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基于 PLC 屠宰场 热水 控制系统 设计

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XXXXXX本科毕业论文（设计）本科毕业论文（设计）题 目 基于PLC屠宰场热水控制系统设计 学 院 XXXXXXXX 专 业 XXXXXXXX 班 级 XXXXXXXXXX 学 号 XXXXXXXXXXXXX 学生姓名 XXXXX 指导教师 XXXXXXXX 完成日期 XXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXX学院教务处制二一六 年 四 月摘 要本论文根据设计课题，进行了调研，了解了目前屠宰场在热水应用和控制方面存在的问题，设计了一种更节能、更完善的热水控制系统，包括太阳能发电功率的计算，热泵循环电机功率的计算，控制部分包括检测仪表选型，两种液位计的选用，既保证了现场和夜间巡检的方便，又能进行远程监控和调节。控制系统以可编程控制器（PLC)作为控制核心，采用光电隔离，数字滤波，数据断电保持，水温恒定控制算法。明确了热泵循环，水温恒定的控制思路，设计了基于西门子S7200PLC的热水自动控制系统。采用先进的温度传感器和PID调节算法，保证了水温调节的精度。电气部分设计了主电路和PLC控制电路，对电气部分元器件进行了参数计算和选型。详细介绍了PLC控制系统CPU模块的硬件组成，绘制了PLC模块端子接线图，绘制PLC软件程序流程图。本论文描述比较详细，硬件选型合理，接线图纸准确，提供了部分软件程序流程图。设计了人机交互界面，使控制更加直观，严格控制水温在规定范围之内，满足了屠宰场生产工艺的要求。 关键词： 屠宰场 太阳能 温度恒定 PLC自动控制 人机界面 Abstract This paper according to the design project, conducted an investigation, the current slaughter in hot water application and control problems, design a more energy-efficient, more perfect water control system, including the calculation of solar power generation, power calculation of heat pump motor, the control part comprises a detection instrument selection, selection of two kinds of liquid level the meter, not only ensure the on-site inspection at night and convenient, and remote monitoring and control. The control system uses programmable logic controller (PLC) as the control core, using photoelectric isolation, digital filtering, data power to keep, the constant temperature control algorithm. The control idea of the heat pump cycle and the constant water temperature is defined, and the automatic control system based on SIEMENS S7200PLC is designed. Using advanced temperature sensor and PID adjustment algorithm to ensure the accuracy of water temperature regulation. The main circuit and PLC control circuit are designed