畢業(yè)設(shè)計(jì)資料 基于PLC的恒溫控制

南昌工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)論文PAGEIIPAGEIII南昌工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）電氣與電子工程系自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)（論文）題目基于PLC的恒溫控制學(xué)生姓名賴知淵專業(yè)自動(dòng)化學(xué)號(hào)2006100511指導(dǎo)教師馬永力完成日期2009年6月21日南昌工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書I、課程設(shè)計(jì)(論文)題目：基于PLC的恒溫控制設(shè)計(jì)(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計(jì)技術(shù)要求：1.根據(jù)要求設(shè)定水箱的恒溫控制，啟動(dòng)水泵向恒溫水箱進(jìn)水，當(dāng)水位上升到預(yù)定液位后℃，啟動(dòng)攪拌電機(jī)2.測(cè)量水箱水溫并與設(shè)定值60℃比較，若溫度小于5℃，要采用PID調(diào)節(jié)加熱。水溫高于5℃，采用進(jìn)水與風(fēng)扇冷卻同時(shí)進(jìn)行降溫控制3.對(duì)溫度、流量、加熱的電功率進(jìn)行實(shí)測(cè)并顯示；若進(jìn)水時(shí)無(wú)流量或加熱冷卻時(shí)水溫?zé)o變化時(shí)應(yīng)報(bào)警。設(shè)計(jì)(論文)工作內(nèi)容及完成時(shí)間：6.86.10硬件設(shè)計(jì)6.116.14軟件設(shè)計(jì)6.156.19系統(tǒng)調(diào)試6.21撰寫報(bào)告及答辯要參考資料：1.許謬，王淑英電氣控制與PLC控制技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版社20062.方承遠(yuǎn)，張振國(guó)工廠電氣控制技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版社20073.江秀漢可編程序控制器原理與應(yīng)用西安電子科技大學(xué)出版社電氣與電子工程系自動(dòng)化專業(yè)類班學(xué)生：賴知淵日期：自2009年06月8日至2009年06月指導(dǎo)教師：馬永力助理指導(dǎo)教師(并指出所負(fù)責(zé)的部分)：教研室主任：附注:任務(wù)書應(yīng)該附在已完成的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書首頁(yè)。目錄第一章緒論 11．1引言 11．2PLC在溫度控制方面的應(yīng)用 1第二章課題分析 22.1確定系統(tǒng)功能與性能 22.2系統(tǒng)硬件電路分析 22.3系統(tǒng)軟件分析 3第三章硬件設(shè)計(jì) 33.1PLC外圍電路的概述 33.2恒溫水箱系統(tǒng) 43.3系統(tǒng)顯示電路 43.4系統(tǒng)PID控制的實(shí)現(xiàn) 5第四章軟件設(shè)計(jì) 64.1軟件設(shè)計(jì)要求 64.2系統(tǒng)資源分配 6輸出口的分配情況 64.3程序設(shè)計(jì)流程圖 7第五章設(shè)計(jì)心得 10南昌工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)論文第一章緒論1．1引言可編程序控制器(ProgrammableController，簡(jiǎn)稱PLC)是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)等高新技術(shù)的工業(yè)裝置?，F(xiàn)代PLC不僅具有傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的控制功能，而且能擴(kuò)展輸入輸出模塊，特別是可以擴(kuò)展一些智能控制模塊，構(gòu)成不同的控制系統(tǒng)，將模擬量輸入輸出控制和現(xiàn)代控制方法融為一體，實(shí)現(xiàn)智能控制、閉環(huán)控制、多控制功能一體的綜合控制系統(tǒng)。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，常用閉環(huán)控制方式控制溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量，PID控制是常見的一種控制方式。由于其不需要求出控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，算法簡(jiǎn)單、魯棒性好、可靠性高，在使用模擬量控制器的模擬控制系統(tǒng)和使用計(jì)算機(jī)(包括PLC)的數(shù)字控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。本文針對(duì)恒溫水箱溫控系統(tǒng)的要求，以PLC為溫度控制系統(tǒng)的核心，利用PID控制算法實(shí)現(xiàn)水箱的恒溫控制。1．