电炉炉温PLC设计

1、 2013届毕业设计（论文） 材 料 院 、 部：电气与信息工程学院 学生姓名： 蔡和钦 指导教师： 刘冲 职称 副教授 陆秀令 职称 教授 专 业： 自动化 班 级： 0902班 学 号： 09401040237 2013年6月材料清单1、毕业设计（论文）课题任务书2、开题报告3、工作进度检查表4、指导教师评阅表5、评阅评语表6、答辩资格审查表7、答辩及最终成绩评定表8、毕业设计说明书2013 届毕业设计（论文）课题任务书院系：电气与信息工程学院 专业： 自动化 指导教师刘冲、陆秀令学生姓名蔡和钦课题名称电炉炉温PLC控制内容及任务本毕业设计的内容：根据控制要求，拟定设计方案与进度计划，应用

2、所学的理论知识，进行电炉炉温控制的原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。本毕业设计的主要任务：1、 编写出系统动作流程图；2、 选择可编程控制器；3、 编写可编程I/0端口分配表；4、 绘制PLC外部接线图；5、 编写程序梯形图；6、 进行系统仿真，实现炉温的控制要求；编写报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整拟达到的要求或技术指标1设计PLC的温控曲线程序，系统采用闭环PID调节，使电炉温度按设定的温控曲线变化。2. 首先，对电炉进行加热，此时温度逐渐开始升高，当达到温度设定值D16时，停止升温，则形成第一

3、段温控曲线。3. 当第一平台恒温时间D18一过，电炉温度又开始逐渐升高，当达到温度设定值D36时，停止升温，则形成第二段温控曲线。4. 当第二平台恒温时间D38一过，电炉温度开始逐渐升高，当达到温度设定值D56时，停止升温，则形成第三段温控曲线。5. 当第三平台恒温时间D58一过，电炉炉温开始逐渐降低，当炉温达到0时停止，则第四段温控曲线形成。6. 当电炉内温度超过系统设定的上限值或者下限值时，系统报警进度安排起止日期工作内容备注2012年1月5日到2013年2月25日审阅课题，完成框架设计。由于实习的安排可能有所调整。2013年3月24日前上交开题报告，指导老师审阅报告。2013年3月25日

4、到2013年4月25日进行资料的收集和分拣，设计论文的总体方案。2013年4月26日到2013年5月25日将论文初稿交于指导老师评阅2013年5月25 日到2013年5月31日论文初稿进行修改和完善，做好答辩准备。2013年6月5日到2013年6月9号进行答辩主要参考资料1史国生.电气控制与可编程控制器技术M.化学工业出版社，20102 周梅芳,金向平.基于PLC的智能PID控制方法及其应用M.化工自动化与仪表，19983 钟义新,彭侃.可编程控制器原理与应用M.华南理工大学出版社，20044 陶永华,葛卢生.新型PID控制及其应用M.机械工业出版社，20015 邱公伟.可编程控制器网络通信与

5、应用J.清华大学，19986 戴一平.可编程序控制器技术M.机械工业出版社，20037 邓则名.电器与可编程控制器应用技术M.机械工业出版社，20048 王永华.现代电气及可编程控制技术J.北京航空航天大学出版社，19969 李振安.工厂电气控制技术M.重庆大学出版社，200310 熊葵.电气逻辑控制技术J.科学出版社，200411 丁起英,徐岩,刘俊伟.PLC和微机在热处理设备上的应用J.应用能源技术，200512 钱兵,吕国芳,王强.PLC在热处理生产线中的应用M.自动化与仪表，2004教研室意见年 月 日院主管领导意见年 月 日2013 届毕业设计论文开题报告院系： 电气与信息工程学院

6、学生姓名蔡和钦学 号09401040237班级0902班指导教师刘冲、陆秀令专业自动化课题名称电炉炉温PLC控制内容及任务一. 对指导教师下达的课题任务的学习与理解本次课题主要是基于PLC技术进行设计，PLC = Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。 在今天，PLC应用已十分广泛和深入，PLC应用系统设计不但要熟