in the electrical part, and the parameter calculation and selection of the electrical components are carried out. This paper introduces the hardware composition of the PLC control system CPU module, draws the PLC module terminal connection diagram, and draws the PLC software program flow chart. This paper describes more detailed, reasonable selection of hardware, wiring drawings accurate, provides some software program flow chart. The human-computer interaction interface is designed to make the control more intuitive, and strictly control the water temperature within the prescribed range, which meets the requirements of the slaughterhouse production process. Keywords: Abattoir Solar energy Constant temperature PLC automatic control Interface目 录摘要4关键词4摘要（英文）4关键词（英文）4第一章 绪论4 1.1 课题研究的背景及意义4 1.2 课题任务要求、主要内容及目的4第二章 太阳能热水工程系统分析 4 2.1 太阳能热水工程系统组成5 2.2 太阳能热水工程控制系统分析5第三章 设计方案 4 2.1 水位测量系统设计方案5 2.2 水温测量系统设计方案5 2.2 PLC控制器硬件设计方案5 2.2 PLC控制系统软件设计方案5 2.2 人机界面设计方案5第四章 PLC控制系统硬件设计 8 4.1 PLC概述及各模块功能介绍8 4.1.1 PLC概述14 4.1.2 西门子S7200功能介绍14 4.1.3 西门子S7200型号说明16 4.2 控制系统硬件选型10 4.2.1 PLC系统设计原则10 4.2.2 硬件系统设计步骤10 4.2.3 硬件系统I/O统计10 4.3 控制系统硬件电路设计11 4.3.1 输入回路11 4.3.2 输出回路11 4.3.3 电源主回路11第五章 PLC控制系统软件设计12 5.1 跳动度检测控制系统分析12 5.2 控制程序软件设计12 5.3 控制系统程序流程图13 5.4 控制程序软件设计14第六章 组态监控画面设计16 6.1 组态监控变量连接 12 6.2 组态监控图形界面设计12 6.3组态监控画面动画连接12 6.4组态监控画面运行与调试12 6.5组态监控系统与PLC的通讯12结束语 19 致谢 20 参考文献20基于PLC的屠宰场热水控制系统设计 1、绪论1.1 课题研究的背景及意义 根据对屠宰场用水的分析，得知屠宰场用热水的地方很多，比如：圈栏冲洗、淋洗、屠宰及其它厂房地坪冲洗、烫毛、剖解、副食加工、洗油、工作人员沐浴等。其中用到热水的工艺有冲洗、烫毛、工作人员淋浴等。淋洗的温度在40左右，浸烫池水温应根据屠宰的品种和季节进行调整，调节范围宜取5863。如果采用单纯采用电加热来取得热水，将是一笔不小的费用。太阳能作为绿色新能源，以其经济、清洁、环保、可持续等优点有着其它能源不可替代的优势。 当前太阳能发电产业正成为我国政府的重点扶持对象。是当前及未来能源发展的重点。 目前国内太阳能发电普遍有以下不足：大多采用电池板固定方式安装，对能源的利用率较低；采用固定式安装的产品不能根据太阳位臵的变化调整太阳能装臵的姿态，从而太阳能的采集及利用率较低，尤其在早晨和傍晚，太阳能的利用率几乎为 0，长远投资成本大，性价比较低。少数采用传感器与涡轮蜗杆技术进行追光产品的可靠性差，且价格较高。