PLC温度程序控制器设计要点.docx
- 文档编号:28150082
- 上传时间:2023-07-08
- 格式:DOCX
- 页数:47
- 大小:1.22MB
PLC温度程序控制器设计要点.docx
《PLC温度程序控制器设计要点.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《PLC温度程序控制器设计要点.docx(47页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
PLC温度程序控制器设计要点
毕业设计(论文)
题目PLC温度程序控制器设计
院(系)
专业班级
学生姓名学号
指导教师职称
评阅教师职称
2014年6月6日
注意事项
1.设计(论文)的内容包括:
1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)
2)原创性声明
3)中文摘要(300字左右)、关键词
4)外文摘要、关键词
5)目次页(附件不统一编入)
6)论文主体部分:
引言(或绪论)、正文、结论
7)参考文献
8)致谢
9)附录(对论文支持必要时)
2.论文字数要求:
理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括:
任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。
4.文字、图表要求:
1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写
2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画
3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印
4)图表应绘制于无格子的页面上
5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档
5.装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订
3)其它
学生毕业设计(论文)原创性声明
本人以信誉声明:
所呈交的毕业设计(论文)是在导师的指导下进行的设计(研究)工作及取得的成果,设计(论文)中引用他(她)人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出,论文中的结论和结果为本人独立完成,不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。
与我一同工作的同志对本设计(研究)所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
毕业设计(论文)作者(签字):
2014年6月6日
摘要
在现代化生产中,温度是最基本的重要参数,任何数据都离不开温度的影响!
因此,对温度的控制显得尤为重要!
尤其是在化工、冶金、机械、食品、石油等工业中显得特别重要!
因此,设计出一种能够控制温度的系统是当今迫切需要的,本设计即是针对温度程序控制而进行的一系列探究。
根据设计的要求对硬件进行了选择,然后设计出硬件连接原理图。
根据设计出的硬件图,完成PLC的端口设计,然后就开始用PLC编写梯形图,然后利用PID调节控制温度,完成整个设计的控制。
设计的最后完成了温度的程序控制要求,并且调试出的结果达到了温度程序控制的效果。
关键词:
温度程序控制PLC核心
ABSTRACT
Inthemodernizationofproduction, temperatureisanimportantparameterin themostbasic, theimpactofany data cannotdowithout temperature!
Therefore, thetemperature controlis particularlyimportant for!
Especially inthe chemicalindustry, metallurgy, machinery is, food, petrole.umindustry is.particularlyimportant!
Therefore, todesigna systemcan control temperature is inurgentneed, thedesignis aseriesof research forthetemperature programcontrol of.
Thetemperatureprogram control systemisalreadyvery popular products inthemodernizationof allwalksoflife, theyhave thesameprinciple, the principleisdifferent, butingeneral canbedividedinto dynamictemperature controlandconstant temperaturecontrol intwocategories, differentproductsmay usedifferent equipmenttocomplete controlcorrespondingly, andthis designis tocontrol the temperaturebyusing PLCprogram, theregulator treatmentontemperaturechange to meetthe needsofpeople tocontrolthetemperaturechanges byPID.
Thedesignof finishing temperaturecontrolrequirements, but insomeplaces cannotachievethe earliestexpected results, butthe design isnottheend, thesystem willbeupdated withtheprogressofthetimesand progress.
Keywords:
Temperaturecontrol;PLC;Kernel
1绪论
1.1本课题的目的及意义
随着现代工业的快速发展,温度在工业生产的作用越来越重要,工厂需要对该工业生产中的温度进行系统的控制,如冶炼钢铁工业进程中,需要对刚刚出炉的钢铁进行热处理,还有各种反应炉、锅炉、加热炉等都需要进行温度的实时监控和控制温度的精确度,尤其在养殖行业里面,温度的偏差或许会直接导致养殖群的集体死亡。
温度是一个在日常生活、医院、环境、钢铁生产等众多行业的常见物理量。
并且,在很多的行业温度控制的范围不是人能够靠近控制的,比如钢铁加热炉,几千摄氏度的高温,人根本无法靠近,或者有些地方根本不需要人为的去控制。
现如今有很多加热炉只是采用简单的温度控制仪表和电路来控制温度,这样的控制很难达到控制要求,有很多的缺点。
各个行业都存在不少这样的情况,因此设计一个比较通用的温度控制系统是非常有意义的,而对于控制,PLC能使操作更简单方便,也更显得现代化,并且它还能胜任很多危险的环境,所以,此设计选用PLC控制。
温度控制技术可以根据控制目标的不同分为两类:
动态温度跟踪与恒值温度控制。
什么是动态温度控制呢?
