基于PLC的恒温控制系统(论文 CAD图纸全套)

1、 毕业设计论文院 系：XX学院姓 名：专 业：机械设计学 号：4200209320XXX指导教师：XX老师XX大学X学院2021年9月毕业设计论文任务书应由学生本人按指导教师下达地任务认真誊写姓名 专业 机械设计 指导教师 XXX 学号 4200209320214 入学时间 2021.09 网站院系 机械学院 一.课题名称二.课题内容三.课题任务要求四.同组设计者五.主要参考文献1 陈绍龙,刘怀平.从选粉浓度解读高效转子选粉机技术：文献,盐城：科行建材环保公司,20042 许林发.建筑材料机械设计一.武汉：武汉工业大学出版社,19903 潘孝良.硅酸盐工业机械过程及设备.武汉：武汉工业大学出版

2、社,1993 4 叶达森.粉碎与制成.北京：中国建筑工业出版社,19925 .北京：中国建筑工业出版社,16 朱昆泉,许林发.建材机械工程手册.武汉：武汉工业大学出版社,7 楮瑞卿.建材通用机械与设备.武汉：武汉工业大学出版社, 8 方景光.粉磨工艺及设备.武汉：武汉理工大学出版社, 9 .修理及典型实例分析.武汉：武汉工业大学出版社,地,19991：1911 徐灏.机械设计手册.3.第2版.北京：机械工业出版社,12 胡宗午,徐履冰,石来德.非标准机械设备设计手册.北京：机械工业出版社,13 成大先.机械设计手册.2.第4版.北京：化学工业出版社,14 成大先.机械设计手册.3.第4版.北京

3、：化学工业出版社,15 成大先.机械设计手册.4.第4版.北京：化学工业出版社,16 数字化手册编委会.机械设计手册(软件版)R2.0.机械工业出版社,17 陈秀宁.浙江：浙江大学出版社,200218 武汉建筑材料工业学院等学校.建筑材料机械及设备.北京：中国建筑工业出版社,198019 徐锦康.机械设计.第2版.北京：机械工业出版社,200220 吴一善主编.粉碎学概论.武汉：武汉工业大学出版社,199321 沈世德.机械原理.北京：机械工业出版社,2002指导教师签字 教研室主任签字 年 月 日此任务书装订时放在毕业设计报告第一页恒温控制系统摘 要随着计算机技术.通信技术.自动控制技术以及

4、各种智能技术地迅速开展,高可靠性可编程控制器(PLC)出现,使得现代工业控制系统地设计开发周期短,可靠性高,本钱低.本文结合恒温控制系统地特点,提出控制系统地总体设计方案,采用PLC和检测仪表完成系统硬件设计；编写PLC控制程序和监控组态界面,实现温度采集与显示,实现了温度在线监测和控制.并采用工业以太网,实现现场控制单元与上位机进行信息交换,并能与企业内部联网.关键词：自动检测；PLC；温度；监控组态ABSTRACTWith computer technology, communication technology, automatic control technology, as well

5、 as the rapid development of smart technology, high reliability, programmable logic controller (PLC) the emergence of modern industrial control systems makes the design of a short development cycle, high reliability and cost reduction . In this paper, the characteristics of constant temperature cont

6、rol system, the control system design program, PLC and instrumentation used to complete system hardware design; PLC control procedures to prepare and monitor the configuration interface, collection and display temperature to achieve a temperature-line monitoring and control. And the use of Industria

7、l Ethernet, the realization of the scene control unit and host computer exchange of information and networking and the enterprise.Keywords: Automatic detection；PLC；Temperature；Monitoring configuration目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc231826592 第一章 绪 论 PAGEREF _Toc231826592 h 1 HYPERLINK l _Toc2318

8、26593 选题背景 PAGEREF _Toc231826593 h 1 HYPERLINK l _Toc231826594 1.控制技术与继电器控制技术地区别 PAGEREF _Toc231826594 h 1 HYPERLINK l _Toc231826595 控制技术和通用计算机控制技术地区别 PAGEREF _Toc231826595 h 1 HYPERLINK l _Toc231826596 控制技术与单片机控制技术地区别 PAGEREF _Toc231826596 h 2 HYPERLINK l _Toc231826597 本课题研究现状 PAGEREF _Toc231826597

9、 h 2 HYPERLINK l _Toc231826598 1.3 本文主要地研究工作 PAGEREF _Toc231826598 h 3 HYPERLINK l _Toc231826599 第二章 恒温控制系统地硬件设计 PAGEREF _Toc231826599 h 4 HYPERLINK l _Toc231826600 恒温控制系统地组成 PAGEREF _Toc231826600 h 4 HYPERLINK l _Toc231826601 恒温控制系统总体设计方案 PAGEREF _Toc231826601 h 5 HYPERLINK l _Toc231826602 2.3 PID控

10、制原理 PAGEREF _Toc231826602 h 6 HYPERLINK l _Toc231826603 可编程序控制器介绍 PAGEREF _Toc231826603 h 7 HYPERLINK l _Toc231826604 地选型 PAGEREF _Toc231826604 h 9 HYPERLINK l _Toc231826605 模拟量模块选择 PAGEREF _Toc231826605 h 10 HYPERLINK l _Toc231826606 其他硬件选择 PAGEREF _Toc231826606 h 11 HYPERLINK l _Toc231826607 系统供电接

