基于PLC的汽车地毯加热产线设计.docx

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基于PLC的汽车地毯加热产线设计

本科毕业论文（设计）

论文题目基于PLC地毯自动加热控制系统

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摘要

随着现在工业技术的发展，自动化的技术发展越来越快，自动化的生产线在生活中已经使用的越来越广泛。

自动化生产线的功能对生产效率有着很大的影响，因此自动化生产线的功能必须提高，保证自动化生产线的运行既高效节能又安全可靠。

传统的自动化生产线系统采用的是继电器逻辑控制电路，这种控制易出故障，维护不便，运行寿命短，占地空间大，正逐步被淘汰。

本设计采用西门子S7-200PLC作为控制单元，用软件来实现对汽车地毯加热生产线的的自动控制。

地毯加热生产线有完整的温度测试系统、故障报警系统、自动加热系统、安全回路系统，汽车地毯加热系统的可靠性大大提高。

汽车地毯加热系统的控制结构简单，外部线路简化，另外还可方便地改变控制功能。

提高了汽车地毯加热系统的运行的安全性，并便于检修。

因此，它以优异的温度调试功能、自动加热功能、高效率和较好的节能效果及广泛的适用范围，从而明显改善了汽车地毯加热的的质量和性能，此次设计的汽车地毯自动加热系统控制精度高、动态性能好，大大的提高的自动化生产线的生产效率。

关键词：

自动化，PLC，生产线，传感器，汽车地毯

Abstract

Withthedevelopmentofindustrialtechnology,automationtechnologyisdevelopingfasterandfaster.Automatedproductionlinehasbeenusedmoreandmorewidelyinourdailylife.Thefunctionofautomaticproductionlinehasgreatinfluenceonproductionefficiency.Therefore,thefunctionofautomaticproductionlinemustbeimproved,andtheoperationofautomaticproductionlinecanbeensured.Thetraditionalautomaticproductionlinesystemadoptstherelaylogiccontrolcircuit,whichiseasytomalfunction,inconvenienttomaintain,shortservicelifeandlargespaceoccupation,andisbeingphasedoutgradually.

ThisdesignusesSIEMENSS7-200singlechipmicrocomputerasthecontrolunit,andusessoftwaretorealizetheautomaticcontroloftheautomobilecarpetheatingline.Carpetheatinglinehascompletetemperaturetestsystem,faultalarmsystem,automaticheatingsystemandsafetyloopsystem.Thereliabilityofautomobilecarpetheatingsystemisgreatlyimproved.Thecontrolsystemofautomobilecarpetheatingsystemissimple,theoutercircuitissimplified,andthecontrolfunctioncanbeeasilychanged.Theutilitymodelimprovesthesafetyoftheoperationoftheautomobilecarpetheatingsystemandiseasytooverhaul.Therefore,itiswithexcellenttemperaturedebuggingfunction,automaticheatingfunction,highefficiencyandgoodenergy-savingeffectandwideapplicationrange,therebysignificantlyimprovetheheatingqualityandperformanceofthecarcarpet,controlcarcarpetautomaticheatingsystemandthedesignofhighprecision,gooddynamicperformance,greatlyimprovetheautomationoftheproductionlineproductionefficiency.

Keywords:

automation,PLC,productionline,sensor,Carcarpet

目录

摘要III

AbstractIV

目录V

第1章绪论6

1.1研究本课题的背景和目的6

1.2国内的发展概况6

1.3本课题应该达到的要求7

第2章加热电路设计8

2.1元器件介绍及电路设计8

2.1.1热传感器选择8

2.1.2电阻丝的使用8

2.1.3变频电路设计9

2.2控制器的选择10

2.2.1热传感器选择12

2.2.2基础组成12

第3章PLC接线与分配14

3.1系统的一般原则14

3.2PLC的模型分析与选型14

3.3自动加热产线控制系统的I/O点及地址分配16

第4章PLC编程18

4.1控制系统的程序流程图18

4.2PLC的编程语言19

4.2控制程序的组成20

4.2.1温度采集程序设计20

4.2.2数字滤波程序设计21

4.3PID控制程序设计24

6结论与展望25

6.1结论25

6.2不足之处及未来展望25

致谢27

参考文献28

附录29

1绪论

1.1研究本课题的背景和目的

21世纪以来计算机技术不断的发展，计算机技术的发展越来越快，芯片的集成度也越来越高，同时随着技术的不断的发展，人们开始把计算技术应用到生产中来，在生产中使用自动化的生产技术，不但可以提高生产的效率，而且失误的概率也会大大的降低，目前很多的机械设备厂家以及制造业的厂家，都开始将自动化的产线投入到实际中来使用，plc作为一种技术被广泛的使用在自动化的产线上，自动化的产线对平时的生产效率的提高是有着非常重的意义的。

就拿自动化的加热产线来说吧，人工的产线效率比较低下，而且很容易发生各种错误，自动化的加热产线，对温度的采集也非常的准备，不容易发生错误，要让人去控制自动化的加热产线显然是不行的。

不仅仅效率比较低，而且对温度的掌握没那么精确。

一个plc的系统的设计是非常的复杂的，很多的因素设计这都必须考虑到，总体看来此次设计的汽车地毯加热的plc系统设计对平时的生产制造还是有很大的意义。

主要是用可编程控制器（PLC）自动加热产线的设计课题所研究的内容。

由于可靠性欠佳大部分老式产线，检修起来比较困难，结构复杂，以节约资金。

因此进行研究，对生产线的控制技术，找出一条改造之路适合自动化产业线的，并产线技术水平和质量进而提高国自动化，具有的意义十分重要。

在过去plc刚刚发展的时候，芯片的集成度还不是那么高，系统总归会存在这样那样的问题，由于技术的限制的原因系统运行起来不稳定那是非常正常的事情。

1.2国内的发展概况

随着现在工业技术的发展，自动化的技术发展越来越快，自动化的产线在生活中已经使用的越来越广泛。

自动化产线的功能对生产效率有着很大的影响，因此自动化产线的功能必须提高，保证自动化产线的运行既高效节能又安全可靠。

传统的自动化产线系统采用的是继电器逻辑控制电路，这种控制易出故障，维护不便，运行寿命短，占地空间大，正逐步被淘汰。

目前国外plc技术已经得到了恨到的发展，国内plc技术也已经相对的比较成熟，在很多的领域plc都有使用，尤其是在一些自动化的加工产业方面，还有机械的一些方面，plc都是使用的非常的广泛的，设计人员使用的也比较多。

但是目前对PLC的使用要求变高了，因为计算机技术的不断的发展，自动化的发展已经成为了必然的趋势，就说流水线吧，那是必然的趋势人工智能设计代替人们来进行生产制造，自动化技术的发展已经是未来发展的必然的趋势，而且随着芯片的集成度越来越高，集成电路的创新也是非常的重要的，过去都是人力，现在随着计算机的发展，很多的领域都是有了计算机的使用，在自动化的产品做成自动化的产线，这是未来发展的趋势，人们可以通过计算机直接控制产线，控制plc的运行，同时控制多个流水线的运行。

1.3本课题应该达到的要求

作为模拟信号的温度信息，系统显然是不能直接进行处理的，plc只能对相应的高低电平的信号进行处理，直接的模拟信号是不能采集到的，所以在这里就必须使用相应的传感器技术进行采集温度信号，温度信号转换成对应的模拟信号才能进行处理，PLC的PID运算要求的标准数据类型也需要转化成同时采集到的数值。

是要转化为PLC可识别的量炉温实际温度的检测将温度量，所以，先转化为32位的双整型将温度变送器输出的值由16位的整型，再由双整型转化为实型，所以是非常的精确的这个数据。

此时得到测得温度值在PLC中计算所对应的数，就将这个数据寄存送入变量寄存器VD296系统。

系统中的PLC易于扩展该自动加热控制，扩展和修改经过适当的，更多自动化产线层的模型可适用于。

实体模型运行稳定对于该产线的系统设计来说，逻辑性强是此次控制系统的主要的特点，实践教学的需要满足了PLC，更接近工程实际使得PLC教学，学生的实际动手能力增强了，同时，PLC控制系统的硬件平台也搭建了一个，其他的PLC实践课程中可用于。