2PLC在溫度控制方面的應(yīng)用這幾年P(guān)LC的嵌入式系統(tǒng)發(fā)展很快，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的的進(jìn)一步發(fā)展，PLC的體積越來(lái)越小、功能越來(lái)越強(qiáng)、性價(jià)比越來(lái)越高。PLC在溫度控制的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，采用PLC做主控單元，無(wú)觸點(diǎn)控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集和控制的要求?，F(xiàn)在PLC控溫技術(shù)廣泛應(yīng)用于步進(jìn)控制、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制、機(jī)器人、工業(yè)集散控制、樓宇自動(dòng)化技術(shù)等諸多領(lǐng)域。該技術(shù)的應(yīng)用使得溫控產(chǎn)品朝著小型化、智能化方向發(fā)展，既提高了產(chǎn)品的功能和質(zhì)量，又降低了成本，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，減少了資源的浪費(fèi)。PLC的溫控技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)到一定階段以后，可應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線（FCS）控制。現(xiàn)在PLC采用復(fù)合編程編程，功能更加強(qiáng)大了。鑒于PLC溫控技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的廣泛應(yīng)用，該技術(shù)可構(gòu)成FCS的現(xiàn)場(chǎng)總線控制臺(tái)，再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線向控制臺(tái)傳送控制信息。作為現(xiàn)場(chǎng)總線控制的智能化控制模塊，PLC溫控技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的溫度采集和實(shí)現(xiàn)溫度控制的實(shí)時(shí)性方面在經(jīng)濟(jì)性上有著其他技術(shù)無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。第二章課題分析2.1確定系統(tǒng)功能與性能此PLC恒溫控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)水箱的恒溫控制，通過(guò)PLC的模擬輸入模塊對(duì)水箱的溫度變送器、水位變送器、功率變送器、流量變送器的模擬量進(jìn)行處理。然后通過(guò)PLC的模擬輸出模塊和PID控制模塊對(duì)水箱的溫度進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱的恒溫控制。同時(shí)，六位LED顯示器直接跟蹤顯示被控對(duì)象的溫度值、進(jìn)水閥的流量、水箱的加熱功率，PPLC控制的LED顯示準(zhǔn)確度高，顯示清晰，穩(wěn)定可靠。根據(jù)課題要求：在PLC程序中設(shè)定水箱的恒溫值，在啟動(dòng)PLC控制后啟動(dòng)水泵向恒溫水箱進(jìn)水，當(dāng)水位上升到預(yù)定液位后啟動(dòng)攪拌電機(jī)，測(cè)量水箱水溫并與設(shè)定值60℃比較，若溫度小于5℃，要采用PID調(diào)節(jié)加熱。水溫高于5℃，采用進(jìn)水與風(fēng)扇冷卻同時(shí)進(jìn)行降溫控制要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，對(duì)于PLC的選型至關(guān)重要。鑒于系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能，需要有優(yōu)良的PID控制器、模擬量輸入/輸出及要有足夠的輔助輸出元件，所以選擇三菱公司的FX2N-80MR-001型PLC。系統(tǒng)的報(bào)警裝置利用PLC輸出繼電器直接驅(qū)動(dòng)報(bào)警器裝置進(jìn)行報(bào)警。2.2系統(tǒng)硬件電路分析系統(tǒng)硬件電路主要包括，報(bào)警電路、加熱電路、PLC外圍設(shè)備接線。通過(guò)PLC的程序控制端口的輸出電平，達(dá)到控制相關(guān)外圍電路的目的。加熱電路控制中要用到光電隔離技術(shù)。光電隔離電路的作用是在電隔離的情況下,以光為煤介傳送信號(hào),對(duì)輸入和輸出電路可以進(jìn)行隔離.因而能有效地抑制系統(tǒng)噪聲，消除接地回路的干擾，有響應(yīng)速度較快、壽命長(zhǎng)、體積小耐沖擊等好處，使其在強(qiáng)-弱電接口，特別是在微機(jī)系統(tǒng)的前向和后向通道中獲得廣泛應(yīng)用。2.3系統(tǒng)軟件分析系統(tǒng)軟件分析主要涉及到在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)恒溫控制中所需用到的相關(guān)指令和功能指令，在以硬件對(duì)應(yīng)的軟件中需用到BCD碼轉(zhuǎn)換指令，PID控制指令，區(qū)間對(duì)比指令，報(bào)警器置位指令，七段譯碼指令等。