7、练掌握PLC程序设计语言和编程技术，而且还要具备扎实的PLC硬件方面的理论和实践知识。我设计的是基于PLC电炉炉温控制系统，本设计作为毕业设计考核我们大学四年综合素质的一个重要环节，特别注重基础理论的实用性和技术内容的先进性，充分体现了PLC技术的新发展，来设计这个基于现代PLC技术的电路控制系统。二. 阅读文献资料进行调研的综述1、课题的国内外研究现状PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器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贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的

8、、模拟的输入和输出，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形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。从结构上，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 2、课题研究的目的和意义由于许多领域都需要对温度的监控,如工厂的生产设备、化工领域、航空航天、农作物的种植和储存、实验室等等.。有很多领域的温度可能较高或较低,人无法靠近或现场无需人力来监控,我们可以用远程监

9、控,坐在办公室里就可以对现场进行监控,又方便又节省人力。 综上所述，基于PLC在实验电炉控制系统主要在功能上力求软硬件结合，能够较好的解决传统加热电炉温控系统中出现的问题。同时力求在设计便捷有效，精度高，工作可靠且易于拓展，集成在PLC内部的PID指令使用简单易于上手，而本课题研究主要也是从上述问题中进行设计和研究，达到电路控制系统设计的合理性及可利用性。3、选题依据、主要的研究内容、研究思路及方案（1）选题依据1、根据本专业的研究方向。2、熟悉可编程控制器电气控制系统。3、电炉在工业温度控制中必不可少，了解并设计其温度控制系统。（2）主要的研究内容1、确定系统的各种工序，绘制系统的工艺流程图

10、。2、PLC选型及I/O分配。3、设计、绘制梯形图，满足各控制要求。4、绘制电气原理图、外部接线图等。5编程设计说明书。（3）研究思路 了解电阻炉的工作原理和工作过程，选择出合适研究方案，根据控制系统的特点和要求绘制出原理图，再根据原理图设计控制系统的硬件和软件系统。（4）方案 选择所需要的设备和器件-三菱公司生产的FX2N PLC主机、FX2N-4AD、FX2N-2DA模块、温度变送器、光耦隔离器等；设计硬件系统，分析温控曲线，设计PLC的温控曲线程序，系统采用闭环PID调节，使试验电炉温度按设定的温控曲线变化；进行试验电炉监控界面的设计，将其连接起来，实现对系统温度的监控，有试验电炉运行界

11、面，温度变化曲线界面，故障显示界面，温度数据报表界面。通过温度的变化曲线，可更方便了解系统的温度变化。通过故障界面，可使得系统得温控更加放心，如若发生故障，可以通过报警提示直接查看故障起源，以最快的速度解决问题故障，从而使生产系统可以得到保障。 整个系统通过模拟量模块的使用、PID指令的运用、PLC程序设计等一系列的设计，实现试验电炉的温度监控。通过组态的软件的模拟界面，从而可以直观的控制系统的温度。进度安排起止日期工作内容备注2012年1月5日到2013年2月25日审阅课题，完成框架设计。由于实习的原因时间安排可能有所调整。2013年3月24日前上交开题报告，指导老师审阅报告。2013年3月

12、25日到2013年4月25日进行资料的收集和分拣，设计论文的总体方案。2013年4月26日到2013年5月20日将论文初稿交于指导老师评阅2013年5月25日到2013年5月31日论文初稿进行修改和完善，做好答辩准备。2013年6月5日到2013年6月9号进行答辩参考文献 1史国生.电气控制与可编程控制器技术M.化学工业出版社，20102 周梅芳,金向平.基于PLC的智能PID控制方法及其应用M.化工自动化与仪表，19983 钟义新,彭侃.可编程控制器原理与应用M.华南理工大学出版社，20044 陶永华,葛卢生.新型PID控制及其应用M.机械工业出版社，20015 邱公伟.可编程控制器网络通信

13、与应用J.清华大学，19986 戴一平.可编程序控制器技术M.机械工业出版社，20037 邓则名.电器与可编程控制器应用技术M.机械工业出版社，20048 王永华.现代电气及可编程控制技术J.北京航空航天大学出版社，19969 李振安.工厂电气控制技术M.重庆大学出版社，200310 熊葵.电气逻辑控制技术J.科学出版社，200411 丁起英,徐岩,刘俊伟.PLC和微机在热处理设备上的应用J.应用能源技术，200512 钱兵,吕国芳,王强.PLC在热处理生产线中的应用M.自动化与仪表，2004指导教师批阅意见指导教师（签字） 年 月 日湖南工学院毕业设计(论文)工作进度检查表题目电炉炉温PLC