这次毕业设计能够顺利的进行，理论基础知识的铺垫是必不可少的。

我就开始去查阅相关的资料，对这次设计所需要的知识进行研究，希望通过查阅相关的资料以及运用平时所学习到的知识解决这次毕业设计所需要解决的问题，在此次的毕业设计中我希望通过设计最佳的系统来实现这次的毕业设计。

在这几个月中我对自己大学里面学过的只是进行了一次很好的总结，在之前的学习的过程中，我很多的只是掌握的不是很牢靠，甚至有的时候，对有的科目根本就没有好好的去学习，当然在这次的毕业设计中，我觉得一个正确的设计思路是必须的，要是思路发生了错误，毕业设计也就不能那么顺利的完成了

论文内容如下：

首先作了比较全面的总结和介绍对自动加热产线系统及可编程控制器（PLC）。

然后就是根据相关的需求选择相应的元器件先设计出电气的原理图，其次就是根据io接口编制程序，组态方面的话我们可以通过mcgs软件来进行仿真。

实物方面的话显然是无法进行运行的，通过相关的软件调试。

本次设计作为主要的控制单元采用S7200PLC，加热降温过程通过采集流水线的温度来控制流线线的，控制汽车地毯自动加热产线的温度从而实现了。

2加热电路设计

2.1系统的整体工作原理框图

系统的整体运行框图如图2.1所示。

温度传送

热电偶

西门子s7-200PLC

热电阻丝

过滤保护

故障显示

SSR

图2.1系统的整体工作原理框图

本次设计电路中使用到的元器件有开关，保险丝，变频器以及温度传感器，电子元器件的种类很多，必须根据电路的设计要求来选择对应的元器件，在这里开关选择3p的的开关，保险丝选择20A的保险，保险是在电路短路额时候保护电路的安全所使用的。

变频器是控制电路运行的效率，其他的器件就是电热丝，在下面会对传感器以及变频器进行一一的介绍。

2.1.1热传感器选择

作为模拟信号的温度信息，系统显然是不能直接进行处理的，plc只能对相应的高低电平的信号进行处理，直接的模拟信号是不能采集到的，所以在这里就必须使用相应的传感器技术进行采集温度信号，温度信号转换成对应的模拟信号才能进行处理，在系统的稳定性能方面，设计者必须要考虑，传感器的好坏直接影响系统，在这里选择的是VD296这样的一个温度传感器。

他的性能还是比较强大的，温度测量的范围也比较大，每个类型的传感器的温度的采集的范围都是不一样的。

这就要求我们要认真的对温度传感器的性能进行比较，这样设计出的系统的稳定性才会高，测量的精度也才能得到提高。

2.1.2电阻丝的使用

在设计的温度控制系统中，电热丝经常被设计者用来尽心加热元件，他的功能就是把热能转化为相应的电能。

因为电热的原理相对来说还是非常的简单的，设计者使用起来的话也是非常的方便的。

不需要复杂的接口，稳定性也是非常高，有很好的性价比。

电热丝是最早出现的一种电热元件，它是以电热为基本工作原理来实现能量转化的。

电热丝看上去还是比较传统的，目前的技术已经发展了很多，但是他并没有被别的元器件完全的代替，使用还是很广。

电阻丝加热电路的原理框图如下图2.2所示。

图2.2加热电路的原理设计图

2.1.3变频器的选择及电路设计

变频器的选择

电路设计

提高系统用电的使用的效率变频电路可以很好的，很好的节约能量，因此本次的设计中加入了变频电路。

变频电路设计图如下图2.3所示，对应的补水电路设计如图2.4所示。

图2.3变频电路设计

图2.3补水电路设计

2.2控制器的选择

目前来说的话，作为可编程逻辑器件来说，plc的种类也是非常的多的，目前市场上有三菱的plc还有西门子的plc产品，他们各有特点，但是价格的话也存在很大的差异，因此设计者要仔细考虑。

