1、 毕 业 设 计（论文）题 目：恒温箱的设计专 业：自动化摘 要恒定温度的设备，被广泛地应用于生产、生活、实验等领域。在医用、水产、特种工业、工业探伤、照相等行业，都需要有稳定而精确的温度。在本设计中，通过对恒温箱温度的检测与变送传到 PLC，与给定值进行比较，PLC 对数据进行处理，根据偏差信号的大小驱动控制发热丝或冷水泵，从而达到恒温箱内温度恒定控制的目的。本次恒温箱系统将基于 PLC 设计完成。设计过程中将应用温度传感器、数码显示管、加热装置、冷却水泵、冷却器、储水箱、温度显示、阀门及状态指示部件。恒温系统要求控制恒温箱水温在 2080之间的某个设定数值。两个数码显示管分别用于显示设定温
2、度及显示测试温度。当水温低于设定值时，采用电加热升温。当水温高于设定值时，放出部分热水，启动冷却水泵使水流经冷却器向恒温箱供水降温。本系统以 PLC 控制器为核心，设计控制系统的硬件电路和软件程序，完成要求的控制任务。关键词：恒温箱；PLC；传感器ABSTRACTConstant temperature equipment is widely used in the production, life, and experiments. In the medical, aquatic products, specialty industrial, industrial radiography,
3、photographic and other industries, need to have a stable and accurate temperature. In this design, through the detection and transmission of the incubator temperature to the PLC, compared with a given value, the PLC for data processing control of the heating wire or cold water pump drive according t
4、o the size of the deviation signal to achieve the incubator a constant temperature control.The incubator systems, PLC based design. Design during application of temperature sensor, digital display tube, the heating device, cooling water pumps, coolers, storage tanks, temperature display, valves and
5、status indicator components. The thermostat system requirements to control the water temperature of the incubator to a set value in the range of 20 80 . Two digital display tubes were used to display the set temperature and display the test temperature. When the water temperature below the set value
6、, the electric heating to heat up. When the water temperature is higher than the set value, to release some hot water, and start the cooling water pump so that flow through the cooler cooling water supply to the incubators. This system as the core of the PLC controller, the design of control systems
7、 hardware and software program to complete the requirements of control tasks.Keywords: Incubator; the PLC; Sensor目 录第一章 绪论 .11.1 引言 .11.2 恒温箱的作用和意义 .11.3 恒温箱的现状和发展 .21.4 主要研究内容与安排 .2第二章 系统总体方案设计 .42.1 系统功能 .42.2 系统方案的论证 .52.2.1 控制器模块 .52.2.2 电源模块 .52.2.3 加热器控制模块 .52.2.4 温度采集模块 .62.2.5 显示模块 .62.2.6 键
8、盘模块 .72.2.7 水泵模块 .72.2.8 报警模块 .7第三章 硬件系统的设计 .83.1 系统总体构成 .83.2 硬件需求列表 .83.3 硬件作用说明 .93.3.1 PLC 原理 .93.3.2 传感器原理 .103.3.3 数码显示管 .133.3.4 水泵驱动电路 .163.4 硬件功能说明 .163.5 硬件部分的结合方式 .173.6 各个硬件、各个部分的作用 .18第四章 软件系统设计 .194.1 恒温箱的控制要求 .194.2 系统软件流程图 .204.3 软件需求及作用及说明 .204.4 主要控制梯形图 .21第五章 总结与展望 .245.1 总结 .245.
