烤烟房温度检测系统设计(PLC技术及应用-蔡林志).doc

辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 PLCPLC技术及应用技术及应用 课程设计 论文 课程设计 论文 题目 题目 烤烟房温度检测系统设计烤烟房温度检测系统设计 院 系 院 系 电气工程学院电气工程学院 专业班级 专业班级 自动化自动化091091 学学 号 号 090302020090302020 学生姓名 学生姓名 蔡林志蔡林志 指导教师 指导教师 签字 起止时间 起止时间 2012 12 26 2013 01 042012 12 26 2013 01 04 本科生课程设计 论文 课程设计 论文 任务及评语课程设计 论文 任务及评语 院 系 电气工程学院 教研室 自动化 学 号090302020 学生姓名蔡林志专业班级自动化091 课程设计 论文 题 目 烤烟房温度检测系统设计 课程设计 论文 任务 课题完成的功能 设计任务及要求 技术参数课题完成的功能 设计任务及要求 技术参数 实现功能实现功能 烟草行业在世界各国的经济中都占有非常重要的地位 提高烟叶质量的主要途径是 烤烟的科学化 即在烤烟过程中控制烤烟房的温度 PLC 控制的烤烟房温度检测系统 控制要求 1 系统每隔 2 分钟采集一次温度值 正常情况下 由 2 位 LED 显示器显示 2 当温度达到 35 以上时 红色指示灯常亮 并伴有声音报警 低于 20 时 黄色指示灯亮 也伴有声音报警 温度在 20 35 之间时 绿色指示灯长亮 定时采集温度值 正常时显示 低于下限或高于上限报警 设计任务及要求设计任务及要求 1 分析系统功能 确定输入 输出信号及类型 选择 PLC 传感器和扩展模块 2 建立 I O 分配表 完成 PLC 与输入 输出信号的的外部接线 3 按系统的控制要求 用梯形图设计程序 4 上机调试 完善程序 5 按学校规定格式 撰写 打印设计说明书一份 设计说明书应在 4000 字以上 技术参数技术参数 温度检测范围0 50 检测精度 1C 控制范围20 35 进度计划 1 布置任务 查阅资料 确定系统的组成 1 天 2 建立 I O 分配 完成外部接线设计 2 天 3 按系统的控制要求 完成梯形图设计 2 天 4 上机调试 修改程序 2 天 5 撰写 打印设计说明书 2 天 6 答辩 1 天 指导教师评语及 成绩 平时 论文质量 答辩 总成绩 指导教师签字 年 月 日 本科生课程设计 论文 注 成绩 平时20 论文质量60 答辩20 以百分制计算 摘要 随着社会信息科学的发展 控制理论和电子技术也在不断更新 基于微控制器 的高度智能化测控技术逐步成为现实 其中以 CPU 为核心实现数字控制器因其体积 小 成本低 功能强 简便易行而得到了广泛的应用 本文主要讨论基于 S7 200 的 以温度传感器的室内温度检测系统 此次课设在分析烤烟房温度检测系统基础上 为解决烤烟房温度检测与显示问题 提出了基于 S7 200 的温度检测方法 使用 S7 200 作为控制器 使用温度传感器采 集烤烟房内温度 温度传感器将采集到的温度数据送到 PLC 模拟量扩展模块 EM231 中 通过编程实现每 2 分钟采集一次烤烟房温度 当温度达到 35 时 红色指示灯常 亮 低于 20 时 黄灯指示灯闪烁 温度在 20 35 之间 绿色指示灯亮 正常 情况下 系统循环显示采集的温度值 实现烤烟房内温度的检测与显示 其硬件电 路包括温度采集 模拟量扩展模块 温度显示等 本设计提出了基于 PLC 的烤烟房温度检测系统 实现烤烟房内温度保持平稳 提高烟叶色 香 质等级 提高烟叶品质 关键词 温度检测 S7 200 温度显示 传感器 扩展模块 本科生课程设计 论文 目录 第 1 章 绪论 1 第 2 章 课程设计方案 2 2 1 概述 2 2 2 系统组成总体结构 2 第 3 章 硬件设计 3 3 1 PLC 系统信号分析及模块选择 3 3 1 1 系统输入输出信号分析 3 3 1 2 CPU 模块及扩展模块选择 3 3 1 3 温度传感器的选择 3 3 1 4 蜂鸣器的选择 4 3 2 硬件电路设计 5 3 2 1 CPU 模块的电路连接 5 3 2 2 扩展模块的电路连接 6 3 2 3 系统总体硬件连接图 6 第 4 章 软件设计 8 4 1 系统流程图设计 8 4 2 梯形图设计 9 第 5 章 课程设计总结 12 参考文献 13 本科生课程设计 论文 1 第 1 章 绪论 随着科学技术的进步 人们越来越多地用计算机来实现控制系统 因此 充分 理解计算机控制系统是十分重要的 