S7-200CPU的技术指标如下表2-1所示。

表2-1S7-200CPU的技术指标

特性

CPU221

CPU222

CPU224

CPU224XP

CPU226

本机I/O　

•模拟量

•数字量

4出6入

-

6出8入

-

/10出14入

-

/10出14入

2入/1出

/16出24入

-

模块数量

最大扩展

模块0个

模块2个

7个模块

7个模块

7个模块

数据存储区

字节2048

字节2048

字节8192

字节10240

10240字节

掉电保持时间

100小时

100小时

50小时

50小时

100小时

程序存储器：

•编辑可在运行

模式下

•不可在运行模式下编辑

字节4096

字节4096

4096字节

字节4096

8192字节

字节12288

12288字节

16384字节

16384字节

24576字节

高速计数器

•单相

•双相

4路30KHz　

2路20KHz

4路30KHz

2路20KHz

6路30KHz

4路20KHz

4路30KHz

2路200KHz

3路20KHz

1路100KHz

6路30KHz

4路20KHz

脉冲输出（DC）

2路20KHz

2路20KHz

2路20KHz

2路100KHz

2路20KHz

模拟电位器

1

1

2

2

2

实时时钟

1×RS-485

配时钟卡

内置

内置

内置

通讯口

1×RS-485

1×RS-485

2×RS-485

2×RS-485

浮点数运算

有

有

有

有

有

I/O映象区

256

128入/128出

256

128入/128出

256

128入/128出

256

128入/128出

256

128入/128出

布尔指令执行速度

0.22μs/指令

0.22μs/指令

0.22μs/指令

0.22μs/指令

0.22μs/指令

外形尺寸（mm）

90×80×62

90×80×62

120.5×80×62

140×80×62

190×80×62

2.2.1S7-200PLC选择

S7-200PLC的详细技术参数如表3-1所示。

表3-290-30PLC的技术参数

CPU311

CPU313

CPU323

CPU331

CPU340

CPU341

CPU351

CPU352

I/O点数

80/160

160/320

1024

1024

4096

AI/AO点数

64In-32Out

64In-32Out

128In-64Out

1024In-256Out

2048In-256Out

寄存器字

512

1024

2048

9999

9999

用户逻辑内存

6K字节

6K字节

16K字节

32K/80K

80K

程序运行速度

18ms/K

0.6ms/K

0.4ms/K

0.3ms/K

0.22ms/K

内部线圈

1024

1024

1024

1024

4096

计时/计数器

170

340

680

>2000

>2000

高速计数器

有

有

有

有

有

轴定位模块

有

有

有

有

有

可编程协处理器模块

没有

没有

有

有

有

浮点运算

无

无

无

无

无/有

超控

没有

没有

有

有

有

后备电池时钟

没有

没有

有

有

有

口令

有

有

有

有

有

中断

没有

没有

没有

有

有

诊断

I/O、CPU

I/O、CPU

I/O、CPU

I/O、CPU

I/O、CPU

2.2.2基础组成

系列s7-200PLC基础部分包括：

1、基板

基板是PLC系统的基础，因为所有的别的配置模板都要安装在机架基板上。

通俗的说基本可以说是控制了整个plc的系统，有的时候一个基本上甚至集成了好几个plc的系统，他就是plc的主要的组成部分，基本作为整个plc系统的控制部分，充当了大脑的作用，因此在这个系统中有了非常大的作用，我们必须谨慎。

一旦基板发生错误就会导致整个plc系统的无法运行。

每个基本上的插槽的数目也是不相同的，有的可以插几很多的plc模块，有的运行少数的模块。

电源模板

电源模块可以说是一个系统的重要的组成部分，一个单子系统必不可少的就是plc的电源部分。

最基本的方面就是，没有电源部分，电子系统就根本没有办法很好的运行，当然对于plc的系统来说也是，电源的设计是非常重要的部分，不可缺。

CPU

对于电子系统，cpu是电子系统的大脑部分，plc也是具有cpu模块的，他控制着整个plc系统的运行，相当于人的大脑，，控制身体每个部位，一些系列90-30CPU集成在基板上，但大多数都是通过插槽同底板连接的。