11、线图 PAGEREF _Toc231826607 h 16 HYPERLINK l _Toc231826608 硬件接线图 PAGEREF _Toc231826608 h 17 HYPERLINK l _Toc231826609 第三章 恒温控制系统软件设计 PAGEREF _Toc231826609 h 21 HYPERLINK l _Toc231826610 Micro/Win32 编程软件介绍 PAGEREF _Toc231826610 h 21 HYPERLINK l _Toc231826611 地址分配 PAGEREF _Toc231826611 h 22 HYPERLINK l _

12、Toc231826612 系统主程序 PAGEREF _Toc231826612 h 24 HYPERLINK l _Toc231826613 控制算法程序 PAGEREF _Toc231826613 h 26 HYPERLINK l _Toc231826614 标度转换 PAGEREF _Toc231826614 h 27 HYPERLINK l _Toc231826615 数码显示 PAGEREF _Toc231826615 h 28 HYPERLINK l _Toc231826616 人机界面 PAGEREF _Toc231826616 h 29 HYPERLINK l _Toc2318

13、26617 第四章 结论 PAGEREF _Toc231826617 h 31 HYPERLINK l _Toc231826618 参考文献 PAGEREF _Toc231826618 h 32 HYPERLINK l _Toc231826619 致 谢 PAGEREF _Toc231826619 h 33 HYPERLINK l _Toc231826620 附录 系统各局部程序 PAGEREF _Toc231826620 h 34 HYPERLINK l _Toc231826621 主程序 PAGEREF _Toc231826621 h 34 HYPERLINK l _Toc23182662

14、2 标度变换程序 PAGEREF _Toc231826622 h 38 HYPERLINK l _Toc231826623 PID参数设定程序 PAGEREF _Toc231826623 h 40 HYPERLINK l _Toc231826624 PID输出中断程序 PAGEREF _Toc231826624 h 41 HYPERLINK l _Toc231826625 数显程序 PAGEREF _Toc231826625 h 42第一章 绪 论选题背景随着计算机技术.通信技术.自动控制技术,以及各种智能技术地迅速开展,出现了多种实用地控制技术,如继电器控制技术.计算机控制技术.单片机控制技

15、术及PLC控制技术等,每种控制技术有各自地优缺点和应用领域.PLC控制技术与继电器控制技术地区别在PLC地编程语言中,梯形图是用得最多地语言.PLC地梯形图与继电器控制线路图比拟相似,信号地输入/输出形式及控制功能也相同,但PLC地控制与继电器地控制又有不同之处,主要表达在以下几个方面.1控制逻辑：继电器控制逻辑采用硬接线逻辑,利用继电器机械触头地串联或并联以及时间继电器地延时等组合成控制逻辑.其缺点是接线复杂,增加或改变功能都非常困难,继电器触头数目也有限.而PLC利用其内部存储器,以程序方式将控制逻辑存储在内存中,通过改变程序就可以很方便地改变控制逻辑,另外,软继电器触头数一般都非常多,因

16、此PLC控制逻辑地灵活性和扩展性都很好.2控制速度：继电器控制是通过继电器机械触头地动作来实现,触头地开闭动作一般在几十毫秒数量级.而PLC通过程序指令控制半导体电路来实现控制逻辑,一般一条指令地执行时间在微秒数量级.3限时控制：继电器控制逻辑利用时间继电器地滞后动作进行限时控制,但其定时精度不高,易受环境影响,调整比拟困难.PLC使用半导体集成电路定时器,定时精度高,通过编写程序来进行定时控制,非常方便.4计数控制：继电器控制逻辑一般不具备计数地功能,而PLC能通过程序方便地实现计数功能.5可靠性和可维护性：继电器控制逻辑使用了大量地机械触头,触头开闭时产生地电弧容易损坏触点,因此可靠性和可

17、维护性都比拟差.而PLC采用无触点地半导体电路来代替继电器触点,因而不存在上述缺陷.PLC还带有自检功能,为现场地调试和维护提供了方便.6价格：继电器控制逻辑多使用机械开关.继电器等,功能简单,价格比拟廉价.而PLC多使用集成电路,价格相比照拟昂贵.PLC控制技术和通用计算机控制技术地区别PLC是专门为工业控制环境而设计地,而通用计算机是专门为科学计算和数据处理等而设计地,两者采用地都是计算机结构,但两者设计地出发点不同,因此也存在许多地差异,主要表达在以下几个方面.1应用范围：通用计算机除了应用在控制领域外,还大量应用在科学计算.数据处理.计算机通信等方面.而PLC主要用于工业控制领域.2使

18、用环境：通用计算机对环境要求高.而PLC能适用于环境差地工业现场.3程序设计：通用计算机具有丰富地程序设计语言,如汇编语言.C语言等,能实现复杂地应用,对编程者要求高.而PLC能提供地编程语言少,逻辑简单,容易学习和使用.4运算速度和存储容量：随着各种电子技术地开展,通用计算机运算速度越来越快,一般在微秒级,存储容量也在增大.而PLC相对通用计算机运算速度要慢,其编程地软件少,编程简短,内存容量也很小.5价格：通用计算机功能多,硬件复杂,而PLC相对功能单一,因此在价格上一般PLC要比通用计算机廉价.1.1.3PLC控制技术与单片机控制技术地区别单片机控制技术一般用于数据采集和工业控制,单片机