14、控制学生姓名蔡和钦班级学号自本0902班09401040237专业自动化指导教师填写学生开题情况学生调研及查阅文献情况毕业设计（论文）原计划有无调整学生是否按计划执行工作进度学生是否能独立完成工作任务学生的英文翻译情况学生每周接受指导的次数及时间毕业设计（论文）过程检查记录情况学生的工作态度在相应选项划“”认真一般较差尚存在的问题及采取的措施：1、电路设计时，要不要考虑EMI等的影响？答：可以适当考虑，但电磁干扰不会很大。2、光耦合主要是隔离作用，继电器也有隔离的作用，可以不加光电隔离直接用继电器驱动吗？答：这个要根据干扰信号的情况确定。3、双向可控硅SCR有什么特性？它的作用是什么？答：双向

15、可控硅具有两个方向轮流导通、关断的特性。双向可控硅元件主要用于交流控制电路，如温度控制，灯光控制，直流电视调控。指导教师签字： 年 月 日院、部意见： 负责人签字：年 月 日湖南工学院2013届毕业设计（论文）指导教师评阅表院系：电气与信息工程学院 学生姓名蔡和钦学 号09401040237班 级自本0902班专 业自动化指导教师姓名刘冲、陆秀令课题名称电炉炉温PLC控制评语：是否同意参加答辩：是 否指导教师评定成绩分值：指导教师签字： 年 月 日湖南工学院毕业设计（论文）评阅评语表题目电炉炉温PLC控制学生姓名蔡和钦班级学号自本0902班09401040237专业自动化评阅教师姓名曹才开职称

16、教授工作单位湖南工学院评分内容具 体 要 求总分评分开题情况调研论证能独立查阅文献资料及从事其他形式的调研，能较好地理解课题任务并提出实施方案，有分析整理各类信息并从中获取新知识的能力。10外文翻译摘要及外文资料翻译准确，文字流畅，符合规定内容及字数要求。10设计质量论证、分析、设计、计算、结构、建模、实验正确合理。35创新工作中有创新意识，有重大改进或独特见解，有一定实用价值。10撰写质量结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，图表清楚，书写格式规范，符合规定字数要求。15综合能力能综合运用所学知识和技能发现与解决实际问题。20总评分评阅教师评阅意见评阅成绩评阅教师签名日期湖南工学院毕业设计（

17、论文）答辩资格审查表题 目电炉炉温PLC控制学生姓名蔡和钦学   号09401040237专 业自动化指导教师刘冲、陆秀令一、主要的研究步骤及任务1、编写出系统动作流程图；2、选择可编程控制器；3、编写可编程I/0端口分配表；4、 绘制PLC外部接线图；5、 编写程序梯形图；6、 进行系统仿真，实现炉温的控制要求；二、拟达到的要求：1设计PLC的温控曲线程序，系统采用闭环PID调节，使电炉温度按设定的温控曲线变化。2. 首先，对电炉进行加热，此时温度逐渐开始升高，当达到温度设定值D16时，停止升温，则形成第一段温控曲线。3. 当第一平台恒温时间D18一过，电炉温度又开始逐渐升高，当达

18、到温度设定值D36时，停止升温，则形成第二段温控曲线。4. 当第二平台恒温时间D38一过，电炉温度开始逐渐升高，当达到温度设定值D56时，停止升温，则形成第三段温控曲线。5. 当第三平台恒温时间D58一过，电炉炉温开始逐渐降低，当炉温达到0时停止，则第四段温控曲线形成。6. 当电炉内温度超过系统设定的上限值或者下限值时，系统报警 毕业设计论文已完成且符合学校规范要求，现向学院申请答辩！  申请人签名： 日期：资  格  审  查  项  目是否01工作量是否达到所规定要求  02文档资料是否齐全（任务书、开题报告、

19、外文资料翻译、定稿论文及其相关附件资料等）  03是否完成任务书规定的任务  04完成的成果是否达到验收要求  05是否剽窃他人成果或者直接照抄他人设计（论文）指导教师签名： 毕业设计（论文）答辩资格审查小组意见：符合答辩资格，同意答辩       不符合答辩资格，不同意答辩审查小组成员签名：      年    月    日注：此表中内容综述由学生填写，资格审查项目由指导教师填写。湖南

