水箱加热系统PLC温度控制课程研发设计

1、水箱加热系统的 PLC 温度控制课程设计目录一、前 言 11. 可编程序控制器的概述2 FX2N 系列 PLC 简介 23 特殊功能模块 24. 调功器 35. 温度变送器 3二、系统设计 41 系统设计要求 42 系统硬件设计 42.1 水箱温度自动调节系统： 42.2 输入输出点数的分配表 52.3 相关元器件的选型 52.4 PLC的外部接线原理图 63 系统软件设计 73.1 模拟量与数字量的对应关系 73.2 系统流程图的设计 73.3 系统梯形图 83.4 系统指令表 93.5 系统实时监控图 10三、总 结 12四、附 录 134.1. 课题介绍 134.2. 控制要求 13第一

2、章 前 言多品1.1 可编程序控制器的概述 随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经广泛应用在所有的工业领域。 现代社会要求制造业对市场这一需求迅速做出反应， 生产出小批量、种、多规格、低成本和高质量的产品。可编程控制器就是顺应这一需要出现的，它是以微处 理器为基础的通用工业控制装置。编程控制器不仅可以按事先编好的程序进行各种逻辑控 制，还具有随意编程、自动诊断、通用性好、体积小、可靠性高的特点。因此，可编程控制 器正逐步取代着继电器接触器控制系统。 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。国际电工委员会（ IEC）于 1982 年 11 月和 1985 年 1 月对可编程序控制器作了 如下

3、的定义： “可编程序控制器 （ PLC）是一种数字运算操作的电子系统， 专为在工业环境下 应用而设计。 它采用可编程序的存储器， 用来在其内部存储执行逻辑运算、 顺序控制、 定时、 计数和算术运算等操作的命令， 并通过数字式模拟式的输入和输出， 控制各种类型的机械或 生产过程。 可编程序控制器及其有关设备， 都应按易于与工业控制系统联成一个整体， 易于 扩充功能的原则而设计 ”。可编程序控制器（ PLC）主要由 CPU 模块、输出模块和编程器组 成。 PLC的特殊功能模块能完成某些特殊的任务。从使用方式 PLC分为： 1）整体式 PLC （又称单元式或箱体式）整体式 PLC是将电源、 CPU、

4、I0 部件都集中装在一个机箱内。 一般小型 PLC 采用这种结构； 2）模块式 PLC，将 PLC各部分分成若干个单独的模块，模块 式 PLC 由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般大、中型PLC 采用模块式结构 3）PLC 将整体式和模块式结合起来，称为叠装式PLC。 聞創沟燴鐺險爱氇谴净。2.2 FX2N 系列 PLC 简介本次设计中，我们将采用 FX2n 系列 PLC,FX 系列 PLC 为单元型，内含 CPU、电源 和固定搭配的输入 / 输出。 Q4AR 系列为双机热备系列，最大输入输出点数为 8192 点。 A 系列 PLC的最大输入输出点数为 2048 点。 F 系列程控器的最

5、大输入输出点数为256 点。三菱小型 FX 2（N）系列程控器的输入输出点最大不超过256 点。每台主机可连模入、模出、高速记数、 定位等特殊功能模块， 不超过 8 个。 FX 系列在日本三菱的姬路制作所生产。 三菱姬路制作所累计已生产超过三百万台 FX系列 PLC。目前 FX 系列 PLC为中国内地销量 最多的小型 PLC。FX2n系列 PLC是该系列中功能最强、 速度最快的微型 PLC。有 RAM, EPROM 和 EEPROM FX2N 系列 PLC 的特点超高速的运算速度 0.08 微秒 . 比 FX2 的 0.48 微秒快六 倍.容量极大 8K 步（最大 16K 步）.比 FX2 大

