三菱PLC的多路温度控制设计.doc

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（　　　　　届）

毕业设计（论文）

题　　目：

学　　院：

专　　业：

班　　级：

学　　号：

姓　　名：

指导教师：

教　务　处　制

　年　　月　　日

XXIII

多路温度控制系统

诚信声明

我声明，所呈交的论文是本人在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

据我查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得＿＿＿＿＿＿或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

我承诺，论文中的所有内容均真实、可信。

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学校有权保留送论文交的原件，允许论文被查阅和借阅，学校可以公布论文的全部或部分内容，可以影印、缩印或其他复制手段保存论文，学校必须严格按照授权对论文进行处理，不得超越授权对论文进行任意处置。

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年月日

三菱PLC的多路温度控制设计

摘要

本设计是基于三菱PLC的多路温度控制统。

主要介绍了可编程序控制器（PLC）和PLC控制系统的基本知识，包括PLC的定义、特点、分类、技术指标、基本结构、工作原理、硬件知识及PLC控制系统等相关知识。

通过对PLC的程序编程，熟练运用三菱编程软件GX-Develop完成全自动洗衣机的控制程序，另外利用仿真软件GX-Simulator来检验程序的可行性，从而实现控制，其可改进现有技术的不足，简化结构，有利于降低成本和提高可靠性。

本课题目的在于设计电烤箱的硬件及软件部分，主要研究内容包括：

（1）小型PLC的外围接线及传感器的应用；

（2）软件的编写，达到多路温度的控制要求；（3）仿真软件的应用，检验程序的可行性及稳定性；

关键字：

PLC；温度控制；热电偶。

ABSTRACT

Thisdesignisamulti-channeltemperaturecontrolsystembasedonmitsubishiPLC.Mainlyintroducedtheprogrammablecontroller（PLC）andPLCcontrolsystemofthebasicknowledge,includingthedefinition,characteristics,classification,technologyofPLCindicators,basicstructure,workingprinciple,hardwareandPLCcontrolsystemandotherrelatedknowledge.BasedonthePLCprogramming,skillfullyusemitsubishiprogrammingsoftwareGX-Developcompletefullyautomaticwashingmachinecontrolprogram,andusingthesimulationsoftwareGX-Simulatortocheckthefeasibilityoftheprogram,soastorealizecontrol,itcanimprovetheshortcomingsofexistingtechnology,simplifyingthestructure,toreducecostsandimprovereliability.

Thepurposeofthissubjectistodesignthehardwareandsoftwarepartoftheelectricoven,themainresearchcontentsinclude:

（1）smallPLCperipheryconnectionandapplicationsofthesensor;

（2）thewritingofthesoftware,toachievethemulti-channeltemperaturecontrolrequirements;（3）theapplicationofsimulationsoftware,thefeasibilityofthetestingproceduresandstability;（4）thedesignofman-machineinterface,andcanrealizeartificialSettingsanddisplayreal-timetemperature

Keywords:

PLC;Temperaturecontrol;Thermocouple.