20、工学院2013届毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表院：电气与信息工程学院 专业：自动化学生姓名蔡和钦学号0940104237班级0902班答辩日期课题名称电炉炉温PLC控制指导教师刘冲陆秀令成 绩 评 定分值评 定小计陆秀令陈坚王小虎王勇刚李欣课题介绍思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。30答辩表现思维敏捷,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确大、深入,知识面宽。必答题40自由提问30合 计100答 辩 评 分分值：答辩小组长签名：答辩成绩a： ×20指导教师评分分值：指导教师评定成绩b： 

21、5;60评阅教师评分分值：评阅教师评定成绩c： ×20最终评定成绩： 分数： 等级：答辩委员会主任签名： 年 月 日说明：最终评定成绩a+b+c，三个成绩的百分比由各学院自己确定，但应控制在给定标准的10左右 2013届毕业设计说明书 电炉炉温PLC控制 院 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 蔡和钦 指导教师： 刘冲 职称 副教授 陆秀令 职称 教授 专 业： 自动化 班 级： 自本0902班 完成时间： 2013年6月 摘 要本课题介绍了通过PLC控制器，使系统按设定的温控曲线，对电炉进行温度无差控制（PID调节）；通过MCGS组态软件，制作系统监控界面，对温度进行实时监控

22、，使原有的温度监控得到更精准的控制。整个系统通过模拟量模块的使用、PID指令的运用、PLC程序设计等一系列的设计，实现电炉的温度监控。通过组态的软件的模拟界面，从而可以直观的控制系统的温度。本课题所需要的器件和设备有FX2NPLC主机、4通道温度传感器模拟量输入模块FX2N-4AD-TC、2通道模拟量输出模块FX2N-2DA、温度变送器、光耦隔离器等，通过分析温控曲线设计四段温控曲线程序。温度控制系统采用PID控制系统。主回路用双向可控硅对加热器进行控制，双向可控硅采用过零出发方式，与主回路共同构成调功器。通过温度变送器将炉膛温度进行检测，并将变送器输出通过FX2N-4AD-TC转换后送给PL

23、C，作为温度反馈信号。 本文分别就电热炉的控制系统工作原理，温度变送器的选型、PLC配置、组态软件程序设计等几方面进行阐述。通过改造电热炉的控制系统具有响应快、稳定性好、可靠性高,控制精度好等特点，对工业控制有现实意义。关键词：电热炉的控制系统；温度控制；PLC；PID ABSTRACTThis topic through the PLC controller is introduced, the system according to the set temperature control curve, and the test furnace temperature without dif

24、ferential (PID) control; System is made by the MCGS configuration software, monitoring interface, real-time monitoring of temperature, the original monitoring to get more accurate temperature control. The whole system through the use of analog module, the use of PID instruction, PLC program design a

25、nd so on a series of design, test the temperature of the furnace monitoring. Through the configuration software of the simulation interface, which can be intuitive control system of temperature.This topic need the devices and equipment have FX2NPLC host, 4 channel temperature sensor analog input mod

26、ule FX2N - 4 AD - TC, 2 channel analog output module FX2N - 2 da, temperature transmitter, optical coupling isolator, etc., through the analysis of temperature control curve design four temperature control curve. The temperature control system using PID control system. Main loop with bidirectional t

27、hyristor to control the heater, bidirectional thyristor zero start way, with the main loop constitute the dynamometer. Through the temperature transmitter will test of furnace temperature, and the transmitter output through the FX2N - 4 AD - TC converted to PLC, as the temperature feedback signal.Th

28、is paper on the heating boiler control system works, selection of temperature transmitter, PLC configurations, the configuration software design aspects were described. Through the transformation of electric boiler control system has fast response, good stability, high reliability, control accuracy

29、and good features, practical significance for industrial control.Key words heating boiler control system；temperature control cascade control ；PLC；PID目 录1 绪论11.1 课题背景11.2 课题的现状及主要意义11.3 课题的主要内容22 电炉炉温PLC控制系统的硬件设计32.1炉温控制系统核心硬件及框图32.2 PLC的选型与I/0的分配42.3 软元件的分配52.4 PLC外部接线图62.4.1 温度检测电路72.4.2 过零检测电路82.5

