基于PLC温度控制系统的设计本科生毕业设计论文.doc
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1、 南京工程学院 自动化学院自动化学院 本科毕业设计(论文)本科毕业设计(论文) 题目: 基于基于 PLC 温度控制系统的设计温度控制系统的设计 专 业: 测控技术与仪器测控技术与仪器 Graduation Design (Thesis) The Design Of The Temperature Examination In PLC Temperature Control System By WANG Zhu Jie Supervised by Prof. XIA Qing Guan Associate Prof. LU Hong School of Automation Nanjing In
2、stitute of Technology June, 2011 毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文) ,是我个人在指导教 师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别 加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过 的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位 或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人 或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日 期: 使用授权说明使用授权说明 本人完全了
3、解 大学关于收集、保存、使用毕业设计(论 文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和 电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并 提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其 它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论 文的部分或全部内容。 作者签名: 日 期: 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行 研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
4、 本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 日期: 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定, 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版, 允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名:日期: 年 月 日 导师签名: 日期: 年 月 日 指导教师评阅书指导教师评阅书 指导教师评价:指导教师评价: 一、撰写(设计)过程 1、学生在论文(设计)过程中的治
5、学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格 2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格 3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格 4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格 5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格 二、论文(设计)质量 1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范? 优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)? 优 良 中 及格 不及格 三、论文(设计)水平 1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良
6、中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意?设计是否有创意? 优 良 中 及格 不及格 3、论文(设计说明书)所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 建议成绩:建议成绩: 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 (在所选等级前的内画“”) 指导教师:指导教师: (签名) 单位:单位: (盖章) 年年 月月 日日 评阅教师评阅书评阅教师评阅书 评阅教师评价:评阅教师评价: 一、论文(设计)质量一、论文(设计)质量 1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范? 优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)? 优 良 中 及格 不及格 二、论文(设计)水平二、
7、论文(设计)水平 1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意?设计是否有创意? 优 良 中 及格 不及格 3、论文(设计说明书)所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 建议成绩:建议成绩: 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 (在所选等级前的内画“”) 评阅教师:评阅教师: (签名) 单位:单位: (盖章) 年年 月月 日日 南京工程学院自动化学院本科毕业设计(论文) I 教研室(或答辩小组)及教学系意见教研室(或答辩小组)及教学系意见 教研室(或答辩小组)评价:教研室(或答辩小组)评价: 一、答辩过程一、答辩过程 1、毕
