电器与PLC控制技术课程设计报告.doc

江西理工大学应用科学学院西门子PLC课程设计 题目:PLC在温度监测与控制系统中的应用 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气123班 姓 名： XXX 设计报告格式20分设计内容60分10分10分总计得分封面3页面布局5目录格式3图表质量4间距、行距、字体6工艺过程分析8系统控制要求8I/O分配5设备选型5电气原理图系统程序设计10动手实践能力10总印象评分10主电路8控制电路8外围接线图8 2015.06 目录1、 课程目的.1二、工艺过程.1三、系统控制要求.11、 温度控制系统的要求 .22、PLC控制系统的构成.23、PLC温度监测与控制梯形图的设计.2四、控制系统的I/O点及地址分配.3五、PLC系统选型.4六、电气控制系统原理图.4 1、主电路图.4 2、控制电路图.5 3、PLC外围接线图.5七、系统程序设计.5 1、主程序与梯形图设计.7 2、子程序0梯形图设计.11 3、子程序1与梯形图设计.12 4、中断程序与梯形图设计.14八、课程总结.15九、参考文献.151、 课程目的1了解常用电气控制装置的设计方法、步骤及设计原则2学以致用，巩固书本知识。通过训练，使学生初步具有设计电气控制装置的能力。从而培养和提高学生独立工作的能力和创造能力。3进行一次工程技术设计的基本训练。培养学生查阅书籍、参考资料、产品手册、工具书的能力；上网查寻信息的能力；运用计算机进行工程绘图的能力；编制技术文件的能力等等。从而提高学生解决实际工程技术问题的能力。2、 工艺过程 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，在自动监测系统中，常常设有上下限检查，报警及自动处理系统，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。本题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。3、 系统控制要求 PLC在温度监测与控制系统中的逻辑流程图如图所示： 1、 温度控制系统的要求 系统要求：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。 2、PLC控制系统的构成 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。 3、PLC温度监测与控制梯形图的设计 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。 本例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。 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（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（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。 四、控制系统的I/O分配及地址分配控制系统的模块号,输入/输出端子号,地址号,信号名称,说明如表:模块号输入端子号输出端子号地址号信号名称说明CPU2261I0.0总启动开关, 按扭SB11Q0.1加热器输出, 加温2Q0.2红灯,”1”有效指示灯3Q0.3绿灯, ”1”有效指示灯4Q0.4黄灯, ”1”有效指示灯EM2221I0.1总停止开关, 按扭SB21Q0.5喇叭输出, ”1”有效声报警器EM2351AIW0远程电压输入112BIT2AIW2远程电压输入212BIT3AIW4远程电压输入312BIT4AIW6远程电压输入412BIT1AQW0远程电压输出112BIT五、PLC系统选型参照西门子S7-200产品目录及市场实际价格，选用主机为CPU222（8/6继电器输出）一台，加上一台扩展模块EM222（8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系统的配置如图所示。 六.电气控制系统原理图 电气控制系统原理图包括主电路图，控制电路图及PLC外围接线图。1、主电路图 如图所示为电控系统主电路。一台加热器为M1。接触器KM1控制着M1正常运行，FR1为加热器过载保护用的热继电器；QF1为断路器；FU1为主电路的熔断器，VVVF为简单的一般变频器。 2、控制电路图 如图所示为电控系统控制电路图。图中SA为手动/自动转换开关，SA打开在1的位置为手动控制状态，打开在2位置为自动控制状态。手动运行时，可用SB1控制电机的启/停，自动运行时，系统在PLC程序控制下运行。 3、PLC外围接线图七、系统程序设计 本程序分为：主程序、子程序0、子程序1、中断程序四部分组成。 