30、 模拟量输入/输出模块92.5.1 模拟量输入模块FX2N-4AD-TC92.5.2 模拟量输出模块FX2N-2DA102.5.3 输入输出模块的操作112.6 系统的实现122.6.1 温控曲线的形成122.6.2 模拟量的处理132.6.3 PID调节142.7 PID的应用152.7.1 PI算法分析163 电炉炉温PLC控制系统的软件设计183.1 常见的梯形图的设计方法183.2 控制程序的设计思路183.3 系统流程框图203.4 PLC梯形图设计213.4.1 启动停止梯形图213.4.2 四段温控曲线形成的梯形图213.4.3 PID控制程序梯形图264 MCGS软件的介绍与仿

31、真294.1 MCGS软件的简介294.2 MCGS组态软件的系统构成294.3 系统组态设计304.3.1 温度监控界面304.3.2 温度曲线变化界面324.3.3 报警界面324.3.4 实时数据库的建立334.3.5 脚本程序编写34结束语36致 谢37参考文献38附 录A40附 录B461 绪论1.1 课题背景随着现代科学技术的迅猛发展，各个领域对温度控制系统的精度、稳定性等的要求越来越高，控制系统也千变万化。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制等等。随着电炉广泛应用于各行

32、各业， 其温度控制通常采用模拟或数字调节仪表进行调节，但存在着某些固有的缺点。而采用单片机进行炉温控制，不仅可以大大地提高控制质量和自动化水平，而且具有良好的经济效益和推广价值。目前在炉温控制系统中最常采用的是PID控制，以PID算法为核心的各种形式DDC控制系统，是目前电加热炉温度控制系统普遍使用的方法2。PID调节是最成熟且应用最广泛的一种控制方法。在模拟控制系统中，其过程控制是将被测参数温度由传感器变换成统一的标准信号后输入调节器，在调节器中与给定值进行比较。再把比较器的差值经PID运算后送到执行机构，改变进给量，以达到自动调节的目的。在数字控制系统中则是用数字调节器来代替模拟

33、调节器，按偏差的比例、积分和微分进行控制和调节。PID调节器具有结构简单、调整方便和参数整定与工程指标密切相连等特点，对于大部分对象控制精度也较高，这些优越性使得PID结构调节器是连续系统中应用最广泛的一种调节器，一直经久不衰，并将继续在工程实践中发挥重要的作用。1.2 课题的现状及主要意义近年来，随着产品质量要求的提高和工艺复杂性的增大，炉温测量与控制的要求也越来越高。在工业生产中，有很多行业有大量的加热设备，如用于热处理的加热炉、用于熔化金属的坩埚炉，以及各种不同用途的加热炉，反应炉，这样温度就成为了工业对象中一种重要的被测控对象，但是由于炉子的种类，用途不同，因此，采用的加热方法及燃料也

34、就不同，如煤气、天然气、油、电等，但究其控制系统本身的动态特性而言，基本上都是一阶纯滞后环节。 实践证明，用于工业生产中的炉温控制的微机控制系统具有高精度、功能强、经济性好的特点，无论在提高产品质量还是产品数量，节约能源，还是改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。温度控制是工业生产过程中很重要的一种控制。温度控制系统一般具有大惯性、大延时的特点。在工业控制中，温度系统的数学模型难以确切建立。工业现场对温度控制，常用的有位式调节器和PID控制器等。位式调节器作为一种温度控制仪表，具有一些无法消除的缺陷，当炉温大于给定值时不加电压，会导致超 调大，常有控制精度差或出现失控;模拟式PID或数字式P

35、ID有较好的控制，但工作条件在大范围内变化时，PID控制器的参数难以确定，使PID控制器不能总是处于最佳状态，而且在控制过程中将发生大的超调。随着PLC技术的不断发展，各PLC厂家推出了适于各类过程控制的智能专用模块，采用PLC控制不仅对被控对象参数变化适应性强，而且在对象模型结构发生较大改变时，也能获得较好的控制效果。本文介绍的PLC温度控制系统，克服了超调大的问题，提高了控制精度。综上所述，基于PLC在实验电炉控制系统主要在功能上力求软硬件结合，能够较好的解决传统加热电炉温控系统中出现的问题。同时力求在设计便捷有效，精度高，工作可靠且易于拓展，集成在PLC内部的PID指令使用简单易于上手，

