基于PLC的触摸屏温度控制系统.docx
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基于PLC的触摸屏温度控制系统
科目:
综合控制系统
题目:
温度控制系统课程设计
姓名:
LC
学号:
系别:
班级:
完成时间:
华南理工大学广州学院电子信息工程学院
前言1
第一章系统总体方案2
第二章系统硬件设计3
2.1PLC选择3
2.1.1FX2N-48MR-001PLC3
2.1.2FX2N-2AD特殊功能模块4
2.1.3FX2N-2DA特殊功能模块4
2.2硬件电路设计5
2.2.1温度值给定电路6
2.2.2温度检测电路9
2.2.3过零检测电路10
2.2.4晶闸管电功率控制电路11
2.2.5脉冲输出通道13
2.2.6报警指示电路13
2.2.7复位电路14
第三章系统软件设计14
3.1编程与通信软件的使用14
3.2程序设计16
3.3系统程序流程图16
3.4控制系统控制程序的开发17
3.4.1温度设计17
3.4.2A/D转换功能模块18
3.4.3标度变换程序19
3.4.4恒温控制程序(PID)设计19
3.4.5数字触发器程序设计22
3.4.6显示程序25
3.4.7恒温指示程序25
3.4.8报警程序25
第四章总结与展望26
4.1总结26
4.2展望27
参考文献28
附录:
系统程序(梯形图)29
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,加热管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)触摸屏:
主要功能是设定和显示相应的温度值,以及停止和开始功能。
(2)PLC:
主要完成PID调节功能以及数据变换。
(3)测温电路和A/D模块:
主要功能是0-10V温度测量信号经FX2N-A/D转换成数字信号输入PLC处理。
(4)输出调节电路:
主要功能是把PLC处理运算发出的控制信号,经FX2N-D/A转换0-10V模拟信号,通过脉宽调制装置输出脉冲信号对加热管进行加热
系统工作原理:
温度变送器将加热管温度变换为模拟信号,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,得到实际加热管温度。
数字控制器根据恒温给定值Q0与实际加热管温度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,调节加热管温度的变化使之与给定恒温值一致,达到恒温控制目的。
当达到恒温值、输入错误或系统发生故障时,系统发出报警信号,同时用GT1040-QBBD-C触摸屏对加热管温度进行实时显示和温度给定输入。
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A/D转换器和D/A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FX3U(基本I/O点数为24)和FX2N-2AD特殊功能模块。
2.1.1FX3UPLC
FX3U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FX3UPLC,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-2AD特殊功能模块
FX2N-2AD为模拟量输入模块,有两个模拟量输入通道(分别为CH1、CH2),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2-3所示。
表2-3模拟量输出性能表
项目
电压输入
电流输入
模拟量输入范围
DC:
0~+10V(输入电阻200KΩ)
绝对最大输入:
-0.5V,+15V
DC:
4~+20mA(输入电阻250Ω)
绝对最大输入:
-2mA,+60mA
数字输出
12位二进制
分辨率
2.5mV(10V/4000)
1.25mV(5V/4000)
4μA(20mA/4000)
总体精度
±1%(满量程0~10V)
±1%(满量程4~20mA范围)
转换速度
2.5ms/通道(与顺空程序同步动作)
所有数据转换和参数设置的调整可通过FROM/TO指令完成。
同时在编程过程中重点用到了BFM数据缓冲存储器,具体分布情况如表2-4所示。
表2-4FX2N-2AD缓冲存储器的功能及分配
BFM
编号
内容
b15-b8
b7-b4
b3
b2
b1
b0
#0
保留
输入数据的当前值(低8位)
#1
保留
输入数据的当前值(高4位)
#2-#16
保留
#17
保留
模拟到数字转换开始
模拟到数字转换通道
#18
保留
BFM说明:
1)BFM#0:
存储由BFM#17指定通道的输入数据当前值低8位数据,当前值数据以二进制存储。
2)BFM#1:
存储由BFM#17指定通道的输入数据当前值高4位数据,当前值数据以二进制存储。
3)BFM#17:
b0:
指定由模拟到数字转换的通道(CH1,CH2)。
b0=0指定CH1
b0=1指定CH2
b1:
由0→1时A/D转换过程开始
2.1.3FX2N-2DA特殊功能模块
FX2N-2DA为模拟量输入模块,有两个模拟量输出通道(分别为CH1、CH2),每个通道都可进行D/A转换,将数字量信号转换成模拟量信号,其分辨率为12位。
其模拟量输出性能如表2-3所示。
表2-3模拟量输出性能表
项目
电压输出
电流输出
模拟量输入范围
DC:
0~+10V(输入电阻200KΩ)
绝对最大输入:
-0.5V,+15V
DC:
4~+20mA(输入电阻250Ω)
绝对最大输入:
-2mA,+60mA
数字输出
12位二进制
分辨率
2.5mV(10V/4000)
1.25mV(5V/4000)
4μA(20mA/4000)
总体精度
±1%(满量程0~10V)
±1%(满量程4~20mA范围)
转换速度
2.5ms/通道(与顺空程序同步动作)
所有数据转换和参数设置的调整可通过FROM/TO指令完成。
同时在编程过程中重点用到了BFM数据缓冲存储器,具体分布情况如表2-4所示。
表2-4FX2N-2DA缓冲存储器的功能及分配
BFM
编号
内容
b15-b8
b7-b4
b3
b2
b1
b0
#0
保留
输入数据的当前值(低8位)
#1
保留
输入数据的当前值(高4位)
#2-#16
保留
#17
保留
模拟到数字转换开始
模拟到数字转换通道
#18
保留
BFM说明:
4)BFM#0:
存储由BFM#17指定通道的输入数据当前值低8位数据,当前值数据以二进制存储。
5)BFM#1:
存储由BFM#17指定通道的输入数据当前值高4位数据,当前值数据以二进制存储。
6)BFM#17:
b0:
指定由模拟到数字转换的通道(CH1,CH2)。
b0=0指定CH1
b0=1指定CH2
b1:
由0→1时A/D转换过程开始
2.2硬件电路设计
2.2.1温度值给定电路
为了能同时使用触摸屏和开关按键实现温度给定值输入,触摸屏程序利用GTDesigner3设计触摸屏温度给定值输入、触摸屏温度显示、触摸屏启动控制、触摸屏停止控制以及指示灯指示如下图所示;本系统还设计了十个开关按键,作为温度给定值的输入端口,接收十进制数(触摸屏程序和开关按键电路分别如下图所示)。
给定值范围为0~100℃,若输入值超过给定值范围,系统会发出报警信号(亮红灯)。
触摸屏温度给定输入:
(右图第一行数字即为温度给定输入):
触摸屏启动控制:
(左图第一个方形图形)
触摸屏停止控制:
(左图第二个方形图形)
触摸屏指示灯指示:
恒温完成指示信号(Y0004)
当前温度大于给定温度(Y0005)
给定温度超出范围报警(Y0006)
按键设计电路如图2-1所示:
SB1为温度值输入允许,SB2~SB11分别表示十进制数0~9。
先按下温度值给定允许开关SB1,然后再输入给定温度值,先按下的数字为高位上的数值
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- 关 键 词:
- 基于 PLC 触摸屏 温度 控制系统
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