基于PLC的溫度控制系統(tǒng)

目錄一、前言11、可編程序控制器的歷史與發(fā)展12、PLC的定義23、FX系列PLC簡介3二、系統(tǒng)設(shè)計51、系統(tǒng)介紹52、系統(tǒng)硬件設(shè)計53、系統(tǒng)軟件設(shè)計73.1、模擬量與數(shù)字量的對應(yīng)關(guān)系73.2、系統(tǒng)順序功能圖73.3、系統(tǒng)梯形圖83.4、系統(tǒng)指令表9三、總結(jié)10四、參考文獻(xiàn)11五、附錄111.課題介紹112.控制要求11一、前言1、可編程序控制器的歷史與發(fā)展 1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GM），為了適應(yīng)汽車型號不斷更新的需要，提出了十條技術(shù)指標(biāo)在社會上公開招標(biāo)，制造一種新型的工業(yè)控制裝置在機(jī)床工業(yè)的發(fā)展過程中，提高機(jī)床的加工速度和加工精度，始終是人們努力解決的相互制約的兩大課題，也是推動機(jī)床電氣控制系統(tǒng)發(fā)展的動力。電力拖動控制、電力電子、檢測、計算機(jī)和控制理論的發(fā)展，為機(jī)床電氣控制系統(tǒng)不斷發(fā)展提供了物質(zhì)和科技條件。20世紀(jì)40年代以前，機(jī)床的電氣控制主要采用交流電動機(jī)拖動的繼電器-接觸器控制。由于當(dāng)時的交流電動機(jī)難以實(shí)現(xiàn)調(diào)速，只能通過皮帶、齒輪等機(jī)械機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)有級變速，因而機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，同時還限制了加工精度的提高。繼電器-接觸器控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床的各種運(yùn)動控制（如啟動、制動、反轉(zhuǎn)、變速等），并可實(shí)現(xiàn)邏輯控制、聯(lián)鎖控制、異地控制等，因而大大提高了機(jī)床的自動化水平，有助于減輕工人的勞動強(qiáng)度。這種控制系統(tǒng)技術(shù)簡單、易于掌握，至今仍被廣泛采用。 繼電器-接觸器控制系統(tǒng)是由各種電器組成的，而這些電器的機(jī)械動作壽命是有限的，必須按時更換損壞的電器，以免影響系統(tǒng)的可靠性。另外，根據(jù)加工工藝的要求，需要改變控制邏輯關(guān)系時，必須修改線路，重新安裝配線，這對現(xiàn)代機(jī)床的控制要求是很不適應(yīng)的。20世紀(jì)40年代后，發(fā)電機(jī)-電動機(jī)、交磁放大機(jī)-電動機(jī)等直流調(diào)速系統(tǒng)，以其優(yōu)良的調(diào)速性能，被廣泛用于大型機(jī)床的主拖動和進(jìn)給拖動系統(tǒng)中。不僅提高了機(jī)床的加工性能，還簡化了機(jī)床的傳動機(jī)構(gòu)。 近年來，由于電力電子器件及其變換技術(shù)的發(fā)展和矢量控制技術(shù)的應(yīng)用，交流調(diào)速系統(tǒng)有了很大的發(fā)展，在調(diào)速性能上完全可以與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美，加之性能可靠、維護(hù)方便，因而在星帶機(jī)床中逐步取代著直流調(diào)速系統(tǒng)。在機(jī)床的控制方面，今年出現(xiàn)的可編程控制器（PLC）已廣泛用于電氣控制系統(tǒng)中?？删幊炭刂破鞑粌H可以按事先編好的程序進(jìn)行各種邏輯控制，還具有隨意編程、自動診斷、通用性好、體積小、可靠性高的特點(diǎn)。因此，可編程控制器正逐步取代著繼電器接觸器控制系統(tǒng)?？梢灶A(yù)料，隨著科學(xué)季度的發(fā)展，機(jī)床PLC電氣控制系統(tǒng)將繼續(xù)向更高的方向發(fā)展，以不斷提高機(jī)床的加工精度、生產(chǎn)效率和自動化水平。 2、PLC的定義 國際電工委員會（ IEC）于 1982年11月和 1985年1月對可編程序控制器作了如下的定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的命令，并通過數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計”。PLC按結(jié)構(gòu)可以分為一下幾類： 整體式PLC： 又稱單元式或箱體式。整體式PLC是將電源、CPU、I0部件都集中裝在一個機(jī)箱內(nèi)。一般小型PLC采用這種結(jié)構(gòu)。 模塊式PLC：將PLC各部分分成若干個單獨(dú)的模塊，如 CPU模塊、I0模塊、電源模塊和各種功能模塊。模塊式PLC由框架和各種模塊組成。模塊插在插座上。一般大、中型PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)，有的小型PLC也采用這種結(jié)構(gòu)。 有的PLC將整體式和模塊式結(jié)合起來，稱為疊裝式PLC。3、FX系列PLC簡介 FX系列PLC為單元型，內(nèi)含CPU、電源和固定搭配的輸入/輸出。 Q4AR系列為雙機(jī)熱備系列，最大輸入輸出點(diǎn)數(shù)為8192點(diǎn)。 A系列PLC的最大輸入輸出點(diǎn)數(shù)為2048點(diǎn)。 F系列程控器的最大輸入輸出點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)。三菱小型 FX 2（N）系列程控器的輸入輸出點(diǎn)最大不超過256點(diǎn)。每臺主機(jī)可連模入、模出、高速記數(shù)、定位等特殊功能模塊，不超過8個。 FX系列在日本三菱的姬路制作所生產(chǎn)。三菱姬路制作所累計已生產(chǎn)超過三百萬臺 FX系列 PLC。