36、而本课题研究主要也是从上述问题中进行设计和研究，达到电路控制系统设计的合理性及可利用性。1.3 课题的主要内容 课题主要内容：通过PLC控制器，使系统按设定的温控曲线，对电炉进行温度无差控制（PID调节）；通过MCGS组态软件，制作系统监控界面，对温度进行实时监控，使原有的温度监控得到更精准的控制。经过方案的论定，选择所需要的设备和器件-三菱公司生产的FX2N PLC主机、FX2N-4AD-TC、FX2N-2DA模块、温度变送器、光耦隔离器等；设计硬件系统，分析温控曲线，设计PLC的温控曲线程序，系统采用闭环PID调节，使电炉温度按设定的温控曲线变化；进行电炉监控界面的设计，将其连接起来，实现

37、对系统温度的监控，有电炉运行界面，温度变化曲线界面，故障显示界面，温度数据报表界面。通过温度的变化曲线，可更方便了解系统的温度变化。通过故障界面，可使得系统得温控更加放心，如若发生故障，可以通过报警提示直接查看故障起源，以最快的速度解决问题故障，从而使生产系统可以得到保障。整个系统通过模拟量模块的使用、PID指令的运用、PLC程序设计等一系列的设计，实现电炉的温度监控。通过组态的软件的模拟界面，从而可以直观的控制系统的温度。2 电炉炉温PLC控制系统的硬件设计2.1 炉温控制系统核心硬件及框图炉温控制系统核心硬件采用可编程控制器（PLC）。PLC具有功能强、使用方便、可靠性高等优点，在先进工业

38、国家中PLC已经成为工业控制的标准设备。PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成，PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。在整个炉温控制过程中，其输出形式是模拟量，而PLC处理的数字量，因此需要一个特殊功能模块实现将采集到的模拟信号转换成与温度成比例的数字量。当PLC进行PID控制时向执行器输出运算结果，也就是控制量，而这个控制量是数字量，执行器所要求的信号是模拟量，所以还需要一个特殊功能模块将PLC输出的数字量转换为模拟量输入到执行器，进而对炉温进行控制。其系统框图如图1：图1 系统框图电炉PLC控制系统的组态模拟设计是通过组态软件的设计，使得整个系统的温度得到监控。它综合

39、了PLC技术，模拟块的选择与使用，PID指令的运用以及PLC可编程控制器在热处理控制系统中的应用，本设计中使用的组态软件是MCGS。由于PLC具有编程方便，使用方便可靠，性价比高，抗干扰能力好、扩展功能强等优点，已经在各个工业领域得到广泛的使用。在工业控制中，通常除了开关量以外，还经常遇见模拟量，要对模拟量进行控制，就必须首先采集模拟量，进行A/D转换后，PLC才能进行处理。在整个设计中，还需要考虑程序设计，组态界面设计，以及设计过程中的器件的选择等一系列的问题。这就要求我熟悉并掌握及灵活运用所学的知识。 所以，我们最终选定用PLC实现模拟量的采集，以控制控制电阻炉温度。2.2 PLC的选型与

40、I/0的分配电炉炉温PLC控制系统输入信号量有3个，其中用于启动、停止的2个输入信号是开关量，而电炉加热系统给定的温度反馈值输入信号是模拟量；输出信号有2个，一个是主回路接触器KM，另一个模拟量信号PID调节后的温度值。根据I/0信号数量、类型以及控制要求，选择FX2N-16MR主机（FX2N-代表系类名称，16代表I/0总点数，M代表基本单元，R代表继电器输出），4通道模拟量输入模块FX2N-4AD-TC,2通道模拟量输出模块FX2N-2DA。这样共有8个开关量输入点，8个开关量输出点，4个模拟量输入通道，2个模拟量输出通道，能够满足控制要求。I/0分配如下表1所示：表1 I/0地址编号输入