8、业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格 2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格 3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格 二、论文(设计)质量二、论文(设计)质量 1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范? 优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)? 优 良 中 及格 不及格 三、论文(设计)水平三、论文(设计)水平 1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意?设计是否有创意? 优 良 中 及格 不及格 3、论文(设计说明书)所
9、体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 评定成绩:评定成绩: 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 (在所选等级前的内画“”) 教研室主任(或答辩小组组长):教研室主任(或答辩小组组长): (签名) 年年 月月 日日 教学系意见:教学系意见: 系主任:系主任: (签名) 年年 月月 日日 南京工程学院自动化学院本科毕业设计(论文) II 摘摘 要要 本文介绍 基于 PLC 的温度控制系统 的设计,包括 A/D 转换、标度变换 、 温度检测环节 、积分分离 PID 算法以及过零数字触发电路 的设计。 主要内 容:实际温度经温度传感器检测,得到模拟电压值,模拟量再经A/D 转换 和标度变换后
10、得到实际炉温。数字控制器根据恒温给定值与实际温度的偏差 e(k)按积分分离 PID 控制算法,得到输出控制量u(k) ,控制可控硅导 通时间,调节炉温的变化使之与给定恒温值一致。达到恒温控制目的。本系 统对温度检测 和调节环节做了进一步的优化设计,使该系统更实用、易行 和可靠,同时也提高了产品质量和减轻人工劳力负担。它在实际应用中具 有一定参考价值。 关键词:关键词:温度检测;温度传感器;A/D 转换;PID 南京工程学院自动化学院本科毕业设计(论文) III ABSTRACT The introduction of temperature-based PLC control system d
11、esign, including A/D conversion, scaling transformation, temperature checking links, scoring a zero separation PID algorithms and digital triggering circuit design. Main elements : the actual temperature of the test temperature sensors, analog voltage is the value, volume via simulation A/D after hi
12、s conversion and scaling practical furnace temperature. Digital signal controllers will be under constant temperature to the value and the actual temperature deviations e (k) by scoring separation PID control algorithms, with the volume of export control u (k), lead-time silicon-controlled rectifier
13、 control, regulate furnace temperature changes to the current agreement with the given constant temperature. Achieve thermostatic control purposes. Temperature of the system to do further testing and regulatory aspects of the design optimization, enabling the system more practical and easy OK and re
14、liable, while also raising product quality and reducing the burden of manual labor. It must have practical application in reference value. Key words:temperature testing; Temperature sensors; A/D conversion; PID 南京工程学院自动化学院本科毕业设计(论文) IV 目目 录录 前言前言1 第一章第一章 系统总体方案系统总体方案2 第二章第二章 系统硬件设计系统硬件设计4 2.1 PLC 选择
15、 .4 2.1.1 FX2N-48MR-001PLC4 2.1.2 FX2N-4AD 特殊功能模块 5 2.2 硬件电路设计.7 2.2.1 温度值给定电路8 2.2.2 温度检测电路8 2.2.3 过零检测电路10 2.2.4 晶闸管电功率控制电路.10 2.2.5 脉冲输出通道13 2.2.6 报警指示与显示电路.13 2.2.7 复位电路14 第三章第三章 系统软件设计系统软件设计 15 3.1 编程与通信软件的使用.15 3.2 程序设计.16 3.3 系统程序流程图.17 3.4 控制系统控制程序的开发.18 3.4.1 温度设计18 3.4.2 A/D 转换功能模块.18 3.4.