目前FX系列PLC為中國內(nèi)地銷量最多的小型PLC。 FX 系列PLC根據(jù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)不同及功能分為多個不同的系列：輸入出點(diǎn)數(shù)在30點(diǎn)以內(nèi)可使用 FX1S系列輸入出點(diǎn)數(shù)在128點(diǎn)以內(nèi)可使用FX1N系列輸入出點(diǎn)數(shù)在256點(diǎn)以內(nèi)可使用 FX2N系列 FX2N 系列 PLC 的特點(diǎn) FX2N是FX2的持續(xù),基本單元 (16128點(diǎn)) 有繼電器或晶體管輸出,最多可擴(kuò)展到256點(diǎn). 內(nèi)置有8K步RAM (最多可擴(kuò)展到16K步)可選用存儲卡盒, 有RAM, EPROM和EEPROM FX2N系列 PLC 的特點(diǎn)超高速的運(yùn)算速度 0.08微秒. 比FX2的0.48微秒快六倍.容量極大8K步(最大16K步).比FX2大四倍.機(jī)體小型化 比FX2小50% .兼容FX2的編程設(shè)計.備有多種不同的FX2N擴(kuò)展單元及特殊模塊.通訊功能擴(kuò)展模塊低成本模板化FX2N-xxxBD 更多通訊/網(wǎng)絡(luò)功能,RS232, RS422, RS485. 更便宜的配置.兼用FX0N的擴(kuò)展單元及特殊模塊. 可增加多一個通道,如: 連接一臺人機(jī)界面顯示單元DU，另外一個連接編程器；或連接二臺DU. 豐富的軟元件輔助繼電器(M): 3072點(diǎn)+256點(diǎn) 狀態(tài)繼電器(S): 1000點(diǎn) 計數(shù)器(C): 235點(diǎn) 定時器(T): 256點(diǎn)(積算定時器1ms 4點(diǎn)，10ms 6點(diǎn)) 數(shù)據(jù)寄存器(D): 200點(diǎn)+7800點(diǎn)（按需設(shè)置) 變址寄存器（V，Z)：16點(diǎn) 堆棧指針(P): 128點(diǎn) 中斷指針(I): 15點(diǎn) 內(nèi)附高速計數(shù)器 單向計數(shù)器: 60KHz 2點(diǎn), 10KHz 4點(diǎn)雙向計數(shù)器: 30KHz 1點(diǎn), 5KHz 1點(diǎn) 。二、系統(tǒng)設(shè)計1、系統(tǒng)介紹本系統(tǒng)的被控對象是1KW電加熱管，被控制量是水箱的水溫T，PLC的模擬量輸出控制調(diào)功器的輸出，由調(diào)功器控制電加熱管的通斷，被控對象為水箱中的單相電熱管，被控制量為水箱水溫。它由鉑電阻PT100測定，輸入到溫度變送器上，量程為0100。溫度變送器變換為420mA傳送給PLC的模擬量輸入通道。根據(jù)給定值加上dF與測量的溫度值相比較的結(jié)果，PLC模擬量輸出通道向晶閘管調(diào)功器發(fā)出控制信號，從而達(dá)到控制水箱溫度的目的2、系統(tǒng)硬件設(shè)計根據(jù)對工藝動作的分析，確定控制系統(tǒng)所需要的輸入輸出點(diǎn)數(shù)為1/3點(diǎn)。選用FX系列PLC, 輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配如表2-1所示，由于系統(tǒng)必須對溫度信號進(jìn)行采集和控制，還必須使用到模擬量輸入/輸出模塊FX-4AD模塊、晶閘管跳功模塊、溫度變送器，PLC的外部接線原理圖如圖2-1所示。信號名稱外部元件內(nèi)部地址總停按鈕SB1X0信號名稱輔助繼電器輸出繼電器加熱控制M0Y0持續(xù)加熱控制M1Y1停止加熱控制M2Y2如表2-1、輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配如圖2-1、PLC的外部接線原理圖3、系統(tǒng)軟件設(shè)計 3.1、模擬量與數(shù)字量的對應(yīng)關(guān)系 轉(zhuǎn)化時應(yīng)綜合考慮變送器的輸出、出入量程和模擬量輸入模塊的量程，找出被測物理量的=與A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。 根據(jù)系統(tǒng)要求，所要測量的溫度量程為0-100C,所對應(yīng)的數(shù)據(jù)量為0-2000，由此可根據(jù)公式： 測量溫度=(100*D0/2000)C=0.05D0C其中，D0為PLC轉(zhuǎn)換出來的數(shù)字量3.2、系統(tǒng)順序功能圖 3.3、系統(tǒng)梯形圖 3.4、系統(tǒng)指令表三、總結(jié)四、參考文獻(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)計指導(dǎo) 劉祖潤 機(jī)械工業(yè)出版社4.新舊圖形符號對照讀本 兵器工業(yè)出版社5.電力拖動與控制 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（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)院五、附錄1.課題介紹本系統(tǒng)的被控對象是1KW電加熱管，被控制量是水箱的水溫T，PLC的模擬量輸出控制調(diào)功器的輸出，由調(diào)功器控制電加熱管的通斷，被控對象為水箱中的單相電熱管，被控制量為水箱水溫。它由鉑電阻PT100測定，輸入到溫度變送器上，量程為0100。溫度變送器變換為420mA傳送給PLC的模擬量輸入通道。根據(jù)給定值加上dF與測量的溫度值相比較的結(jié)果，PLC模擬量輸出通道向晶閘管調(diào)功器發(fā)出控制信號，從而達(dá)到控制水箱溫度的目的。2.控制要求設(shè)計PLC模擬量輸入輸出的閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水箱的自動調(diào)節(jié)和控制。11