克服以上不足我们有如下优势：采用嵌入式程序控制，不用任何传感器即可精确追踪太阳位置；机械结构采用两端输出逆止活齿减速器，零回差、自锁、两端同步输出，使太阳能追光机械传动系统进入新的发展阶段。 使用智能追光装置后，电池板的发电效率能提高30%以上。目前，屠宰场热水控制部分还是以前的传统继电器控制，元器件复杂，故障率高，效率低，难以满足生产工艺要求。随着可编程控制器（PLC)在工业领域的发展和应用，本课题设计太阳能选用追光式，采用PLC作为控制核心，选用高精度的仪表，完成热水自动控制系统设计，采用太阳能热水加热泵循环的控制方式，解决屠宰场所需用的高温热水，不仅环保节能，安全方便，而且每年可为企业节省一笔非常可观的能源费用，可以在屠宰场企业中推广应用。 1.2课题设计任务要求、主要内容及目的1.2.1课题设计任务要求 运用所学的控制理论知识，设计合理可行的水温保持恒定控制系统，采用PLC（可编程控制器）对屠宰场现有热水控制系统进行技术改造，使其节能、环保、高效。1.2.2 课题设计主要内容 1、分析屠宰场热水利用情况和控制要求。 2、针对保温水箱的恒温功能，分析控制对象特性； 3、设计热水控制系统的基本方案； 4、利用PLC完成热水控制系统硬件设计以及相关元器件选型； 5、进行恒温水箱的控制算法研究； 6、软件设计完成PLC程序设计，绘制程序流程图； 7、人机交互界面设计。1.2.3设计任务目的1、 通过本次毕业设计对所学知识做一集中复习汇总。真正把知识掌握，做到应用于实践，除了要有好的老师把相关知识通俗易懂，深入浅出的教给学生，更需要学生多动手动脑，多操练巩固学习内容。本次设计任务内容全面，既包括传感器检测方面内容，还有完整的电气系统硬件设计，主回路和控制回路，软件设计程序流程图。编程部分完成一个完整的、系统的电气程序，并且做到程序编写中应用到的各个变量之间的逻辑关系合理，无矛盾，达到控制的功能要求对于提升学生的逻辑思维能力大有帮助。2、 要求学生对相关的电气元器件型号进行选型，绘制主电路图和PLC控制端子图，完成这些设计任务等于学生对学到的知识进行了一次大梳理，并且对锻炼学生提高工程意识和实践技能有很大帮助。如何把学习的内容灵活应用到实践和工作中，需要学生多接触，多设计。通过这次毕业设计，学生更能体会到自己所学知识的作用，要学以致用，为适应将来工作的需要打下坚实基础，真正设计出实用的产品应用于生产。 2、太阳能热水工程系统分析2.1 太阳能热水工程系统组成 太阳辐射到地面的功率最大可以达到1KW/平米。单体太阳电池不能直接做电源使用。作电源必须将若干单体电池串、并联连接和严密封装成组件。太阳能板(也叫太阳能电池组件)是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中最重要的部分。太阳能发电经过设备转换，转换成三相380V度，为供热泵机组5.5KW，上水水泵2.2KW，辅助加热功率3KW，控制系统提供电源动力。 根据屠宰场热水使用情况，配置2个8吨的不锈钢储热水箱和1台5P高温空气源热泵，热水温度达不到用户端要求时，热泵自动启动开始制造热水，达到指定温度热泵系统自动停机，另外还增加了热泵辅助加热设备，保证屠宰场热水供应不间断。整套系统全自动控制，不需专人操作。 空气源热泵制取热水：空气源热泵通过吸收空气中大量的低位热能，经过压缩机的压缩变为高位热能，传递给水箱中，把水加热起来储存备用。 图2.1-1 太阳能热泵系统工程结构组合示意图2.2 太阳能热水工程系统控制过程分析 1）水位检测和水箱自动补水：补水是在每天结束后进行，由时间控制器控制，具体补水时间可以设定、更改；水箱内设浮球水位控制器。到达补水条件时，补水泵自动启动，满水后，通过浮球控制器自动停止补水泵。 2）水温检测水箱恒温控制：屠宰过程中，由于屠宰池表面散热、生猪入池，造成池温下降；工作时调整恒温阀的开度，高温水由水箱不断补入屠宰池，凉水进入水箱，水箱温度降低，达不到设定温度，这时启动热泵来循环加热，如在一定时间内，水温仍达不到设定温度，开启辅助电加热来加热水温。 3、设计方案保持水温在5863，保证屠宰场热水供应是本课题自动控制的一项重要的指标。同时要考虑太阳能、热泵、辅助电加热达到能源最优，利用太阳能发电，控制热泵进行合理的水循环，节能效果最好。操作方面人机交互界面设计要求灵活，可靠，参数设置方便。