【P095】plc控制恒温水箱设计.rar

目录 1.设计方案的确定1 1.1 各控制方案的比较 .1 1.1.1 纯模拟电路控制 .1 1.1.2 PLC 控制 2 1.1.3 单片机控制 .2 1.2 PLC 温控系统原理 2 2 系统硬件设计3 2.1 硬件分配 3 2.2 I/O 电器接口图 .4 2.3 恒温控制的 PLC 控制装置示意图 4 2.4 工艺过程及控制要求说明 5 2.5 I/O 地址表 .6 2.6 温度传感器 7 2.6.1 热电偶 .7 2.6.2 温度采集 .7 2.6.3 A/D 转换部分 .8 2.7 PLC 主机 8 2.8 执行单元 10 2.9 LED 显示器显示方式 10 2.10 各电器元件的选择 .11 3 系统的软件设计.11 3.1 恒温系统控制流程图 11 3.2 恒温系统梯形图 .13 3.3 恒温控制系统程序 .21 参考文献 .25 致 谢 .26 攀枝花学院本科课程设计（论文） 设计方案的确定 1 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,恒温水箱的水温需要运用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 攀枝花学院本科课程设计（论文） 设计方案的确定 2 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。 1.1.2 PLC 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。 1.2 PLC 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 3ONFXA 攀枝花学院本科课程设计（论文） 设计方案的确定 3 ，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 1 PLC 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 攀枝花学院本科课程设计（论文） 系统硬件设计 4 2.2 I/O 电器接口图 转 换 电 路 转 换 器 加 热 器码 译 码交 流 20 图 2 I/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。 攀枝花学院本科课程设计（论文） 系统硬件设计 5 搅 拌 显 示 风 扇 开 启 显示恒 温 水 箱 泵 阀 门 2阀 开 启 显示搅 拌 电 动 机 温 度 2显 示 温 度 1显 示 温 度 显 示 温 度 3显 示冷 却 风 扇 电动 机阀 门 1流 量 显 示 手 阀风 扇 冷 却温 度 检 测 温 度 3检 测手 阀液 位 检 测 2加 热 装 置温 度 检 测液 位 检 测 流 量 阀 阀 1开 启 显示 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