高职毕业设计基于PLC的室内空调温度控制设计.docx

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高职毕业设计基于PLC的室内空调温度控制设计

基于PLC的室内空调温度控制设计

【摘要】

本设计是将温度传感器采集到的室内温度转换为电阻的变化，再通过变送器将其转化为模拟的输入电流或电压的变化,然后经过温度模块FX0N-3A把采集到的模拟量转换成数字量送给PLC主模块，经过CPU的处理然后输出控制信号，控制两台压缩机和报警灯。

当温度低于25度时，压缩机不工作，空调不启动；当温度高于30度时，启动一台机组Y0，空调开始制冷；当温度高于36时再启动一台Y1，制冷效果加强，当温度减低到30度时；停止Y0，制冷下降，降到26度时两台都停止，空调此时相当于一台风扇，没有制冷效果；当温度低于23度时，Y2会发出报警，并能利用上位机实现实时监控，并且能够控制下位机。

【关键词】:

温度传感器，PLC，压缩机

ABSTRACT

ThisdesignisusingtemperaturesensorPT-100acquisitionindoortemperatureconversionforresistancechanges,anothertransmittertransformandthenintomoduletotheinputcurrent,voltageorchangeFX0N-aftertemperaturemoduleandthegatheringtotriple-aanalogconversionintothedigitalquantityofPLC,afterthemainmodulefortheprocessingandCPUoutputcontrolsignal,controltwocompressorsandalarmlamp.

Whenthetemperatureisbelow25degreesiscompressordoesn'tworknamelyairconditioningdon'tstart,whentemperaturehigherthan30degreestostartaunitY0,airconditioningrefrigerationandwhentemperaturehigherthanstartwhenrestartinga36Y1,refrigerationeffectstrengthening,whenthetemperaturereducedto30degreestostopY0,refrigerationdown,downto26degrees,airconditioningstopattwoequivalentofafan,norefrigerationeffect,andwhentemperatureisbelowwhen23degreesissuedawarning,andmayY2couldusePCrealizereal-timemonitoring,andcancontrolamachine.

【KEYWORD】:

temperaturesensor,PLC,compressor

目录

引言1

一、PLC基础1

（一）PLC的定义1

（二）PLC的特点1

（三）PLC的功能与选项2

二、PT00使用说明3

（一）热电阻的工作原理3

（二）pt100温度与阻值对照3

三、fx0n-3A简介4

四、变频器原理及简介4

五、MCGS简介5

六、温度采集辅助放大电路6

七、温度采集与监控系统PLC设计6

（一）系统的组成与工作过程6

（二）系统工艺要求7

（三）控制要求7

（四）流程图7

（五）元器件使用说明7

（六）输入\输出分配7

（七）硬件连接图8

（八）主电路图9

八、系统各个部分的设计分析9

（一）FX0N-3A功能模块设计9

（二）启停程序设计10

（三）PLC主模块采集处理程序10

九、温度采集与监控系统的组态监控界面11

总结13

附录一完整梯形图14

附录二指令表18

参考文献21

致谢22

引言

目前空调机已经广泛地应用于生产、生活中。

为了使空调的温度能够更加的适中，避免不断的制冷和不稳定等问题，本文进行了“基于PLC的室内空调温度控制”的设计。

时下，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。

其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。

在全球工业计算机控制领域，围绕开放式过程控制系统、开放式过程控制软件、开放式数据通信协议，已经发生巨大变革。

本设计是将温度传感器采集到的室内温度转换为电阻的变化，再通过变送器将其转化为模拟输入电流或电压的变化,然后经过温度模块FX0N-3A把采集到的模拟量转换成数字量送给PLC主模块，经过CPU的处理然后输出控制信号，控制两台压缩机和报警灯。

当温度低于25度时，压缩机不工作，空调不启动；当温度高于30度时，启动一台机组Y0，空调开始制冷；当温度高于36时再启动一台Y1，制冷效果加强，当温度减低到30度时；停止Y0，制冷下降，降到26度时两台都停止，空调此时相当于一台风扇，没有制冷效果；当温度低于23度时，Y2会发出报警，并能利用上位机实现实时监控，并且能够控制下位机。

一、PLC基础

（一）PLC的定义

可编程控制器简称PC，它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC和可编程序控制器PC几个不同时期。

为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个名字。

PLC是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下的应用而设计。

它采用可编程的存储器，用来在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的指令，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。

PLC及其有关设备，都是按易于工业控制器系统联成一体、易于扩充功能的原则设计。

PLC是一种以微处理技术为基础，将控制处理规则存储于存储器中，应用于以控制开关量为主或包括控制参量在内的逻辑控制、机电运动控制或过程控制等工业控制领域的新型工业控制装置。