6、四倍 .机体小型化 比 FX2 小 50% . 兼容 FX2 的编 程设计 .备有多种不同的 FX2N 扩展单元及特殊模块 .残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。殊功能模块在工业控制中，某些输入量（例如压力、温度、流量、转速等）是连续变化的模 拟量，某些执行机构要求 PLC输出模拟信号，而 PLC的 CPU 只能处理数字量。模拟量首先 被传感器和变送器转换成标准的电流和电压。其中， D/A 转换器将 PLC 的数字输出量转换 成模拟电压或电流，再去控制执行机构。模拟量 I/O 模块的主要任务就是完成 A/D 转换和 D/A 转换。根据设计要求，本次设计选用模拟量输入模块FX2N-4AD ，该模块用 4 个

7、12 位模拟量输入通道， 输入量程为 DC-10V?+10V 和 420MA，转换速度为 15MS/ 通道或 6MS/ 通道（高速）。 酽锕极額閉镇桧猪訣锥。2.4 调功器调功器是应用晶闸管（又称可控硅）及其触发控制电路用于调整负载功率的盘装 功率调整单元。在电子设备中起重要作用的晶闸管（也称可控硅，英文缩写SCR）被广泛用于各类生产部门， 正在成为自动化、 高效化不可缺少的装置。 在最新的温度控制中晶闸管的利用 明显的普及起来。但在国内对其有不同的叫法，如晶闸管调整器、 可控硅调整器、 晶闸管控 制器、可控硅控制器、晶闸管调压器、可控硅调压器、晶闸管调功器、可控硅调功器、调压 器、调功器、晶

8、闸管交流电力控制器、可控硅交流电力控制器 、电力调整器、电力控制器、 电压调整器、电压控制器等。 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。2.5 温度变送器温度变送器，专应于热电阻或热点偶，讲温度转换成 4-20MA 的电流信号。至于要不要加模块， 要看接受的控制器对于输入信号是 0-10V 还是 4-20MA 。一般 现在的控制器，都直接配有相应的温度变送器模拟量输入模块，如温控器， PLC 的热电阻模拟量模块等 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。温度变送器的作用是与热电偶或热电阻配合，将温度或温差信号转换成4 20 毫安的统一的直流电信号， 并将这些信号输送给调节器或显示仪表。 PT100 的热电阻输出的是 电阻信号，

9、变送器输出的是毫安信号 ,厦礴恳蹒骈時盡继價骚。温度变送器 0-100 度与 0-150 度最大值时输出电流均为 20MA ，所以当温度同为 100 度时， 0-100 度的变送器输出电流为 20MA ，而 0-150 度的变送器输出电流为 14-15MA 左右。所以在不改变接收装置参数的情况下它们不可以互换。 茕桢广鳓鯡选块网羈泪。第二章 系统设计2.1 系统设计要求本系统的被控对象是 1KW 电加热管，被控制量是水箱的水温 T，PLC 的模拟量输 出控制调功器的输出， 由调功器控制电加热管的通断， 被控对象为水箱中的单相电热管， 被 控制量为水箱水温。它由铂电阻 PT100 测定，输入到温

10、度变送器上，量程为 0100 。温 度变送器变换为 420mA 传送给 PLC的模拟量输入通道。 根据给定值加上 dF 与测量的温度 值相比较的结果， PLC 模拟量输出通道向晶闸管调功器发出控制信号， 从而达到控制水箱温 度的目的 鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。2.2 系统硬件设计根据对系统设计内容的分析，确定控制系统所需要的输入输出点数为 1/3 点。选 用 FX 系列 PLC, 输入输出点数的分配如表 2-1 所示，由于系统必须对温度信号进行采集和 控制，还必须使用到模拟量输入 /输出模块 FX-4AD 模块、晶闸管跳功模块、温度变送器。 籟 丛妈羥为贍偾蛏练淨。2.2.1 水箱温度自动调节系统