逻辑运算及报警信号放到主程序里，子程序1包括四种温度传感器电压值送内存，温度实际电压值送内存。中断程序包含的过程变量，VB0号PID表，PID调节输出。初始化确定的增益和时间常数为： 增益Kc=0.25 调节周期：Ts=1s 调节时间:Ti=3min控制系统的序号,名称,地址,注释如表:序号名称器件地址注解1总启动开关I0.0上升沿有效2总停止开关I0.1上升沿有效3加热器Q0.1“1”有效4红灯Q0.2“1”有效5绿灯Q0.3“1”有效6黄灯Q0.4“1”有效7喇叭Q0.5“1”有效8远程电压输入1AIW012BIT9远程电压输入2AIW212BIT10远程电压输入3AIW412BIT11远程电压输入4AIW612BIT12电压信号输出1AQW012BIT13PID表首地址VB08BIT14过程变量VD032BIT15设定值VD432BIT16偏差值VD832BIT17增益VD1232BIT18采样时间VD1632BIT19积分时间VD2032BIT20微分时间VD2432BIT21积分前项VD2832BIT22过程前值VD3232BIT23运行标志M0.0“1”有效24平均值VD4032BIT25PID输出VW4012BIT1、 主程序与梯形图1）、主程序语句表1.总启动与总停止LD SM0.0A I0.0S Q0.1, 12.正常范围显示LD SM0.0AR= VD40, 2.5S Q0.3, 1S M0.1, 13.调用子程序0以便控制LD I0.0S M0.0, 1CALL SBR_04.超过上下限启动定时器LD M0.0LDR VD40, 3.0ALDA M0.1TON T101, 18005.定时到还不在规定范围内则报警.LD SM0.0A T101LPSAR VD40, 3.0S Q0.2, 1S Q0.5, 1R Q0.3, 1LPPAR VD40, 2.5S Q0.4, 1S Q0.5, 1R Q0.3, 16.正常情况下的指示LD SM0.0A I0.1R M0.1, 1R Q0.1, 1R Q0.2, 1R Q0.3, 1R Q0.4, 1R Q0.5, 1 2）、梯形图如下：2、 子程序0及梯形图1）、子程序0语句表LD M0.0MOVR 2.75, VD4MOVR 2.0, VD12MOVR 1.0, VD16MOVR 0.0, VD20MOVR 0.0, VD24MOVB 100, SMB34ATCH INT_0, 10EN2） 、梯形图如下：3、 子程序1及梯形图1） 、子程序1语句表(1） 四种温度传感器电压值送内存LD SM0.0MOVW AIW0, VW0MOVW AIW2, VW2MOVW AIW4, VW4MOVW AIW6, VW62)、梯形图如下：（2） 温度实际电压值送内存LD SM0.0MOVW VW0, VW8+I VW2, VW8MOVW VW4, VW10+I VW6, VW10MOVW VW8, VW12+I VW10, VW12MOVW VW12, VW14/I +4, VW14ITD VW14, VD40 梯形图如下：4、中断程序及梯形图1） 中断程序语句表（1） 得到过程变量VD0LD M0.0CALL SBR_1MOVD VD40, AC0DTR AC0, AC0/R 32000.0, AC0MOVR AC0, VD0 梯形图如下：（2）VB0号PID表LD SM0.0PID VB0, 0（3）PID调节输出LD SM0.0MOVR VD8, AC0*R 32000.0, AC0ROUND AC0, AC0DTI AC0, VW40MOVW VW40, AQW0 梯形图如下：8、 课程总结 本次课程设计题目是PLC在温度监测和控制系统的应用，是工业生产中最常见的温度监测，报警与控制功能的实现为例，介绍了PLC模拟量控制系统的构成，温度控制的流程和程序设计方法和梯形图的设计。这次课程设计大大提升了我的动手和查找资料能力，通过上网、看书、同学讨论、上图书馆查阅相关资料等等对课程设计有个总体的完成。 学了电器与PLC控制技术这门专业课让我受益匪浅，从中学到了不少知识并对可编程控制器有进一步的了解，这一工业控制装置在工厂，企业里有更好的发展空间，对自己今后的发展有更好的帮助。之前就听老师和同学说PLC是一门不错的学科，学好了PLC以后就业给自己开辟的一条新的道路，就业范围更广，这学期学了PLC感觉老师说的是对的，加上这次的PLC课程设计才感受到PLC只是学到皮毛，想要学好它要付出更多的努力和时间。 通过这次课程设计加强的对PLC更加深一步的了解，从开始的不知如何下手到现在原理的了解，一步一步都要经过专研思索得来的，不是凭空想象，用事实证明成果才是关键，控制过程中也是如此，在课堂上我门知识讲的理论知识对实际的东西完全不了解，听得也是表面的东西，当然这是再锻炼我们的理解能力从而慢慢的去包装它，而课程设计完善了这一缺陷让我们做到理论和实践并齐，这也是我们大学