基于plc的恒溫控制【畢業(yè)論文+cad圖紙全套】

1、<p>　　南 昌 工 程 學(xué) 院</p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) （論 文）</p><p>　　電 氣 與 電 子 工 程系 自 動 化 專業(yè)</p><p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）題目 基于PLC的恒溫控制</p><p>　　學(xué)生姓名 賴 知 淵 </p><p>　

2、　專 業(yè) 自 動 化 </p><p>　　學(xué) 號 2006100511 </p><p>　　指導(dǎo)教師 馬 永 力 </p><p>　　完成日期2009年6月21日</p><p>　　南 昌 工 程 學(xué) 院</p><p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p&

3、gt;<p>　　電氣與電子工程系 自 動 化 專業(yè)類 班</p><p>　　學(xué)生：賴 知 淵</p><p>　　日期： 自 2009年 06 月 8 日至2009 年06 月21 日</p><p>　　指導(dǎo)教師：馬 永 力</p><p>　　助

4、理指導(dǎo)教師(并指出所負(fù)責(zé)的部分)：</p><p><b>　　教研室主任：</b></p><p>　　附注:任務(wù)書應(yīng)該附在已完成的課程設(shè)計(jì)說明書首頁。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 緒 論1</p><p><b&g

5、t;　　1．1引言1</b></p><p>　　1．2 PLC在溫度控制方面的應(yīng)用1</p><p>　　第二章 課 題 分 析2</p><p>　　2.1確定系統(tǒng)功能與性能2</p><p>　　2.2系統(tǒng)硬件電路分析2</p><p>　　2.3系統(tǒng)軟件分析3</p>&l

6、t;p>　　第三章 硬 件 設(shè) 計(jì)3</p><p>　　3.1 PLC外圍電路的概述3</p><p>　　3.2 恒溫水箱系統(tǒng)4</p><p>　　3.3系統(tǒng)顯示電路4</p><p>　　3.4系統(tǒng)PID控制的實(shí)現(xiàn)5</p><p>　　第四章 軟 件 設(shè) 計(jì)6</p><

7、p>　　4.1軟件設(shè)計(jì)要求6</p><p>　　4.2系統(tǒng)資源分配6</p><p>　　輸出口的分配情況6</p><p>　　4.3程序設(shè)計(jì)流程圖7</p><p>　　第五章 設(shè)計(jì)心得10</p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><

8、p><b>　　1．1引言</b></p><p>　　可編程序控制器(Programmable Controller，簡稱PLC)是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)等高新技術(shù)的工業(yè)裝置?，F(xiàn)代PLC不僅具有傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的控制功能，而且能擴(kuò)展輸入輸出模塊，特別是可以擴(kuò)展一些智能控制模塊，構(gòu)成不同的控制系統(tǒng)，將模擬量輸入輸出控制和現(xiàn)代控制方法融為一體，實(shí)現(xiàn)智能控

9、制、閉環(huán)控制、多控制功能一體的綜合控制系統(tǒng)。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，常用閉環(huán)控制方式控制溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量，PID控制是常見的一種控制方式。由于其不需要求出控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，算法簡單、魯棒性好、可靠性高，在使用模擬量控制器的模擬控制系統(tǒng)和使用計(jì)算機(jī)(包括PLC)的數(shù)字控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。本文針對恒溫水箱溫控系統(tǒng)的要求，以PLC為溫度控制系統(tǒng)的核心，利用PID控制算法實(shí)現(xiàn)水箱的恒溫控制。</p><p

10、>　　1．2 PLC在溫度控制方面的應(yīng)用</p><p>　　這幾年P(guān)LC的嵌入式系統(tǒng)發(fā)展很快，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的的進(jìn)一步發(fā)展，PLC的體積越來越小、功能越來越強(qiáng)、性價比越來越高。PLC在溫度控制的應(yīng)用越來越廣泛，采用PLC做主控單元，無觸點(diǎn)控制，可實(shí)現(xiàn)對溫度的采集和控制的要求?，F(xiàn)在PLC控溫技術(shù)廣泛應(yīng)用于步進(jìn)控制、工業(yè)現(xiàn)場控制、機(jī)器人、工業(yè)集散控制、樓宇自動化技術(shù)等諸多領(lǐng)域。該技術(shù)的應(yīng)用使得溫控產(chǎn)

11、品朝著小型化、智能化方向發(fā)展，既提高了產(chǎn)品的功能和質(zhì)量，又降低了成本，簡化了設(shè)計(jì)，減少了資源的浪費(fèi)。</p><p>　　PLC的溫控技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)到一定階段以后，可應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場總線（FCS）控制?，F(xiàn)在PLC采用復(fù)合編程編程，功能更加強(qiáng)大了。鑒于PLC溫控技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場的廣泛應(yīng)用，該技術(shù)可構(gòu)成FCS的現(xiàn)場總線控制臺，再通過現(xiàn)場總線向控制臺傳送控制信息。作為現(xiàn)場總線控制的智能化控制模塊，PLC溫控技術(shù)在工