我们可以把计算机控制系统看作是模拟控制系 统的一种近似 但这种看法是相当贫乏的 因为它没有充分发挥计算机控制的潜力 最多只能获得与采用模拟控制时一样的控制效果 近年来 随着先进生产技术的引进和烟农素质的不断提高 我国烟叶的生产水 平不断提高 这是生产优质烟叶的基础 田间获得的优质叶片 如果没有科学的调 制过程与之配合 也很难生产出色香味俱佳的优质烤烟 所以 在某种意义上讲 烟叶烘烤调制过程是生产优质烟叶的关键步骤 而烘烤质量也直接影响到了烟农的 经济效益 在烟叶烘烤长达几十个小时的过程中 烤房内温湿度的变化出了受控制 作用外 还相互影响 随着考房内温度的上升 烟叶散发出水分 使烤房内中的湿 度上升 同时排湿度 装置抽排湿气 带走了一部分热量 又使烤房内的温度降低 二者之间相互交叉耦合 同时 烤烟房内的温湿度也影响着烘烤质量 本设计采用基于 S7 200 为核心 外加温度采集电路 模拟量输入扩展模块 EM231 和 LED 显示电路 S7 200 的设计紧凑 良好的扩展性 低廉的价格及强大的 指令系统 可近似完美的完成本课程设计要求 该设计以 S7 200 为控制器 设计一个烤烟房温度检测系统 S7 200 是一种小 型的可编程序控制器 适用于各行各业 各种场合中的检测 监测及控制的自动化 S7 200 系列的强大功能使其无论在独立运行中 或相连成网络皆能实现复杂控制功 能 S7 200 系列出色表现在以下几个方面 1 极高的可靠性 2 极丰富的指令集 3 易于掌握 4 便捷的操作 5 丰富的内置集成功能 6 实时特性 7 强劲的通讯能力 8 丰富的扩展模块 因此 S7 200 系列具有极高的性能 价格比 本科生课程设计 论文 2 第 2 章 课程设计方案 2 1 概述 本次设计主要是综合应用所学知识 设计基于 PLC 控制的烤烟房温度检测系统 通过对温度的调节控制 实现对烟叶高质量的烘烤 能够较全面地巩固和应用 PLC 技术及应用 课程中所学的基本理论和基本方法 并能够初步 PLC 在实际生活中的 应用 系统功能介绍 烤烟炉的温度影响烤烟的质量 本设计基于 S7 200 为核心片作 为控制器 设计相应的输入输出通道 采用常规的 PLC 控制 对烤烟炉的温度加以 检测 能达到期望的质量标准 2 2 系统组成总体结构 本设计要求 利用 S7 200 控制功能 实现每 2min 采集一次烘房温度 当温度 达到 35 时 红色指示灯常亮 低于 20 时 红色指示灯闪烁 温度在 20 35 之间 绿色指示灯亮 正常情况下 系统循环显示采集的温度值 的设计要求 根 据这些要求我们需要 温度传感器 模拟量扩展模块 两个 LED 显示 两个指示灯 综上所述 系统组成框图如图 2 1 图 2 1 烤烟房温度检测系统结构框图 本科生课程设计 论文 3 第 3 章 硬件设计 3 1 PLC 系统信号分析及模块选择 3 1 1 系统输入输出信号分析 根据本设计要求 实现每 2min 采集一次烘房温度 当温度达到 35 时 红色 指示灯常亮 低于 20 时 黄色指示灯闪烁 温度在 20 35 之间 绿色指示灯 亮 正常情况下 系统循环显示采集的温度值 可知本设计需 1 一个温度传感器其有 1 个 4mA 20mA 直流电信号 输出接模拟量输入扩 展模块 2 1 个停止按钮 3 1 个启动按钮 4 1 个触发上升沿脉冲按钮 5 4 个输出分别接红色 黄色和绿色指示灯 以及蜂鸣器 6 8 个输出接 LED 显示 3 1 2 CPU 模块及扩展模块选择 本设计考虑到编程语言的内容多少 以及所需要的输入 输出口和模拟量输入口 数量 选择了德国西门子公司生产的 S7 200 系列的 CPU224XP 其拥有十四个数字 输入和十个数字量输出 程序存储容量为 12KB 数据存储容量为 10KB 其抗干扰 能力强 系统结构简单 编程方便 扩展能力强 且设计 安装 调试方便 结构 紧凑 体积小 非常适合本系统的设计要求 并可达到很好的效果 因考虑到本设 计系统只需要一个模拟输入扩展 因此选择了模拟量输入扩展模块 EM321 它不仅 可以满足小规模的模拟量输入扩展 且安装连接方便 有效地简化了系统的复杂性 本设计要求两位 LED 显示所以需扩展 16 个数字量输出口 本设计选择 EM222 8 位数字量输出扩展模块和 EM223 8 位数字量输入 输出扩展模块 来实现数字量输 出口的扩展 3 1 3 温度传感器的选择 为了检测烤烟房的温度 达到更好的的温度控制作用 传感器的选择非常重要 不仅要考虑到传感器的检测精度 灵敏度 耐用性 稳定性 价格等温度传感器的 自身因素 