恒温箱PLC控制系统毕业设计论文.docx
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恒温箱PLC控制系统毕业设计论文
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
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所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
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学位论文原创性声明
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对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
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日期:
年月日
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作者签名:
日期:
年月日
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日期:
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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
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
评阅教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩:
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
年月日
教学系意见:
系主任:
(签名)
年月日
摘要
随着现在电子技术的发展,温度测量的利用在许多地方都有比较大的发展空间,许多质量好而且便宜的温度传感器被设计开发,在温度检测控制和测量方面得到了较大的应用。
例如在日常生活、工业生产、和实验室当中恒温箱的的应用随处可以见到。
在生活中我们用恒温箱保存食物,在工业生产中一些原料的保存用到恒温箱,实验室里特别是生物的培养实验室恒温箱的应用更为广泛。
除此之外,在医用、水产、特种工业、工业探伤、照相等领域,都需要稳定而精确的温度。
与此同时随着社会的发展,温度、压力、液位和流量是四中最常见的过程变量,其中温度是一个非常重要的过程变量。
因此国内外对恒温箱的研究越来越深入,恒温箱的用途也越来越广泛,恒温箱plc控制系统不仅不仅促进了科技的发展和工业生产,也提高了人民的生活水平,因而这种低成本而又能打成需求者需要的恒温箱就有意义。
本次设计中,恒温箱控制系统的性能在很大程度上取决于对温度的控制性能,与此同时采用以PLC为主控制器通过拨码开关设定初始输入温度,设定温度与所测温度进行比较,然后plc对数据进行处理,根据偏差信号的大小来驱动控制发热丝或冷水泵,从而使恒温箱达到温度恒定控制的目的。
本次恒温箱plc控制系统将基于plc设计完成,设计过程当中将应用的温度传感器、数码显示管、加热装置、冷却水泵、冷却器、储水箱、温度显示、阀门及状态指示不见。
恒温箱plc控制系统要求控制恒温箱的水温在20~80摄氏度之间某设定数值,当水温小于设定值时,采用电热升温。
当水温大于设定值时,放出热水部分,并且启动冷却风扇使水流经冷却器向恒温箱提供水。
本恒温箱plc控制系统以plc控制器为核心,同时本系统也应用了温度传感器、流量传感器、和液位传感器,设计恒温箱plc控制系统的硬件电路和软件程序,完成控制任务。
恒温箱plc控制系统的设计还对plc特殊功能扩展模块和BCD译码器做了简单的介绍。
关键词:
PLC,传感器,恒温箱,PID
Abstract
Withthecurrentdevelopmentofelectronictechnology,theuseoftemperaturemeasurementinmanyplaceshasarelativelylargespacefordevelopment,anumberofgoodqualityandinexpensivetemperaturesensorisdesignedanddeveloped,intermsoftemperaturemeasurementandcontrolandmeasurementapplicationshavebeenlarger.Forexample,indailylife,industrialproduction,andlaboratoryapplicationsamongtheincubatorcanbeseeneverywhere.Inlifewesavedwiththethermostatfood,somepreservedintheindustrialproductionofrawmaterialsusedintheoven,inparticulartheapplicationofbiologicallaboratoryculturelaboratoryincubatorismoreextensive.Inaddition,themedical,aquaticproducts,specialtyindustrial,industrialinspection,photographyandotherfields,weneedastableandprecisetemperature.Withthedevelopmentofsocietyatthesametime,temperature,pressure,levelandflowarethefourmostcommonprocessvariables,wherethetemperatureisaveryimportantprocessvariables.Soresearchesonmorein-depthincubator,incubatorsusehasbecomeincreasinglywidespread,incubatorsplccontrolsystemnotonlyhasnotonlypromotedthedevelopmentoftechnologyandindustrialproduction,butalsoimprovethelivingstandardsofthepeople,sothisdemandforlowcostandtheycanbelabeledasanincubatorneedstobemeaningfulThedesign,performancethermostatcontrolsystemlargelydependsonthetemperaturecontrolperformance,atthesametimeadoptaPLC-basedcontrollertosettheinitialinputtemperatureviaDIPswitch,settemperatureandthemeasuredtemperaturecomparison,thenplcfordataprocessing,basedonthesizeoftheerrorsignaltothedrivecontrolheatingwireorcoldwaterpump,sothattheoventemperatureconstantcontrolpurposes.Theincubatorwillbebasedplccontrolsystemdesigniscompleted,thedesignprocesswillbeappliedtemperaturesensors,digitaldisplaytubes,heatingdevices,coolingwaterpumps,coolers,storagetanks,temperaturedisplay,valvesandstatusindicationdisappear.Plcthermostatcontrolthermostatcontrolsystemrequiresasetvalueoftemperaturebetween20to80degreesCelsius,whenthewatertemperatureislessthanthesetvalue,theuseofelectricheating.Whenthewatertemperatureisgreaterthanthesetvalue,thereleaseofhotwaterportions,andstartthecoolingfantoprovidecoolingwatertoflowthroughtheincubator.Thethermostatcontrolsystemplccontrollerasthecore,butalsotheapplicationofthesystemtemperaturesensors,flowsensors,andliquidlevelsensor,designincubatorplccontrolsystemhardwareandsoftwareprograms,completecontroltasks.DesignincubatorplccontrolsystemalsoplcexpansionmodulesandspecialfunctionBCDdecodertodoasimpleintroduction.
Abstract:
PLC,sensors,thermostat,PID
摘要.....................................1
Abstract...........................................................2
1设计方案的确定
1.1各控制方案的比较
根据任务设计要求,恒温水箱的温度需要运用PID控制。
在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便。
即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制技术。
PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
首先,PID应用范围广。
虽然很多工业过程是非线性或时变的,但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统,这样PID就可控制了。
其次,PID参数较易整定。
也就是PID参数Kp,Ki和Kd可以根据过程的动态特性及时整定。
如果过程的动态特性变化,例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化,PID参数就可以重新整定。
第三,PID控制器在实践中也不断的得到改进,PID参数自整定就是为了处理PID参数整定这个问题而产生的。
许多自身整定参数的PID控制器经常工作在自动整定模式而不是连续的自身整定模式。
自动整定通常是指根据开环状态确定的简单过程模型自动计算PID参数。
1.1.1纯模拟电路控制
传统的温度控制较多地使用纯模拟电路并采用继电器一接触器或者双向晶闸管进行模拟部分驱动制冷器件。
纯模拟电路温度控制有很多不足之处,比如:
模拟电路复杂、控制精度不高、控制参数的调整要依靠经验数据,很难做到动态调节、系统操作复杂,不利于远程控制、实时控制以及数据的实时采集等等。
本
文在分析了温度控制的特点后,建立在PID参数自整定方法的温度控制方法,具