其实就是预先绘制出温度变化的轨迹,然后控制系统温度随着此轨迹进行发展的控制系统。
那什么又是恒温控制系统呢?
相对无言,恒温就是温度恒定不变,由于外界因素可能导致温度的变化,此系统即是为了消除这些变化而达到一定波动范围调节温度的系统。
从工业控制温度的变化来看,温控系统可以大致分为3种:
1.定值开关温度控制法;
2.PID线性温度控制法;
3.智能温度控制法;
本设计最终选择采用PID线性温度控制法来达到温度控制,因为这种最适合本设计的要求,且最容易实现。
1.2国内外研究现状分析
大概从一九七几年左右,大量的工业生产环境都需要得到需要的温度环境,并且随着相应科学技术的快速发展,大量理论和设计的发展推动,国外在温度控制这个领域就一直不停的研究,并取得了大量的成果,尤其是在智能化控制系统,参数的自动整定以及自动适应等等众多方面取得硕果,其中尤以美国、英国、印度、日本等国在这方面的发展遥遥领先,不但满足本国的需求,还生产了大批量出口的,且性能强劲的控制器及相关仪表,并且在各行各业广泛应用,它们注意有以下几个特点:
1.适应于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统的控制;
2.能在即使控制系统的数字模型都不容易建立的情况下也能使用的温度控制系统;
3.他们采用智能控制、自动适应控制、误差控制等理论和世界先进的计算机技术设计的系统,能够处理过程复杂,参数易变的温度系统控制,能够应用于很多环境;
4.大多数的温度控制器都具备有参数的自动控制的功能。
靠着他们领先世界的计算机先进技术,温度控制器不仅仅能够对控制对象的特性并且还能进行参数自动整定。
而且有的还具有自学效仿的能力,它能根据以往经验和对象的变化,自动调整控制参数,以能更好的控制系统;
5.并且国外的温度控制系统的控制精度已经非常高,抗干扰能力也非常强,他们现如今的发展方向已经是转向更高精度和智能化及缩小体积了;
在我们的国家,温度控制系统的已经在很多行业应用起来,但是在国内自己生产的温度控制仪器的技术水平还非常的低,能够达到的要求还很低,根本无法和国外如印度、日本相比。
我们目前的水平还只是别人80年代左右的水平,相差甚大。
稍稍能够拿得出去比较的PID控制及点位控制技术都只能适应一些简单的温度控制,难以在滞后、时变的高难度控制中应用。
对于那些高难度的控制技术还不是很成熟,自产的此类商品根本无法和国外的相比较,也根本没有市场,靠着价格低廉苟延残喘。
我们必须克服这些差距,随着我国的经济发展,并且加入WTO的影响,政府对企业也是非常的重视,相继创建了国家研发中心,并和企业合资,或让企业独资,合作等关系,促使我国的温度控制领域的迅猛发展。
1.2.1传感器研究现状分析
作为信息技术的核心基础技术的传感技术,是当代所有发达国家都争相投资科研的重要技术,是在21世纪乃至很长一段时间都最优先发展的先进技术。
该领域所涉及的知识非常广泛,它的研究和发展与其他行业科技也越来越关系紧密。
国外传感技术都是诞生成长于他们迅敏发展的工业化浪潮,并且多数是经过国家首先开创研究应用于军事、航天等领域的研究实验,最终带入了民用工业。
随着工业不断的发展,电子、自动化、计算机技术等的不断进步,日本、美国等发达国家的传感器技术已经在国际市场起了领导地位。
而在我国传感器检测这方面技术的发展非常的停滞,要不是经过一次次的国家政策的鼓励,比如“六五”、“九五”,最终才得到了初步的进步,形成了传感器研发、生产和应用的体系,而且在某些地方取得了为世界瞩目的成果,如数控机床上的应用及工矿监控系统、仪器。
但是,传感器在我国的总体情况依然是非常依赖国外的技术支持,我国大多数传感器产品还是进口于国外,自己生产的产品在市场的占有率非常低,主要是国内的创新和改进还很差。
1.2.2PLC的研究现状分析
在西方发达国家,可编程控制器(PLC)都已经投入工业生产的使用,并且越来越受到企业的欢迎,市场需求年年增长,据估计,1998年全球的可编程控制器(PLC)的市场有接近5000万美元,到2001年可编程控制器(PLC)的市场可能高达2亿5000万美元,后面更是逐年上升。