3.1 储水箱水位测量系统设计方案对储水箱测量系统的要求就是测量准确性好，消除温度、压力对水位测量的影响；对水位的测量仪表要求为：（1）必须满足高温工况的应用；（2）必须能适应现场环境温度高，维护空间狭小的安装要求；（3）必须能保证在长期高温的环境下显示清晰明了，对空液位、满液位应有明显的显示区别；。目前国内的储水箱液位的测量，主要采用的是以下方案： （1）用差压变送器作为液位测量变送的主要仪表。为了保证液位的准确测量，一般需配套平衡容器、密度补偿管（下降管）、平衡阀组等附加设备。为确保可靠性，一般需安装两套，一套用于液位控制，一套用于液位记录； （2）用玻璃板液位计用于液位的现场指示为满足夜间巡检的需要，一般需加装背光照明设备； （3）用电接点水位计辅助远传液位信号，供操作人员参考。 我们选用水位计的目的是在缺水时补水，水到一定液位，停止补水，为了经济性，我们选择用电接点水位计辅助远传液位信号。目前探测水位常用的传感器为导电式方法和浮子式方法，浮子式的原理就是通过不同高度的干簧管通断的情况来探测水面的高度的。干簧管是一种电子元件，当它遇到强烈的磁场时，内部的开关闭合，电流从干簧管两端流过，给出位置信号。电路原理就是开关控制法，利用开关接通和断开所造成的电阻的串联（并联）产生的不同电阻值来传递水位信号，让控制器判断水位，水位一般分为4档。传感器导电的原理有水导电（利用水的导电特性）和干簧管导电两种，实际上就是四个开关的开和关的状态。 图 3.1-2 浮子式水位探测示意图 图 3.1-3 水位传感器电路原理图3.2 储水箱水温测量系统设计方案屠宰场的烫水生产工艺要求水温在5863，并且有温度恒温控制，要求有模拟量信号输出，WQ101沉入式温度传感器是一个坚固耐用的水温度测量器件，温度变送器探头与7.5米船舶级电缆塑压连接, 最大电缆长度可达150米，可根据水箱的情况选用电缆长度，WQ101温度传感器采用2线制，变送器的电子部件全部用船舶级环氧树脂包封，不锈钢外壳，传感器探头采用3/4PVC6的管螺纹连接。工作电压1036DC，输出420mA信号表示温度范围-10100，传感器的工作温度-50100。WQ101温度传感器为正温度系数热敏电阻Pt100传感器，Pt100温度传感器具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。铂热电阻的线性较好，在0100摄氏度之间变化时，最大非线性偏差小于0.5摄氏度。温度传感器输出420mA信号，传送给PLC控制系统，计算出具体温度值，与设定温度值比较，小于设定值，热泵开启循环，再次检测温度值，达到设定范围，热泵停止，达不到，继续循环，按照设定时间，再次检测温度值，仍达不到，热泵停止，启动辅助电加热，达到设定温度范围，辅助电加热停止。3.3 PLC控制器硬件设计方案控制部分选用以PLC为核心的控制器，它作为一个新兴的工业控制器，具有功能齐全，抗干扰能力强，可靠性高、人机接口方便，便于维护等独特的优点，在各个领域获得了广泛应用。计算需检测的输入信号有外部人工命令和数据（如操作模式转换开关、启停按钮）；两路温度传感器信号模拟量输入信号和两个水箱的液位补水报警信号、停止补水液位信号；输出信号有热泵电机运转的启停信号，补水泵电机的启停信号，补水电磁阀的启停信号，以及与其它工控设备的连锁信号和保护报警信号。根据热泵和补水泵电机功率选择接触器，热保护继电器，根据PLC控制器各模块需要的直流电流消耗量选择直流开关电源功率，设计主回路电路图。根据计算的输入、输出点数，考虑10%的富裕量，选择合适的PLC，分配I/O点地址 ，绘制PLC各模块端子接线图。3.4 热水自动控制系统软件设计方案PLC软件程序采用模块化编程，根据分解的控制流程，程序模块分为主程序模块和子程序模块，主程序模块包括各参数寄存器初始化，顺序执行各子程序；子程序模块包括液位采样自动控制补水程序模块、温度采样计算模块、手动控制模块。这种编程模式有利于程序的调试，缩短设计周期。3.5 热水自动控制系统人机界面设计方案 为了操作方便，直观，选择14吋液晶大屏幕显示屏，组态软件采用基于WINDOWS编程环境的编程系统，与PLC通过网络接口连接，显示屏通过读取PLC的变量，进行显示，PLC通过读取显示屏的参数设定，进行控制。 4、太阳能热水控制系统硬件电路设计4.1 电气主回路设计 本设计需要控制的三相380V电机有5.5kW的热泵电机，2.2kW的补水泵电机，3KW的220V的电加热电阻丝。