基于PLC的温度控制系统.doc

目录一、前言11、可编程序控制器的历史与发展12、PLC的定义23、FX系列PLC简介3二、系统设计51、系统介绍52、系统硬件设计53、系统软件设计73.1、模拟量与数字量的对应关系73.2、系统顺序功能图73.3、系统梯形图83.4、系统指令表9三、总结10四、参考文献11五、附录111.课题介绍112.控制要求11一、前言1、可编程序控制器的历史与发展 1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标在社会上公开招标，制造一种新型的工业控制装置在机床工业的发展过程中，提高机床的加工速度和加工精度，始终是人们努力解决的相互制约的两大课题，也是推动机床电气控制系统发展的动力。电力拖动控制、电力电子、检测、计算机和控制理论的发展，为机床电气控制系统不断发展提供了物质和科技条件。20世纪40年代以前，机床的电气控制主要采用交流电动机拖动的继电器-接触器控制。由于当时的交流电动机难以实现调速，只能通过皮带、齿轮等机械机构来实现有级变速，因而机床的机械结构比较复杂，同时还限制了加工精度的提高。继电器-接触器控制系统可以实现机床的各种运动控制（如启动、制动、反转、变速等），并可实现逻辑控制、联锁控制、异地控制等，因而大大提高了机床的自动化水平，有助于减轻工人的劳动强度。这种控制系统技术简单、易于掌握，至今仍被广泛采用。 继电器-接触器控制系统是由各种电器组成的，而这些电器的机械动作寿命是有限的，必须按时更换损坏的电器，以免影响系统的可靠性。另外，根据加工工艺的要求，需要改变控制逻辑关系时，必须修改线路，重新安装配线，这对现代机床的控制要求是很不适应的。20世纪40年代后，发电机-电动机、交磁放大机-电动机等直流调速系统，以其优良的调速性能，被广泛用于大型机床的主拖动和进给拖动系统中。不仅提高了机床的加工性能，还简化了机床的传动机构。 近年来，由于电力电子器件及其变换技术的发展和矢量控制技术的应用，交流调速系统有了很大的发展，在调速性能上完全可以与直流调速系统相媲美，加之性能可靠、维护方便，因而在星带机床中逐步取代着直流调速系统。在机床的控制方面，今年出现的可编程控制器（PLC）已广泛用于电气控制系统中。可编程控制器不仅可以按事先编好的程序进行各种逻辑控制，还具有随意编程、自动诊断、通用性好、体积小、可靠性高的特点。因此，可编程控制器正逐步取代着继电器接触器控制系统。可以预料，随着科学季度的发展，机床PLC电气控制系统将继续向更高的方向发展，以不断提高机床的加工精度、生产效率和自动化水平。 2、PLC的定义 国际电工委员会（ IEC）于 1982年11月和 1985年1月对可编程序控制器作了如下的定义：“可编程序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储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式模拟式的输入和输出，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联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计”。PLC按结构可以分为一下几类： 整体式PLC： 又称单元式或箱体式。整体式PLC是将电源、CPU、I0部件都集中装在一个机箱内。一般小型PLC采用这种结构。 模块式PLC：将PLC各部分分成若干个单独的模块，如 CPU模块、I0模块、电源模块和各种功能模块。模块式PLC由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般大、中型PLC采用模块式结构，有的小型PLC也采用这种结构。 有的PLC将整体式和模块式结合起来，称为叠装式PLC。3、FX系列PLC简介 FX系列PLC为单元型，内含CPU、电源和固定搭配的输入/输出。 Q4AR系列为双机热备系列，最大输入输出点数为8192点。 A系列PLC的最大输入输出点数为2048点。 F系列程控器的最大输入输出点数为256点。三菱小型 FX 2（N）系列程控器的输入输出点最大不超过256点。每台主机可连模入、模出、高速记数、定位等特殊功能模块，不超过8个。 