16、3 标度变换程序20 3.4.4 恒温控制程序20 3.4.5 数字触发器程序设计24 3.4.6 显示程序26 3.4.7 恒温指示程序27 3.4.8 报警程序27 第四章第四章 总结与展望总结与展望 28 4.1 总结.28 4.2 展望.28 致谢致谢29 南京工程学院自动化学院本科毕业设计(论文) V 参考文献参考文献.30 附录一:三菱附录一:三菱 FX 系列系列 PLC 指令一览表指令一览表31 附录二:热电偶温度传感器和信号放大器附录二:热电偶温度传感器和信号放大器33 附录三:系统程序(梯形图)附录三:系统程序(梯形图)36 南京工程学院自动化学院本科毕业设计(论文) 1 前
17、前 言言 随着时代的发展 ,当今的技术日趋完善,竞争也愈演愈烈 ;传统的人工 的操作已不能满足于目前的制造业前景 ,也无法保证更高质量的要求和提升 高新技术企业的形象。 在生产实践中 ,自动化给人们带来了极大的便利和产品质量上的保证, 同时也减轻了人员的劳动强度 ,减少了人员上的编制。在许多复杂的生产过 程中难以实现的目标控制、整体优化、最佳决策等,熟练的操作工、技术 人员或专家、管理者却能够容易判断和操作,可以获得满意的效果。人工 智能的研究目标正是利用计算机来实现、模拟这些智能行为,通过人脑与 计算机协调工作 ,以人机结合的模式 ,为解决十分复杂的问题寻找最佳的途 径。 可编程序控制器是一
18、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。 在工业生产过程中,加热炉温度控制是十分常见的。温度控制的传统方 法是人工 仪表控制。其重复性差,工艺要求难以保证,人工劳动强度大。 目前大多数使用微机代替常规控制。以微机为核心控制系统虽然成本较低, 但微机的可靠性和抗干扰性较差而使其硬件设计较复杂。而以PLC 为核心 的控制系统,虽然成本较高,但PLC 本身就有很强的抗干扰性和可靠性, 因而系统的硬件设计也简单得多。所以,相
19、比较于微机控制,PLC 控制在 过程控制方面更具有优势。这种系统控制精度高、重复性好、自动化程度高, 可以大大提高产品质量和减轻工人的劳动负担。本文介绍了以PLC 为核心 实现 PID 算法的温度控制系统的设计方法。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计(论文) 2 第第一一章章 系系统统总总体体方方案案 根据设计任务和要求,采用常规PID 控制的温度控制系统结构如图 1-1 所示。 图 1-1 常规 PID 温度控制系统的结构 对应图 1-1 的系统结构,确定总体设计方案如图1-2 所示: 图 1-2 总体设计方案 该总体方案主要由以下几个部分组成 (1)温度值给定电路:主要功能是在给定值输入
20、允许的情况下,接收 十进制温度值给定。(给定值范围为 280700) 。 (2)PLC:主要完成 PID 调节功能以及数据变换。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计(论文) 3 (3)电源同步信号产生电路:主要功能是产生与电源同步的周波信号。 电源周波信号用作数字触发电路的输入信号。 (4)数字触发电路:主要功能是输出晶闸管触发脉冲,触发晶闸管导 通,根据数字控制器的输出值,控制晶闸管的导通周波个数,以达到电功率 控制功能。 (5)温度检测电路:主要功能是将温度传感器的输出信号进行放大, 并进行 A/D 转换。 (6)温度显示与报警指示电路:主要功能是完成电阻炉温度的实时显 示以及故障报警和恒
21、温指示。 (7)复位电路:完成系统的运行 /停止。 系统工作原理:温度传感器将炉温变换为模拟信号,经低通滤波器滤掉 干扰信号后送放大器,将信号放大后送A/D 模块转换为数字量送 PLC, 数字量经标度变换,得到实际炉温。数字控制器根据恒温给定值与实 0 Q 际炉温 Q 的偏差 e(k)按积分分离 PID 控制算法,得到输出控制量 u(k) ,控制晶闸管导通时间,调节炉温的变化使之与给定恒温值一致,达 到恒温控制目的。当恒温时间到、输入错误或系统发生故障时,系统发出报 警信号,同时用三个数码管对电阻炉温度进行实时显示。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计(论文) 4 第二章第二章 系统硬件设计系
22、统硬件设计 2.12.1 PLCPLC 选择选择 根据设计方案的分析,系统设计需要使用13 个输入端口和 17 个输出 端口,另外还需要一个 A/D 转换器来完成温度采样。在课程学习中,我们 学习了三菱的 FX 系列 PLC,因此,选择三菱 FX2N-48MR-001(基本 I/O 点数为 24)和 FX2N-4AD 特殊功能模块。 2.1.12.1.1 FX2N-48MR-001FX2N-48MR-001 PLCPLC FX2N 系列 PLC 是 FX 系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制 器。它由基本单元、扩展单元、扩展模块等构成。用户存储器容量可扩展到 16K 步。I/O 点最大可
23、扩展到 256 点。它有 27 条基本指令,其基本指令的 执行速度超过了很多大型 PLC。三菱 FX2N48MR PLC,为继电器输出 类型,其输入、输出点数皆为是24 点,可扩展模块可用的点数为4864, 内附 8000 步 RAM。其内部资源如下: (1)输入继电器 X(X0X27,24 点,八进制) (2)输出继电器 Y(Y0Y27,24 点,八进制) (3)辅助继电器 M(M0M8255)通用辅助继电器( M0M499) (4)状态继电器( S0S999) (5)定时器 T(T0T255) (T0T245 为常规定时器) (6)计数器 C(C0C255) (7)指针( P/I)见表 2
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