目前,西方各发达国家都已经把可编程控制器(PLC)当成战略发展对象来研究开发。
工业领域对可编程控制器(PLC)的应用已经非常广泛,并且被使用的趋势越来越高。
可编程控制器(PLC)差不多是在1997年引进国内的。
现在国内的一些研究这方面的公司及相关机构也得到了些许的基础技术,不过始终是发展太晚,至今仍没有任何的企业或者机构设计出一款完整的设备出来。
不过,在国内还是有一些人在不断努力,开发一款具有自己版权的中国人自己语言编程的可编程控制器。
国人的实力还是有的,只不过起步晚,但不一定就会永远落在别人的后面,比如我国自行开发的DCS系统,就已经能够媲美国外领先的系统了。
1.2.3触摸屏研究现状分析
1971年,世界上第一个触摸传感器被一个美国人创造了出来,虽然和如今的触摸屏有所差异,不过却为触摸屏的发展奠定了基础。
触摸屏最初多数是为了工控计算机和POS机等设备设计的,发展至今,触摸屏已经实现在了方方面面,比如如今的手机行业,电脑行业等;但目前的触摸屏技术主要还是掌握在美国、日本等发达国家。
在中国,触摸屏行业还正在起步阶段,不过他的发展潜力巨大,有可能成为我国电子工业的重要领域。
现如今,所有的控制都是朝着方便的方向发展,其中就包括触控和遥控,所以全触屏产品是发展的必然趋势,在不久的将来,触控、遥控设备将处处可见。
而且触摸屏将更进一步,利用大脑和眼睛感应作出指示,给人们带来更多的方便。
1.3设计内容
本设计是针对现代化需要,利用PLC程序控制,传感器检测技术,触摸屏显示来完成整个设计。
本设计主要研究对象是一个恒温箱,要求对交变温度试验箱进行温度程序控制,温度控制的范围在0-100度之间,精度要求为0.5度,必须采用热平衡法实现加热功能,采用触摸屏进行输入操作和输出显示,可进行温度程序曲线设定值、PID控制参数、温度超限报警设定值设置,可显示当前温度设定值和实际测量值。
并且要求对制冷压缩机进行过载保护、超压保护,循环风机进行过载保护,试验箱进行超温保护。
根据设计要求,开始进行后面的设计。
2硬件设计
2.1传感器选择
温度传感器的种类繁多,总体来说大致分为接触式温度传感器和非接触式温度传感器[13]。
接触式传感器即字面意思一样,传感器会和被测物体接触,进行温度传递,进而测出温度,但由于被测物会有能量传递出来,也就会降低被测物体的温度,也就是说得到的温度会比实际的低,测量精度就低了,也就成了这种传感器的缺点,因此这种传感器就应该适用于那种热量大的被测物。
非接触式传感器则是利用红外线,由于物体发热都会产生红外线,而其强度能够反应出温度的大小,这种测量温度的方法可以实现远距离测量,不吸收被测物体的热量,切测量速度快,但是其制造成本很高,测量精度也较低。
热电阻传感器和热电偶传感器是接触式传感器里面使用最多的种类,他们的区别在于热电阻是通过温度影响电阻的变化而测出温度值,而热电偶是利用温度使电动势的变化来反应温度值。
对应于本设计的要求,最终选择了热电阻温度传感器,确定为pt100温度传感器。
Pt100温度传感器属于热电阻传感器,当然也就具有热电阻传感器的一切特性,它是采用聚四西三芯,而且聚四西三芯是能在高达200摄氏度左右的温度仍能运行的镀了银的线条,该传感器的精度很高、非常稳定、安装方便、使用简单、体积又很小、很轻、不怕震动,是非常实用的一种温度传感器,因此它的应用也是非常广泛,包括航天航空、汽车、医疗设备等等众多领域。
大多数的金属热电阻的电阻值和温度的函数关系总结成如下式表示:
(2.1)
其中:
Rt是t时刻的电阻值
是温度为
时对应的电阻值
α是温度系数
Pt100温度传感器测量温度与电阻之间的关系经过长时间的实践,总结了更为简单的函数关系,如下函数:
(2.2)
其中:
是Pt转换后得到的最终电阻值
t是当前传感器的实际温度
图2.1传感器图示
选择该传感器还是因为后面会选择EM231,配套使用!