在某些情况下，CPU装于个人电脑中使用个人电脑接口连接卡同90-30系列的输入，输出和可选模板进行连接。

4、I/O模块

这类模板是使PLC同现场设备的输入和输出相接口，例如开关，传感器，继电器和电磁阀。

可供使用的包括开关量和模拟量类型模板。

电缆

组成部分连接在一起这些电是使PLC各相关缆，同别的PLC系统的连接。

均可以从s7-200产品列表中选出许多标准需求用到的电缆，它们主要用于：

（1）基板间的相互连接

（2）编程人员连接到CPU或别的可选模块

（3）可选模板同现场设备或别的控制系统的连接.

3PLC接线与分配

3.1qq749986419

工艺要求任何一种实现被控对象的控制系统都是为了，产品质量，生产效率以提高和。

因此，,在设计PLC控制系统时，以下基本原则应遵循：

1.在设计系统的时候，设计者往往会选择自己比较熟悉的系统来进行设计，这基本上是没什么太大的问题，但是，设考虑的设计系统使用的时候，他的可靠性，稳定性，设计者必须要把它放在第一位来考虑，一个系统如果不能正常稳定的运行的话，其他的一切都是没有用的，所以系统能不能可靠运行很重要。

2.力求简单、经济、使用及维修方便。

对于厂家来说，设计系统还有个原则肯定也是必须可少的，那就是，厂家肯定会去考虑设计系统的成本的问题，毕竟厂家设计一个系统的目的肯定就是为了生产。

不产生利润的话，我觉得厂家肯定是不答应了，所以系统的经济性也需要考虑在一定的范围之内，只要系统能很好的满足设计的需求，经济成本肯定是越低越好，在满足使用这使用需求的前提之下，使用者肯定也会选择价格相对比较便宜的。

3.2qq749986419，可获取电子图及程序

可编程控制器运算操作就是一种电子系统数字，可编程逻辑器件的设计功能工业环境下应用。

每个plc的系统的功能都是不一样的，对应的每个设计的系统，设计者都可以做出相关的选择，经过一定的比较才能设计出比较稳定而且价格合适的系统出来，不能只去追去高级。

综合以上因素，PLC技术就是汽车地毯自动加热系统的核心，因此PLC应用系统很重要自动卷帘门控汽车地毯自动加热系统制系统。

PLC系统为s7-200此项目中我们用到的。

此系统的外部硬件接线如图3.1、3.2、3.3所示。

图3.1加热电路控制电路原理图1

图3.2加热电路控制电路原理图2

图3.3加热电路控制电路原理图3

3.3自动加热产线控制系统的I/O点及地址分配

汽车地毯自动加热线控制系统I/O点及地址分配如表3-1、3-2所示，3-3所示。

表3-1自动加热线控制系统I/O点及地址分配1

Q0.0

高位报警

Q0.1

加热指示

VD250

汽车地毯进温度存放地址

VD260

汽车地毯出温存放地址

VD270

主控制器PID输出存放地址

VD300

目标设定温度存放地址

VD304

主控制器比例常数Kc

VD308

主控制器积分时间Ti

VD312

主控制器微分时间Td

VD316

副调节器比例常数Kc

VD320

主控制器采样时间Ts

VD324

副调节器采样时间Ts

表3-2自动加热线控制系统I/O点及地址分配2

0

VD0

主调节器过程变量（PVn）

1

VD4

主调节器给定值（SPn）

2

VD8

主调节器输出值（Mn）

3

VD12

主调节器增益（Kc）

4

VD16

主调节器采样时间（Ts）

5

VD20

主调节器积分时间（Ti）

6

VD24

主调节器微分时间（Td）

7

VD120

副调节器过程变量（PVn）

8

VD124

副调节器给定值（SPn）

9

VD128

副调节器输出值（Mn）

10

VD132

副调节器增益（Kc）

11

VD136

副调节器采样时间（Ts）

12

VD140

副调节器积分时间（Ti）

13

VD144

副调节器微分时间（Td）

AIW0