主电源接入通过三相断路器，送电时合闸，断电时分闸，即可以手动操作，也可以在工作时发生过载和短路故障自动跳闸。PLC各模块需要的DC24V电源，由220V/DC24V/DC12V ，120W的直流开关电源提供，温度传感器和水位传感器供电电源由DC12V电源提供。热泵电机5.5kW负载电流考虑安全系数1.21.5倍，电流为13.216.5A，接触器选择CJ20-25, 热继电器选JR20-25,整定电流为11.617A。补水泵电机2.2kW ，考虑安全系数1.21.5倍，电流为5.36.6A，接触器选择CJ20-10, 热继电器选JR20-10,整定电流为610A。电加热电阻丝，选择施耐德微型断路器C65N-20A/2P。380V热泵电机功率5.5kW，补水泵电机功率2.2kW，220V,3KW电加热电阻丝和控制回路消耗电折算到380V约为2.2kW，电流约为20A，3相进线断路器壳架电流电流按1.7倍计算。 （4.1.4-1） QF0选型如下：西门子断路器HM3H-400A 4P40A带漏电保护器的施耐德断路器，型号为EA9RN4C4030C 灭弧介质：空气式； 操作方式：手动操作； 极数：4P； 额定绝缘电压：400（V）；脱扣器电流：1A63A（A），可设定。 4.2 PLC控制系统硬件设计4.2 .1 PLC概述及各模块功能介绍4.2.1.1 PLC概述 可编程序控制器(简称PLC)是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型、通用的工业自动控制装置。它具有高可靠性、配置扩充的灵活性等特点，且具有易于编程、使用维护方便等优点，在工业自动化控制的各个领域得到了广泛应用。 1、PLC （Programmable Logic Controller），中文名称为可编程控制器，是一种电气自动化控制装置，具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点；具有数字和模拟量输入/输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、PID调节、各种智能模块、远程I/O模块、通信、人机对话，自诊断，记录和图形显示、组态等功能。广泛应用于钢铁、石油、大连、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及娱乐等各个行业。2、PLC硬件代替原来复杂的继电器逻辑，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能，且软件内部定时器、计数器、中间继电器数量多，接口模块品种多，象模拟量输入模块、模拟量输出模块，位置模块等，具有强大的逻辑运算能力，编程语言易于为工程技术人员接受，用户在其编程软件平台上进行二次开发，可方便实现所要求的功能。3、PLC系统应用在工业上最大的优点是系统所用元器件少、接线简单、通用性好、抗干扰能力强，可靠性高，因为设计时各模块都留有余量，今后的升级改造时不需改变原有系统，只需增加软件部分即可，且调试周期短。4、虽然PLC程序是按顺序执行的，但是现在的PLC系统指令运算速度越来越快，大部分指令在ms级，甚至有的在us极，和单片机的速度相媲美。PLC控制技术和单片机等微芯片相比，在可靠性，现场控制方面更适合，这也是PLC在工业领域广泛应用的原因之一。4.2.1.2 西门子S7200系列功能介绍S7-200系列可编程控制器有CPU21X系列，CPU22X系列，其中CPU22X型可编程控制器提供了4个不同的基本型号，常见的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四种基本型号。小型PLC中，CPU221价格低廉能满足多种集成功能的需要。CPU 222是S7-200家族中低成本的单元，通过可连接的扩展模块即可处理模拟量。CPU 224具有更多的输入输出点及更大的存储器。CPU 226和226XM是功能最强的单元，可完全满足一些中小型复杂控制系统的要求。四种型号的PLC具有下列特点：（1）集成的24V电源可直接连接到传感器和变送器执行器，CPU 221和CPU222具有180mA输出。