还要考虑到被测环境的许多因素 因考虑到本设计是检测烤烟房内部的 温度 所以选择了 pt100 铂热电阻温度传感器 本科生课程设计 论文 4 pt100 铂热电阻温度传感器的阻值跟温度的变化成正比 当 PT100 温度为 0 时它的阻值为 100 欧姆 在 100 时它的阻值约为 138 5 欧姆 它的工业原 理 当 PT100 在 0 摄氏度的时候他的阻值为 100 欧姆 它的阻值会随着温度上 升而成匀速增长的 pt100 温度传感器其输出信号与温度传感器的电阻值 或电 压值 之间呈线性函数关系 标准化输出信号主要为0mA 10mA 和 4mA 20mA 或 1V 5V 的直流电信号 其温度的采集范围可以在 200 200 精度等级 0 2 级 供电电源 7 5 30V 功耗小于 0 1W 主机工作温度范围 为 40 85 3 1 4 蜂鸣器的选择 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器 采用直流电压供电 广泛应用于计 算机 打印机 复印机 报警器 电子玩具 汽车电子设备 电话机 定时器等电 子产品中作发声器件 蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型 本 次设计我们的报警部分选用型号为 3016 的蜂鸣器 如图 3 1 所示 图 3 1 3016 型号蜂鸣器 本科生课程设计 论文 5 3 2 硬件电路设计 3 2 1 CPU 模块的电路连接 本系统设计选择 S7 200 PLC 的 CPU224XP 作为主机 采用 EM231 作为模拟量 扩展模块 其连接方式如图 3 2 图 3 2 模块连接方式 本科生课程设计 论文 6 3 2 2 扩展模块的电路连接 本系统根据输入及输出的要求合理的利用扩展模块对 CPU 的输入输出进行扩展 其中 EM222 8 位数字量输出扩展模块 连接第一个 LED 显示的 8 个输入口 EM223 8 位数字量输入输出扩展模块的 8 个输出口 连接第二个 LED 显示的 8 个输入口 EM231 4 位模拟量输入扩展模块连接 温度传感器的模拟量输出口 3 2 3 系统总体硬件连接图 系统总体由 CPU224XP 数字量输出扩展模块 EM222 数字量输入输出扩展模块 EM223 模拟量输入扩展模块 EM231 2 个 LED 显示 和一个 PT100 传感器构成 它 们之间的连接图如下图 3 3 所示 本科生课程设计 论文 7 图 3 3 系统总体连接图 本科生课程设计 论文 8 第 4 章 软件设计 4 1 系统流程图设计 图 4 1 系统流程设计图 当温度大于 20 小于 35 当温度大于 35 否 是 是 绿灯亮 红灯亮 开始 接通定时器 2min 后重新开始计时脉冲 进入中断 当温度小于 20 否 是 黄灯亮 蜂鸣器报警 蜂鸣器报警 LED 显示 本科生课程设计 论文 9 4 2 梯形图设计 以下是本次课程设计中的主程序 中断程序 温度数值转换程序 温度与设定 值的比较输出程序的梯形图 图 4 2 主程序梯形图 本科生课程设计 论文 10 图 4 3 中断程序梯形图 本科生课程设计 论文 11 图 4 4 温度数值转换梯形图 图 4 5 温度与设定值的比较输出图 本科生课程设计 论文 12 第 5 章 课程设计总结 通过这次课程设计 在王立红老师的认真指导下 我学习了很多 受益匪浅 经过一周左右的课程设计方案 系统硬件设计和软件设计 查阅了大量的关于 PLC 温度检测及其接口电路方面的理论 经过了一番特殊的体验后 经历了失败 的痛苦 也尝到了成功的喜悦 运用所学的专业知识来解决问题 检查了自己的知 识水平 使我对自己有了一个全新的认识 通过这次设计 不仅锻炼了自己分析问 题 处理问题的能力 还提高了自己的动手能力 这些培养和锻炼对我今后的人生 道路来说 是很重要的 本设计提出了基于 PLC 的烤烟房温度检测系统 实现烤烟房内温度保持平稳 提高烟叶色 香 质等级 提高烟叶品质 实现温度检测 从而确保烟叶烘烤质量 运行表明 该控制系统能有效地检测 控制被控被控对象的运行状态 具有检测精 度高 稳定性好等特点 通过分析表明 本系统是一个性价比比较好的系统 不论对生产者还是使用者 来说 它都可以带来好的经济效益 此设计设计成本较低 如果采用大批量生产的 话 生产成本会更低 本系统能够很稳定的检测温度而且稳定性很高 只要配上适 当的温度传感器 这个系统便还可以实现很多领域的温度自动检测控制 从这次的课程设计中 我真真正正地意识到 在以后的学习中 要理论联系实 际 把我们所学的理论知识