基于PLC的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

論文題目：溫度由繼電器控制改造PLC控制 【摘要 】可編程控制器(plc)作為傳統(tǒng)繼電器控制裝置的替代產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，由于它可通過軟件來改變控制過程，而且具有體積小，組裝靈活，編程簡(jiǎn)單抗干擾能力強(qiáng)及可靠性高等特點(diǎn)，非常適合于在惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用。本文所涉及到的溫度監(jiān)控系統(tǒng)能夠監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的溫度，并且能夠通過現(xiàn)場(chǎng)和計(jì)算機(jī)控制，其軟件控制主要是編程語言，對(duì)PLC而言是梯形語言，梯形語言是PLC目前用的最多的編程語言?！娟P(guān)鍵詞】 PLC；編程語言；溫度1 工藝過程在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)控制中，為了生產(chǎn)安全或?yàn)榱吮ＷC產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)于溫度，壓力，流量，成分，速度等一些重要的被控參數(shù)，通常需要進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的控制，以反復(fù)提醒操作人員注意，必要時(shí)采取緊急措施。溫度是工業(yè)生產(chǎn)對(duì)象中主要的被控參數(shù)之一。本設(shè)計(jì)以一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)為例，來說明PLC在模擬量信號(hào)監(jiān)測(cè)與控制中的應(yīng)用問題。2 系統(tǒng)控制要求PLC在溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)中的邏輯流程圖如圖0.1所示：如圖0.1 具體控制要求如下： 將被控系統(tǒng)的溫度控制在50度-60度之間，當(dāng)溫度低于50度或高于60度時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)調(diào)整3分鐘后仍不能脫離不正常狀態(tài)，則應(yīng)采用聲光報(bào)警，以提醒操作人員注意排除故障。系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)啟動(dòng)按紐-啟動(dòng)控制程序，設(shè)置綠，紅，黃3個(gè)指示燈來指示溫度狀態(tài)。被控溫度在要求范圍內(nèi)，綠燈亮，表示系統(tǒng)運(yùn)行正常。當(dāng)被控溫度超過上限或低于下限時(shí)，經(jīng)調(diào)整3分鐘后仍不能回到正常范圍，則紅燈或黃燈亮，并有聲音報(bào)警，表示溫度超過上限或低于下限。在被控系統(tǒng)中設(shè)置4個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)，溫度信號(hào)經(jīng)變送器變成05V的電信號(hào)（對(duì)應(yīng)溫度0100度），送入4個(gè)模擬量輸入通道。PLC讀入四路溫度值后，再取其平均值作為被控系統(tǒng)的實(shí)際值。若被測(cè)溫度超過允許范圍，按控制算法運(yùn)算后，通過模擬兩輸出通道，向被控系統(tǒng)送出010V的模擬量溫度控制信號(hào)。PLC通過輸入端口連接啟動(dòng)按鈕，通過輸出端口控制綠燈的亮滅，通過輸出端口控制紅燈的亮滅，通過輸出端口控制黃燈的亮滅。系統(tǒng)要求溫度控制在50度60度的范圍內(nèi)，為了控制方便，設(shè)定一個(gè)溫度較佳值（本題設(shè)為50度），并以此作為被控溫度的基準(zhǔn)值。另外，還需要設(shè)定輸出控制信號(hào)時(shí)的調(diào)節(jié)基準(zhǔn)量，正常情況下，輸出基準(zhǔn)量時(shí)被控制溫度接近較佳值。本例設(shè)定的基準(zhǔn)調(diào)節(jié)量相當(dāng)于PLC（輸出6V）。加熱爐一類的溫度控制對(duì)象，其系統(tǒng)本身的動(dòng)態(tài)特性基本上屬于一階滯后環(huán)節(jié)，在控制算法上可以采用PID控制。