目录

三菱PLC的多路温度控制设计 III

摘要 III

目录 V

第一章多路温度控制系统的概况 VI

1.1温度控制系统简要介绍 VI

1.2整体功能介绍 VI

第二章PLC的理论基础 VII

2.1微处理器的基础 VII

2.1.1PLC概述 VIII

2.1.2PLC控制系统的特点 VIII

2.1.3PLC系统的构成 IX

2.1.4PLC的工作原理 X

第三章PLC选型及设计方法 XI

3.1PLC选型及设计方法 XI

第四章系统硬件设计 XV

4.1.1PLC的I/0分配 XV

4.1.2PLC外围硬件电路 XV

4.1.3传感器位置 XVI

第五章系统软件设计 XVII

5.1PLC的软件设计流程 XVII

5.1.1手动操作 XVII

5.1.2模拟量模块通信 XVIII

5.1.3数据比较输出 XIX

5.1.5GX-Developer的使用及程序输入 XXI

参考文献 XXIII

毕业小结 XXIV

致谢 XXV

第一章多路温度控制系统的概况

1.1温度控制系统简要介绍

随着社会的不断发展，人们改造自然的能力也在不断的提高。

机器的诞生，为我们减少了部分或者全部的脑力劳动和体力劳动。

电子技术的诞生更是带来了翻天覆地的变化。

机电控制系统成为机械技术与微电子技术集成的共性关键技术。

人们通过它可以使机械完全按照自己的意愿来执行。

随着机电控制技术的发展，主要体现出了单片机和PLC两种控制方式。

本设计采用PLC控制。

温度控制在工业生产中经常遇到。

从石油化工到电力生产，从冶金到建材，从食品到机械都要对温度进行控制.甚至在有些产品生产过程中温度的控制直接影响到产品的质量。

PLC温度控制无论是现在还是未来都会起到重要作用。

温度控制是工业生产过程中经常遇到的控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。

根据温度变化快慢的特点，并且控制精度不易掌握等特点，本文电烤箱的温度控制为模型，设计了以三菱FX0N系列PLC为检测控制中心的温度控制系统。

温度控制采用闭环设计，采用热电偶为感温元件，实时的采集现场的温度，通过触摸屏显示出来温度。

该设计结构简单，控制算法新颖，控制精度高，有较强的通用性。

1.2整体功能介绍

1.2.1设备控制要求

多路温度控制系统的控制要求如下

（1）自动模式下，可将温度控制在一定范围。

（2）温度范围可设定。

（3）可显示实时温度。

1.2.2控制系统框图

面板按钮输入

PLC

输入接口

输出接口

其他

热电偶

加热丝

其他

蜂鸣器

图1系统框图

1.2.3控制系统对应设备及实现功能

对应的外部设备：

手自动切换开关，急停按钮。

对应的输出设备：

电热丝1，电热丝2，电热丝3，电热丝4，运行指示，蜂鸣器。

1.2.4控制系统原理

多路温度控制系统是以PLC为控制中心，采用热电偶为感温元件，将现场的温度实时的反馈给PLC，PLC通过程序处理，来调整电加热丝的启停，从而来控制现场的温度，是温度在一个可控制的范围内浮动，从而达到一个恒温的控制。

第二章PLC的理论基础

2.1微处理器的基础

PLC英文全称ProgrammableLogicController，中文全称为可编程逻辑控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入／输出控制各种类型的机械或生产过程。

本系统采用PLC控制系统实现生产的过程控制是因为其在工业控制领域的卓越性能。

在本系统的控制系统的选型上，为什么没有使用DCS系统呢?

因为DCS系统一般适用于过程控制工艺很复杂，控制点数较多的产品，硬件和软件投资较大。

而本系统的点数少于300点，并且大部分的变量均为数字量，模拟量很少，所以选用PLC系统较为合适。

2.1.1PLC概述

20世纪60年代，应现代化工业生产的需要，世界上第一台可编程逻辑控制器（PLC）由美国数字设备公司（DEC）研制成功。

1971年，日本推出了DSC-8控制器，1973年西欧各国的各种可编程序控制器也研制成功。

我国在1974年开始研制可编程序控制器。

可编程序控制器的发展与计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，高新技术的发展推动了可编程序控制器的发展，而可编程序控制器的发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求，促进了它们的发展。

上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30-40％。

在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

典型的产品有西门子公司的SYMATICS5和S7系列、AB公司的PLC-5等。

共难能可贵的是从80年代开始，由于开放式控制系统的提出，使PLC的通讯功能得到了较大的发展，标准化通信协议，使各种PLC可以通过通讯的方式互通数据。

依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。

因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出“网络就是控制器”的观点说法。

PLC加强了通信联网的功能后，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够很方便的交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。

多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。

对于一个自动化工程（特别是中大规模控制系统）来讲，控制器较强的网络能力非常重要的，可以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展

