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3系统硬件的选型
3.1PLC的定义
可编程控制器,英文称ProgrammableController,简称PLC,是用于工业现场的电控制器。
它源于继电器控制技术,但基于电子计算机。
它通过运行存储在其存中的程序,把经输入电路的物理过程得到的输入信息,变换为所要求的输出信息,进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。
它采用可以编制程序的存储器,用来在其部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。
3.2PLC的特点
(1)抗干扰能力强,可靠性好
I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路;
在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。
(2)控制系统结构简单,通用性强
PLC及外围模块品种多,可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。
(3)编程方便,易于使用
PLC程序的编制,采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。
(4)功能完善
在PLC部具有许多控制功能,诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。
(5)设计、施工、调试、的周期短
PLC采用模块化积木式结构,故仅需按性能、容量等选用组装,因而缩短了设计周期,使设计和施工可同时进行。
(6)体积小,维护操作方便
PLC体积小,质量轻,便于安装。
(7)易于实现网络化
PLC可连成功能很强的网络系统。
(8)可实现三电一体化
PLC将电控(逻辑控制)、电仪(过程控制)和电结(运动控制)这三电集于一体。
3.3PLC的工作原理
PLC的工作原理与计算机的工作原理基本是一致的,可以简单地表述为在系统程序的管理下,通过运行应用程序完成用户任务。
PLC通电后,首先对硬件和软件作一些初始化操作,初始化反复不停地分阶段处理各种不同的任务。
但是PLC也有它自己的特点,PLC在确定了工作任务,装入了专用程序后成为一种专用机,它采用循环扫描工作方式,系统工作任务管理及应用程序执行都是用循环扫描方式完成的
3.4基本的功能
PLC有丰富的指令系统,有各种各样的I/O接口、通信接口,有大容量的存,有可靠的自身监控系统,因而具有以下基本的功能:
逻辑处理功能;
数据运算功能;
准确定时功能;
高速计数功能;
中断处理(可以实现各种外中断)功能;
程序与数据存储功能;
联网通信功能;
自检测、自诊断功能。
像PLC这样,集丰富功能于一身,是别的电控器所没有的,更是传统的继电控制电路所无法比拟的。
丰富的功能为PLC的广泛应用提供了可能,同时,也为自动化行业的远程化、信息化及智能化创造了条件
3.5可编程控制器(PLC)的选择
在温湿度检测系统中,输入量为温湿度传感器检测值,输出量为显示器和提示灯.主机选择S7-224,其功能如下。
(1)本机集成了输入/输出14DI/10DO
(2)可以有7个扩展模块,
(3)最大数字量输入/输出围168
(4)模拟量围输入/输出/最大28/14/35
(5)用户程序8/12kb
(6)程序执行时间0.22us
(7)标志寄存器/计数器/定时器256/256/256
(8)高速计数器6*30KHZ
(9)实时时钟置
(10)脉冲输出2*20khz
(11)通讯接口1*RS485
(12)模拟电位器2
(13)自整定PID调节置
3.6扩展模块选择
3.6.1EM231模拟量输入模块的选择
由于温度和湿度都是模拟量,所以选EM231模块做为模拟量输入模块。
表2模拟量输入特性
模拟量输入点数
4
电压(单极性)
0~10V,0~5V
电压(双极性)
±
5V,±
2.5V
电流
0~20mA
2.5mV(0~10V时)1.25mV(0~5V时)
1.25mV(0~5V时)
2.5mV(±
5V时)1.25mV(±
2.5V时)
5μA(0~20mA时)
模数转换时间
<250μs
模拟量输入响应
1.5ms~95%
共模抑制
40dB,DCto60Hz
共模电压
信号电压+共模电压(必须小于等于12V)
双极性,全量程围
-32000~+32000
单极性,全量程围
0~32000
输入阻抗
大于等于10MΩ
输入滤波器衰减
-3db3.1KHz
最大输入电压
30VDC
最大输入电流
32mA
分辨率
12位A/D转换器
3.6.2EM222输出模块的选择
输出是点亮LED显示器和提示灯,S7-224的输出点不够,为了能够满足输出,选择三个EM222模块做为输出模块.