由于本系統(tǒng)溫度控制要求不高，為了簡(jiǎn)化起件，本例按P（比例）控制算法進(jìn)行運(yùn)算采樣調(diào)節(jié)周期高為1秒。實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)懶惰控制的過程包括：PLC投入運(yùn)行時(shí)，通過特殊輔助繼電器產(chǎn)生的初始化脈沖進(jìn)行初始化，包括將溫度較佳值和基準(zhǔn)調(diào)節(jié)存入有關(guān)數(shù)據(jù)寄存器，使計(jì)時(shí)用的兩個(gè)計(jì)數(shù)器復(fù)位。按啟動(dòng)按鈕，控制系統(tǒng)投入運(yùn)行。采樣時(shí)間到，則將待測(cè)的四點(diǎn)溫度值讀入PLC，然后按算術(shù)平均的辦法求出四點(diǎn)溫度的平均值Q。將Q與Qmax（溫度允許上限）比較，若也未低于下限，則說明溫度正常，等待下一次采樣。若QQmax，進(jìn)行上限處理：計(jì)算Q與上限溫度偏差，計(jì)算調(diào)節(jié)量（比例系數(shù)設(shè)為2），發(fā)出調(diào)節(jié)命令，并判斷調(diào)節(jié)時(shí)間，若調(diào)節(jié)時(shí)間太長，進(jìn)行聲光（紅燈亮）；若調(diào)節(jié)時(shí)間未到3分鐘，則準(zhǔn)備下次繼續(xù)采樣及調(diào)節(jié)。當(dāng)采樣溫度低于下限，即QQmax時(shí)，進(jìn)行下限處理：計(jì)算Q與下限溫度偏差，計(jì)算調(diào)節(jié)量，發(fā)出調(diào)節(jié)命令，并判斷調(diào)節(jié)時(shí)間，若調(diào)節(jié)時(shí)間太長，進(jìn)行聲光（黃燈亮）；若調(diào)節(jié)時(shí)間未到3分鐘，則準(zhǔn)備下次繼續(xù)采樣及調(diào)節(jié)。3.控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配控制系統(tǒng)的模塊號(hào),輸入/輸出端子號(hào),地址號(hào),信號(hào)名稱,說明如表1:模塊號(hào)輸入端子號(hào)輸出端子號(hào)地址號(hào)信號(hào)名稱說明CPU2261I0.0總啟動(dòng)開關(guān), 按扭1Q0.1加熱器輸出, 加溫2Q0.2紅燈,”1”有效指示燈3Q0.3綠燈, ”1”有效指示燈4Q0.4黃燈, ”1”有效指示燈EM2221I0.1總停止開關(guān), 按扭1Q0.5喇叭輸出, ”1”有效聲報(bào)警器EM2351AIW0遠(yuǎn)程電壓輸入12AIW2遠(yuǎn)程電壓輸入23AIW4遠(yuǎn)程電壓輸入34AIW6遠(yuǎn)程電壓輸入41AQW0遠(yuǎn)程電壓輸出1表1控制系統(tǒng)的序號(hào),名稱,地址,注釋如表1.1:序號(hào)名稱地址注釋序號(hào)名稱地址注釋1總啟動(dòng)開關(guān)I0.0上升沿有效14過程變量VD032BIT2總停止開關(guān)I0.1上升沿有效15設(shè)定值VD432BIT3加熱器Q0.1“1”有效16偏差值VD832BIT4紅燈Q0.2“1”有效17增益VD1232BIT5綠燈Q0.3“1”有效18采樣時(shí)間VD1632BIT6黃燈Q0.4“1”有效19積分時(shí)間VD2032BIT7喇叭Q0.5“1”有效20微分時(shí)間VD2432BIT8遠(yuǎn)程電壓輸入1AIW012BIT21積分前項(xiàng)VD2832BIT9遠(yuǎn)程電壓輸入2AIW212BIT22過程前值VD3232BIT10遠(yuǎn)程電壓輸入3AIW412BIT23運(yùn)行標(biāo)志M0.0“1”有效11遠(yuǎn)程電壓輸入4AIW612BIT24平均值VD4032BIT12電壓信號(hào)輸出1AQW012BIT25PID輸出VW4012BIT13PID表首地址VB08BIT26表1.14.PLC系統(tǒng)選型參照西門子ST-200產(chǎn)品目錄及市場(chǎng)實(shí)際價(jià)格，選用主機(jī)為CPU226集成了24點(diǎn)輸入16點(diǎn)輸出，共有40個(gè)數(shù)字量I/O。加上一臺(tái)擴(kuò)展模塊EM222（8繼電器輸出），再擴(kuò)展一個(gè)模擬量模塊EM235（4AI/1AO）。這樣的配置是最經(jīng)濟(jì)的。整個(gè)PLC系統(tǒng)的配置如圖所示。5.電氣控制系統(tǒng)原理圖 電氣控制系統(tǒng)原理圖包括主電路圖，控制電路圖及PLC外圍接線圖。 1） 主電路圖如圖1所示為電控系統(tǒng)主電路。一臺(tái)加熱器為M1。