2.2PLC选择
本设计的要求是使用西门子S7-200PLC,而此PLC系列一共有4个不同的基本型号8种CPU提供选择,即CPU221、CPU222、CPU224、CPU226。
S7200PLC应用广泛,基本所有的自动检测、自动化控制相关工业及民用企业都用到此PLC,如各种机床,电力设备,民用设备等等,具体的如空调、电梯,磨床等。
用可编程控制器(PLC)来控制的系统使用灵活,并且可以随时扩展,它与其他控制最大的区别就在与它是用开关量来控制,这样使得使用起来非常简单,编程就容易得多了,并且可以采用更加容易看懂的梯形图、逻辑图或者语句表等编程语言,不需要使用者拥有高深的电脑知识就能使用可编程控制器(PLC)的一切功能设计。
而且一个可编程控制器(PLC)控制的系统设计不需要长时间的开发,也能随时随地的进行更改,随时随地的更改程序改变控制,而且可编程控制器(PLC)能在各种恶劣的环境下应用,抵抗干扰的能力非常强大,而可靠性还非常高,都远远优于其他控制。
根据设计的要求,能够满足要求的切最适合的,最终确定CPU224型号。
此CPU外形图及型号参数如下:
图2.2PLC224外形图
表2.1PLCCPU224参数信息表
电源电压
DC24V,AC100~230V
电源电压波动
DC20.4-28.8V,AC84-264V(47-63Hz)
环境温度、湿度
水平安装0~550C,垂直安装0~450C,5~95%
大气压
860~1080hPa
保护等级
IP20到IEC529
输出给传感器的电压
DC24V(20.4-28.8V)
输出给传感器的电流
280mA,电子式短路保护(600mA)
为扩展模块提供的输出电流
660mA
程序存储器
8K字节/典型值为2.6K条指令
数据存储器
2.5K字
存储器子模块
1个可插入的存储器子模块
数据后备
整个BD1在EEPROM中无需维护
在RAM中当前的DB1标志位、定时器、计数器等通过高能电容或电池维持,后备时间190h(400C时120h),插入电池后备200天
编程语言
LAD,FBD,STL
程序结构
一个主程序块(可以包括子程序)
程序执行
自由循环。
中断控制,定时控制(1~255ms)
子程序级
8级
用户程序保护
3级口令保护
指令集
逻辑运算、应用功能
位操作执行时间
0.37μs
扫描时间监控
300ms(可重启动)
内部标志位
256,可保持:
EEPROM中0~112
计数器
0~256,可保持:
256,6个高速计数器
定时器
可保持:
256,
4个定时器,1ms~30s
16个定时器,10ms~5min
236个定时器,100ms~54min
接口
一个RS485通信接口
可连接的编程器/PC
PG740P=2\*ROMANII,PG760P=2\*ROMANII,PC(AT)
本机I/O
数字量输入:
14,其中4个可用作硬件中断,14个用于高速功能
数字量输出:
10,其中2个可用作本机功能,
模拟电位器:
2个
可连接的I/O
数字量输入/输出:
最多94/74
模拟量输入/输出:
最多28/7(或14)
AS接口输入/输出:
496
最多可接扩展模块
7个
2.3模拟量输入模块(AD转换模块)
对应设计的要求,需要选择对温度的转换模块,即把温度这个模拟量转换成PLC能够读取的数字量!
综合考虑选择了EM231AD转换模块!
针对该模块的有如下几种模块:
表2.2EM系列模块参数
输入模块
通道数
量程范围
EM231普通模块
4
单极性:
0-10V;0-5V;0-20mA或0-40mA
双极性:
±5V;±2.5V
8
EM231热电偶模块
4
支持:
S,T,R,E,N,K,J,不支持B型热电偶
8
EM231热电阻模块
2
铂(Pt),铜(Cu),镍(Ni)或电阻(R<600欧姆)
4
对应前面选择的Pt100热电阻,选择该表中EM231热电阻模块!
