1、1河南职业技术学院毕 业 设 计 （ 论 文 ）题 目 PLC 控制的电茶炉恒温供水系统 系 （ 分 院 ） 机 电 工 程 系 学 生 姓 名 李 泽 江 学 号 10111048 专 业 名 称 机 电 一 体 化 指 导 教 师 张 存 鹰 2012 年 11 月 26 日2河南职业技术学院 机电工程 系（分院）毕业设计（论文）任务书姓 名 李泽江 专 业 机电一体化 班 级 102毕业设计（论文）题 目PLC 控制的电茶炉恒温供水系统毕业设计（论文）选题的目的与意义此项毕业设计围绕电茶炉展开，设计运用到 PLC 技术、传感器技术、机械设计技术、电工电子技术，将多项技术经过有机的结合构思
2、设计出了电茶炉恒温供水系统。将自动化技术应用与自动烧茶供水的系统中会给社会公共场合的人们提供极大的便利，例如在医院、学校宿舍、宾馆等地方安装这项系统产品并加以推广，这将会成为人类生活中必不可少的一项基础设施。毕业设计（论文）的资料收集情况（含指定参考资料）冀建平：PLC 原理与应用. 清华大学出版社.西门子（中国）有限公司.S7-200 可编程器系统手册 .2005.游英杰：机电一体化专业必备知识与技能手册.孙平:电气控制与 PLC.张存礼 周乐挺：传感器原理应用.北京师范大学出版社.李伟：电工电子技术及实训.中国电力出版社.毕业设计（论文）工作进度计划2012 年 11 月 16 日得知毕业
3、设计范围及计划。2012 年 11 月 19 日确定题目。2012 年 11 月 19 日-27 日查阅相关资料并整理完成交给老师批阅。2012 年 12 月 1 日-6 日根据老师批语修改论文，完成论文设计交给老师。接受任务日期 2012 年 10 月 15 日要求完成日期 2013 年 3 月 1 日学 生签名：李泽江2012 年 12 月 6指导教师签名：年 月 日 系（分院）主任（院长）签名：年 月 日3日 毕业设计（论文）答辩意见表毕业设计（论文）指导教师评阅意见表姓 名 李泽江 学 号 10111048 性 别 男专 业 机电一体化 班 级 102毕业设计（论文）题 目PLC 控制
4、的电茶炉恒温供水系统4评阅意见成绩 指导教师签字 年 月 日毕业设计（论文）答辩意见表姓 名 李泽江 学 号 10111048 性 别 男专 业 机电一体化 班 级 102毕业设计（论文）题 目 PLC 控制的电茶炉恒温供水系统答辩时间 地 点姓 名 职 称 学 历 从事专业答辩小 组 长5成 员组成员秘 书答辩小组意见答 辩 成 绩：答辩小组组长签名：年 月 日6PLC 控制的电茶炉恒温供水系统李泽江摘要：随着我国经济的高速发展，自动控制技术也得到了迅猛发展，将自动化技术应用与自动烧茶供水的系统中会给社会公共场合的人们提供极大的便利，设计这项系统产品并加以推广，这将会成为人类生活中必不可少的
5、一项基础设施。本文利用西门子 S7-200 可编程控制器编写的一个电茶炉恒温供水的控制系统，实现热水自动化不间断提供，温度可控。该设计主要分析并叙述了 PLC 的特点，并加以在恒温供水系统中得到应用。关键词：PLC 电茶炉 自动控制一、PLC 介绍随着科技的发展，工业控制的自动化程度不断提高，以微处理器为核心组成的可编程序控制器（PLC）得到了广泛的应用。只要把预定的控制任务编成程序，用一串指令的形式存放到存储器中，然后根据各种指令，经过模拟量、数字量等输入输出部件对生产过程和设备进行控制。 S7200 可编程控制器是德国西门子公司研制的一种新型可编程控制器。如图 1 所示。它工作可靠，功能强
6、，存储容量大，编程方便，输出端可直接驱动 2A 的继电器或接触器的线圈，抗干扰能力强。S7-200 系列小型 PLC(Micro PLC)可应用于各种自动化系统。紧凑的结构,低廉的成本及功能强大的指令集使得 S7-200 PLC 成为各种小型控制任务理想的解决方案。图1 西门子S7-200PLC外观PLC 在恒温供水系统中应用也比较广泛。虽然单片机，DSP 等微型控制器已经在恒温供水系统中崭露头角，但是作为一种编程简单，性能稳定可靠的控制器，同样也得到了很多设计者的广泛认可。PLC 作为主控制器，一方面要采集7水温、水深、蒸汽压力的各种输入信号，一方面输出控制水泵，保持水箱始终有一定高度的水，
7、一方面控制电动蒸汽阀门，控制蒸汽的进入量从而控制水温。二、恒温供水系统的具体介绍1、恒温供水系统的组成现代恒温供水系统主要由水箱、水泵、电磁阀、加热器、传感器、控制器、显示器、保护器等部分组成。水箱 :用于储存水源，同时也可以是加热的器皿。 水泵：用于加水，送水。电磁阀：用于控制管路的通断。 加热器:可有太阳能，电能，蒸汽能等几种加热方式。 传感器有：压力传感器、温度传感器等。 控制器：PLC、单片机、DSP 等可编程控制器。 显示器：液晶、或者简单的 LED 进行显示。安全保护系统：保证安全供水使用，防止一切危及人身安全的事故发生。由防漏电、防过热、防溢水等保护装置组成。2、恒温供水系统的原