11、：该闭环系统的组成中， 刮号中的部分即用 FX系列的 PLC和模拟量 FX-4AD 模块实 现；用热电偶检测水箱温度， 温度变送器将温度转换为标准量程的电流送给模拟量输入模块， 经过 PLC 的内部处理将模拟量转化成可识别的数字量与设定值比较处理，在将控制信号作 用于控制调功器上，以此来控制水箱中电热管的开关情况，实现对水箱温度的闭环控制。 預 頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。2.2.2 输入输出点数的分配表表 2-1 输入和输出点分配表2.2.3 相关元器件的选型表 2-2 元器件明细表2.2.4 PLC 的外部接线原理图PLC 的外部接线原理图图 2-4 PLC 的外部接线原理图第三章 系统软件设计3

12、.1 模拟量与数字量的对应关系转化时应综合考虑变送器的输出、出入量程和模拟量输入模块的量程，找出被测物理量与 A/D 转换后的数据之间的关系。 渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。根据系统要求，所要测量的温度量程为 0-100C, 所对应的数据量为 0-2000 ，由此 可根据公式：测量温度 =(100*D0/2000)C=0.05D0C其中， D0 为 PLC 转换出来的数字量3.2 系统流程图的设计PLC梯形图3.4 系统指令表LDM8002FROMKOK30D4KILD=K2010MTOPKOKOH3330KITOPKOKIK4K2FROMKOK29K4M10KILDIMiOANIM20FROMKOK

13、5DOK2LDXOOOZCPK1OOKISODOMOMPSLDMOORY001ANBANIY002OUTY000MKDANPMlOUTY00IMPPANDM2OUTY0020 I101524834243445354B36566678889707!727374END3.5 系统实时监控图监控图 3第三章 总 结两周的 PLC 课程设计对我收益匪浅，让我系统性地认识和全面地掌握了PLC 编程和调试技术，让我将平常学的 PLC 编程及应用方法学以致用，使我的 PLC编程能力有了很 大提高和进步，让我对 PLC 应用有了深入细致的了解。 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。第一、二周，我们寻找有关的资料和课题小组成

14、员间一起交流看法和讨论设计方 案，进行设计的总体规划， 理清课程设计思路。 但是将这些具体的方案落实到每一个设计环 节和步骤中， 难免会出现意想不到错误， 这就需要我们在进行设计的过程中利用所掌握的知 识认真排查错误原因，多方面的思考问题的关键不断地改正自己的设计不足之处和错误。 擁 締凤袜备訊顎轮烂蔷。第三、四周，对硬件电路的工作原理和可编程知识的掌握是进行下一步的软件设 计的关键。 进入了软件设计方案和具体的编程和调试运行阶段。 在这个阶段中， 对系统的需 求分析和如何采用模块化设计思想是设计方案主要解决的问题。 在这一周遇到最大的问题就 是如何实现闭环方法来实现温度控制， 在没有任何有价

15、值的参考资料的情况下， 通过不断地 设计尝试和反复地设计调试初步解决了问题。 但是也存在了设计上的不足之处。 需要用到模 拟量的输入 / 输出模块，而且所编程序也和课堂上老师所讲完全不一样，给我们的课题制作 带来了很大的困难。但是我们还是通过查阅资料，询问老师按时完成了我们的课题。 贓熱俣 阃歲匱阊邺镓騷。四周的 PLC 编程及应用的课程设计，发现自己在这方面的学习还需要不断的加深。 通过这段时间的学习认识， 对温控闭环的系统有了一个整体的认识， 熟悉各种器件和软件应坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。用。在这里，本次设计中感谢两位指导老师对我的帮助。4、附 录4.1. 课题介绍本系统的被控对象是 1KW 电加热管，被控制量是水箱的水温 T，PLC 的模拟量输 出控制调功器的输出， 由调功器控制电加热管的通断， 被控对象为水箱中的单相电热管， 被 控制量为水箱水温。它由铂电阻 PT100 测定，输入到温度变送器上，量程为 0100 。温 度变送器变换为 420mA 传送给 PLC的模拟量输入通道。 根据给定值加上 dF 与测