（二）PLC的特点

PLC是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点：

1.可靠性高，抗干扰能力强。

2.通用性强，控制程序可变，使用方便。

3.功能强，适应面广。

4.编程简单，容易掌握。

5.减少了控制系统的设计及施工的工作量。

6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便。

（三）PLC的功能与选型

可编程控制器在国内外广泛应用于钢铁、石化、机械制造、汽车装配、电力、轻纺、电子信息产业等各行各业。

目前典型的PLC功能有顺序控制、程控、数据处理、通信联网、显示打印。

在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。

1、输入输出（I/O）点数的估算

I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。

实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行调整。

2、存储器容量的估算

为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。

存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。

3、运算功能

设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。

大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。

要显示数据时需要译码和编码等运算。

4、控制功能

控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。

5、通信功能

PLC系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于1Mbps，通信负荷不大于60%。

PLC系统的通信网络主要形式有下列几种形式：

1）PC为主站，多台同型号PLC为从站，组成简易PLC网络。

2）1台PLC为主站，其他同型号PLC为从站，构成主从式PLC网络。

3）PLC网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS的子网。

4）专用PLC网络（各厂商的专用PLC通信网络）。

为减轻CPU通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的（如点对点、现场总线、工业以太网）通信处理器。

6、编程功能

五种标准化编程语言：

顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。

选用的编程语言应遵守其标准（IEC6113123），同时，还应支持多种语言编程形式，如C，Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。

7、诊断功能

PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。

8、处理速度

PLC采用扫描方式工作。

从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则PLC将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。

输入输出点数对价格有直接影响。

每增加一块输入输出卡件，就需增加一定的费用。

当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。

在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。

因此,据上所述应选用PLC类型为FX2N-48MR：

48点I/O接口，电源为220V，存储器为8K。

二、PT00使用说明

（一）热电阻的工作原理

热电阻和热电偶的测温原理是不一样的,热电偶是把温度的变化通过热电偶转换为热电势的变化来达到测温的目的；而热电阻则是把温度的变化通过热电阻转换微电阻值的变化来达到侧温的目的。

（二）pt100温度与阻值对照如表2.1所示。

表2.1pt100温度与阻值对照表

温度（℃）

阻值（Ω）

温度（℃）

阻值（Ω）

温度（℃）

阻值（Ω）

-200

18.49

0

100

210

179.51

-190

22.8

10

103.9

220

183.17

-180

27.08

20

107.79

230

186.32

-170

31.32

30

111.67

240

190.45

-160

35.53

40

115.54

250

194.07

-150

39.71

50

119.4

260

197.69

-140

43.87

60

123.24

270

201.29

-130

48

70

127.07

280

204.88

-120

52.11

80

130.89

290

208.45

-110

56.19

90

134.7

300

212.02

-100

60.25

100

138.5

310

215.57

-90

64.3

110

142.29

320

219.12

-80

68.33

120

146.06

330

222.65

-70

72.33

130

149.82

340

226.17

-60

76.33

140

153.58

350

229.67

-50

80.31

150

157.31

360

233.17

-40

84.27

160

161.04

370

236.65

-30

88.22

170

164.76

380

240.13

-20

92.16

180

168.46

390

243.59

-10

96.09

190

172.16

400

247.04

200

175.84

三、fx0n-3A简介

Fx0n-3A模拟特殊功能块有两个输入通道和一个输出通道，输入通道接收模拟并将模拟信号转换为数字值；输出通道采用数字值并输出等量模拟信号，它可以连接到fx2N、FX2NC、HX1N、FX0N等系列的可编程控制器上。

它与PLC数据传输和参数设置是通过PLC中的FROM/TO指令来实现的。

FX0N-3A在PLC扩展母线上占用8个I/O点可以分配给输入输出。

缓冲存储器的分配情况如表3.1所示。

表3.1缓冲存储器的分配表

缓冲存取区编号

b

15-8

b

7

b

6

b

5

b

4

b

3

b

2

b

1

b

0

0

保留

通过bfm#17选择的A/D通道当前值输入数据（以8为存储）

16

在D/A通道上当前值输入数据（以8为存储）

17

保留

D/A启动

A/D启动

A/D选择

1-5,

18-31

保留

Bfm#17:

b0=0：

选择模拟输入通道1。

b0=1：

选择模拟通道输入2。

b1=0->1:

启动D/A转换处理。

b1=1->0:

启动A/D转换处理。

四、变频器原理及简介

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。

变频器除了可以用来改变交流电源的频率之外，还可以用来改变交流电动机的转速和扭矩。

在该应用环境下，最典型的变频器结构是三相二级电压源变频器。

该变频器通过半导体开关和脉冲宽度调制（PWM）来控制各相电压。

变频器通过网线与PLC（FX2N）485BD通信板连线如图4.1所示。

图4.1变频器与通信板接线图

电动机与变频器连接方法如图4.2所示。

变频器U、V、W三端分别接DJ26A、B、C端，并把Z、X、Y短接。

图4.2电动机与变频器接线图

五、MCGS简介

MCGS系统包括组态环境和运行环境两个部分，用户的所有组态配置过程都在组态环境中进行。

运行环境是一个独立的运行系统，它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。

组态结果数据库完成了MCGS系统从组态环境向运行环境的过渡，它们之间的关系如图5.1所示。

图5.1组态环境向运行环境的过渡

由MCGS生成的用户应用系统，其结构由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成，如图5.2所示。

图5.2MCGS窗口

窗口是屏幕中的一块空间，是一个“容器”，直接提供给用户使用。

在窗口内，用户可以放置不同的构件，创建图形对象并调整画面的布局，组态配置不同的参数以完成不同的功能。

在MCGS的单机版中，每个应用系统只能有一个主控窗口和一个设备窗口，但可以有多个用户窗口和多个运行策略，实时数据库中也可以有多个数据对象。

MCGS用主控窗口、设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形界面，组态配置各种不同类型和功能的对象或构件，同时可以对实时数据进行可视化处理。

六、温度采集辅助放大电路

如图6.1所示，利用温度传感器PT-100采集室内的温度，将温度的变化转换为电阻的变化，再有变送器进行放大，转换为模拟输入电流或电压的变化送入后续电路中。

图6.1温度采集辅助放大电路

七、温度采集与监控系统PLC设计

（一）系统组成与工作过程

1、系统由传感器PT-100、温度模块FX0N-3A、PLC（FX2N）、两台压缩机、报警灯等组成。

2、该系统由利用温度传感器PT-100采集室内的温度，将其转换为电阻的变化，再由变送器转化为模块输入电流或电压的变化,然后经过温度模块FX0N-3A把采集到的模拟量转换成数字量送给PLC主模块，经过CPU的处理然后输出控制信号，控制两台压缩机和报警灯。

（二）系统工艺要求

1、根据空调的不同温度能自动调节空气压缩机的运行。

2、对外界的温度能够实时采集和显示，具备一定灵敏度。

3、应具备扩展功能，为以后扩充感测点做好预留空间。

（三）控制要求

当温度低于25度时，压缩机不工作，空调不启动；当温度高于30度时，启动一台机组Y0，空调开始制冷；当温度高于36时再启动一台Y1，制冷效果加强，当温度减低到30度时；停止Y0，制冷下降，降到26度时两台都停止，空调此时相当于一台风扇，没有制冷效果；当温度低于23度时，Y2会发出报警，并能利用上位机实现实时监控，并且能够控制下位机。

（四）流程图

如图7.1所示，当温度高于30摄氏度时，启动压缩机1，空调开始制冷；当温度高于36摄氏度时，再启动压缩机2，制冷效果加强；当温度减低到30摄氏度时，停止压缩机1，制冷下降；降到26摄氏度时,两台都停止，空调此时相当于一台风扇，没有制冷效果，只有风力；当温度低于23度时，Y2会发出报警。

（五）元器件使用说明

本系统需要的器件如表7.1所示。

表7.1温度采集与实时监控系统的元器件清单

器件名称

三菱FX2N

FX0N-3A

按钮

MCGS软件

导线

通讯线

个数

1台

1个

2只

1套

若干

1根

（六）输入/输出分配

输入/输出分配情况如表7.2所示。

表7.2输入/输出分配

输入

输出

输入元件

电路元件

作用

输出继电器

电路元件

作用

X0

SB1

启动按钮

Y0

KM1

控制压缩机1

X1

SB2

停止按钮

Y1

KM2

控制压缩机2

Y2

HL1

报警指示灯

图7.1整体流程图

（七）硬件连接图

如图7.2所示，当SB1闭合时，输入元件X0启动，输出继电器Y0工作，控制压缩机1；当SB2闭合时，输入元件X1启动，输出继电器Y1工作，控制压缩机2；当温度低于23度时，Y2会发出报警指示。

