PLC在温度监测与控制系统中的应用.doc

江西理工大学应用科学PLC课程设计 PLC在温度监测与控制系统中的应用PLC在温度监测与控制系统中的应用摘要在工业生产自动控制过程中，对于压力，流量，成分，速度等一些重要参数通常要求自动监测，并根据监测结果进行相应的控制。然而温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。在科学研究和生产实践的诸多领域中, 温度控制占有着极为重要的地位, 特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案 也有所不同。例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等。温度控制系统 的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。 西门子S7-200是一种工业控制计算机，是继承计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。它具有抗干扰能力强，价格便宜， 可靠性强，编程简单，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用，现在本课程设计中使用s7-200PLC对温度进行监测与控制系统的设计 目录摘要 - 1目录 - 2第一章 工艺过程与控制要求分析 - 3第二章 控制系统的I/O及地址分配 - 6第三章 PLC系统选型 - 8第四章 电气控制系统原理图 - 12 4.1 主电路图- 12 4.2 控制电路图 - 12 4.3 PLC及扩展模块外围接线图 - 12第五章 系统程序设计 - 13第六章 课程设计分析总结与致谢 - 15第七章 参考文献 - 17附件 - 18第一章 工艺过程与控制要求分析在工业生产自动控制中，为了生产安全或为了保证产品质量，对于温度，压力，流量，成分，速度等一些重要的被控参数，通常需要进行自动监测，并根据监测结果进行相应的控制，以反复提醒操作人员注意，必要时采取紧急措施。温度是工业生产对象中主要的被控参数之一。本设计以一个温度监测与控制系统为例，来说明PLC在模拟量信号监测与控制中的应用问题。在被控系统中设置4个温度测量点，温度信号经变送器变成05V的电信号（对应温度0100度），送入4个模拟量输入通道。PLC读入四路温度值后，再取其平均值作为被控系统的实际值。若被测温度超过允许范围，按控制算法运算后，通过模拟两输出通道，向被控系统送出010V的模拟量温度控制信号。PLC通过输入端口连接启动按钮，通过输出端口控制绿灯的亮灭，通过输出端口控制红灯的亮灭，通过输出端口控制黄灯的亮灭。系统要求温度控制在50度60度的范围内，为了控制方便，设定一个温度较佳值（本题设为50度），并以此作为被控温度的基准值。另外，还需要设定输出控制信号时的调节基准量，正常情况下，输出基准量时被控制温度接近较佳值。本设计设定的基准调节量相当于PLC（输出6V）。加热炉一类的温度控制对象，其系统本身的动态特性基本上属于一阶滞后环节，在控制算法上可以采用PLD控制或在林算法。由于本系统温度控制要求不高，为了简化起件，本例按P（比例）控制算法进行运算采样调节周期高为1秒。温度控制系统的要求：将被控系统的温度控制在50度-60度之间，当温度低于50度或高于60度时，应能自动进行调整，当调整3分钟后仍不能脱离不正常状态，则应采用声光报警，以提醒操作人员注意排除故障。系统设置一个启动按纽-启动控制程序，设置绿，红，黄3个指示灯来指示温度状态。被控温度在要求范围内，绿灯亮，表示系统运行正常。当被控温度超过上限或低于下限时，经调整3分钟后仍不能回到正常范围，则红灯或黄灯亮，并有声音报警，表示温度超过上限或低于下限。实现温度检测懒惰控制的过程包括：PLC投入运行时，通过特殊辅助继电器M71产生的初始化脉冲进行初始化，包括将温度较佳值和基准调节存入有关数据寄存器，使计时用的两个计数器复位。按启动按钮（X500），控制系统投入运行。采样时间到，则将待测的四点温度值读入PLC，然后按算术平均的办法求出四点温度的平均值Q。将Q与Qmax（温度允许上限）比较，若也未低于下限，则说明温度正常，等待下一次采样。