有控制精度高、控制温度范围大、制冷响应速度快等特点。
1.1.2PLC控制
PLC控制系统有以下一些特点:
1.可靠性高。
它采用微电子技术,大量的开关动作由无触点的半导体电路完成。
2.应用灵活。
PLC已实现产品的系统化,标准化的积木硬件结构和单元化的软件设计,使它不仅可以适应规模不同,功能繁复的控制要求,而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合。
3.功能强,通用性好。
PLC产品已经形成系列化,单元化,并配合品种齐全的控制单元供用户选择,还可以组成满足各种要求的控制系统。
4.编程简单。
采用梯形图编程方式。
它与传统的继电器接触控制线路图有许多相似,操作容易。
5.PLC具有体积小,能耗低,质量少。
1.1.3单片机控制
单片机常用的是C,汇编与Basic。
就算是C,也有许多不同的开发工具(如ICCAVR,CodeVersion,IAR,GCC..),彼此不兼容。
这种百花齐放的局面,它让我们的交流变得更加困难。
综上所述,结合各个控制方案的特点,所以选择用PLC来进行控制。
1.2PLC温控系统原理
由感温元件热电偶检测温度,通过温度变送器把温度传送给
,A/D转换过程中,温度变为模拟电压输入给PLC。
PLC为控制装置主机,通过PID运算,调整模拟量大小,完成温度控制任务。
控制中将模拟量变为脉冲数字输出,用数字显示,温度的控制由程序设定,
用PLC的PID控制功能调节。
为了防止干扰,在PLC输人、输出模块前、后加装了隔离变压器,同时加设了上限及故障报警装置。
图1PLC控制的温控系统工作原理框图
2系统硬件设计
2.1硬件分配
PLC控制的恒温箱温控系统硬件包括:
1.温度传感器2.放大器部分3.A/D转换部分。
4.FX0N-60MR。
5.执行单元。
6.LED显示器
2.2I/O电器接口图
图2I/O电器接口图
2.3恒温控制的PLC控制装置示意图
图所示为水温恒温控制装置的结构示意图,它包括控制恒温水箱、冷却风扇电动机、搅拌电动机、储水箱、加热装置、温度检测装置、温度显示、功率显示、流量显示、阀门以及有关状态显示等。
图3控制装置示意图
2.4工艺过程及控制要求说明
本系统是一个恒温控制系统,要求设定的温度在某一个数值。
加热采用电加热,功率为1.5KW,温度设定范围在20~80摄氏度之间。
恒温水箱内有一个加热装置、一个搅拌电动机、两个液位检测开关、两个温度传感器。
液位检测开关为开关量传感器,检测水位的高低,反映无水或水溢出状态。
两个温度传感器分别为测量水箱入口处的水温和水箱中的水的温度。
储水箱中,也装有一个温度传感器。
恒温水箱中的水可以通过一个电磁阀或手动开关阀将水放到储水箱中。
储水箱中的水可以通过一个电磁阀引入到恒温水箱中。
水由一个水泵提供动力,使水在系统中循环。
水的流速由流量计测量。
恒温水箱中的水温,入水口的水温,储
水箱中的水温度、流速及加热功率均有LED显示。
两个电磁阀的通断,搅拌和冷却开关均有指示灯显示。
控制系统的控制过程:
当设定温度后,启动泵向恒温水箱中供水,水上升到液位后,启动搅拌电动机,测量水箱水温并与设定值比较;若温度差小于5
,。
要采用PID调节加热。
当水温高于设定值5~10
时,要
进冷水。
当水温在设定值0~5
范围内,仍然采用PID调节加热。
当水温高于设定值10
以上时,采用进水与风机冷却同时进行的方法实现降温控制。
此外对温度、流量、加热的电功率要进行实测并显示。
若进水时无流量或加热、冷却时水温度无变化时应报警。
2.5I/O地址表
表1I/O地址
信号名称
器件代号
地址编号
功能说明
输入信号
SB1
X10
系统启动开关
SB2
X15
系统停止开关
SQ1
X11
上液位开关
SQ2
X12
下液位开关
SP
X5
流量检测开关
输出信号
KA1
YO
启动泵
YV1
Y1
水电磁阀1
YV2
Y2
水电磁阀2
KA2
Y3
冷却风机
KA3
Y4
搅拌电动机
KA4
Y5
加热装置
HL
Y7
报警指示灯
8241码
Y10~Y10
显示数据用
输出信号
C1
Y20
温度显示1LED信号地址
C2
Y21
温度显示2LED信号地址
C3
Y22
温度显示3LED信号地址
C4
Y23
流量显示LED信号地址
C5
Y24
功率显示LED信号地址
2.6温度传感器
2.6.1热电偶
本文采用J型热电偶。
热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。
热电偶温度计是由三部分组成:
1.热电偶(感温元件);2.连接热电偶和测量测量仪表
的导线(对应型号的补偿导线及铜线);3.测量仪表;
其优点是:
①测量精度高。
因热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的
影响。
②测量范围广。
常用的热电偶从-50~1600℃均可边续测量,某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬),最高可达2800℃(如钨-铼)。
③构造简单,使用方便。
热电偶通常是由两种不同的金属丝组成,而且不受大小和开头的限制,外有保护套管,用起来非常方便。
热电偶测温基本原理:
将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路。
当导体AB的两个执着点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。
热电偶就是利用这一效应来工作的。
为了保证热电偶可靠、稳定地工作,对它的结构要求如下:
①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固;
②两个热电极彼此之间应很好地绝缘,以防短路;
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