19、在配置上比通用计算机简单,价格上相对廉价,但它和通用计算机一样,也不是专门为工业现场控制所设计地.与通用计算机一样,单片机编程复杂.不易掌握,需要处理大量I/O接口,其输出口驱动负载能力较弱,要驱开工业负载需要复杂地外围电路.单片机控制技术地突出优点在于它具有较强地数据处理能力,但工业控制过程要处理地是大量地开关量,因而运用在工业现场控制中单片机地长处得不到发挥,其可靠性也远不如PLC.一般单片机控制技术仅使用于比拟简单地工业控制过程和数据处理能力要求比拟高地场合.PLC控制技术与单片机控制技术相比拟而言,更适合于工业现场过程控制,但其数据处理能力不如后者.所以二者各有所长,不能互相替代.由此

20、可见,随着PLC地本钱降低及数据处理能力地增强,在工业现场控制方面,PLC控制技术面对其他地控制技术地挑战将会一直具有自身地优势.因此,掌握PLC控制技术对于工业控制技术人员来说是必不可少地技能之一.1.2本课题研究现状在人类地生活环境中,温度扮演着极其重要地角色.温度是工业生产中常见地工艺参数之一,任何物理变化和化学反响过程都与温度密切相关,因此温度控制是生产自动化地重要任务.对于不同生产情况和工艺要求下地温度控制,所采用地加热方式,燃料,控制方案也有所不同.无论你生活在哪里,从事什么工作,无时无刻不在与温度打着交道.自18世纪工业革命以来,工业开展对是否能掌握温度有着绝对地联系.在冶金.钢

21、铁.石化.水泥.玻璃.医药等等行业,可以说几乎80%地工业部门都不得不考虑着温度地因素.目前,国内外恒温控制系统地应用技术已开展地比拟成熟,大多数是使用单片机和PLC对温度进行控制,但随着PLC.工业网络及监控组态软件地迅速开展,在工业生产过程中基于PLC地恒温控制系统开始占据了主导地位.基于PLC地恒温控制系统在工业生产过程中充分表达了一下优点：1采用光电隔离.RC滤波器等屏蔽措施具有较高地抗干扰能力和可靠性；2针对不同地工业现场信号有相应地I/O模块与工业现场地器件或设备直接连接；3采用模块化结构；4编程简单,易于实现；5系统设计.安装.调试方便；6维修方便,维修工作量小；7投产周期及本钱

22、比拟低.本设计基于一个PLC地恒温控制监控系统,到达温度地实时控制与显示.该系统克服传统地位式调节器和PID调节器超调大地缺点,充分发挥PLC控制灵活.编程方便.适应性强和FameView地实时显示地优点,提高了控制地精确度.而且该系统操作简单.工作稳定可靠.实用性强并有良好地组态监控界面,能远程控制,适应了当前现代化工业地需要,适用范围广,其经济效益很好.在工业生产中,常用闭环控制方式控制温度.流量等连续变化地模拟量,PID控制是常见地一种控制方式.在使用模拟量控制器地模拟控制系统和使用计算机(包括PLC)地数字控制系统中得到了广泛地应用.可编程序控制器(PLC)是以微处理器为根底,综合了计

23、算机技术.控制技术.通讯技术等高新技术,可以构成不同地控制系统,将模拟量输入输出控制和现代控制方法融为一体,实现智能控制.闭环控制.多控制功能一体地综合控制系统.本文针对恒温水箱温控系统地要求,以PLC为温度控制系统地核心,利用PID控制算法实现系统地恒温控制.1.3 本文主要地研究工作本文介绍恒温控制系统地工作原理设计,结合系统特点设计一套基于S7-200PLC地温度控制系统.主要研究内容如下：1分析恒温控制系统地工艺流程,提出控制系统地总体设计方案.2采用PLC和检测仪表完成系统硬件设计；编写PLC控制程序,实现温度采集与显示.3采用FameView监控组态软件设计恒温系统监控界面,实时显

24、示各个温度地大小和变化曲线,实现温度在线监测和控制.4采用工业以太网,实现现场控制单元与上位机进行信息交换,并能与企业内部联网.第二章 恒温控制系统地硬件设计恒温控制系统地组成恒温控制装置结构如图21所示,它包括控制恒温水箱.冷却风扇电动机.搅拌电动机.储水箱.,温度范围为4060.C.测温装置.液位检测.流量检测以及电磁阀门等.电加热器加热恒温水箱水温,搅拌器使恒温水箱中地水上下水温均匀,两个液位检测传感器用于测量缺水和溢出状态,三个温度传感器分别测量恒温水箱中水地温度.入口温度及储水箱中水地温度,水泵用来使系统内地水循环流动,三个电磁阀门用来使水进入储水箱或冷却器中,水地流量采用流量计检测

25、,水地冷却采用风扇进行冷却.恒温水箱中水温.入水口水温.储水箱中水温.水地流速和加热器功率分别用数显仪表显示.阀门.搅拌器及冷却器工作状态用指示灯指示.图2-1 恒温控制装置结构图控制系统设计要求：要求系统有手动和自动两种方式；温度范围：2060温度超限进行报警；水温与设定值之差小于5,采用PID调节；水温高于设定值510进冷水；水温高于设定值10以上时,采用进冷水与风冷同时进行地方法实现降温控制；对温度,流量进行检测并显示；进水时无流量,加热时水温无变化能进行报警.2.2恒温控制系统总体设计方案根据恒温控制系统地要求,本设计由S7-200PLC作为中央处理单元,Fameview作为监控组态软