12、業(yè)現(xiàn)場的溫度采集和實(shí)現(xiàn)溫度控制的實(shí)時性方面在經(jīng)濟(jì)性上有著其他技術(shù)無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　第二章 課 題 分 析</p><p>　　2.1確定系統(tǒng)功能與性能 </p><p>　　此PLC恒溫控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)水箱的恒溫控制，通過PLC的模擬輸入模塊對水箱的溫度變送器、水位變送器、功率變送器、流量變送器的模擬量進(jìn)行處理。然后通過PLC的模擬輸出模塊和PID

13、控制模塊對水箱的溫度進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對水箱的恒溫控制。同時，六位LED顯示器直接跟蹤顯示被控對象的溫度值、進(jìn)水閥的流量、水箱的加熱功率，PPLC控制的LED顯示準(zhǔn)確度高，顯示清晰，穩(wěn)定可靠。根據(jù)課題要求：在PLC程序中設(shè)定水箱的恒溫值，在啟動PLC控制后啟動水泵向恒溫水箱進(jìn)水，當(dāng)水位上升到預(yù)定液位后啟動攪拌電機(jī)，測量水箱水溫并與設(shè)定值60℃比較，若溫度小于5℃，要采用PID調(diào)節(jié)加熱。水溫高于5℃，采用進(jìn)水與風(fēng)扇冷卻同時進(jìn)行降溫控制，若進(jìn)

14、水時無流量或加熱冷卻時水溫?zé)o變化時應(yīng)報(bào)警。</p><p>　　要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，對于PLC的選型至關(guān)重要。鑒于系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能，需要有優(yōu)良的PID控制器、模擬量輸入/輸出及要有足夠的輔助輸出元件，所以選擇三菱公司的FX2N-80MR-001型PLC。系統(tǒng)的報(bào)警裝置利用PLC輸出繼電器直接驅(qū)動報(bào)警器裝置進(jìn)行報(bào)警。</p><p>　　2.2系統(tǒng)硬件電路分析</p><p&

15、gt;　　系統(tǒng)硬件電路主要包括，報(bào)警電路、加熱電路、PLC外圍設(shè)備接線。通過PLC的程序控制端口的輸出電平，達(dá)到控制相關(guān)外圍電路的目的。加熱電路控制中要用到光電隔離技術(shù)。光電隔離電路的作用是在電隔離的情況下,以光為煤介傳送信號,對輸入和輸出電路可以進(jìn)行隔離.因而能有效地抑制系統(tǒng)噪聲，消除接地回路的干擾，有響應(yīng)速度較快、壽命長、體積小耐沖擊等好處，使其在強(qiáng)-弱電接口，特別是在微機(jī)系統(tǒng)的前向和后向通道中獲得廣泛應(yīng)用。</p>

16、<p><b>　　2.3系統(tǒng)軟件分析</b></p><p>　　系統(tǒng)軟件分析主要涉及到在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)恒溫控制中所需用到的相關(guān)指令和功能指令，在以硬件對應(yīng)的軟件中需用到BCD碼轉(zhuǎn)換指令，PID控制指令，區(qū)間對比指令，報(bào)警器置位指令，七段譯碼指令等。</p><p>　　第三章 硬 件 設(shè) 計(jì)</p><p>　　3.1 PLC外圍電路的

17、概述</p><p>　　PLC外圍電路主要包括模擬輸入/輸出量，PLC電源電路，光電隔離控制電路。PLC輸入/輸出電路模塊是PLC與現(xiàn)場輸入設(shè)備：限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、模擬輸入變送接口，輸出設(shè)備：驅(qū)動電磁閥、接觸器、電機(jī)、光電隔離。通過輸入/輸出模塊PLC既可以檢測到所需的過程信息，又可以將處理后的結(jié)果送給外部過程。PLC的模擬輸入模塊輸入的數(shù)據(jù)已經(jīng)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，無需再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)

18、的外部電路如圖所示：</p><p>　　3.2 恒溫水箱系統(tǒng)</p><p>　　恒溫水箱是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制的關(guān)鍵，外圍中有許多的模擬變送檢測器和相關(guān)的控制器。系統(tǒng)圖如下所示：</p><p><b>　　3.3系統(tǒng)顯示電路</b></p><p>　　顯示電路是實(shí)現(xiàn)控制更加直觀的關(guān)鍵所在，在本系統(tǒng)中用六塊DCD_HEX_