CPU224输出280mA，CPU 226、CPU 226XM输出400mA可用作负载电源。（2）高速脉冲输出具有2路高速脉冲输出端，输出脉冲频率可达20KHz，用于控制步进电机或伺服电机，实现定位任务。（3）通信口CPU 221、CPU222和CPU224具有1个RS-485通信口。CPU 226、CPU 226XM具有2个RS-485通信口。支持PPI、MPI通信协议，有自由口通信能力。（4）模拟电位器CPU221/222有1个模拟电位器，CPU224/226/226XM有2个模拟电位器。模拟电位器用来改变特殊寄存器（SMB28，SMB29）中的数值，以改变程序运行时的参数。如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数。（5）中断输入允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。（6）EEPROM存储器模块（选件）可作为修改与拷贝程序的快速工具，无需编程器并可进行辅助软件归档工作。（7）电池模块用户数据（如标志位状态、数据块、定时器、计数器）可通过内部的超级电容存储大约5天。选用电池模块能延长存储时间到200天（10年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。（8）不同的设备类型CPU 221226各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。（9）数字量输入/输出点CPU 221具有6个输入点和4个输出点；CPU 222具有8个输入点和6个输出点；CPU 224具有14个输入点和10个输出点；CPU226/226XM具有24个输入点和16个输出点。CPU22X主机的输入点为24V直流双向光电耦合输入电路，输出有继电器和直流（MOS型）两种类型。（10）高速计数器CPU 221/222有4个30KHz高速计数器，CPU224/226/226XM有6个30KHz的高速计数器，用于捕捉比CPU扫描频率更快的脉冲信号。4.2.1.3 西门子S7200系列扩展模块模拟量输入模块介绍EM231是最常用的模拟扩展模块，它实现了4路模拟量输入功能。如果输入的是010V电压信号，按正、负极直接接入A和A；如果输入的是420mA电流信号,将RD和D短接后接入电流输入信号的“”端；如果是暂时不用的端子将B+和B-短接。量程可根据实际需要设置成020mA，420mA，010V，05V。4.2 .2 PLC控制系统硬件选型4.2.2.1 PLC系统设计原则 1、最大限度地满足被控对象的功能要求； 2、保证系统的可靠性；3、满足上面的前提条件下，力求控制系统设计简单、经济、实用、维护方便；4、选择PLC时，要考虑生产和工艺改进所需的余量。4.2.2.2 硬件系统设计步骤 1、深入分析被控对象的控制要求和工艺条件，被控对象是控制的机械装置，各种电气设备，按控制的要求设计，分析机械装置完成每个动作需要的条件和结构条件，以及相对应的自锁和保护功能； 2、根据控制要求确定所需的输入、输出设备个数，分配I/O点； 3、由已经确定的I/O设备，输出容量，电源，I/O模块等硬件参数，按需要的输入和输出的端点数来选择选择合适的PLC型号。 4、先分配输入输出点，编写输入/输出分配表、PLC控制原理图及接线图；4.2 .3 PLC硬件系统I/O统计 根据对检测平台机械结构分析及控制功能要求,控制系统的输入输出类型及数量统计如表3.3.3-1所示。 表4.2.3-1 PLC控制器I/O分配表序号代号功能地址1开关量输入信号SB0急停按钮I0.02SB1 自动启动按钮I0.1SB2 自动停止按钮I0.23SA1自动/手动I0.34XW1补水液位开关1I0.45XW2 补水到位开关1I0.56XW3补水液位开关2I0.67XW4 补水到位开关2I0.78SB3热泵电机点动按钮I1.09SB4补水泵电机点动按钮I1.110SB5循环电磁阀点动按钮I1.211SB6补水电磁阀1点动按钮I1.312SB7补水电磁阀2点动按钮I1.413SB8辅助电加热1点动按钮I1.514SB9辅助电加热2点动按钮I1.615备用I1.716备用I2.017备用I2.118备用I2.21模拟量输入WD1温度传感器1 420mAAIW02WD2温度传感器2 420mAAIW23备用AIW44备用AIW61开关量输出信号KA1热泵电机启动输出Q0.02KA2补水泵电机启动输出Q0.13KA3辅助电加热1启动输出Q0.24YV11辅助电加热2启动输出Q0.35YV12循环电磁阀Q0.46YV2 补水1电磁阀Q0.57YV3 补水2电磁阀Q0.68HL1工作指示灯Q0.79HL2故障指示灯Q1.010备用Q1.111备用Q1.212备用Q1.313备用Q1.4根据表1统计如下：数字量输入点为15点，数字量输出点为9点，模拟量输入点为2路。