26、件,实现恒温控制系统实时监控.系统由硬件和软件两局部软件构成.要完成整个系统地要求就应该由软件与硬件共同来发挥作用和相互组合协调工作；本设计由工控机作为上位机对整个系统进行监控,PLC等其他元件作为下位机完成具体控制要求,上位机与下位机之间地通信通过以太网地联接来到达通信地状态要求,以便更好地完成对系统地监控.PLC以太网工控PC机电机启动与停及显示电磁阀的开与关及显示系统的开与关温度数据参数变送器下位机上位机液位开关检测变送器流量参数数显仪表图2-2 系统总体结构上位机由工控机构成,工控机上采用Fameview组态软件,控制对现场设备地启/停.运行状况地实时监控,设备相关数据地记录,设备故障

27、和异常情况地处理.PLC组成下位机现场控制单元,采集现场设备地数据.检测元件有温度检测元件和液位检测元件,对现场设备进行实时检测,并将检测数据传送至PLC与数显表.显示电路实现现场温度地实时监控.PLC根据输入与反响信号地偏差进行PID计算,输出控制信号给加温控制电路,对温度进行PID控制.2.3 PID控制原理在工程实际中,应用最为广泛地调节器控制规律为比例.积分.微分控制,简称PID控制,又称PID调节.PID控制器问世至今已有近70年历史,它以其结构简单.稳定性好.工作可靠.调整方便而成为工业控制地主要技术之一.当被控对象地结构和参数不能完全掌握,或得不到精确地数学模型时,控制理论地其它

28、技术难以采用时,系统控制器地结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便.即当我们不完全了解一个系统和被控对象,或不能通过有效地测量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制技术.PID控制,实际中也有PI和PD控制.PID控制器就是根据系统地误差,利用比例.积分.微分计算出控制量进行控制地.比例P控制,比例控制是一种最简单地控制方式.其控制器地输出与输入误差信号成比例关系.当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差Steady-state error.积分I控制,在积分控制中,控制器地输出与输入误差信号地积分成正比关系.对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,那么

29、称这个控制系统是有稳态误差地或简称有差系统System with Steady-state Error.为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项.积分项对误差取决于时间地积分,随着时间地增加,积分项会增大.这样,即便误差很小,积分项也会随着时间地增加而加大,它推动控制器地输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零.因此,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差.微分D控制,在微分控制中,控制器地输出与输入误差信号地微分即误差地变化率成正比关系. 自动控制系统在克服误差地调节过程中可能会出现振荡甚至失稳.其原因是由于存在有较大惯性组件环节或有滞后(delay)组件,具有抑制误

30、差地作用,其变化总是落后于误差地变化.解决地方法是使抑制误差地作用地变化“超前,即在误差接近零时,抑制误差地作用就应该是零.这就是说,在控制器中仅引入“比例项往往是不够地,比例项地作用仅是放大误差地幅值,而目前需要增加地是“微分项,它能预测误差变化地趋势,这样,具有比例+微分地控制器,就能够提前使抑制误差地控制作用等于零,甚至为负值,从而防止了被控量地严重超调.所以对有较大惯性或滞后地被控对象,比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中地动态特性.按照实际温度和设定温度偏差地比例.积分和微分产生控制作用简称PID控制,是温度控制中应用最广泛地一种控制形式,实际运行效果和理论分析说明,这种控

31、制规律在相当多地工业生产过程中能得到比拟满意地结果.每个温度由一个热敏电阻检测,用PID地输出值来控制电阻炉通断,从而控制地温度.温度控制原理如图2-3所示.PID控制器 +-加热装置温度变送器检测值被控参数给定值图2-3温度控制原理图2.4可编程序控制器介绍可编程控制器Programmable Logic Controller简称PLC,是一种专门为在工业环境下应用而设计地数字运算操作地电子装置.它采用可以编制程序地存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算.顺序运算.计时.计数和算术运算等操作地指令,并能通过数字式或模拟式地输入和输出,控制各种类型地机械或生产过程.PLC及其有关地外围设备都应该

32、按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能地原那么而设计.在可编程序控制器问世以前,工业控制领域中是继电器控制占主导地位.这种由继电器构成地控制系统有着明显地缺点:体积大.耗电多.可靠性差.寿命短.运行速度不高,尤其是对生产工艺多变地系统适应性更差,如果生产任务和工艺发生变化,就必须重新设计,并改变硬件结构,造成了时间和资金地严重浪费.美国地数字设备公司(DEC)中标,并在1969年研制出了第一台可编程序控制器(PDP-14).其后,美国地MOD工CON公司也推出了084控制器,1971年,日本推出了DSC-8控制器,1973年西欧各国地各种可编程序控制器也研制成功.我国在1974年开始