41、信号输出信号功能编号功能编号启动开关X001主回路接触器KMY000停止开关X0022.3 软元件的分配表2 软元件分配表X1启动D36第二平台温度设定值X2停止D38第二平台恒温时间Y0主回路接触器KMD41第三斜坡斜率K3×100=（T4-T3）/ta3×100D1第一斜坡斜率K1×100=（T1-T0）/ta1×100（输入时为减少小数方便输入，所以先乘以100，然后在程序中再除以100）D42斜坡段采样（初始值为K0）D2斜坡段采样（初始值为K0）D45第三斜坡积累D5第一斜坡积累D50第三斜坡积累/100D10第一斜坡积累/100D56第三平台

42、温度设定值D12初始值即截距（T0）D58第三平台恒温时间D14温控曲线当前值D61第四斜坡斜率K4×100=（T4-T3）/ta4×100D16第一平台温度设定值D62斜坡段采样（初始值为K0）D18第一平台恒温时间D65第四斜坡积累D21第二斜坡斜率K2×100=（T1-T0）/ta2×100D70第四斜坡积累/100D22斜坡段采样（初始值为K0）D82温度反馈值D25第二斜坡积累D83经PID调节后的控制量D30第二斜坡积累/100D90D114PID参数设定2.4 PLC外部接线图电炉通过PLC来控制其温度，整个温控系统的构成，通过FX2N-4

43、AD-TC、FX2N-2DA、光偶隔离器，过零触发器、测温元件、温度变送器等模块的连接，通过PLC控制，实现整个温控系统的功能。图2 PLC外部接线图2.4.1 温度检测电路温度检测是温度控制系统的一个很重要的环节，直接关系到系统性能。在PLC温度控制系统中，温度的检测不仅要完成温度到模拟电压量的转换还要将电压转换为数字量送PLC。其一般结构如图3所示。图3 温度检测基本结构温度传感器将测温点的温度变换为模拟电压，其值一般为mA级，需要放大为满足A/D转换要求的电压值。然后送PLC的A/D转换模块进行A/D转换，得到表示温度的电压数字量，再用软件进行标度变换与误差补偿，得到测温点的实际温度值。

44、本系统利用热电偶完成炉温检测、FX2N-4AD模块一个通道实现A/D转换。炉温检测与放大电路由热电偶、低通滤波、信号放大和零点迁移电路四部分组成。其电路如图4所示。图4 炉温检测与放大电路图中，R1、C1完成低通滤波，R2、RP、2CW51组成零点迁移电路，炉温检测元件采用镍铬镍铝热电偶，分度号为EU-2，查分度表可得，当温度为0700时，输出电势为029.13mV。检测信号经二级放大后送FX2N-4AD模块，第一级放大倍数为50，第二级放大倍数为11.2，第二级放大还完成零点迁移，其输出电压为式中，为零点迁移值。根据设计要求，恒温值为400600，本系统选取测温范围为280700，将280作

45、为测温起点（零点）。调整多圈电位器RP，使=50*11.38=569mV，当炉温为280时，=11.38mV，=569mV，于是=0。经零点迁移后，炉温为280700时，=11.3829.13mV，=09.94V，A/D转换后的数字量为02047。2.4.2 过零检测电路按设计要求，要求过零检测电路在每个电源周期开始时产生一个脉冲，作为触发器的同步信号，其设计电路如图5所示。图5 过零检测电路图中，GND为+5V电源地，LM339为过零比较器.LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，共模范围很大；差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压。二极管用作LM339输入保护。电路的工作波形如图

46、6所示。图6 过零检测电路的工作波形图2.5 模拟量输入/输出模块FX2N系列PLC模拟量输入模块有：2、4、8通道电压/电流模拟量输入模块，其型号为FX2N-(2/4/8)AD;另外还有4通道温度传感器模拟量输入模块，其型号为FX2N-4AD-PT/TC。模拟量输出模块有：2、4通道电压/电流模拟量输出模块，其型号为FX2N-(2/4)DA。本课题选用FX2N-4AD-TC模拟量输入模块和FX2N-2DA模拟量输出模块。2.5.1 模拟量输入模块FX2N-4AD-TC（1）模拟量输入模块FX2N-4AD-TC的技术指标FX2N-4AD-TC为4通道12位A/D转换模块，它可以将模拟电压或电流