9、2 研究展望 .25参考文献 .26致谢 .27附录 .28毕业设计（论文）1第一章 绪论1.1 引言现代社会要求制造业对市场需求迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。在恒温箱领域更是达到了更新周期为三年左右。为了满足这一需求，生产设备的控制系统必须具有极高的灵活性和可靠性，可编程控制器就顺应而生。同时在对于恒温箱发展起很大影响的温度传感器同样是日新月异。利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器温度测量仪表的核心部分，品种繁多。恒 温 箱 在 实 验 研 究 、 工 业 生 产 、 民生 工 程 方 面 都 发 挥 着 重 要 的 作 用 。 恒
10、温 箱 对 于 我 们 国 家 的 科 技 水 平 更 加 高 新 、国 民 经 济 的 更 加 繁 荣 、 民 生 健 康 等 方 面 时 刻 显 现 着 其 重 要 性 。 而 从 国家的有关政策上看，国家现阶段在科技创新的政策是提高自主创新能力，建设创新型国家是国家发展战略的核心，是提高综合国力的关键。企业提升科技创新能力，已经成为刻不容缓的历史使命。为此我们有必要在恒温箱的研究应用上花费应有的人力物力财力。1.2 恒温箱的作用和意义恒温箱的使用大部分是在实验室、工业、医药中。在实验室中，特别是生物实验室，我们为了得到更加准确的实验数据，对于恒温实验环境要求严格。所以针对实验室来说，恒温
11、箱的作用显得相当重要，对于我们实验室的研究过程以及研究结果将产生很大的影响。同时更加准确的研究结果对于我们由此产生的试验成果的实际运用产生积极的作用。对于我们的生物、农业、渔业的发展产生巨大的推进作用。在工业生产中，恒温箱的应用是广泛的，直接产生产品的。所以我们更注重恒温环境的保持，恒温环境的稳定保持对于我们工厂车间的产品以及由此相关的工业生产都是基于恒温环境的后续发展。所以恒温箱的作用在工业中更是处于举足轻重的地位。同时在工业生产过程中我们对于恒温箱的要求也相对更加严格，比如质量的可靠性、恒温箱的维护管理费用、恒温箱的本身价位等，这些对于工业上的批量生产产品的企业都是相当重要的。在医药方面，
12、医用恒温箱主要用于药品，试剂的储存，运输；疫苗，血液的冷藏保温，透析液的加温，生理盐水的加温等。 由以上我们可以明显的看出恒温箱的重要作用。对于医药方面，恒温箱永远处于相当重要的地位。在关系民生的医药行业，药品、试剂、疫苗、血液等是最终要用于民的。所以在关系患者生命健康的这类药品的储存显得尤为重要。所以，恒温箱在实验研究、工毕业设计（论文）2业生产、民生工程方面都发挥着重要的作用。恒温箱对于我们国家的科技水平更加高新、国民经济的更加繁荣、民生健康等方面时刻显现着其重要性。1.3 恒温箱的现状和发展从各个角度上看上看，我国恒温箱仪器仪表产品还存在不少问题。产品稳定性，长期以来没有得到根本解决，严
13、重影响到我国其他有关行业的发展。而对于大型精密仪器我们还没有达到理想的水平，国内对于恒温箱的需求几乎全部依赖进口。如果我国对于恒温箱的研究依然处于此水平的话，那么我国不仅仅是仪表仪器此等行业，更重要的需要以恒温箱为基础的其他各项行业都将得不到更加深入更加远的发展，严重制约着我国各项有关事业的发展。除此之外，我国恒温箱产业创新能力不强，还无法紧追时代步伐或者说是生活工业实验研究的发展水平。国际上恒温箱研究创新水平发展极快，产品更新的周期为 3 年左右。而我国恒温箱产品不少还依赖于三十年前的产品。自主创新能力不强原因是多方面的，影响最大两条为：一是资金;二是观念。人的观念决定着是否花费大量资金用于
14、研究以及是否主导研究人员的研究方向。但从国家的有关政策上看，国家现阶段在科技创新的政策是提高自主创新能力，建设创新型国家是国家发展战略的核心，是提高综合国力的关键。企业提升科技创新能力，已经成为刻不容缓的历史使命。为此我们有必要在恒温箱的研究应用上花费应有的人力物力财力。1.4 主要研究内容与安排设计一种高精度、低成本的数据采集及显示与自动控制系统，即恒温系统自动控制。恒温系统要求控制恒温箱水温在 2080之间的某些设定数值。显示设定温度。当测试温度与设置温度不相符时，报警。当水温低于设定值时，采用电加热升温。当水温高于设定值时，放出部分热水，启动冷却风扇使水流经冷却器向恒温箱供水。本系统以
15、PLC 控制器为核心，设计控制系统的硬件电路和软件程序，完成要求的控制任务。本系统主要研究内容包括：（1）所研究产品要可手动输入设定温度。（2）可视的显示器显示设定温度。（3）可视的显示器显示实时温度。（4）设定温度与所测温度不相符时可报警。（5）当水温高于设定值时，设备可自动启动水泵将冷水通过主体箱降低恒温箱内的温度。毕业设计（论文）3（6）当水温低于设定值时，系统自动启动加热装置及水泵将热水注入主体箱的热水管提高恒温箱内的温度。本系统章节安排如下：第一章：本文首先论述了恒温箱设计所需的主要软硬件，同时阐述恒温箱的在现实社会中的作用和意义，最后对恒温箱的研究现状及以后发展做了详细说明。第二章
16、：本章主要介绍了本课题总体方案的设计。首先拟定所需的各个模块，然后根据题目要求逐个模块进行论证和选择，确定最终的设计方案。第三章：本章介绍了各个模块的硬件部分，包括硬件需求及作用说明、硬件各个部分的结合方式、硬件之间的各自作用，最后给出直观的组态图。第四章：本章将对系统的控制要求进行介绍，最重要的是对控制梯形图的编写。第五章：本章将对软件系统进行精密的测试，同时检验软硬件之间的结合是否完美。第六章：本章开始将对本次设计之中碰到的问题以及解决方法予以总结。接下来将就恒温箱以后的研究发展做出合理的预测方向。第七章：本章将把自己在系统设计过程中所参考的文献资料详细列出来。致谢：感谢我的指导老师，将把
17、师生在系统设计过程中碰到的问题以及师生情谊表现出来。毕业设计（论文）4第二章 系统总体方案设计2.1 系统功能本次设计恒温箱将基于 PLC 设计完成。恒温系统要求通过冷热水的各自流通来控制恒温箱内的温度在 2080之间的某个设定数值。两个数码显示管分别用于显示设定温度及显示测试温度。当水温低于设定值时，报警并采用电加热升温。当水温高于设定值时，报警并启动冷却水泵使水流经冷却器向恒温箱供水降温。由此系统总体设计由控制部分，电源部分，按键部分，温度测量部分，显示部分，加热装置，状态指示灯部分，水泵部分，报警部分组成。基本组成框图如图 2-1 所示。图 2-1 系统模块框图根据以上系统模块框图，我们
18、要实现以下功能：第一、开通电源，状态指示灯 1 亮。第二、通过按键键入设定温度，数码显示管 1 显示设定温度。第三、数码显示管 2 显示恒温箱内的实时温度。第四、当数码显示管 2 上显示的温度低于键盘显示板 1 上的设定温度时，蜂鸣器报警。加热装置加热。水泵 2 开始运行，状态指示灯 3 亮，水泵 2 抽取储水箱 2 中的热水注入恒温箱的第二组金属管，同时储水箱 3 中的第二组金属管端口有水流出。第五、当数码显示管 2 所显示的温度等于数码显示管 1 的设定温度时，蜂鸣器停止报警，加热装置停止工作，水泵 2 停止工作，状态指示灯 3 熄灭。第六、当数码显示管 2 上显示的温度高于数码显示管 1
19、 上的设定温度时，毕业设计（论文）5蜂鸣器报警，水泵 1 开始运行，状态指示灯 2 亮。水泵 1 抽取储水箱 1 中的冷水注入恒温箱的第一组金属管，同时储水箱 3 中的第一组金属管端口有水流出。第七、当数码显示管 2 所显示的温度等于数码显示管 1 的设定温度时，蜂鸣器停止报警，水泵 1 停止工作，状态指示灯 2 熄灭。2.2 系统方案的论证根据上文我们要实现的恒温箱功能可知，控制器主要用于对按键信号和温度检测信号的接收和处理，控制显示部分，加热装置，状态指示灯部分，水泵部分，报警部分等。同时我们考虑恒温箱的各个使用环境。由此我们进行各个模块的论证。2.2.1 控制器模块对控制器的选择有以下二
20、种方案：方案一：采用单片机作为系统控制器。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点。但是单片机的缺点是对于环境的要求过高。方案二：利用 PLC 作为控制器模块。PLC 拥有对于开关量的逻辑控制、模拟量的控制、运动的控制、过程的控制等各种控制功能，并且 PLC 拥有数据处理、通信及联网的优点。并且 PLC 可靠性高，易操作，灵活性高，而且 PLC 对于环境的要求相对较低。由此我们可以了解采用 PLC 控制实现按键信号和温度检测信号的接收和处理，控制显示部分，加热装置，状态指示灯部分，水泵部分，报警部分等，将是我们最优的选择。2.2.2 电源模块对于供 PLC 的工作电压一般为 DC24V,电源电压有 DC24V 的,也有 AC220V 的。市电来源方便，且经稳压管稳压也较可靠，较经济实惠，所以选择 AC220V。2.2.3 加热器控制模块采用可控硅来控制加热器有效功率。在性能上,可控硅不仅具有单向导电性,而且还具有比硅整流元件更为可贵的可控性。它只有导通和关断两种状态. 可控硅能以毫安级电流控制大功率的
