基于PLC温度控制系统的设计论文.docx
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基于PLC温度控制系统的设计论文
南京工程学院
自动化学院
本科毕业设计(论文)
题目:
基于PLC温度控制系统的设计
专业:
测控技术与仪器
班级:
测控072学号:
xxx
学生姓名:
xxx
指导教师:
xxx教授
xxx副教授
起迄日期:
xxx设计地点:
xxx
GraduationDesign(Thesis)
TheDesignOfTheTemperatureExaminationInPLC
TemperatureControlSystem
By
WANGZhuJie
Supervisedby
Prof.XIAQingGuan
AssociateProf.LUHong
SchoolofAutomation
NanjingInstituteofTechnology
June,2011
摘要
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:
温度检测;温度传感器;A/D转换;PID
ABSTRACT
Theintroductionoftemperature-basedPLCcontrolsystemdesign,includingA/Dconversion,scalingtransformation,temperaturecheckinglinks,scoringazeroseparationPIDalgorithmsanddigitaltriggeringcircuitdesign.Mainelements:
theactualtemperatureofthetesttemperaturesensors,analogvoltageisthevalue,volumeviasimulationA/Dafterhisconversionandscalingpracticalfurnacetemperature.Digitalsignalcontrollerswillbeunderconstanttemperaturetothevalueandtheactualtemperaturedeviationse(k)byscoringseparationPIDcontrolalgorithms,withthevolumeofexportcontrolu(k),lead-timesilicon-controlledrectifiercontrol,regulatefurnacetemperaturechangestothecurrentagreementwiththegivenconstanttemperature.Achievethermostaticcontrolpurposes.Temperatureofthesystemtodofurthertestingandregulatoryaspectsofthedesignoptimization,enablingthesystemmorepracticalandeasyOKandreliable,whilealsoraisingproductqualityandreducingtheburdenofmanuallabor.Itmusthavepracticalapplicationinreferencevalue.
Keywords:
temperaturetesting;Temperaturesensors;A/Dconversion;PID
前言1
第一章系统总体方案2
第二章系统硬件设计4
2.1PLC选择4
2.1.1FX2N-48MR-001PLC4
2.1.2FX2N-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
3.4.2A/D转换功能模块18
3.4.3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
第四章总结与展望28
4.1总结28
4.2展望28
致谢29
参考文献30
附录一:
三菱FX系列PLC指令一览表31
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)36
前言
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。
第一章系统总体方案
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允许的情况下,接收十进制温度值给定。
(给定值范围为280~700℃)。
(2)PLC:
主要完成PID调节功能以及数据变换。
(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。
第二章系统硬件设计
2.1PLC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。
2.1.1FX2N-48MR-001PLC
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FX2N—48MRPLC,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48~64,内附8000步RAM。
其内部资源如下:
(1)输入继电器X(X0~X27,24点,八进制)
(2)输出继电器Y(Y0~Y27,24点,八进制)
(3)辅助继电器M(M0~M8255)[通用辅助继电器(M0~M499)]
(4)状态继电器(S0~S999)
(5)定时器T(T0~T255)(T0~T245为常规定时器)
(6)计数器C(C0~C255)
(7)指针(P/I)见表2-1和表2-2
(8)数据寄存器D(D0~D8255)(D0~D199为通用型)
表2-1定时器中断标号指针表
输入编号
中断周期(ms)
中断禁止特殊辅助继电器
I6XX
在指针名称的XX部分中,输入10~99的整数。
I610为每10ms执行一次定时器中断
M8056
I7XX
M8057
I8XX
M8058
表2-2输入中断标号指针表
输入编号
指针编号
中断禁止特殊辅助继电器
上升中断
下降中断
X0
I001
I000
M8050
X1
I101
I100
M8051
X2
I201
I200
M8052
X3
I301
I300
M8053
X4
I401
I400
M8054
X5
I501
I500
M8055
注:
M8050~M8058=“0”表允许;M8050~M8058=“1”表禁止。
2.1.2FX2N-4AD特殊功能模块
FX2N-4AD为模拟量输入模块,有四个模拟量输入通道(分别为CH1、CH2、CH3和CH4),每个通道都可进行A/D转换,将模拟量信号转换成数字量信号,其分辨率为12位。
其模拟量输出性能如表2
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