若QQmax，进行上限处理：计算Q与上限温度偏差，计算调节量（比例系数设为2），发出调节命令，并判断调节时间，若调节时间太长，进行声光报警（红灯亮）；若调节时间未到3分钟，则准备下次继续采样及调节。当采样温度低于下限，即QQmax时，进行下限处理：计算Q与下限温度偏差，计算调节量，发出调节命令，并判断调节时间，若调节时间太长，进行声光报警（黄灯亮）；若调节时间未到3分钟，则准备下次继续采样及调节。从上面的分析可以得出该温度监测控制系统的逻辑流程图见附图。第二章 控制系统的I/O点及地址分配这个系统输入有总启动和停止开关I0.0，I0.1，温度传感器监测到的四个温度信号：AIW0,AIW2,AIW4，AIW6.输出有：加热，红灯，绿灯，黄灯和声音报警喇叭分别为：Q0.1Q0.5，还有温度输出信号AQW0。下表1为控制系统的I/O点及地址分配表： 模块号输入端子号输出端子号地址编号信号名称CPU222 1 I0.0总启动开关 1 I0.1总停止开关 1 Q0.1加热 2 Q0.2 红灯 3 Q0.3 绿灯 4 Q0.4 黄灯 5 Q0.5声音报警EM235 1 AIW0温度信号输入1 2 AIW2温度信号输入2 3 AIW4温度信号输入3 4 AIW6温度信号输入4 1 AQW0温度信号输出1表一第三章 PLC系统选型由表2,3，4可知西门子公司s7-200PLC的CPU，模拟量扩展模块的各项技术指标的价格订货号描述价格6ES7 211-0AA23-0XB0CPU 221 DC/DC/DC 6输入/4输出，晶体管11036ES7 211-0BA23-0XB0CPU 221 AC/DC/Rly 6输入/4输出继电器11786ES7 212-1AB23-0XB0CPU 222 DC/DC/DC 8输入/6输出，晶体管15686ES7 212-1BB23-0XB0CPU 222 AC/DC/Rly 8输入/6输出，继电器16886ES7 214-1AD23-0XB0CPU 224 DC/DC/DC 14输入/10输出，晶体管23186ES7 214-1BD23-0XB0CPU 224 AC/DC/Rly 14输入/10输出，继电器24386ES7 214-2AD23-0XB0CPU 224XP DC/DC/DC 14输入/10输出,晶体管37136ES7 214-2BD23-0XB0CPU 224XP AC/DC/ Rly 14输入/10输出,继电器38636ES7 216-2AD23-0XB0CPU 226 DC/DC/DC 24输入/16输出，晶体管4170 表二 s7-200系列CPU价格表 特性CPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU226外形尺寸MM90X80X62120.5X80X62190X80X62190X80X62质量（g）270 DC310继电器360 DC 410继电器390 DC 440继电器550 DC 660继电器程序存储区4096819212288163841228816384245576数据存储 字节2048 8192 10240本机I/O数字量6入/4出8入/6出14入/10出24入/16出模拟量 无2入/1出无最大扩展模块02 7定时器256（1ms X4, 10ms X16,100ms X236）计数器 256中间存储器256（其中，118为可存入EEPROM）时间中断特殊存储器中断X2（精度 1ms）+定时器中断X2模拟电位器 1（8为精度）2 （8为精度）本机通信口RS-485X1RS-485X2供电能力5V DC 0 340 660 100024VDC 180 180 280 400表三 s7-200PLC CPU的技术指标技术指标EM231 4输入EM232 2输入 EM235尺寸（mm）71.2X80X62 46X80X62 71.2X80X62质量（g） 183148186功耗（w） 2 2 2 +5V DC 20mA 20mA 30mA +24V DC 60mA 70mA 60mA LED 指示灯24 V DC 状态亮：无故障灭：无24VDC电源24 V DC 状态亮：无故障灭：无24VDC电源24 V DC 状态亮：无故障灭：无24VDC电源最大输入电压30 V DC 30 V DC分辨率12位 A/D转换器12位 D/A转换器 11位D/A转换器（电流）12位 A/D转换器 11为D/A转换器（电流）表四 模拟量模块各项性能指标从上面的分析从上面分析可以知道，系统共有开关量输入2个、开关量输出5个；模拟量输入点4个、模拟量输出点1个。