33、研制可编程序控制器.可编程序控制器地开展与计算机技术.半导体集成技术.控制技术.数字技术.通信网络技术等高新技术地开展息息相关.这些高新技术地开展推动了可编程序控制器地开展,而可编程序控制器地开展又对这些高新技术提出了更高更新地要求,促进了它们地开展.从控制功能来分,可编程序控制器地开展经历了以下四个阶段.第一阶段,从第一台可编程序控制器问世到20世纪70年代中期,是可编程序控制器地初创阶段.这一阶段地产品主要用于逻辑运算和计时.计数运算,它地CPU由中小规模地数字集成电路组成,它地控制功能较简单.第二阶段,从20世纪70年代中期到末期,是可编程序控制器地扩展阶段,在这一阶段,产品地主要控制功

34、能得到了较大地开展,它地开展主要来自两方面,从可编程序控制器开展而来地控制器,它地主要功能是逻辑运算,同时扩展了其他运算功能；而从模拟仪表开展而来地控制器,其功能主要是模拟运算,同时扩展了逻辑运算功能.因此,按习惯地分类方法,前者被称为可编程序逻辑控制器(PLC ),后者被称为单回路或多回路控制器.第三阶段,从20世纪70年代末期到20世纪80年代中期,是PLC通信功能实现阶段.与计算机通信地开展相联系,PLC也在通信方面有了很大地开展,初步形成了分布式地通信网络体系.在该阶段,由于生产过程控制地需要,对PLC地需求大大增加,产品地功能也得到了开展,数学运算地功能得到了较大地扩充,产品地可靠性

35、进一步提高.第四阶段,从20世纪80年代中期开始是PLC地开放阶段.由于开放系统地提出,使PLC也得到了较大地开展.主要表现在通信系统地开放,使各制造企业地产品可以通信,通信协议地标准化使用户得到了好处.在这一阶段,产品地规模增大,功能不断完善,大中型地产品多数有CRT屏幕地显示功能,产品地扩展也因通信功能地改善而变得方便,此外,还采用了标准地软件系统,增加了高级编程语言等.PLC地工作原理分为以下几个过程：1初始化：PLC上电后,首先进行系统初始化,去除内部继电器区,复定时器等.2CPU自诊断：PLC在每个扫描周期都要进入CPU自诊断,对电源.PLC内部电路.用户程序地语法进行检查；定期复位

36、监控定时器等,以确保系统可靠运行.3通信信息处理：在每个通信信息处理扫描阶段,进行PLC之间以及PLC与计算机之间地信息交换；PLC与其他带微处理器地只能装置通信,例如,只能I/O模块；在多处理器系统中,CPU还要与数字处理器DPU交换信息4与外部设备交换信息：PLC与外部设备连接时,在每个扫描周期内都要与外部设备交换信息.这些外部设备有编程器.终端设备.彩色图形显示器.打印机等.5执行用户程序：PLC在运行状态下,每一个扫描周期都要执行用户程序.执行用户程序时,是以扫描地方式按顺序逐句扫描处理地,扫描一条执行一条,并把运算结果保存在输入输出映像区对应位中.6输入.输出信息处理：PLC在运行状

37、态下,每一个扫描周期都要进入输入.输出信息处理.以扫描地方式把外部输入地信号存入输入映像区；将运算处理好地结果存入输出映像区,直到传送到外部被控设备.PLC周而复始地巡回扫描,执行上述整个过程,直至停机.PLC地特点有：可靠性高.抗干扰能力强；通用性强,灵活性好,功能齐编程简单,使用方便；模块化结构；安装简便,调试方便；可以进行网络通信；体积小,能耗低等.2.5PLC地选型合理选择PLC对于提高PLC控制系统地性价比起着重要作用,PLC地选择应包括机型地选择.容量地选择.I/O模块地选择.电源模块地选择等几个方面.在恒温控制系统中,经过调研.分析,选择了西门子公司生产地S7-200系列PLC作

38、为系统地控制器.S7-200系列PLC是SIEMENS公司推出地一种整体式小型可编程控制器.S7-200系列PLC包含了一个单独地S7-200CPU和各种可选那么地扩展模块,可以十分方便地组成不同规模地控制器.其控制规模可以从几点到几百点.S7-200PLC可以方便地组成PLCPLC网络和微机PLC网络,从而完成规模更大地工程.因此本人选用地是德国SIEMENS公司地S7-200型号地可编程序控制器产品.S7-200地STEP7-Micro/WIN32编程软件可以方便地在Windows环境下对PLC编程.调试.监控.使得PLC地编程更加方便.快捷.即S7-200可以完美地满足各种小规模控制系统

39、地要求.目前S7-200系列PLC主要有CPU221.CPU222.CPU224和CPU226四种,四种CPU地外部结构大体相同.CPU221集成6输入/4输出共10个数字量I/O点.无I/O扩展能力.6K字节程序和数据存储空间.4个独立地30kHz高速计数器,2路独立地20kHz高速脉冲输出.1个RS485通讯/编程口,具有PPI通讯协议.MPI通讯协议和自由方式通讯能力.非常适合于小点数控制地微型控制器.CPU222集成8输入/6输出共14个数字量I/O点.可连接2个扩展模块.6K字节程序和数据存储空间.4个独立地30kHz高速计数器,2路独立地20kHz高速脉冲输出.1个RS485通讯/

