自己在這方面的學(xué)習(xí)還需要不斷的加深。通過這段時(shí)間的學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)，對溫控閉環(huán)的 系統(tǒng)有了一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，熟悉各種器件和軟件應(yīng)用。在這里，本次設(shè)計(jì)中感謝兩位指導(dǎo)老師對我的幫助。4、參考文獻(xiàn)【1】可編程序控制器的編程方法與項(xiàng)目應(yīng)用廖常初 重慶大學(xué)出版社【 2】可編程序控制器及其應(yīng)用 【3】畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo) 【4】新舊圖形符號(hào)對照讀本 【5】電力拖動(dòng)與控制 【6】工廠常用電氣設(shè)備手冊 【7】電氣控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 5、附錄萬太福 重慶大學(xué)出版社 劉祖潤 機(jī)械工業(yè)出版社 兵器工業(yè)出版社 謝桂林 中國礦業(yè)大學(xué)出版社 、中、下） 水利電力出版社 劉星平 湖南項(xiàng)目學(xué)院5.1. 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(diào)功器的輸出，由調(diào)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 0100C。溫度變送器變換為420mA傳送給PLC的模擬量輸入通 道。根據(jù)給定值加上dF與測量的溫度值相比較的結(jié)果，PLC模擬量輸出通道向晶