接觸器KM1控制著M1正常加熱，F(xiàn)R1為加熱器過載保護(hù)用的熱繼電器；QF1為斷路器；FU1為主電路的熔斷器。圖12） 控制電路圖 如圖2所示， 圖23） PLC外圍接線圖 6.主程序及梯形圖 圖31） 主程序OB11.總啟動(dòng)與總停止LD SM0.0A I0.0S Q0.1, 12.正常范圍顯示LD SM0.0AR>= VD40, 2.5S Q0.3, 1S M0.1, 13.調(diào)用子程序0以便控制LD I0.0S M0.0, 1CALL SBR_0圖44.超過上下限啟動(dòng)定時(shí)器LD M0.0LDR< VD40, 2.5OR> VD40, 3.0ALDA M0.1TON T101, 18005.定時(shí)到還不在規(guī)定范圍內(nèi)則報(bào)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, 1圖56.正常情況下的指示LD SM0.0A I0.1R M0.1, 1R Q0.1, 1R Q0.2, 1R Q0.3, 1R Q0.4, 1R Q0.5, 1圖62）設(shè)計(jì)PID參數(shù)LD M0.0MOVR 2.75, VD4MOVR 2.0, VD12MOVR 1.0, VD16MOVR 0.0, VD20MOVR 0.0, VD24MOVB 100, SMB34ATCH INT_0, 10ENI圖73）取實(shí)際溫度變量1. 四溫度傳感器電壓值送內(nèi)存LD SM0.0MOVW AIW0, VW0MOVW AIW2, VW2MOVW AIW4, VW4MOVW AIW6, VW6圖82.溫度實(shí)際電壓值送內(nèi)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圖84）PID調(diào)節(jié)與輸出1. 得到過程變量VD0LD M0.0CALL SBR_1MOVD VD40, AC0DTR AC0, AC0/R 32000.0, AC0MOVR AC0, VD0圖92.VB0號(hào)PID表LD SM0.0PID VB0, 0圖1圖103.PID調(diào)節(jié)輸出LD SM0.0MOVR VD8, AC0*R 32000.0, AC0ROUND AC0, AC0DTI AC0, VW40MOVW VW40, AQW0【結(jié)論】通過對(duì)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試，我們認(rèn)識(shí)到，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的控制，如果采用繼電控制，不僅系統(tǒng)繁瑣，調(diào)試?yán)щy，故障概率大，而且對(duì)以后的維護(hù)也帶來困難。用PLC控制除了能解決以上問題以外，還具有以下特點(diǎn)：控制條理清楚，接線簡(jiǎn)單明了。用軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電控制，減少了設(shè)計(jì)上的困難，減少了系統(tǒng)的故障。模塊化程序設(shè)計(jì)，便于調(diào)試，并且方便功能的改進(jìn)。編程圖形化，使之一目了然?！局轮x】本論文是在XXX老師老師的悉心指導(dǎo)下完成的，從論文最終完成的每一個(gè)環(huán)節(jié)，自始自終得到XXX老師老師精心指導(dǎo)和幫助。在此特向XXX老師老師表示由衷的感謝和崇高的敬意 。在設(shè)計(jì)過程中，離不開XX同事的寶貴意見以及文獻(xiàn)資料的提供，在此對(duì)幫助過我的同事再次表示衷心的感謝和祝福，祝愿在日后的工作生活中的合作能更上一層樓，大家共同進(jìn)步?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】【1】可編程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用 廖常初 重慶大學(xué)出版社【2】可編程序控制器及其應(yīng)用 萬太福 重慶大學(xué)出版社【3】畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo) 劉祖潤 機(jī)械工業(yè)出版社【4】新舊圖形符號(hào)對(duì)照讀本 兵器工業(yè)出版社【5】電力拖動(dòng)與控制 謝桂林 中國礦業(yè)大學(xué)出版社【6】工廠常用電氣設(shè)備手冊(cè)（上、中、下） 水利電力出版社【7】電氣控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 劉星平 湖南工程學(xué)院