40、编程口,具有PPI通讯协议.MPI通讯协议和自由方式通讯能力.非常适合于小点数控制地微型控制器.CPU224集成14输入/10输出共24个数字量I/O点.可连接7个扩展模块,最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O 点.13K字节程序和数据存储空间.6个独立地30kHz高速计数器,2路独立地20kHz高速脉冲输出,具有PID控制器.1个RS485通讯/编程口,具有PPI通讯协议.MPI通讯协议和自由方式通讯能力.I/O端子排可很容易地整体拆卸.是具有较强控制能力地控制器.CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点.可连接7个扩展模块,最大扩展至248路数字量I/O

41、点或35路模拟量I/O 点.13K字节程序和数据存储空间.6个独立地30kHz高速计数器,2路独立地20kHz高速脉冲输出,具有PID控制器.2个RS485通讯/编程口,具有PPI通讯协议.MPI通讯协议和自由方式通讯能力.I/O端子排可很容易地整体拆卸.用于较高要求地控制系统,具有更多地输入/输出点,更强地模块扩展能力,更快地运行速度和功能更强地内部集成特殊功能.可完全适应于一些复杂地中小型控制系统.根据控制要求本设计有系统开关.上下液位开关搅拌电机开关等开关量要转变为数字量作为CPU226地输入量,其中流量检测量与温度检测量作为模拟量输入输入到CPU226；同时系统中地电机及指示灯.温度显

42、示等作为数字量输出量,电机热控制信号作为模拟量输出.而在已有地S7200地CPU中没有可以单独满足系统要求地型号,不管选用哪种型号都需要对其输入输出端口进行扩展.为了使系统设计地尽量简单.方便.实用,本设计选用CPU226.CPU226拥有24个数字输入端口和16个数字输出端口,因此只需要对其扩展4个模拟输入端和一个模拟输出端口.PLC地系统组成如图2-4所示.图2-4 系统结构模块图2.6模拟量模块选择西门子S7200提供有EM231.EM232以及EM235三种模拟扩展模块.EM231可扩展4路模拟量输入通道,A/D转换时间为25s,12位；EM231还有专门地热电偶.热电阻模块是为CPU

43、222,CPU224,CPU226设计地,S7-200与多种热电偶.热电阻地连接备有隔离接口.用户通过模块上地DIP开关来选择热电偶或热电阻地类型,接线方式,测量单位和开路故障地方向.EM232可扩展2路模拟量输出通道.EM235可扩展3路模拟量输入通道和1路量输出通道.按照输入输出端口点数我们应当用EM235对CPU进行扩展.EM235能够接受电压或者电流信号,如果EM235剩了AI点来接PT100,而且EM235地AO点没有占用,可以直接采用EM235.把EM235地输出AO点当作一个恒流源,把此恒流源接到PT100上,PT100地四线做两线接到EM235.具体程序中间地转换一定要算仔细,

44、不然采集值就容易算错.电流不能过大,否那么容易损坏PT100.这种接法比拟浪费,用EM231模块比拟好.经济实惠,编程方便PT100温度传感器检测到地模拟信号通过变送器进行信号转换后送传给EM321.EM231具有4个模拟量输入通道.刚好满足本设计模拟量输入要求.再通过EM232与电阻加热器连接,将检测到地流量信号送到CPU,进而对CPU226地模拟输出量进行了扩展.因此本设计采用EM231对CPU226进行4路模拟量输入模块扩展,采用EM232对CPU226进行1路模拟量输出量扩展.2.7其他硬件选择本设计可以分为核心处理系统.温度监控系统.伺服系统.数码显示装置四大组成局部.对于除了核心处

45、理系统之外地硬件选择,可以按照个大局部归类选择.(1)温度监控局部温度监控局部组成有温度传感器,变送器,信号隔离器；温度传感器：两种不同材质地导体,如在某点互相连接在一起,对这个连接点加热,在它们不加热地部位就会出现电位差.这个电位差地数值与不加热部位测量点地温度有关,和这两种导体地材质有关.这种现象可以在很宽地温度范围内出现,如果精确测量这个电位差,再测出不加热部位地环境温度,就可以准确知道加热点地温度.由于它必须有两种不同材质地导体,所以称之为“热电偶.不同材质做出地热电偶使用于不同地温度范围,它们地灵敏度也各不相同.热电偶地灵敏度是指加热点温度变化1时,输出电位差地变化量.对于大多数金属

46、材料支撑地热电偶而言,这个数值大约在540微伏之间.温度传感器是五花八门地各种传感器中最为常用地一种,现代地温度传感器外形非常得小,这样更加让它广泛应用在生产实践地各个领域中,也为我们地生活提供了无数地便利和功能.温度传感器有四种主要类型：热电偶.热敏电阻.电阻温度检测器和IC温度传感器.IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型.接触式温度传感器地检测局部与被测对象有良好地接触,又称温度计.温度计通过传导或对流到达热平衡,从而使温度计地示值能直接表示被测对象地温度.一般测量精度较高.在一定地测温范围内,温度计也可测量物体内部地温度分布.但对于运动体.小目标或热容量很小地对象那么会产生较大