图7.2硬件连接图

（八）主电路图

如图7.3所示，当输出继电器KM1闭合时，压缩机1工作，当输出继电器KM2闭合时，压缩机2工作。

图7.3主电路图

八、系统各个部分的设计分析

（一）FX0N-3A功能模块设计

该功能模块有两个输入通道CH1、CH2和一个输出通道，对其进行初始化的程序如图8.1所示。

图8.1初始化程序

程序说明：

程序第一行用来选择输入通道1,第二行用来启动通道1,第三行用来把采集的数据传到主模块。

（二）启停程序设计

启动系统进行温度采集由启动按钮通过中间继电器KM1来控制，其程序图8.2所示。

图8.2启停程序

程序说明：

通过使X0/X1置1来使系统启动和停止，M50/M51是组态界面上的启动和停止按钮。

因为组态中的X通道是只读的，因此只能通过中间继电器来控制下位机（PLC）。

（三）PLC主模块采集处理程序

主模块通过对功能模块的控制使采集到的模拟量转换为PLC能够识别的二进制码存入数据寄存器，通过与给定值的比较，然后输出控制信号来达到控制压缩机的目的。

程序如图8.3所示。

图8.3PLC主模块采集处理程序

程序说明：

通过与给定值的比较，然后输出控制信号来达到控制压缩机的目的。

输出继电器Y0工作，控制压缩机1；输出继电器Y1工作，控制压缩机2；Y2工作，会发出报警指示。

九、温度采集与监控系统的组态监控界面

由图9.1监控画面可以看出该组态界面有一台可显示采集温度的中央空调、传感器、PLC模块、报警显示灯以及两个压缩机。

该图表明中央空调未采集温度，所有器件都处于初始状态，等待温度的采集。

图9.1初始状态监控画面

由图9.2的监控画面可以看出，此时中央空调的温度为31.8摄氏度，该温度大于30摄氏度，小于36摄氏度，所以，此时启动压缩机1，其指示灯变绿，开始运行。

图9.2压缩机1启动监控画面

由图9.3的监控画面可以看出此时中央空调的温度为38.8摄氏度，该温度大于36摄氏度，所以，此时启动压缩机2，其指示灯变绿，两台压缩机均开始运行。

图9.3压缩机2启动监控画面

由图9.4的监控画面可以看出此时中央空调的温度为20.8摄氏度，该温度小于23摄氏度，所以此时启动报警y2。

图9.4报警灯报警监控画面

总结

通过此次对基于PLC的室内空调温度控制设计的毕业论文设计，感觉受益匪浅。

虽然此次设计要考虑的问题比较多，但是我从来没有退缩过，遇到问题我会主动向老师和同学请教。

毕业设计帮助我了解大学里到底学的怎么样，这是对我大学几年的一个系统的知识检验。

通过本次基于PLC的室内空调温度控制设计，对其指令也有了深一层次的理解，通过对PLC程序的设计过程，我对编程的设计思想和流程也有了进一步的理解。

只要清楚设计的流程，编程起来会非常方便。

该课题的设计基本是根据PLC及一些电气的相关知识来完成的，可以看出在工业生产过程中，自动化控制的应用是多么的广泛。

考虑到可编程控制的诸多优势，以及方便调试与修改，本设计选用了此方法来实现控制。

PLC的程序设计是PLC应用的最关键问题，也是整个电气控制系统设计的核心。

当拿到一个课题时首先要对它进行系统分析，熟悉系统控制对象确定控制范围，然后制定控制方案，进行PLC选型，接着对硬件和软件进行设计，所有这些确定后才能开始真正的设计。

程序的编制一定要和硬件的设置对应起来，否则就算编程正确也不能正确输出。

就一个课题而言，它的要求只是个大概的控制情况，而在设计中一些具体的细节类控制方案要靠自己去完善，有时候为了方便观看运行后的效果可以添加一些辅助元件，如指示灯之类的输出元件。

如果有能力的话可以拓宽设计范围，开阔想象力，对原有的课题提出更高的要求使其实现更多的功能，并通过努力去将它的控制方案制定出来，设计好硬件和软件的设置，让系统更加完美。

整个设计过程实际是对我们所学知识的综合考核，更是对自我的提升过程。

附录一完整梯形图

附录二指令表

0LDX001

1ORM51

2ORM8034

3ANIX000

4OUTM8034

6LDX000

7ORM0

8ORM50

9ANIM51

10OUTM0

11LDM0

12TOK0K17H0K1

21TOK0K17H2K1

30FROMK0K0D0K1

39CMPK42D0M1

46CMPK52D0M5

53CMPK65D0M10

60CMPK75D0M15

67LDM17

68ORY000

69ANIM16

70ANIM15

71OUTY000

72LDM7

73ORY001

74ANIM6

75ANTM5

76ANIM12

77ANIM17

78OUTY001

79LDM1

80ORM2

81OUTYOO2

82LDM8002

83SETM8161

85MOVHOE70D8120

90LDM8000

91ISD60D74D100K20

100LDY000

101ANIY001

102ANIYOO2

103MOVH5D60

108MOVH30D61

113MO