基于PLC温度控制系统的设计论文文档格式.docx
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GraduationDesign（Thesis）
TheDesignOfTheTemperatureExaminationInPLC
TemperatureControlSystem
By
WANGZhuJie
Supervisedby
Prof.XIAQingGuan
AssociateProf.LUHong
SchoolofAutomation
NanjingInstituteofTechnology
June,2011
摘要
本文介绍基于PLC的温度控制系统的设计，包括A/D转换、标度变换、温度检测环节、积分分离PID算法以及过零数字触发电路的设计。
主要内容：
实际温度经温度传感器检测，得到模拟电压值，模拟量再经A/D转换和标度变换后得到实际炉温。
数字控制器根据恒温给定值与实际温度的偏差e（k）按积分分离PID控制算法，得到输出控制量u（k），控制可控硅导通时间，调节炉温的变化使之与给定恒温值一致。
达到恒温控制目的。
本系统对温度检测和调节环节做了进一步的优化设计，使该系统更实用、易行和可靠，同时也提高了产品质量和减轻人工劳力负担。
它在实际应用中具有一定参考价值。
关键词：
温度检测；
温度传感器；
A/D转换；
PID
ABSTRACT
Theintroductionoftemperature-basedPLCcontrolsystemdesign,includingA/Dconversion,scalingtransformation,temperaturecheckinglinks,scoringazeroseparationPIDalgorithmsanddigitaltriggeringcircuitdesign.Mainelements:
theactualtemperatureofthetesttemperaturesensors,analogvoltageisthevalue,volumeviasimulationA/Dafterhisconversionandscalingpracticalfurnacetemperature.Digitalsignalcontrollerswillbeunderconstanttemperaturetothevalueandtheactualtemperaturedeviationse（k）byscoringseparationPIDcontrolalgorithms,withthevolumeofexportcontrolu（k）,lead-timesilicon-controlledrectifiercontrol,regulatefurnacetemperaturechangestothecurrentagreementwiththegivenconstanttemperature.Achievethermostaticcontrolpurposes.Temperatureofthesystemtodofurthertestingandregulatoryaspectsofthedesignoptimization,enablingthesystemmorepracticalandeasyOKandreliable,whilealsoraisingproductqualityandreducingtheburdenofmanuallabor.Itmusthavepracticalapplicationinreferencevalue.
Keywords：
temperaturetesting;
Temperaturesensors;
A/Dconversion;
PID
前言1
第一章系统总体方案2
第二章系统硬件设计4
2.1PLC选择4
2.1.1FX2N-48MR-001PLC4
2.1.2FX2N-4AD特殊功能模块5
2.2硬件电路设计7
2.2.1温度值给定电路8
2.2.2温度检测电路8
2.2.3过零检测电路10
2.2.4晶闸管电功率控制电路10
2.2.5脉冲输出通道13
2.2.6报警指示与显示电路13
2.2.7复位电路14
第三章系统软件设计15
3.1编程与通信软件的使用15
3.2程序设计16
3.3系统程序流程图17
3.4控制系统控制程序的开发18
3.4.1温度设计18
3.4.2A/D转换功能模块18
3.4.3标度变换程序20
3.4.4恒温控制程序20
3.4.5数字触发器程序设计24
3.4.6显示程序26
3.4.7恒温指示程序27
3.4.8报警程序27
第四章总结与展望28
4.1总结28
4.2展望28
致谢29
参考文献30
附录一：
三菱FX系列PLC指令一览表31
附录二：
热电偶温度传感器和信号放大器33
附录三：
系统程序（梯形图）36
前言
随着时代的发展,当今的技术日趋完善，竞争也愈演愈烈;
传统的人工的操作已不能满足于目前的制造业前景,也无法保证更高质量的要求和提升高新技术企业的形象。
在生产实践中,自动化给人们带来了极大的便利和产品质量上的保证,同时也减轻了人员的劳动强度,减少了人员上的编制。
