基于PLC的温度控制系统设计基于plc的液位控制系统设计.docx
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基于PLC的温度控制系统设计基于plc的液位控制系统设计
基于PLC的温度控制系统设计
摘要:
可编程控制器(plc)作为传统继电器控制装置的替代产品已广泛应用工业控制的各个领域,由于它可通过软件来改变控制过程,而且具有体积小,组装灵活,编程简单抗干扰能力强及可靠性高等特点,非常适合于在恶劣的工业环境下使用。
本文所涉及到的温度监控系统能够监控现场的温度,并且能够通过现场和计算机控制,其软件控制主要是编程语言,对PLC而言是梯形语言,梯形语言是PLC目前用的最多的编程语言。
关键词:
西门子S7-200PLC;编程语言;温度
1.工艺过程在工业生产自动控制中,为了生产安全或为了保证产品质量,对于温度,压力,流量,成分,速度等一些重要的被控参数,通常需要进行自动监测,并根据监测结果进行相应的控制,以反复提醒操作人员注意,必要时采取紧急措施。
温度是工业生产对象中主要的被控参数之一。
本设计以一个温度监测与控制系统为例,来说明PLC在模拟量信号监测与控制中的应用问题。
PLC在温度监测与控制系统中的逻辑流程图如图所示:
具体控制要求如下:
将被控系统的温度控制在50度-60度之间,当温度低于50度或高于60度时,应能自动进行调整,当调整3分钟后仍不能脱离不正常状态,则应采用声光报警,以提醒操作人员注意排除故障。
系统设置一个启动按纽-启动控制程序,设置绿,红,黄3个指示灯来指示温度状态。
被控温度在要求范围内,绿灯亮,表示系统运行正常。
当被控温度超过上限或低于下限时,经调整3分钟后仍不能回到正常范围,则红灯或黄灯亮,并有声音报警,表示温度超过上限或低于下限。
在被控系统中设置4个温度测量点,温度信号经变送器变成0~5V的电信号(对应温度0~100度),送入4个模拟量输入通道。
PLC读入四路温度值后,再取其平均值作为被控系统的实际值。
若被测温度超过允许范围,按控制算法运算后,通过模拟两输出通道,向被控系统送出0~10V的模拟量温度控制信号。
PLC通过输入端口连接启动按钮,通过输出端口控制绿灯的亮灭,通过输出端口控制红灯的亮灭,通过输出端口控制黄灯的亮灭。
系统要求温度控制在50度~60度的范围内,为了控制方便,设定一个温度较佳值(本题设为50度),并以此作为被控温度的基准值。
另外,还需要设定输出控制信号时的调节基准量,正常情况下,输出基准量时被控制温度接近较佳值。
本例设定的基准调节量相当于PLC(输出6V)。
加热炉一类的温度控制对象,其系统本身的动态特性基本上属于一阶滞后环节,在控制算法上可以采用PLD控制或在林算法。
由于本系统温度控制要求不高,为了简化起件,本例按P(比
例)控制算法进行运算采样调节周期高为1秒。
实现温度检测懒惰控制的过程包括:
PLC投入运行时,通过特殊辅助继电器M71产生的初始化脉冲进行初始化,包括将温度较佳值和基准调节存入有关数据寄存器,使计时用的两个计数器复位。
按启动按钮(X500),控制系统投入运行。
采样时间到,则将待测的四点温度值读入PLC,然后按算术平均的办法求出四点温度的平均值Q。
将Q与Qmax(温度允许上限)比较,若也未低于下限,则说明温度正常,等待下一次采样。
若Q﹥Qmax,进行上限处理:
计算Q与上限温度偏差,计算调节量(比例系数设为2),发出调节命令,并判断调节时间,若调节时间太长,进行声光(红灯亮);若调节时间未到3分钟,则准备下次继续采样及调节。
当采样温度低于下限,即Q 计算Q与下限温度偏差,计算调节量,发出调节命令,并判断调节时间,若调节时间太长,进行声光(黄灯亮);若调节时间未到3分钟,则准备下次继续采样及调节。 3.控制系统的I/O点及地址分配 控制系统的模块号,输入/输出端子号,地址号,信号名称,说明如表: 模块号 输入端子号 输出端子号 地址号 信号名称 说明 CPU226 1 I0.0 总启动开关, 按扭 1 Q0.1 加热器输出, 加温 2 Q0.2 红灯,”1”有效 指示灯 3 Q0.3 绿灯,”1”有效 指示灯 4 Q0.4 黄灯,”1”有效 指示灯 EM222 1 I0.1 总停止开关, 按扭 1 Q0.5 喇叭输出,”1”有效 声报警器 EM235 1 AIW0 远程电压输入1 2 AIW2 远程电压输入2 3 AIW4 远程电压输入3 4 AIW6 远程电压输入4 1 AQW0 远程电压输出1 控制系统的序号,名称,地址,注释如表: 序号 名称 地址 注释 序号 名称 地址 注释 1 总启动开关 I0.0 上升沿有 效 14 过程变量 VD0 32BIT 2 总停止开 关 I0.1 上升沿有 效 15 设定值 VD4 32BIT 3 加热器 Q0.1 “1”有效 16 偏差值 VD8 32BIT 4 红灯 Q0.2 “1”有效 17 增益 VD12 32BIT 5 绿灯 Q0.3 “1”有效 18 采样时间 VD16 32BIT 6 黄灯 Q0.4 “1”有效 19 积分时间 VD20 32BIT 7 喇叭 Q0.5 “1”有效 20 微分时间 VD24 32BIT 8 远程电压 输入1 AIW0 12BIT 21 积分前项 VD28 32BIT 9 远程电压 输入2 AIW2 12BIT 22 过程前值 VD32 32BIT 10 远程电压 输入3 AIW4 12BIT 23 运行标志 M0.0 “1”有效 11 远程电压 输入4 AIW6 12BIT 24 平均值 VD40 32BIT 12 电压信号 输出1 AQW0 12BIT 25 PID输出 VW40 12BIT 13 PID表首地址 VB0 8BIT 26 4.PLC系统选型 参照西门子ST-200产品目录及市场实际价格,选用主机为CPU222(8/6继电 器输出)一台,加上一台扩展模块EM222(8继电器输出),再扩展一个模拟量模 块EM235(4AI/1AO)。 这样的配置是最经济的。 整个PLC系统的配置如图所示。 5.电气控制系统原理图 电气控制系统原理图包括主电路图,控制电路图及PLC外围接线图。 1)主电路图 如图所示为电控系统主电路。 一台加热器为M1。 接触器KM1控制着M1正常运行,FR1为加热器过载保护用的热继电器;QF1为断路器;FU1为主电路的熔断器。 2)控制电路图 如图所示, 3)PLC外围接线图 6.主程序及梯形图 1)主程序OB1 1.总启动与总停止 LDSM0.0 AI0.0 SQ0.1,1 2.正常范围显示 LDSM0.0 AR>=VD40,2.5 SQ0.3,1 SM0.1,1 3.调用子程序0以便控制LDI0.0 SM0.0,1 CALLSBR_0 4. 超过上下限启动定时器 LD M0.0 LDR< VD40,2.5 OR> VD40,3.0 ALD A M0.1 TON T101,1800 5.定时到还不在规定范围内则报警 LD SM0.0 A T101 LPS AR> VD40,3.0 S Q0.2,1 S Q0.5,1 R Q0.3,1 LPP AR< VD40,2.5 SQ0.4,1 SQ0.5,1 RQ0.3,1 6.正常情况下的指示 LDSM0.0 AI0.1 RM0.1,1 RQ0.1,1 RQ0.2,1 RQ0.3,1 RQ0.4,1 RQ0.5,1 ≡τlo∙ 」? ΓAEO ENEMQ CIIJT τ "T-5MBCJ4 IT CD 苹 'j∣o 丘—IO 祥 2)设计PID参数 LD M0.0 MOVR 2.75,VD4 MOVR 2.0,VD12 MOVR 1.0,VD16 MOVR 0.0,VD20 MOVR 0.0,VD24 MOVB100,SMB34 3)取实际温度变量 1.四温度传感器电压值送内存 LDSM0.0 MOVWAIW0,VW0 MOVWAIW2,VW2 MOVWAIW4,VW4 MOVWAIW6,VW6 2.温度实际电压值送内存LDSM0.0MOVWVW0,VW8+IVW2,VW8 MOVWVW4,VW10+IVW6,VW10 MOVWVW8,VW12+IVW10,VW12 MOVWVW12,VW14/I+4,VW14 ITDVW14,VD40 4)PID调节与输出 1.得到过程变量VD0 LDM0.0 CALLSBR_1 MOVDVD40,AC0 DTRAC0,AC0/R32000.0,AC0 MOVRAC0,VD0 2.VB0号PID表 LDSM0.0 PIDVB0,0 3.PID调节输出 LDSM0.0 MOVRVD8,AC0*R32000.0,AC0 ROUNDAC0,AC0 DTIAC0,VW40MOVWVW40,AQW0 结论: 通过对本系统的设计和调试,我们认识到,对于复杂系统的控制,如果采用继电控制,不仅系统繁琐,调试困难,故障概率大,而且对以后的维护也带来困难。 用PLC控制除了能解决以上问题以外,还具有以下特点: ①控制条理清楚,接线简单明了。 ②用软件代替传统的继电控制,减少了设计上的困难,减少了系统的故障。 ③模块化程序设计,便于调试,并且方便功能的改进。 ④编程图形化,使之一目了然。 致谢: 本论文是在梁仕腾和黄景良老师的悉心指导下完成的,从论文最终完成的每一个环节,自始自终得到老梁仕腾和黄景良师精心指导和帮助。 在此特向梁仕腾和黄景良老师表示由衷的感谢和崇高的敬意。 在设计过程中,离不开辉隆同事的宝贵意见以及文献资料的提供,在此对帮助过我的同事再次表示衷心的感谢和祝福,祝愿在日后的工作生活中的合作能更上一层楼,大家共同进步。 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 3】毕业设计指导 4】新旧图形符号对照读本 5】电力拖动与控制6】工厂常用电气设备手册(上、 7】电气控制技术实验指导书 万太福重庆大学出版社刘祖润机械工业出版社兵器工业出版社谢桂林中国矿业大学出版社中、下)水利电力出版社 刘星平湖南工程学院
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