水箱加热系统的PLC温度控制课程设计.doc

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1、一、前言 11. 可编程序控制器的概述 12FX2N 系列 PLC 简介 23特殊功能模块 24. 调功器 35. 温度变送器 3二、系统设计 41系统设计要求 42系统硬件设计 42.1 水箱温度自动调节系统： 42.2 输入输出点数的分配表 52.3 相关元器件的选型 52.4 PLC 的外部接线原理图 63系统软件设计 73.1 模拟量与数字量的对应关系 73.2 系统流程图的设计 73.3 系统梯形图 83.4 系统指令表 93.5 系统实时监控图 10三、总结 12四、参考文献 13五、附录 135.1.课题介绍 135.2.控制要求 13第一章前言1.1 可编程序控制器的

2、概述随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经广泛应用在所有的工业领域。现代社会要求制造业对市场这一需求迅速做出反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。可编程控制器就是顺应这一需要出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。编程控制器不仅可以按事先编好的程序进行各种逻辑控制，还具有随意编程、自动诊断、通用性好、体积小、可靠性高的特点。因此，可编程控制器正逐步取代着继电器接触器控制系统。国际电工委员会（IEC）于 1982 年 11 月和 1985 年 1 月对可编程序控制器作了如下的定义：“可编程序控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业

3、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的命令，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。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计” 。可编程序控制器（PLC）主要由 CPU 模块、输出模块和编程器组成。PLC 的特殊功能模块能完成某些特殊的任务。从使用方式 PLC 分为： 1）整体式PLC（又称单元式或箱体式）整体式 PLC 是将电源、CPU、I0 部件都集中装在一个机箱内。一般小型 PLC 采用这种结构；2）模块式 PLC，将 PLC 各部分分成若干个单

4、独的模块，模块式 PLC 由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般大、中型PLC 采用模块式结构 3）PLC 将整体式和模块式结合起来，称为叠装式 PLC。2.2 FX2N 系列 PLC 简介本次设计中，我们将采用 FX2n 系列 PLC,FX 系列 PLC 为单元型，内含 CPU、电源和固定搭配的输入/输出。 Q4AR 系列为双机热备系列，最大输入输出点数为 8192 点。 A 系列 PLC 的最大输入输出点数为 2048 点。 F 系列程控器的最大输入输出点数为 256 点。三菱小型 FX 2（N）系列程控器的输入输出点最大不超过 256 点。每台主机可连模入、模出、高速记数、定位等特殊

5、功能模块，不超过 8 个。 FX 系列在日本三菱的姬路制作所生产。三菱姬路制作所累计已生产超过三百万台 FX 系列 PLC。目前 FX 系列 PLC 为中国内地销量最多的小型 PLC。FX2n 系列 PLC 是该系列中功能最强、速度最快的微型 PLC。有RAM, EPROM 和 EEPROM FX2N 系列 PLC 的特点超高速的运算速度 0.08 微秒. 比 FX2 的 0.48 微秒快六倍.容量极大 8K 步(最大 16K 步).比 FX2 大四倍.机体小型化比 FX2 小 50% .兼容 FX2 的编程设计.备有多种不同的 FX2N 扩展单元及特殊模块.殊功能模块在工业控制中，某些输入

6、量（例如压力、温度、流量、转速等）是连续变化的模拟量，某些执行机构要求 PLC 输出模拟信号，而 PLC 的 CPU 只能处理数字量。模拟量首先被传感器和变送器转换成标准的电流和电压。其中， D/A 转换器将 PLC 的数字输出量转换成模拟电压或电流，再去控制执行机构。模拟量 I/O 模块的主要任务就是完成 A/D 转换和 D/A 转换。根据设计要求，本次设计选用模拟量输入模块 FX2N-4AD，该模块用 4 个 12 位模拟量输入通道，输入量程为 DC-10V?+10V 和 420MA，转换速度为 15MS/通道或 6MS/通道（高速）。2.4 调功器调功器是应用晶闸管（又称可控硅）及其触