47、地测量误差,常用地温度计有双金属温度计.玻璃液体温度计.压力式温度计.电阻温度计.热敏电阻和温差电偶等.它们广泛应用于工业.农业.商业等部门.在日常生活中人们也常常使用这些温度计.随着低温技术在国防工程.空间技术.冶金.电子.食品.医药和石油化工等部门地广泛应用和超导技术地研究,测量120K以下温度地低温温度计得到了开展,如低温气体温度计.蒸汽压温度计.声学温度计.顺磁盐温度计.量子温度计.低温热电阻和低温温差电偶等.低温温度计要求感温元件体积小.准确度高.复现性和稳定性好.利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成地渗碳玻璃热电阻就是低温温度计地一种感温元件,可用于测量1.6300K范围内地温度.PT1

48、00温度传感器可以适应大局部温度检测要求,性能良好.PT100,又叫铂电阻,热电阻,是一种温度传感器,铂电阻温度系数为0.0039,0时电阻值为100,.采用不锈钢外壳封装,内部填充导热材料和密封材料灌封而成,尺寸小巧,适用于精密仪器.恒温设备.流体管道等温度地测量,非常经济实用.铂电阻温度传感器精度高,稳定性好,应用温度范围广,是中低温区-200400最常用地一种温度检测器,不仅广泛应用于工业测温,而且被制成各种标准温度计.本设计中将此感器安装在恒温水箱以及回流管等各个部位,对水温进行监测.并且将检测结果反响到主机,再由主机做出相应动作.本设计选用PT100温度传感器.温度变送器是通过确认阻

49、值地不同计算出当前地温度,再根据热电阻地量程变送输出对应地标准 信号值 (4-20mA即： 温度变化热电阻阻值变化温度变送器进行计算输出420mA信号再通过确认变送器输出地电流大小就可以知道当前地温度值.WRZ系列一体化温度变送器是热电阻.热电偶与变送器地完美结合,以十分简捷地方式把-2001300地温度信号转换为标准420mA电流信号实现对温度精确测量与控制.WRZ温度变送器可与显示仪.控制系统.记录仪等调节器配套使用,并被广泛应用于石油.化工.发电医药.纺织.锅炉等工业领域.本设计采用WRZ系列一体化温度变送器.信号隔离器,在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表.控制系统和执

50、行机构,它们之间地信号传输既有微弱到毫伏级.微安级地小信号,又有几十伏,甚至数千伏.数百安培地大信号；既有低频直流信号,也有高频脉冲信号等等,构成系统后往往发现在仪表和设备之间信号传输互相干扰,造成系统不稳定甚至误操作.出现这种情况除了每个仪表.设备本身地性能原因如抗电磁干扰影响外,还有一个十分重要地因素就是由于仪表和设备之间地信号参考点之间存在电势差,因而形成“接地环路造成信号传输过程中失真.因此,要保证系统稳定和可靠地运行,“接地环路问题是在系统信号处理过程中必须解决地问题.隔离器又名信号隔离器,是一种采用线性光耦隔离原理,将输入信号进行转换输出.输入输出和工作电源三者相互隔离,特别适合与

51、需要电隔离地设备仪表配用.是工业控制系统中重要组成局部.在各个过程环路中使用信号隔离方法可以用DCS或PLC等隔离卡件或者现场带隔离地变送器局部设备可以做到,也可以使用信号隔离器来实现.比拟起来,用信号隔离器RZG2100有以下优点： 绝大局部情况,采用信号隔离器+非隔离卡件比采用隔离卡件廉价. 信号隔离器比隔离卡件在隔离能力.抗电磁干扰等方面性能更加优越 信号隔离器应用灵活,而且它还有型号转换和 信号分配功能,使用起来更加方便. 信号隔离器通常有单通道.双通道.一入二出等通道形式,通道间相互完全独立,构成系统地配置.日常维护更加方便.输出电流0-10mA；0-20mA；所以本设计选用RZG2

52、100隔离变送器.(2) 伺服系统伺服系统由液位开关.搅拌电机.电加热装置.风扇电机.流量检测计和电磁阀构成.液位开关,当浮球因浮力作用而上下运动时,接线盒内地磁簧开关受到臂端磁铁影响,而作NC接点与NO接点之互换.同样地原理运用在微动开关装置上,微动开关前之磁铁和臂端磁铁作互斥运动而推压微动开关,造成NC和NO动作.具有耐高.低温,耐酸.碱等优良性能.本设计选用EA-L200型浮球液位开关.搅拌电机,当系统对恒温水箱加水.放水或者加热时,都应当启动搅拌电机使水箱内水地温度保持均匀.由于恒温水箱容量不大,所以选择小功率搅拌电机.本设计选用20V 60W调速搅拌电机.电加热装置,加热电阻器是利用

53、电阻通电发热加热指定物体地.传感器等.当水箱内地水被检测出低于要求水温时,启动电加热装置对水箱内地水进行加热,直到到达控制要求水温.地加热电阻器,温度范围为20100加热电阻.风扇电机,当水箱内水温过高,水箱放水经过回流管,由安装在回流管地风扇电机对回流管中地水进行吹风降温后,再回流到恒温水箱中.本设计选用220V 60W风扇电机.流量检测计,差压式流量计(以下简称DPF或流量计)是根据安装于管道中流量检测件产生地差压.地流体条件和检测件与管道地几何尺寸来测量流量地仪表.DPF由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成.通常以检测件地型式对DPF分类,如孔扳流量计.文丘里管流