考虑富裕量PLC基本单元选择西门子CPU226 AC型，电源为220V电源输入，输出类型为继电器型，负载电流大，可直接驱动电磁阀，无需继电器转换，包括24路数字量输入和16路数字量输出点，2个DP口，一个与人机界面通讯，1个供下载程序和调试用。扩展1个4路模拟量输入模块EM231（可选择为420mA电流输入或010V电压信号输入),满足控制系统功能要求。 4.2 .4 PLC控制系统硬件电路设计4.2.4.1数字量输入回路本设计所选的CPU226 带有PLC输入模块具有滤波功能，抗干扰性强，外部开关量信号直接输入，公共点COM接0V，输入开关量一端接PLC输入点，一端接24V+，这样当接点闭合时，PLC检测到信号输入，同时PLC内部输入点红灯亮，便于观察。因PLC输入回路有24V电源，所有外部接入信号须为无源接点，否则烧坏PLC输入点。4.2.4.2 模拟量输入回路模拟量输入模块为4路，可以选择电压输入010V,05V,-10V10V，电流输入420mA，020mA，模块通过面板的输入拨码开关来选择，输入模拟量1.2通道选择的是420mA信号量程，检测温度传感器信号，选用2芯屏蔽线接入。4.2.4.3 数字量输出回路PLC数字量输出一般有晶体管型和继电器型，晶体管一般用在频繁开关的场合，但相比于继电器型，接点耐受电流小，本设计选的的输出模块为继电器型，公共点COM接0V，继电器型接点电流容量大，可直接接电磁阀，输出继电器一端接24V+。当PLC内部继电器接通时，电磁阀两端接入24V，电磁阀导通。4.2.4.5 PLC控制系统电路图 图4.2.4-1 PLC硬件配置图 图4.2.4-2 PLC模拟量输入图13 图 4.2.4-3 PLCCPU226基本单元端子图 4.2.4.5 太阳能热水控制系统主要元器件选型 表4.2.4.5-1 控制系统元器件选型列表序号代号 名称 规格型号 数量1XP 人机操作界面液晶触摸屏14寸12CPUCPU基本单元CPU22613AI模拟量输入模块EM23114DC直流电源模块220V/DC24V 150W15KM1三相交流真空接触器CJ20-25 25A 16FR1三相过热继电器JR20-25 17KM2三相交流真空接触器CJ20-10 10A 18FR2三相过热继电器JR20-10 19HL1 HL2电源指示灯DC24V一红一绿210KA1 KA4中间继电器LY2NJ DC24V 311QF0三相断路器380V 40A1 5、热水控制系统PLC软件设计5.1储水箱传感器检测要求 1、储水箱水位检测要求，程序运行过程中实时两个储水箱检测水位，任一水位到补水位置，都要启动补水泵，到需补水的储水箱电磁阀开启，不需补水的储水箱电磁阀关闭。当到达补水停止位置时，补水泵停止补水，补水电磁阀关闭。 2、储水箱温度传感器检测要求 每个储水箱配备水温传感器，根据水温度输出420mA信号，当任一储水箱温度达不到设定温度要求时，启动热泵循环，在热泵运行过程中，实时检测水温，当达到热泵设定循环时间仍未达到设定温度，热泵循环停止，开启辅助电加热，当达到设定温度时辅助电加热停止。5.2控制系统工作方式 有两种操作方式手动、自动，电气控制与电磁阀合理配合，实现热水自动控制系统要求。按下电源开关，系统进入准备状态，选择手动、自动工作方式，手动方式采用硬件按钮，主要在调试或维修时使用，点动热泵电机启停，点动补水泵电机启停，补水电磁阀的通断，按下按钮时动作开始，松开按钮时动作停止。如热泵电机按钮，按下按钮，热泵运行，松开按钮，热泵电机停止动作。点动补水电磁阀，电磁阀开通，水路流通。自动方式由程序自动完成整个检测过程，在没有按下停止按钮时，循环反复，不间断地工作。遇有紧急情况，按下急停按钮，不论走到哪个工序，立即停止。 