第三章硬件設(shè)計(jì)3.1PLC外圍電路的概述PLC外圍電路主要包括模擬輸入/輸出量，PLC電源電路，光電隔離控制電路。PLC輸入/輸出電路模塊是PLC與現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備：限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、模擬輸入變送接口，輸出設(shè)備：驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、電機(jī)、光電隔離。通過(guò)輸入/輸出模塊PLC既可以檢測(cè)到所需的過(guò)程信息，又可以將處理后的結(jié)果送給外部過(guò)程。PLC的模擬輸入模塊輸入的數(shù)據(jù)已經(jīng)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，無(wú)需再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)的外部電路如圖所示：3.2恒溫水箱系統(tǒng)恒溫水箱是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制的關(guān)鍵，外圍中有許多的模擬變送檢測(cè)器和相關(guān)的控制器。系統(tǒng)圖如下所示：3.3系統(tǒng)顯示電路顯示電路是實(shí)現(xiàn)控制更加直觀的關(guān)鍵所在，在本系統(tǒng)中用六塊DCD_HEX_DIG_RED七段顯示管，在PLC輸出的BCD碼直接顯示水箱溫度值、進(jìn)水閥的流量、水箱的加熱功率，電路圖如下：3.4系統(tǒng)PID控制的實(shí)現(xiàn)用PLC對(duì)模擬量進(jìn)行PID控制主要有3種方法，分別是使用PID過(guò)程控制模塊、使用PID功能指令和自編程序?qū)崿F(xiàn)。PID過(guò)程控制模塊價(jià)格較高，一般用于大型復(fù)雜的控制系統(tǒng)，而自編程序比較復(fù)雜，基于此，系統(tǒng)采用PID功能指令進(jìn)行PID閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)溫度的智能控制PLC的PID控制器的設(shè)計(jì)是以連續(xù)系統(tǒng)的PID控制規(guī)律為基礎(chǔ)，將其數(shù)字化寫成離散形式的PID控制方程，再跟據(jù)離散方程進(jìn)行控制程序設(shè)計(jì)?；赑LC的閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖所示，圖中虛線框部分在PLC內(nèi)。在連續(xù)系統(tǒng)中，PID控制的輸入輸出關(guān)系式為：式中；M(t)為控制器的輸出量，Mo為輸出的初始值；P(t)為給定值與被控變量的誤差信號(hào)；K。比例系數(shù)}積分時(shí)間常數(shù)}To微分時(shí)間常數(shù)。第四章軟件設(shè)計(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)要求此恒溫控系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)控制功能，軟件部分要達(dá)到以下幾個(gè)功能：數(shù)據(jù)處理功能，溫度流量、功率數(shù)據(jù)的送顯功能，報(bào)警功能，判斷溫度是否恒定，PID控制功能的實(shí)現(xiàn)。4.2系統(tǒng)資源分配（1）輸入口的分配如下表：輸入口的分配情況輸出口功能X0啟動(dòng)按鈕SB1X1液面檢測(cè)KA1X2溫度變送器KA2X3流量變送器KA3X4功率變送器KA4（2）輸出口的分配如下表：輸出口的分配情況輸出口功能Y1進(jìn)水閥YA1Y2攪拌電機(jī)YA2Y3風(fēng)扇YA3Y4加熱爐YA4Y5報(bào)警器YA5Y10～Y177段數(shù)碼溫度顯示器Y20～Y277段數(shù)碼流量顯示器Y30～Y377段數(shù)碼功率顯示器4.3程序設(shè)計(jì)流程圖系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)恒溫控制的要求，要用到多個(gè)功能指令。區(qū)間比較指令（FNC11ZCP）,BCD轉(zhuǎn)換指令（FNC18BCD）,報(bào)警置位/置位指令（FNC46ANS/FNC47ANR）,讀/寫特殊功能指令（FNC78FROM/FNC79TO）,BCD七段顯示譯碼指令（FNC74SEGL）,PID運(yùn)算指令(FNC88PID）。程序設(shè)計(jì)流程圖如下：程序如右：梯形圖如下所示：第五章設(shè)計(jì)心得為期兩周的PLC課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，兩周期間收獲很多。對(duì)PLC的應(yīng)用有了一個(gè)較系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。在接到任務(wù)書的時(shí)候沒(méi)點(diǎn)頭緒，甚至有點(diǎn)懷疑自己能不能