基于PLC温度控制系统的设计论文文档格式.docx

1、 xxx Graduation Design （Thesis）The Design Of The Temperature Examination In PLCTemperature Control SystemByWANG Zhu JieSupervised byProf. XIA Qing GuanAssociate Prof. LU HongSchool of Automation Nanjing Institute of TechnologyJune, 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

2、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；PIDABSTRACTThe introduction of temperature-based PLC control system

3、design, including A/D conversion, scaling transformation, temperature checking links, scoring a zero separation PID algorithms and digital triggering circuit design. Main elements : the actual temperature of the test temperature sensors, analog voltage is the value, volume via simulation A/D after h

4、is conversion and scaling practical furnace temperature. Digital signal controllers will be under constant temperature to the value and the actual temperature deviations e （k） by scoring separation PID control algorithms, with the volume of export control u （k）, lead-time silicon-controlled rectifie

5、r control, regulate furnace temperature changes to the current agreement with the given constant temperature. Achieve thermostatic control purposes. Temperature of the system to do further testing and regulatory aspects of the design optimization, enabling the system more practical and easy OK and r

6、eliable, while also raising product quality and reducing the burden of manual labor. It must have practical application in reference value. Key words：temperature testing; Temperature sensors; A/D conversion; PID 前言 1第一章 系统总体方案 2第二章 系统硬件设计 4 2.1 PLC选择 4 2.1.1 FX2N-48MR-001PLC 4 2.1.2 FX2N-4AD特殊功能模块 5

7、 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 3.4.2 A/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

8、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

9、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

10、。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

11、 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280700）。（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

12、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2.1 PLC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

13、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。2.1.1 FX2N-48MR-001 PLCFX2N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FX2N48MR PLC，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4864,内附8000步RAM。其内部资

14、源如下：（1）输入继电器X（X0X27，24点，八进制）（2）输出继电器Y（Y0Y27，24点，八进制）（3）辅助继电器M（M0M8255）通用辅助继电器（M0M499）（4）状态继电器（S0S999）（5）定时器T（T0T255）（T0T245为常规定时器）（6）计数器C（C0C255）（7）指针（P/I）见表2-1和表2-2（8）数据寄存器D（D0D8255）（D0D199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1099的整数。I610为每10ms执行一次定时器中断M8056I7XXM8057I8XXM8058表2-2 输入中断标号指针表指针编号上升中断下降中断X0I001I000M8050X1I101I100M8051X2I201I200M8052X3I301I300M8053X4I401I400M8054X5I501I500M8055注：M8050M8058=“0”表允许；M8050M8058=“1”表禁止。2.1.2 FX2N-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