7、发控制电路用于调整负载功率的盘装功率调整单元。在电子设备中起重要作用的晶闸管（也称可控硅，英文缩写 SCR）被广泛用于各类生产部门，正在成为自动化、高效化不可缺少的装置。在最新的温度控制中晶闸管的利用明显的普及起来。但在国内对其有不同的叫法，如晶闸管调整器、可控硅调整器、晶闸管控制器、可控硅控制器、晶闸管调压器、可控硅调压器、晶闸管调功器、可控硅调功器、调压器、调功器、晶闸管交流电力控制器、可控硅交流电力控制器、电力调整器、电力控制器、电压调整器、电压控制器等。2.5 温度变送器温度变送器，专应于热电阻或热点偶，讲温度转换成 4-20MA 的电流信号。至于要不要加模块，要看接受的控制器对于输

8、入信号是 0-10V 还是 4-20MA。一般现在的控制器，都直接配有相应的温度变送器模拟量输入模块，如温控器，PLC 的热电阻模拟量模块等温度变送器的作用是与热电偶或热电阻配合，将温度或温差信号转换成 420 毫安的统一的直流电信号，并将这些信号输送给调节器或显示仪表。PT100 的热电阻输出的是电阻信号，变送器输出的是毫安信号,温度变送器 0-100 度与 0-150 度最大值时输出电流均为 20MA，所以当温度同为 100 度时，0-100 度的变送器输出电流为20MA，而 0-150 度的变送器输出电流为 14-15MA 左右。所以在不改变接收装置参数的情况下它们不可以互换。第二章系

9、统设计2.1 系统设计要求本系统的被控对象是 1KW 电加热管，被控制量是水箱的水温 T，PLC 的模拟量输出控制调功器的输出，由调功器控制电加热管的通断，被控对象为水箱中的单相电热管，被控制量为水箱水温。它由铂电阻 PT100 测定，输入到温度变送器上，量程为0100。温度变送器变换为 420mA 传送给 PLC 的模拟量输入通道。根据给定值加上 dF 与测量的温度值相比较的结果，PLC模拟量输出通道向晶闸管调功器发出控制信号，从而达到控制水箱温度的目的2.2 系统硬件设计根据对系统设计内容的分析，确定控制系统所需要的输入输出点数为 1/3 点。选用 FX 系列 PLC, 输入输出点数的分配

10、如表2-1 所示，由于系统必须对温度信号进行采集和控制，还必须使用到模拟量输入/输出模块 FX-4AD 模块、晶闸管跳功模块、温度变送器。2.2.1 水箱温度自动调节系统：该闭环系统的组成中，刮号中的部分即用 FX 系列的 PLC 和模拟量 FX-4AD 模块实现；用热电偶检测水箱温度，温度变送器将温度转换为标准量程的电流送给模拟量输入模块，经过 PLC 的内部处理将模拟量转化成可识别的数字量与设定值比较处理，在将控制信号作用于控制调功器上，以此来控制水箱中电热管的开关情况，实现对水箱温度的闭环控制。2.2.2 输入输出点数的分配表表 2-1 输入和输出点分配表功能键设定辅助继电器输出继电器开

11、始加热控制M0Y0持续加热控制M1Y1停止加热控制M2Y2总停控制SB1(外部元件)X0(内部地址 )2.2.3 相关元器件的选型表 2-2 元器件明细表序号元器件技术要求选型数量1可编程控制器输入点数24输出点数8三菱 FX2N-48MR1 台2模拟量输入模块标准电流 420mA三菱 FX2N-4AD1 套3单相加热管输出功率 1KW符合技术要求即可1 支4温度变送器量程 0100，标准电流 420mA符合技术要求即可1 套5编程软件包具有编辑、诊断、通讯功能FXGP_WIN-C1 套6连接导线红、黑两种颜色若干2.2.4 PLC 的外部接线原理图图 2-4 PLC 的外部接线原理图第三章

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