FX系列在日本三菱的姬路制作所生产。三菱姬路制作所累计已生产超过三百万台 FX系列 PLC。目前FX系列PLC为中国内地销量最多的小型PLC。 FX 系列PLC根据输入输出点数不同及功能分为多个不同的系列：输入出点数在30点以內可使用 FX1S系列输入出点数在128点以內可使用FX1N系列输入出点数在256点以內可使用 FX2N系列 FX2N 系列 PLC 的特点 FX2N是FX2的持续,基本单元 (16128点) 有继电器或晶体管输出,最多可扩展到256点. 內置有8K步RAM (最多可扩展到16K步)可选用存储卡盒, 有RAM, EPROM和EEPROM FX2N系列 PLC 的特点超高速的运算速度 0.08微秒. 比FX2的0.48微秒快六倍.容量极大8K步(最大16K步).比FX2大四倍.机体小型化 比FX2小50% .兼容FX2的编程设计.备有多种不同的FX2N扩展单元及特殊模块.通讯功能扩展模块低成本模板化FX2N-xxxBD 更多通讯/网络功能,RS232, RS422, RS485. 更便宜的配置.兼用FX0N的扩展单元及特殊模块. 可增加多一个通道,如: 连接一台人机界面显示单元DU，另外一个连接编程器；或连接二台DU. 丰富的软元件辅助继电器(M): 3072点+256点 状态继电器(S): 1000点 计数器(C): 235点 定时器(T): 256点(積算定时器1ms 4点，10ms 6点) 数据寄存器(D): 200点+7800点（按需设置) 变址寄存器（V，Z)：16点 堆栈指針(P): 128点 中断指針(I): 15点 內附高速计数器 单向计数器: 60KHz 2点, 10KHz 4点双向计数器: 30KHz 1点, 5KHz 1点 。二、系统设计1、系统介绍本系统的被控对象是1KW电加热管，被控制量是水箱的水温T，PLC的模拟量输出控制调功器的输出，由调功器控制电加热管的通断，被控对象为水箱中的单相电热管，被控制量为水箱水温。它由铂电阻PT100测定，输入到温度变送器上，量程为0100。温度变送器变换为420mA传送给PLC的模拟量输入通道。根据给定值加上dF与测量的温度值相比较的结果，PLC模拟量输出通道向晶闸管调功器发出控制信号，从而达到控制水箱温度的目的2、系统硬件设计根据对工艺动作的分析，确定控制系统所需要的输入输出点数为1/3点。选用FX系列PLC, 输入输出点数的分配如表2-1所示，由于系统必须对温度信号进行采集和控制，还必须使用到模拟量输入/输出模块FX-4AD模块、晶闸管跳功模块、温度变送器，PLC的外部接线原理图如图2-1所示。信号名称外部元件内部地址总停按钮SB1X0信号名称辅助继电器输出继电器加热控制M0Y0持续加热控制M1Y1停止加热控制M2Y2如表2-1、输入输出点数的分配如图2-1、PLC的外部接线原理图3、系统软件设计 3.1、模拟量与数字量的对应关系 转化时应综合考虑变送器的输出、出入量程和模拟量输入模块的量程，找出被测物理量的=与A/D转换后的数据之间的关系。 根据系统要求，所要测量的温度量程为0-100C,所对应的数据量为0-2000，由此可根据公式： 测量温度=(100*D0/2000)C=0.05D0C其中，D0为PLC转换出来的数字量3.2、系统顺序功能图 3.3、系统梯形图 3.4、系统指令表三、总结四、参考文献1.可编程序控制器的编程方法与工程应用 廖常初 重庆大学出版社2.可编程序控制器及其应用 万太福 重庆大学出版社3.毕业设计指导 刘祖润 机械工业出版社4.新旧图形符号对照读本 兵器工业出版社5.电力拖动与控制 谢桂林 中国矿业大学出版社6.工厂常用电气设备手册（上、中、下） 水利电力出版社7.电气控制技术实验指导书 刘星平 湖南工程学院五、附录1.课题介绍本系统的被控对象是1KW电加热管，被控制量是水箱的水温T，PLC的模拟量输出控制调功器的输出，由调功器控制电加热管的通断，被控对象为水箱中的单相电热管，被控制量为水箱水温。它由铂电阻PT100测定，输入到温度变送器上，量程为0100。温度变送器变换为420mA传送给PLC的模拟量输入通道。根据给定值加上dF与测量的温度值相比较的结果，PLC模拟量输出通道向晶闸管调功器发出控制信号，从而达到控制水箱温度的目的。2.控制要求设计PLC模拟量输入输出的闭环控制系统，实现水箱的自动调节和控制。11