5.3控制系统程序流程图 根据自动控制要求，编写程序流程图 图5.3-1 自动程序流程图 5.4控制程序软件梯形图 软件编程我们采用S7200编程软件平台，整个程序采用了模块化编程，手动程序，按钮按下，常开点接通，启动输出，按钮抬起，常开点断开，停止输出。如图网络1所示。在自动方式下，自动程序采用循环工作，I0.3常开点接通，按下自动启动按钮，I0.1常开点接通，程序自动执行液位比较，补水泵启停，温度比较，热泵启停以及辅助电加热自动启停。如图网络2网络8。2.温度采集和计算程序 为了便于调试，采用独立的程序段。EM231模块采用12为AD转换器，转换数字为032000。如设定模拟量的标准电信号是A0Am（如：420mA），A/D转换后数值为D0Dm（如：640032000），设模拟量的标准电信号是A，A/D转换后的相应数值为DD（AA0）（DmD0）（AmA0）D0。比如温度传感器 ，量程0100与420mA相对应，假设该模拟量输入值与AIW0对应，则当AIW0的值为12800时WD表示温度值，AIW0为PLC模拟量采样值，则根据上式直接代入得出：WD=100（AIW06400）(32000-6400) +0，可以用WD直接显示温度值(），这样就可以把接收到的电流信号转换成实际位温度值。这段梯形图主要功能为温度信号的采集，软件读入温度信号，首先进行软件抗干扰措施，排除干扰数据。0或32767超出数据范围的数视为无效数，不参与计算，否则计算出的实际数值不准。 第六章 PLC控制系统人机界面设计为了更好体现智能化，做到人机交互，上位机监控系统采用组态王KingView6.55软件进行设计，具有功能强大、运行稳定、使用方便的特点，丰富的设备支持库，支持1000多个厂家近4000种设备，包括主流PLC、变频器、仪表、特殊模块、板卡及电力、楼宇等协议；变量导入导出及自动创建变量功能，方便变量定义和修改，大量节省开发时间；可视化操作界面，真彩显示图形，支持渐进色，并有丰富的图库以及动画连接； 无与伦比的动画和灵活性，拥有全面的脚本与图形动画功能；强大的脚本语言处理，能够帮助您实现复杂的逻辑操作和与决策处理；强大的分布式报警、事件处理，支持分布式报警和历史数据存储。画面编辑结束，可以切换到VIEW功能，通过内部变量查看画面效果。本设计工控机与PLC控制器的通讯采用TCP协议，这种通讯方式不需要增加新的模块，连接简单。建立应用程序大致可分为以下四个步骤：1.建立变量，包括I/O变量和内存变量 2.设计图形界面 3.建立动画连接 4.运行和调试。6.1 组态监控画面变量建立画面中的每个图形都对应着唯一的变量，图形的状态，数据显示都随着变量的变化而变化。变量的建立是首要的，变量建立的依据就是PLC基本单元模块中的输入输出点以及人机操作界面中的触摸命令如按钮开关和料筒温度设定，合模、开模高速、中速、低速值设定，料筒温度显示、合模开模速度显示。与PLC直接关联的变量是I/O变量，上位机发出的是内存变量。6.2组态监控图形界面设计 生产过程的自动控制己成为企业提高管理效益、提高劳动生产率的重要手段，与人为本的设计思想,改变了传统的单调而乏味的人机控制界面,可视化的、美观而形象生动的、易于理解和操作的用户界面越来越受到使用的欢迎。图形界面设计主要是选择的图库代表你的设备。操作区，我选择了按钮图库，指示区我选择了指示灯图库，数据显示区选择仪表图库。 图6.2-1 组态设计人机界面6.3 组态监控动画连接 组态监控工具箱中的基本图素：直线、扇形、填充图形（封闭图形，内部可填充色彩，有：椭圆和圆角矩形）、折线、管道、多边形、文本、按钮和点位图，它们均具有图形及动画功能。 动画连接就是建立画面的图像与数据库中变量的对应关系。如图中的停止按钮，需要设置一个按钮向导。首先要设置变量名，程序中使用的是“本站点停止”变量，还有设置动作的执行条件，置位的意思是达到触发条件就置“1”，无论是否在触发都不会改变；复位的意思是达到触发条件就置“0”,无论是否在触发都不会改变；切换的意思是达到触发条件就改变一次状态，在“0”和“1”切换。还需要设置执行条件，比如按下时和抬起时，或者按住时，如果设置按住时还需要设置按住时的时间。然后通过编写程序对变量进行定义。例如画面中电磁阀，当建立了动画向导，在电磁阀动作中指示灯为绿色。 6.4 组态监控系统与PLC控制器的通讯组态监控软件与PLC 通过PROFIBUS DP协议通讯，PLC选择