19、DIG_RED七段顯示管，在PLC輸出的BCD碼直接顯示水箱溫度值、進(jìn)水閥的流量、水箱的加熱功率，電路圖如下：</p><p>　　3.4系統(tǒng)PID控制的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　用PLC對模擬量進(jìn)行PID控制主要有3種方法，分別是使用PID過程控制模塊、使用PID功能指令和自編程序?qū)崿F(xiàn)。PID過程控制模塊價格較高，一般用于大型復(fù)雜的控制系統(tǒng)，而自編程序比較復(fù)雜，基于此，系統(tǒng)采用PID功能

20、指令進(jìn)行PID閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)溫度的智能控制PLC的PID控制器的設(shè)計(jì)是以連續(xù)系統(tǒng)的PID控制規(guī)律為基礎(chǔ)，將其數(shù)字化寫成離散形式的PID控制方程，再跟據(jù)離散方程進(jìn)行控制程序設(shè)計(jì)?；赑LC的閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖所示，圖中虛線框部分在PLC內(nèi)。</p><p>　　在連續(xù)系統(tǒng)中，PID控制的輸入輸出關(guān)系式為：</p><p>　　式中；M( t)為控制器的輸出量，Mo為輸出的初始值；P(t )為給

21、定值與被控變量的誤差信號；K。比例系數(shù)} 積分時間常數(shù)}To微分時間常數(shù)。</p><p>　　第四章 軟 件 設(shè) 計(jì)</p><p><b>　　4.1軟件設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　此恒溫控系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)控制功能，軟件部分要達(dá)到以下幾個功能：數(shù)據(jù)處理功能，溫度流量、功率數(shù)據(jù)的送顯功能，報(bào)警功能，判斷溫度是否恒定，PID控制功能的實(shí)現(xiàn)。

22、</p><p><b>　　4.2系統(tǒng)資源分配</b></p><p>　?。?）輸入口的分配如下表：</p><p><b>　　輸入口的分配情況</b></p><p>　　輸出口 功 能</p><

23、;p>　　X0 啟 動 按 鈕 SB1</p><p>　　X1 液 面 檢 測 KA1</p><p>　　X2 溫 度 變 送 器 KA2</p>&l

24、t;p>　　X3 流 量 變 送 器 KA3</p><p>　　X4 功 率 變 送 器 KA4</p><p>　?。?）輸出口的分配如下表：</p><p><b>　　輸出口的分配情況</b&g

25、t;</p><p>　　輸出口 功 能 </p><p>　　Y1 進(jìn) 水 閥 YA1</p><p>　　Y2 攪 拌 電 機(jī) YA2

26、</p><p>　　Y3 風(fēng) 扇 YA3</p><p>　　Y4 加 熱 爐 YA4</p><p>　　Y5 報(bào) 警 器 YA5</p><p>

27、　　Y10～Y177 段 數(shù) 碼 溫 度 顯 示 器</p><p>　　Y20～Y277 段 數(shù) 碼 流 量 顯 示 器</p><p>　　Y30～Y377 段 數(shù) 碼 功 率 顯 示 器</p><p>　　4.3程序

28、設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)恒溫控制的要求，要用到多個功能指令。區(qū)間比較指令（FNC11 ZCP）,BCD轉(zhuǎn)換指令（FNC18 BCD）,報(bào)警置位/置位指令（FNC46 ANS/FNC47 ANR）,讀/寫特殊功能指令（FNC78 FROM/FNC79 TO）,BCD七段顯示譯碼指令（FNC74 SEGL）,PID運(yùn)算指令(FNC88 PID）。</p><p>

29、;　　程序設(shè)計(jì)流程圖如下：</p><p><b>　　程序如右：</b></p><p>　　梯形圖如下所示： </p><p><b>　　第五章 設(shè)計(jì)心得</b></p><p>　　為期兩周的PLC課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，兩周期間收獲很多。對PLC的應(yīng)用有了一個較系統(tǒng)的認(rèn)識。在接到任務(wù)書的時候沒

30、點(diǎn)頭緒，甚至有點(diǎn)懷疑自己能不能完成設(shè)計(jì)，經(jīng)過馬永力老師的耐心講解和分析信心又回來了。在設(shè)計(jì)的過程中增強(qiáng)了自己的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，做到了舉一反三。</p><p>　　通過此次課程設(shè)計(jì)，自己分析問題解決問題的能力的能力又得到進(jìn)一步的提高，為今后的設(shè)計(jì)工作奠定了一些基礎(chǔ)。但是從中也發(fā)現(xiàn)不少問題，基礎(chǔ)知識不是很牢靠，吃的不是很透。PLC恒溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)還有很多可以改進(jìn)的東西，有很多程序可以應(yīng)用三菱系列PLC的特殊功能模塊來實(shí)