在许多复杂的生产过程中难以实现的目标控制、整体优化、最佳决策等,熟练的操作工、技术人员或专家、管理者却能够容易判断和操作,可以获得满意的效果。
人工智能的研究目标正是利用计算机来实现、模拟这些智能行为,通过人脑与计算机协调工作,以人机结合的模式,为解决十分复杂的问题寻找最佳的途径。
可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，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。
在工业生产过程中，加热炉温度控制是十分常见的。
温度控制的传统方法是人工—仪表控制。
其重复性差，工艺要求难以保证，人工劳动强度大。
目前大多数使用微机代替常规控制。
以微机为核心控制系统虽然成本较低，但微机的可靠性和抗干扰性较差而使其硬件设计较复杂。
而以PLC为核心的控制系统，虽然成本较高，但PLC本身就有很强的抗干扰性和可靠性，因而系统的硬件设计也简单得多。
所以，相比较于微机控制，PLC控制在过程控制方面更具有优势。
这种系统控制精度高、重复性好、自动化程度高，可以大大提高产品质量和减轻工人的劳动负担。
本文介绍了以PLC为核心实现PID算法的温度控制系统的设计方法。
第一章系统总体方案
根据设计任务和要求，采用常规PID控制的温度控制系统结构如图1-1所示。
图1-1常规PID温度控制系统的结构
对应图1-1的系统结构，确定总体设计方案如图1-2所示：
图1-2总体设计方案
该总体方案主要由以下几个部分组成
（1）温度值给定电路：
主要功能是在给定值输入允许的情况下，接收十进制温度值给定。
（给定值范围为280~700℃）。
（2）PLC：
主要完成PID调节功能以及数据变换。
（3）电源同步信号产生电路：
主要功能是产生与电源同步的周波信号。
电源周波信号用作数字触发电路的输入信号。
（4）数字触发电路：
主要功能是输出晶闸管触发脉冲，触发晶闸管导通，根据数字控制器的输出值，控制晶闸管的导通周波个数，以达到电功率控制功能。
（5）温度检测电路：
主要功能是将温度传感器的输出信号进行放大，并进行A/D转换。
（6）温度显示与报警指示电路：
主要功能是完成电阻炉温度的实时显示以及故障报警和恒温指示。
（7）复位电路：
完成系统的运行/停止。
系统工作原理：
温度传感器将炉温变换为模拟信号，经低通滤波器滤掉干扰信号后送放大器，将信号放大后送A/D模块转换为数字量送PLC，数字量经标度变换，得到实际炉温。
数字控制器根据恒温给定值与实际炉温Q的偏差e（k）按积分分离PID控制算法，得到输出控制量u（k），控制晶闸管导通时间，调节炉温的变化使之与给定恒温值一致，达到恒温控制目的。
当恒温时间到、输入错误或系统发生故障时，系统发出报警信号，同时用三个数码管对电阻炉温度进行实时显示。
第二章系统硬件设计
2.1PLC选择
根据设计方案的分析，系统设计需要使用13个输入端口和17个输出端口，另外还需要一个A/D转换器来完成温度采样。
在课程学习中，我们学习了三菱的FX系列PLC，因此，选择三菱FX2N-48MR-001（基本I/O点数为24）和FX2N-4AD特殊功能模块。
2.1.1FX2N-48MR-001PLC
FX2N系列PLC是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器。
它由基本单元、扩展单元、扩展模块等构成。
用户存储器容量可扩展到16K步。
I/O点最大可扩展到256点。
它有27条基本指令，其基本指令的执行速度超过了很多大型PLC。
三菱FX2N—48MRPLC，为继电器输出类型，其输入、输出点数皆为是24点，可扩展模块可用的点数为48~64,内附8000步RAM。
其内部资源如下：
（1）输入继电器X（X0~X27，24点，八进制）
（2）输出继电器Y（Y0~Y27，24点，八进制）
（3）辅助继电器M（M0~M8255）[通用辅助继电器（M0~M499）]
（4）状态继电器（S0~S999）
（5）定时器T（T0~T255）（T0~T245为常规定时器）
（6）计数器C（C0~C255）
（7）指针（P/I）见表2-1和表2-2
（8）数据寄存器D（D0~D8255）（D0~D199为通用型）
表2-1定时器中断标号指针表
输入编号
中断周期（ms）
中断禁止特殊辅助继电器
I6XX
在指针名称的XX部分中，输入10~99的整数。
I610为每10ms执行一次定时器中断
M8056
I7XX
M8057
I8XX
M8058
表2-2输入中断标号指针表
指针编号
上升中断
下降中断
X0
I001
I000
M8050
X1
I101
I100
M8051
X2
I201
I200
M8052
X3
I301
I300
M8053
X4
I401
I400
M8054
X5
I501
I500
M8055
注：
M8050~M8058=“0”表允许；
M8050~M8058=“1”表禁止。
2.1.2FX2N-4AD特殊功能模块
FX2N-4AD为模拟量输入模块,有四个模拟量输入通道（分别为CH1、CH2、CH3和CH4），每个通道都可进行A/D转换，将模拟量信号转换成数字量信号，其分辨率为12位。
其模拟量输出性能如表2
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