8、理 (1)恒温供水系统的结构原理恒温供水系统主要由水箱、水泵、电磁阀、加热器、传感器、控制器、显示装置、保护器等部分组成。如图 2 所示。P L C水箱进水电机出水电机传感器加热器显示按键图2 恒温供水系统结构图8(2) 恒温供水系统的工作原理PLC 作为主控制器，一方面要采集水温、水深、蒸汽压力的各种输入信号，一方面输出控制水泵，保持水箱始终中有一定高度的水，一方面控制水泵，和加热器给入量从而控制水温。 3、恒温供水 PLC 控制系统的功能分析 整个供水控制系统的组成由核心控制元件 PLC、水箱、水泵、电磁阀、加热器、控制器、显示器、保护器等部分组成。PLC 得到传感器的信息，水位过低时关闭
9、加热器，开启水泵加水，当水到一定程度停止加水。有水时检测水温如果水温过低时，开启加热器加热，加热到设定温度时停止加热，当按键按下按钮时停止加热。4、恒温供水 PLC 控制系统的解决思路恒温供水系统电气部分的主要组成就是水泵，信号采集主要是靠压力传感器和温度传感器。如何合理的设置和使用这些资源，对于解决这类问题至关重要设计中首先要了解控制对象的特点，从而确定有关的 PLC 输入、输出点的选择。对于 PLC 的控制，要解决的主要问题包括以下几个方面：停止加热按扭的设置；传感器检测；进水、出水水泵控制；确定控制的逻辑。通过上述问题的分析，可以完成对所需 PLC 的控制点数的选择，同样作为一个逻辑控制
10、为主的系统，需要将被控电机作为唯一的控制目标，所有的逻辑实现都是针对这一目标进行的，而对此目标的控制又分成了进水泵和出水泵还有加热器。当传感器动作时，根据监测到的上行或下行指令给出相应的信号，从而控制水泵的驱动电机进行相应的动作和控制加热器工作。当有停止加热信号到达时，执行方式为优先响应加热器停止。三、恒温供水系统的硬件设计1、控制器的选择9PLC 按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按 CPU 字长分为 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。 整体型 PLC 的 I/O 点数固定，因此用户
11、选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型 PLC 提供多种 I/O 卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的 I/O 点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。 输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的 输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合， 但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。 PLC 的供电电源，除了引进设备时同
12、时引进 PLC 应根据产品说明书要求设计和选用外，一般 PLC 的供电电源应设计选用 220VAC 电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。如果 PLC 本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入 PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。通过分析，可以得出此恒温供水程序实现运行时需使用 5 个输入和 3 个输出，又对 PLC 机型的选择作了详细分析可得出对于电茶炉恒温供水系统可以选用一些小型 PLC 来实现，如德国西门子 S7-200 系列的 PLC。2
13、、传感器的选择温度传感器我们可以选择稳定的 PT100 传感器 pt100 是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT 后的 100 即表示它在 0时阻值为 100 欧姆，在 100时它的阻值约为 138.5 欧姆。它的工业原理：当 PT100 在 0 摄氏度的时候他的阻值为 100 欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。PT100配合电位器，经三极管放大驱动继电器应用继电器的开关量来输入 PLC。同时调节电位器也起到了调节水温的作用。这样两对 PT100 就可以实现水温的控制。分别设置好两个电位器就可以使得 PLC 在两个不同的温度收到两个不同的开关10量输入信号，如图 3。同时输入继电器也对 PLC 起到保护作用，如果加热器漏电或着遇到过电压比如雷击，此时输入继电器可以对 PLC 设备起到保护作用。R 1R 2继电器PLCP T 1 0 0+ 5 V+ 2 4 V图3 测温电路图3、PLC 外部硬件电路的设计综上分析，可设计出恒温供水控制系统的 PLC 配置示意图如下:PLC继电器继电器继电器进水泵出水泵电加热器或蒸汽电动阀C o mQ 0 . 3Q 0 . 2Q 0 . 1C o m继电器继电器继电器继电器I 0 . 0I 0 . 1I 0 . 2I 0 . 3温度传感器 1压力传感器 1压力传感器 2温度传感器 2