2.1.2PLC控制系统的特点

PLC控制系统之所以成为当今应用很广泛的工业控制系统，它具有很多适合于工业控制的特点。

1、可靠性高

PLC的设计采取了很多提高可靠性的措施：

1）从硬件设计和制造工艺上，采取了高可靠性的元器件，高集成度的功能芯片，进行抗老化测试，利用先进的工艺制造流水生产，这些都提高了PLC的可靠性。

2）从系统集成设计上，采取冗余设计、掉电保护、故障诊断和信息保护及恢复等措施，保证了可靠性的进一步提高。

3）从软件设计上，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。

采用简化的操作指令集，对外界信号采用软件滤波、斩波等措施，提高信号采集准确度，对系统自身进行软件自诊断、自恢复等措施。

2、易操作性强

PLC的设计采取了很多措施提高易操作性：

1）易于组态

与继电器系统的设计实现相比，PLC使用特定的组态工具对PLC系统的硬件和软件功能进行设定。

组态工具软件一般运行于计算机平台上，操作简单，界面直观，功能强大，容易掌握和理解。

组态语言一般有以下几种，梯形图语言，语句表语言，功能块图语言，高级描述语言。

其中最常用的梯形图语言和语句表语言，这两种语言功能清晰，易于理解，为大多数工程技术人员所采用。

．

2）易于维护

继电器系统是很难维护的，这也是促使PLC系统产生的一个重要的原因。

PLC具有自诊断功，故障恢复功能，事件记录功能，当系统发生故障时，可通过系统的固有功能，很快地找到故障所在的部位，迅速的排除故障和修复系统。

3、灵活性强

PLC作为一种智能型控制器，在组态方式，修改程序等方面具有很大的灵活性：

组态灵活。

组态灵活不仅表现在程序的开发阶段，还表现在程序的修改维护上。

如果专用的组态语言不能满足生产工艺的要求时，还可以用高级语言（如C语言）开发特殊的应用。

强大的扩展功能。

从小到几十点到上万点的系统，用PLC均可以实现。

可以通过通讯与其他系统组成一个整体，这些都极大的提高了系统的灵活性。

2.1.3PLC系统的构成

当今有很多种PLC系统，但他们都有基本上相同的结构。

1）中央处理器CPU

整个系统的核心、智能单元。

其主要作用是：

执行用户程序，完成各种运算，实现系统自诊断。

CPU的运行速度决定着整个系统的运行速度。

2）存储器

包括系统程序存储器、用户程序存储器和变量存储器三部分。

系统程序存储器用于存储操作系统，不同的PLC有不同的操作系统。

系统程序存储器一般用EPROM／EEPROM。

同一型号的PLC如果需要升级版本的话，可以更换装有新程序的EPROM或更新EEPROM内的程序实现。

此存储器的内容永久存在。

用户程序存储器用于存储用户组态程序，当程序运行时，CPU利用自带的解释器解释此程序，然后执行，完成特定的应用。

变量存储器存储变量的结果，相外部设备提供数据、信号。

3）输入／输出接口

包括模拟、数字量板卡，通讯板卡，扩展卡，特殊功能板卡。

通过模拟、数字量板卡可以采集或输出模拟或者数字量数据；通讯板卡可以实现大容量数据传输；扩展卡可以实现槽架扩展；特殊功能板卡可以实现特殊领域的应用，如高速频率量的监测与输出。

4）电源

负责为PLC系统提供稳定的多层次的电源，可以实现智能电源管理。

5）其他外设

如打印机，编程器等，可以很好的发挥PLC的优势。

2.1.4PLC的工作原理

一般情况下，PLC重复执行工作循环来完成任务。

一个工作循环包括以下

五个步骤：

执行自诊断，写输出，读输入，执行程序，处理通讯要求。

1）执行自诊断：

自诊断功能有PLC内置的时问监视器完成，执行结果可以存储在特定的变量存储器内，编程人员可以对此数据进行进一步的加工处理。

2）写输出：

将数据写入输出影像寄存器。

3）读输入：

从输入映像寄存器中读取数据。

4）执行程序：

执行用户程序。

5）处押通汛需求：

执行数据通讯操作。

PLC就这样不断反复循珂，实现对外设的连续控制，直到接收到停机命令，或停电、出现故障等才停止工作。

第三章PLC选型及设计方法

3.1PLC选型及设计方法

3.1.1PLC的选型

根据课题的选择，如今PLC的功能日益强大，一般PLC都具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能，有些PLC还可扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置控制模块等，选型时可考虑以下几点：

功能与任务相适应，PLC的处理速度应满足实时控制的要求、PLC结构合理、机型统一、在线编程和离线编程的选择。

全自动洗衣机控制所要求的控制功能简单，小型PLC就能满足要求了。

定时器/计数器：

2B/个

模拟量：

100-150B/个

通信接口：

一个接口一般需要300B以上

根据上面算出的总字节数再考虑增加25%左右的备用量，就可估算出用户程序所需的内存容量，从而选择合适的PLC内存。

该系统有14个数字输入点10个数字输出点，需内存280B，有定时器6个，需内存16B，考虑余量后需要内存370B。

综上所述，选择三菱PLC的FX1N-24MR，既经济有能满足本设计的要求。

（一）如何确定三菱plc的输入/输出设备

根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：

按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：

接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与三菱PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。