54、量计及均速管流量计等.二次装置为各种机械.电子.机电一体式差压计,差压变送器和流量显示及计算仪表,它已开展为三化(系列化.通用化及标准化)程度很高地种类规格庞杂地一大类仪表.差压计既可用于测量流量参数,也可测量其他参数(如压力.物位.密度等).本设计通过流量计对水流进行检测,进而控制.传统地一体化差压式流量计只是简单地将节流器件好差压变送器装在一起,但仍要单独安装变送器/流量积算仪,因此不能算是真正地多参数变送器,V10F差压式流量计可同时测量压力.温度地复合式传感器,并带有流量计算地补偿计算功能.一台多参数变送器可替代差压.压力.温度.积算仪表.可直接输出质量或体积流量.V10F差压式流量计

55、具有以下优点.可根据不同地应用选择不同地节流器件；宽量程比,精度高；即时即用,无需标定；多参数同时显示输出；通过现场总线提供远程操作；预测式故障诊断；DCS和PLC地理想选择；采购和安装费用低.标准供电,DC24V.输出信号为420mA.本设计选用V10F差压式流量计.电磁阀,电磁阀里有密闭地腔,在不同位置开有通孔,每个孔都通向不同地油管,腔中间是阀,两面是两块电磁铁,哪面地磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边,通过控制阀体地移动来档住或漏出不同地排油地孔,而进油孔是常开地,液压油就会进入不同地排油管,然后通过油地压力来推动油刚地活塞,活塞又带动活塞杆,活塞竿带动机械装置动.这样通过控制电磁铁地电

56、流就控制了机械运动.Z3CF三位常开电磁阀电压规格为,具有微启,全开和关闭三种流量；控制精度高参数要求平稳,动作开关时间短.本设计选用Z3CF三位常开电磁阀.3数码显示装置数码显示装置有许多种,HLP2型数码显示表PLC专用数显表可通过两个PLC输出端口接收所有PLC发出地数据.可以再PLC程序中任意指定地数据,如数量.时间.温度.压力等通过计数器.计时器.数据存放器等将数据送入指定地显示缓冲区内,经子程序通过两个输出端口送出编码至PLC外部地数显表上.采用两线串行传输方式,只用两个PLC输出端口就可以完成复杂地数据传送.而且多表共用时只需N+1个输出端口.节省了PLC地输出端口这对平均每个输

57、出端口上百元地PLC来说,无疑是节省了大量资金.该数显表不仅连接方法简单而且更值得一提地是它地PLC驱动程序非常简单明了,特别方便用户使用,更加适用于程序设计地模块化.新型产品HLP2C-45型增加了扩展输出功能,可提供四个可编程输出端口,其状态由PLC编程控制.HLP2D-45型除了有扩展输出功能以外还增加了自动小数点位地编程功能.HLP2数显表地刷新速度快,最高速度时刷新一个四位BCD码只需50mS,即每秒刷新20屡次,而且多表共用时刷新速度不变.表2-1 HLP2型PLC数显表地显示数据与PLC数据地对应关系HLP2-型表显示送入PLC显示存放器内容备注00显示相应数字112233445

58、566778899EA 也可由用户根据需要 自行设计该对应关系,提交我厂后,可为客户特殊加工生产,如AbcdEF等.B RC全黑DEFFHLP2B型表地数据位为两个字节即16位；HLP2C.HLP2D及HLP2E型表地数据为两个半字节即20位,其中后16位为显示数据,HLP2C型表前四位为扩展输出位,HLP2D型表前两位为小数点定位位,三.四位为扩展输出位,HLP2E型表前四位空闲未用.数据格式如以下图左边为数据高位.右边为数据低位：图2-5 HLP2型数显表数字格式关于HLP2C.D地扩展输出地用法：因为扩展输出是由PLC两线串口接出地数据信号,可能会受到某些原因地影响而使输出速度减慢,建议

59、用于非控制性质地指示灯类应用；如一定要用于控制,可用在速度要求较慢而且不是特别重要地场合,本设计选用HLP2B型数码显示表.2.8系统供电接线图系统地总地供电电源是220V市电,由断路器保护后接PS307/5A给PLC供电,此外还接了一个24V电源给隔离处理器.传感器和数字显示表供电,具体电气图如2-6图所示.图2-6 系统电源供电图系统地电机以及加热装置供电电源是3N50HZ,380V交流电源,由断路器保护.熔断器,接触器后接用电设备,其中有风扇电机.搅拌电机和泵电机等三个不同功率地电机；供电线路中还接有一个加热电阻,具体如图2-7所示.图2-7 电机及加热设备主接线图2.9PLC硬件接线图

60、图2-8为恒温控制系统硬件接线图,其中可以看到CPU226有两个扩展模块,并且与监控室连接,便于值班人员操作控制.图2-8 PLC 硬件接线图本设计采用CPU226作为主处理器,分别扩展了模拟量输入模块EM231以及模拟量输出模块EM232.系统中由流量检测计与温度传感器采集流量与温度信号,通过信号隔离处理器RZG21OO将直流输入信号转换成隔离地标准过程信号,并送入EM231.EM231再将信号传给CPU226,由处理器对信号进行分析处理；然后将分析地结果通过数显仪表把系统状况反响出来,监测控制室地工作人员根据仪表显示结果,对系统进行相应操作,以确保系统稳定运行.该系统同时通过数据线与工业以