表3模块输出特性
数字量输入点数
16
消耗电流(最大)
110mA
功耗
3W
屏蔽
500m
非屏蔽
150m
“1”信号输入电压
20V
“1”信号输入电流(最大)
750mA
40℃
3A
55℃以上(水平安装)
节电寿命
无
感性负荷
0.75A
灯负载
5W
阻性负荷
尺寸:
(宽×
高×
深)
71.2×
80×
62mm
重量
145g
3.7温度传感器选择
本系统中要求检测温度的围是0℃┈+50℃为了满足要求,系统中选择JCJ100F。
其技术参数如下:
输出信号:
(4~20)mA、(0~5)VDC、(0~10)VDC
输入信号:
Pt100(默认)、Pt500、Pt1000
输入线阻:
≤50Ω
负载电阻:
≤500Ω(电流输出),≥3KΩ(电压输出)
电源电压:
1、24VDC2、12VDC(0~5V电压输出时)3、24VAC4、12VAC(0~5V电压输出时)
环境温度:
-20~80℃相对湿度:
5~90%RH(无凝露)
消耗功率:
≤0.6W
3.8湿度传感器的选择
而湿度的围要0%~100%.为满足要求,选择JCJ100H1湿度传感器.其技术参数如下:
工作电源:
12VDC±
10%24VAC±
10%24VDC±
10%
湿度:
5~95%RH无凝露
温度:
-40~80℃
变送器材料:
ABS塑料
外形尺寸:
75×
55×
28mm
湿度传感器:
湿敏电容HS1101(采用专利技术的固态聚合物结构)
反应时间(ta):
典型值<5s
长期稳定性:
典型值0.5%RH/年
有效测量围:
10~95%
信号输出对应围:
0~100%
测量准确度:
±
3%RH(20~95%RH,20℃)
2%RH(20~95%RH,20℃)
电压信号:
(0~5)VDC(0~10)VDC(0~1)VDC
电流信号:
(三线制)(4~20)mA(0~20)mA
(0~10)mA(用于单湿度)
湿度测量:
通常状态下,漂移不大于1%RH
负载能力:
电压型≥1KΩ
电流型0~500Ω
24V/45mA
(0~5)VDC:
12V/35mA
(0~10)VDC:
24V/35m
3.9大棚水温空调装置
由于大棚水温空调装置主要由高效舌板式复合热交换燃煤炉和复交换管片式水温空气交换器组成,当大棚温度超过30℃时,Y1降温阀门动作,以浅层地下水或流动的地表水为冷媒进行循环降温。
当温度低于18℃时,Y2升温阀门动作,该装置以燃煤炉提供的热水为热媒进行供暖。
温度在30℃~18℃之间,Y1和Y2不吸合。
当湿度达到90%以上时,Y3降湿阀门动作,风管打开,实现通风换气。
当棚空气低于60%以下时,Y4加湿阀门动作,喷水加湿。
湿度在60%~90%之间,Y3和Y4不吸合
4系统硬件设计
4.1I/O接口分配
在本系统中启动按钮接I0.0,停止按钮接I0.2.温度采集模拟量输入通道接AIW0,湿度采集模拟量输入通道接AIW2.主机与扩展模块的I/O分配如表4所示.
表4主机与扩展模块I/O接口
主机s7-224
模块1EM222
模块2EM222
模块3EM222
模块4EM231
I0.0Q0.0
Q2.0
Q3.0
Q4.0
AIW0
I0.1Q0.1
Q2.1
Q3.1
Q41
AIW2
I0.2Q0.2
Q2.2
Q3.2
Q4.2
AIW4
I0.3Q0.3
Q2.3
Q3.3
Q4.3
AIW6
I0.4Q0.4
Q2.4
Q3.4
Q4.4
I0.5Q0.5
Q2.5
Q3.5
Q4.5
I0.6Q0.6
Q2.6
Q3.6
Q4.6
I0.7Q0.7
Q2.7
Q3.7
Q4.7
I1.0Q1.0
I1.1Q1.1
I1.2
I1.3
I1.4
I1.5
输出量与输入量的I/O接口分配如5图所示
表5输出量与输入量I/O分配
启动按钮SB1
I0.0
停止按钮SB2
I0.2
Y1降温阀门
Q0.0
Y2升温阀门
Q0.1
Y3将湿阀门
Q0.2
Y4加湿阀门
Q0.3
温度模拟量
湿度模拟量
温度工程量
VW204
湿度工程量
VW304
显示器LED1
QB2
显示器LED2
QB3
显示器LED3
QB4
4.2PLC与外围器件的连线
PLC与外围器件的连线如图5所示
图5PLC与外围器件连线
5软件设计
5.1主程序的设计
在主程序中,当按下启动按钮系统开始工作.每隔一分钟,对温湿度进行一次采集.此过程是通过调用子程序完成的.同时通过中断程序显示结果.当采样值满足一定要求时提示灯亮.按下停止按钮系统停止工作.其程序如下:
主程序
5.2子程序的设计
子程序的功能是将温湿度传感器所检测的值进行转换和保存,其程序如下
温度采集子程序SBR0
湿度采集子程序SBR1
5.3中断程序设计
中断程序是将温湿度的工程量值送入LED中显示,其程序如下:
中断服务程序INT_0,温度显示程序
中断服务程序INT_1,湿度显示程序
总结
这次课程设计根据课题要求,复习了所学的PLC课程容,设计重点是理论与实际的相结合,使我得到了一次用专业知识,专业技能分析和解决问题的锻炼.通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺.明白学习是一个长期积累的过程,在以后的工作,生活中都应该不断的学习,努力提高自己的综合素质.
这次的PLC设计重点是理论与实际的相结合,不单单只是书上的一条条分离的指令.通过这次设计让我更系统的了解了各个指令以及PLC的扩展容.从设计图到选择元器件,在此过程中出现了不少的问题,我没有气馁,没有退缩,积极向老师和同学请教,我认为态度决定了一切.通过设计,我深深体会到:
知识必须通过应用才能实现其价值!
有些东西以为学会了,但真正到用的时候才发现是两回事,所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了.在设计过程中,我通过查阅大量有关资料,与同学交流经验和自学,并向老师请教等方式,使自己学到了不少知识,也经历了不少艰辛,但收获颇丰.在整个设计中我懂得了许多东西,也培养了我独立工作的能力,也为即将开始的毕业设计打下了基础。
主要参考文献
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机械工业出版
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