（二）三菱plc分配I/O点并设计三菱PLC外围硬件线路

1.分配I/O点

画出PLC的I/O点与输入/输出设备的连接图或对应关系表，该部分也可在第2步中进行。

2.设计PLC外围硬件线路

画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。

由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。

到此为止系统的硬件电气线路已经确定。

（三）三菱plc程序设计

1.程序设计

根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计三菱PLC程序。

程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。

除此之外，程序通常还应包括以下内容：

1）三菱PLC初始化程序。

在三菱PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。

初始化程序的主要内容有：

对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。

2）三菱PLC检测、故障诊断和显示等程序。

这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。

3）三菱PLC保护和连锁程序。

保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。

它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。

2.三菱PLC程序模拟调试

程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。

根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。

1）硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。

2）软件模拟法是在三菱PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。

模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。

（四）三菱plc硬件实施

硬件实施方面主要是进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。

主要内容有：

1）设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。

2）设计系统各部分之间的电气互连图。

3）根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。

　　由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此三菱PLC控制系统的设计周期可大大缩短。

（五）三菱plc联机调试

联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。

联机调试过程应循序渐进，从三菱PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。

如不符合要求，则对硬件和程序作调整。

通常只需修改部份程序即可。

全部调试完毕后，交付试运行。

经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。

3.1.2三菱PLC的设计方法

三菱PLC控制系统一般设计方法：

1、分析控制系统的控制要求：

熟悉被控对象的工艺要求，确定必须完成的动作及动作完成的顺序，归纳出顺序功能图。

2、选择适当类型的PLC：

根据生产工艺要求，确定I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等），并列出I/O点清单。

进行内存容量的估计，适当留有余量。

根据经验，对于一般开关量控制系统，用户程序所需存储器的容量等于I/O总数乘以8；对于只有模拟量输入的控制系统，每路模拟量需要100个存储器字；对于既有模拟量输入又有模拟量输出的控制系统，每路模拟量需要200个存储器字。

确定机型时，还要结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定性能价格比好一些的PLC机型。

3、硬件设计：

根据所选用的PLC产品，了解其使用的性能。

按随机提供的资料结合实际需求，同时考虑软件编程的情况进行外电路的设计，绘制电气控制系统原理接线图。

4、软件设计：

（1）软件设计的主要任务是根据控制系统要求将顺序功能图转换为梯形图，在程序设计的时候最好将使用的软元件（如内部继电器、定时器、计数器等）列表，标明用途，以便于程序设计、调试和系统运行维护、检修时查阅。

（2）模拟调试。

将设计好的程序下载到PLC主单元中。

由外接信号源加入测试信号，可用按钮或小开关模拟输入信号，用指示灯模拟负载，通过各种指示灯的亮暗情况了解程序运行的情况，观察输入/输出之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求，并及时修改和调整程序，直到满足设计要求为止。

5、现场调试：

在模拟调试合格的前提下，将PLC与现场设备连接。

现场调试前要全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。

在保证整个硬件连接正确无误的情况下才可送电。

将PLC的工作方式置为“RUN”。

反复调试，消除可能出现的问题。

当试运一定时间且系统运行正常后，可将程序固化在具有长久记忆功能的存储器中，做好备份。

3.1.2三菱PLC保养

一、保养规程、设备定期测试、调整规定

（1）每半年或季度检查PLC柜中接线端子的连接情况，若发现松动的地方及时重新坚固连接；

（2）对柜中给主机供电的电源每月重新测量工作电压；

二、设备定期清扫的规定

（1）每六个月或季度对PLC进行清扫，切断给PLC供电的电源把电源机架、CPU主板及输入/输出板依次拆下，进行吹扫、清扫后再依次原位安装好，将全部连接恢复后送电并启动PLC主机。

认真清扫PLC箱内卫生；

（2）每三个月更换电源机架下方过滤网。

三、检修前准备、检修规程

（1）检修前准备好工具；

（2）为保障元件的功能不出故障及模板不损坏，必须用保护装置及认真作防静电准备工作；　　（3）检修前与调度和操作工联系好，需挂检修牌处挂好检修牌。

四、设备拆装顺序及方法

（1）停机检修，必须两个人以上监护操作；

（2）把CPU前面板上的方式选择开关从“运行”转到“停”位置；（3）关闭PLC供电的总电源，然后关闭其它给模坂供电的电源；（4）把与电源架相连的电源线记清线号及连接位置后拆下，然后拆下电源机架与机柜相连的螺丝，电源机架就可拆下；（5）CPU主板及I/0板可在旋转模板下方的螺丝后拆下；（6）安装时以相反顺序进行；

第四章系统硬件设计

4.1.1PLC的I/0分配

PLC的I/O分配如下：

输入

X0按钮A

X1按钮B

X3急停

输出

Y0电热丝1

Y1电热丝2

Y2电热丝3

Y3电热丝4

Y4运行指示

Y5报警

4.1.2PLC外围硬件电路

多路温度控制利用三菱FX系列PLC：

FX0N-40MR，PLC供电采用单相交流220V市电，便于日常应用，输入信号如图2所示，输入公共端与输入的COM

相连。

利于1KR1来控制1KM1，从而控制电热丝1的通断；1KR2控制1KM2，从而控制电热丝2的通断；1KR3控制1KM3，从而控制电热丝3的通断；1KR4控制1KM4，从而控制电热丝4的通断；

4.1.3传感器位置

图5传感器位置

该设计采用共放置4个热电偶，分别位于电烤箱的四角边缘，同