47、转换为最大分辨率为12位数字量，并以二进制补码方式存入内部16位缓冲寄存器中，通过扩展总线与FX2N基本单元进行数据交换。FX2N-4AD的技术指标如表3所示：表3 FX2N-4AD-TC技术指标项 目电压输入电流输出四通道模拟量电压或电流的输入，可通过对其输入端子的选择实现模拟量输入范围DC:-10-10V（输入阻抗：200K）(绝对最大量程15VDC)DC:-2020Ma(输入阻抗：250)（绝对最大量程32Ma）数字量输出范围12位转换结果，以16位二进制补码方式存储，其输出范围为：-2048-2047分辨率5Mv(10V默认范围：1/2000)20（20mA默认范围1/1000）综合精

48、度1%（在-1010V的范围）1%（在-2020Ma的范围）转换速率常速：15ms/通道；高速：6ms/通道外接输入电源24（10%）V，55mA，可由PLC基本单元供电：5V，30Ma模拟量用电源-1010V-420mA或-2020MaI/0占有点数8个输入输出点均可隔离方式模拟与数字之间为光电隔离；4个模拟通道之间没有隔离（2）通道选择在BFM #0中写入十六进制4位数字H进行A/D模块通道初始化，最低位数字控制CH1， ,最高位控制CH4，每位写入的数字含义如下。X=0 设定输入范围为-1010V；X=1 设定输入范围为420mA；X=2 设定输入范围为-2020mA；X=3 关闭通道。

49、例如BFM#0=3301则说明CH1通道设定输入电流范围为420mA，CH2通道设定输入电压范围为-1010V，CH3、CH4两通道关闭。（3）BFM#29的状态位信息设置含义，如表4所示：表4 BFM#29状态位信息表#29缓冲器位ONOFFb0：错误如果b1-b3任意一位为ON，b0=ON，A/D转换器的所有通道停止无错误b1：偏移量与增益值错误偏移量与增益值修正错误偏移量与增益值正常b2：电源不正常24V DC错误电源正常b3：硬件错误A/D或其他硬件错误硬件正常b10：数字范围错误数字输出值小于-2048或大于+2047数字输出正常b11：平均值错误数字平均采样值大于4096或小于0平

50、均值正常b12：偏移量与增益值修正禁止#21缓冲器的禁止位（b1，b0）设置为（1,0）#21缓冲器的禁止位（b1，b0）设置为（1,0）注：b4-b7、b9、b13-b15无定义2.5.2 模拟量输出模块FX2N-2DA（1）模拟输出模块FX2N-2DA技术指标FX2N-2DA有2个通道输出（CH1-CH2）,每个通道均可进行D/A转换。数字量转换为模拟信号输出的最大分辨率为12位，输出的模拟电压范围为-1010V时，分辨率为5mV，电流范围为020mA时，分辨率为20。FX2N-2DA技术指标如表5所示：表5 FX2N-2DA技术指标项目电压输出电流输出模拟量输出范围DC：-1010V(外

51、部负载阻抗2)DC:020mA（外部负载阻抗500）数字输入范围带符号16位二进制（数值有效位为11位，符号位1位）分辨率5mV（10V*1/2000）20（20mA*1/1000）综合精度1%（满量程10V）1%(满量程+20Ma)转换速度4个通道：2.1ms（使用的通道数变化不影响转换速度）隔离方式模拟和数字电路之间用光电耦合器隔离，与基本单元间是DC/DC转换隔离，模拟通道之间没有隔离外接输入电源24（110%）V DC，200mA，基本单元或扩展单元内部供电：5V,30MaI/0占有点数占用8个I/0点（2）通道选择BFM#0为输出模式选择缓冲寄存器，BFM#0的每一位可根据需要对FX

52、2N-2DA输出模式进行选择（电压型或电流型），BFM#0中应写入十六进制2位数字H,进行DA模块通道初始化。最低位数字代表通道CH1，最高位数字代表通道CH2，每位写入的数字含义如下。X=0 设置电压输出模式，范围为-1010V；X=1 设置电流输出模式，范围为420mA；X=2 设置电流输出模式，范围为020mA。例如BFM#0=H02则说明CH1通道设定电流输出模式，范围为020mA，CH2通道设定电压输出模式，范围为-1010V。2.5.3 输入输出模块的操作FX-4AD和FX-2DA的功能是进行A/D与D/A转换，使PLC能够完成对模拟量的处理。FX-4AD和FX-2DA内均有自己的数