和表二和表三比较并且参照西门子S7-200产品目录及市场实际价格，选用主机为CPU222（8入/6继电器输出），再扩展一个模拟量模块EM235（4AI/1AO）。这样的配置是最经济的，整个PLC系统的配置如图2所示。图2 PLC系统组成第四章 电气控制系统原理图电气控制系统原理包括主电路图，控制电路图及PLC外围接线图。4.1主电路图温度监测控制系统主电路中有加热电机为M1，接触器KM1控制电机的工频运行；FR1为电机过载保护用的热继电器；QF1为加热和变频器的隔离开关，FU1为熔断器，VVVF为简单的一般变频器。该温度监测系统主电路图见附图。4.2控制电路图在温度监测系统控制电路图中，SA为手动/自动转换开关，打在1的位置为手动控制状态，打在2的状态为制动控制状态。图中的Q0.2-Q0.5为PLC的输出继电器触点。该控制电路图见附图。4.3 PLC及扩展模块外围接线图PLC及扩展模块外围接线图是实际接线图，该外围接线图见附图第五章 系统程序设计本程序分为三部分：主程序，子程序和中断程序。Q0.1Q0.5和AQW0作为最终输出端口，PLC控制程序中用到的元器件及其功能和注释如表五所示。表五 PLC控制程序中用到的元器件及其功能和注释器件地址功能注释器件地址功能注释I0.0自动控制系统总启动开关上升沿有效VD0过程变量32BITI0.1总停止开关上升沿有效VD4设定值32BITQ0.1调温电机“1”有效V0偏差值32BITQ0.2红灯“1”有效VD12增益32BITQ0.3绿灯“1”有效VD16采样时间32BITQ0.4黄灯“1”有效VD20积分时间32BITQ0.5报警电铃“1”有效VD24微分时间32BITAIW0远程电压输入信号112BITVD28积分前项32BITAIW2远程电压输入信号212BITVD32过程前值32BITAIW4远程电压输入信号312BITM0.0运行标志“1”有效AIW6远程电压输入信号412BITVD40平均值32BITAQW0电压信号输出信号12BITVW40PID输出12BITVB0PID表首地址8BIT该温度监测控制系统的程序见附件。第六章 课程设计分析总结与致谢通过这次课程设计，我将以前上课时学到的PLC的基本编程方法进行了实践，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做课程设计以前，我们对掌握的技能都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序下载到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。通过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。 通过这次课程设计，我了解了PLC基本逻辑指令的应用，理解了区间比较指令的应用范围，熟悉了编程的方法和技巧，知道怎样去设计一个PLC应用程序，也感觉得到了PLC在控制方面的巨大优势和潜力，同时也更增强了我学好PLC的决心和信心，并且通过这次课程设计让我的CAD制图的能力得到提高，s7-200编程软件更加的熟练掌握。在这次课程设计中大量的查看了网络资料和图书馆的书籍资料，这让我在今后的工作当中遇到问题，能够快速的找到资料，让自己完成好工作任务。在这次课程设计的过程中，由于PLC编程软件存在一定的局限性,从而导致在把程序导入Word时发生了很大的困难,我们只能通过屏幕捕捉、图形剪切，最后才能完整的把所要求的程序写在Word里，如果有更好的编程软件,相信我们会把PLC学得更好,课程设计也会做得更有质量。 在这次课程设计中，当我遇到问题和困难时，我得到了老师和同学们的许多帮助，使他们的耐心解答让我慢慢的知道从哪里开始做，如何才能做好这次的课程设计，在此对他们表示感谢。第七章 参考文献1 网络资料2 袁任光.可编程序控制器选用与系统设计实例M.北京：机械工业出版社，2010.13 杨后川,张瑞,高建设,曾劲松.西门子S7-200PLC应用100例M.北京：电子工业出版社，2009.44吴晓君 同志学主编电气控制课程设计指导