S7-200系列PLC用于热电阻测量输入的特殊功能模块只有一种,模块可以把外部两通道温度传感器测量值,转换为PLC内部处理所需要的15位数字量,该模块主要性能参数如下:
表2.3EM231热电阻模块参数表
物理特性
隔离
尺寸(宽×高×深)
71.2×80×62mm
71.2×80×62mm
现场至逻辑
500VAC
功耗
1.7W
1.7W
现场至24VDC
500VAC
电源损耗
24V到逻辑
500VAC
+5V DC消耗电流
35 mA
35 mA
共模输入范围
0
L+
34mA
37mA
(输入通道至输入通道)
L+线圈电压范围
20.4~28.8VDC
共模抑制
>120dB@120VAC
LED灯指示
24VDC电源供电良好ON=无错,OFF=无24VDC电源,SF:
ON=模块故障,闪烁=输入信号错误,OFF=无错
输入分辨率
模拟量输入特性
温度
0.1℃/0.1℉
输入类型
模块参考接地热电阻
电压
15位加符号位
输入范围
热电阻类型(选一种):
测量原理
Sigma-Delta
Pt-100Ω,200Ω,500Ω,1000Ω(α=3850PPm,3920PPM,3850.55PPM,3916PPM,3902PM)
模块更新时间(所有通道)
425ms
825ms
Pt-10000Ω(α=3850PPM)
到传感器的导线长度
最大100米
Cu-9.035Ω(α=4720PPM)
导线回路电阻
20Ω,Cu型2.7Ω
Ni-10Ω,120Ω,1000Ω(α=6720PPM,6178PPM)
噪声抑制
85dB@50Hz/60Hz/400Hz
R-150Ω,300Ω,600Ω
数据字格式
电阻:
-27648至+27648
输入点数
2
4
输入阻抗
>10MΩ
输入滤波衰减
-3dB@21kHz
最大输入电压
30VDC(检测),5VDC(源)
基本误差
0.1%FS(电阻)
分辨率
15位+符号位
重复性
0.05%FS
2.4固态继电器
固态继电器(简称SSR)是一种随着现代化应运而生的新型无触电开关,组成它的主要元件是固体电子,它是利用电子组件的开关特性,达到无触点、火花、且能起到接通和断开电路的目的,所以又叫无触电开关[14]。
固态继电器的作用是扩大电流输出,就如输入小电流,输出大电流,在一些高电压作业的场所这种设备是保障安全的必要措施。
固态继电器由三部分组成:
输入电路,隔离(耦合)和输出电路;
1)输入电路
输入电路就是信号的传人电路,可以根据传入电压的不同分成三种电路:
直流输入电路、交流输入电路以及交直流输入电路,有的输入电路还能和TTL/CMOS组合,以得到逻辑控制和反相等等新功能,电路连接方便[14]。
2)隔离(耦合)
固态继电器的输入输出电路的隔离和耦合有两种方式:
光电耦合和变压器耦合[14]。
3)输出电路
固态继电器的输出电路和输入电路一样,也分成三种不同的电路,分别是直流输出电路、交流输出电路和交直流输出电路[14]。
固态继电器的输出电路就是一个开关负载的原件。
通过PLC把控制的温度经DA转换,然后传入固态继电器信号,使固态继电器驱动发热原件工作。
在最后的考虑中,决定了用GOLD固特三相交流固态继电器SA3-4080D80ASA34080D,该型号的具体主要参数如下:
表2.4SA3-4080D80ASA34080D固态继电器参数信息
此固态继电器连线图:
图2.3固态继电器接线图
2.5触摸屏选择
触摸屏,也叫做触控屏、触控面板。
它利用屏幕上的感应系统反馈对屏幕触碰的信息的一种新型设备,然后该系统会根据事先编程规定的指令运行接下来的步骤。
触摸屏是现今最流行的输入设备,已经应用在了很多的领域,比如我们最常见的手机,已经普遍是触摸屏控制的了,还有其他很多的领域都使用了触摸屏的控制,因为它是目前为止最简单方便的人机交流设备。
触摸屏按照其技术原理大概可以分为五个种类:
矢量压力传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏、表
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- PLC 温度 程序 控制器 设计 要点