基于PLC的恒溫控制系統(tǒng)(論文 CAD圖紙全套)

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1、 畢業(yè)設計〔論文〕 院 系： XX學院 姓 名： 專 業(yè)： 機械設計 學 號： 4200209320XXX 指導教師： XX老師 XX大學X學院 2021年9月 畢業(yè)設計〔論文〕任務書 〔應由學生本人按指導教師下達地任務認真謄寫〕 姓名 專業(yè) 機械設計 指導教師 XXX 學號 4200209320214 入學時間 2021.09 網(wǎng)站〔院系〕 機械學院 一.課題

2、名稱 二.課題內(nèi)容 三.課題任務要求 四.同組設計者 五.主要參考文獻 1 陳紹龍,劉懷平.從選粉濃度解讀高效轉(zhuǎn)子選粉機技術：[文獻],鹽城：科行建材環(huán)保公司,2004 2 許林發(fā).建筑材料機械設計〔一〕.武漢：武漢工業(yè)大學出版社,1990 3 潘孝良.硅酸鹽工業(yè)機械過程及設備.武漢：武漢工業(yè)大學出版社,1993 4 葉達森.粉碎與制成.北京：中國建筑工業(yè)出版社,1992 5 .北京：中國建筑工業(yè)出版社,1 6 朱昆泉,許林發(fā).建材機械工程手冊.武漢：武漢工業(yè)大學出版社, 7 楮瑞卿.建材通用機械與設備.武漢：武漢工業(yè)

3、大學出版社, 8 方景光.粉磨工藝及設備.武漢：武漢理工大學出版社, 9 .修理及典型實例分析.武漢：武漢工業(yè)大學出版社, 地,1999〔1〕：19 11 徐灝.機械設計手冊.3.第2版.北京：機械工業(yè)出版社, 12 胡宗午,徐履冰,石來德.非標準機械設備設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社, 13 成大先.機械設計手冊.2.第4版.北京：化學工業(yè)出版社, 14 成大先.機械設計手冊.3.第4版.北京：化學工業(yè)出版社, 15 成大先.機械設計手冊.4.第4版.北京：化學工業(yè)出版社, 16 數(shù)字化手冊編委會.機械設計手冊(軟件版)R2.0.機械工業(yè)

4、出版社, 17 陳秀寧..浙江：浙江大學出版社,2002 18 武漢建筑材料工業(yè)學院等學校.建筑材料機械及設備.北京：中國建筑工業(yè)出版社,1980 19 徐錦康.機械設計.第2版.北京：機械工業(yè)出版社,2002 20 吳一善主編.粉碎學概論.武漢：武漢工業(yè)大學出版社,1993 21 沈世德.機械原理.北京：機械工業(yè)出版社,2002 指導教師簽字 教研室主任簽字 年 月 日 〔此任務書裝訂時放在畢業(yè)設計報告第一頁〕 恒 溫 控

5、 制 系 統(tǒng) 摘 要 隨著計算機技術.通信技術.自動控制技術以及各種智能技術地迅速開展,高可靠性可編程控制器(PLC)出現(xiàn),使得現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)地設計開發(fā)周期短,可靠性高,本錢低. 本文結合恒溫控制系統(tǒng)地特點,提出控制系統(tǒng)地總體設計方案,采用PLC和檢測儀表完成系統(tǒng)硬件設計；編寫PLC控制程序和監(jiān)控組態(tài)界面,實現(xiàn)溫度采集與顯示,實現(xiàn)了溫度在線監(jiān)測和控制.并采用工業(yè)以太網(wǎng),實現(xiàn)現(xiàn)場控制單元與上位機進行信息交換,并能與企業(yè)內(nèi)部聯(lián)網(wǎng). 關鍵詞：自動檢測；PLC；溫度；監(jiān)控組態(tài) ABSTRACT With computer technolo

6、gy, communication technology, automatic control technology, as well as the rapid development of smart technology, high reliability, programmable logic controller (PLC) the emergence of modern industrial control systems makes the design of a short development cycle, high reliability and cost reductio

7、n . In this paper, the characteristics of constant temperature control system, the control system design program, PLC and instrumentation used to complete system hardware design; PLC control procedures to prepare and monitor the configuration interface, collection and display temperature to achiev

8、e a temperature-line monitoring and control. And the use of Industrial Ethernet, the realization of the scene control unit and host computer exchange of information and networking and the enterprise. Keywords: Automatic detection；PLC；Temperature；Monitoring configuration 目 錄 第一章 緒 論 1 選題背景 1

9、 1.控制技術與繼電器控制技術地區(qū)別 1 控制技術和通用計算機控制技術地區(qū)別 1 控制技術與單片機控制技術地區(qū)別 2 本課題研究現(xiàn)狀 2 1.3 本文主要地研究工作 3 第二章 恒溫控制系統(tǒng)地硬件設計 4 恒溫控制系統(tǒng)地組成 4 恒溫控制系統(tǒng)總體設計方案 5 2.3 PID控制原理 6 可編程序控制器介紹 7 地選型 9 模擬量模塊選擇 10 其他硬件選擇 11 系統(tǒng)供電接線圖 16 硬件接線圖 17 第三章 恒溫控制系統(tǒng)軟件設計 21 －Micro/Win32 編程軟件介紹 21 地址分配 22 系統(tǒng)主程序 24 控制算法程序 26 標度轉(zhuǎn)換 27

10、 數(shù)碼顯示 28 人機界面 29 第四章 結論 31 參考文獻 32 致 謝 33 附錄 系統(tǒng)各局部程序 34 主程序 34 標度變換程序 38 PID參數(shù)設定程序 40 PID輸出中斷程序 41 數(shù)顯程序 42 第一章 緒 論 選題背景 隨著計算機技術.通信技術.自動控制技術,以及各種智能技術地迅速開展,出現(xiàn)了多種實用地控制技術,如繼電器控制技術.計算機控制技術.單片機控制技術及PLC控制技術等,每種控制技術有各自地優(yōu)缺點和應用領域. PLC控制技術與繼電器控制技術地區(qū)別 在PLC地編程語言中,梯形圖是用得最多地語言.PLC地梯形圖與繼電器控制線路

11、圖比擬相似,信號地輸入/輸出形式及控制功能也相同,但PLC地控制與繼電器地控制又有不同之處,主要表達在以下幾個方面. 〔1〕控制邏輯：繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯,利用繼電器機械觸頭地串聯(lián)或并聯(lián)以及時間繼電器地延時等組合成控制邏輯.其缺點是接線復雜,增加或改變功能都非常困難,繼電器觸頭數(shù)目也有限.而PLC利用其內(nèi)部存儲器,以程序方式將控制邏輯存儲在內(nèi)存中,通過改變程序就可以很方便地改變控制邏輯,另外,軟繼電器觸頭數(shù)一般都非常多,因此PLC控制邏輯地靈活性和擴展性都很好. 〔2〕控制速度：繼電器控制是通過繼電器機械觸頭地動作來實現(xiàn),觸頭地開閉動作一般在幾十毫秒數(shù)量級.而PLC通過程序指令控制

12、半導體電路來實現(xiàn)控制邏輯,一般一條指令地執(zhí)行時間在微秒數(shù)量級. 〔3〕限時控制：繼電器控制邏輯利用時間繼電器地滯后動作進行限時控制,但其定時精度不高,易受環(huán)境影響,調(diào)整比擬困難.PLC使用半導體集成電路定時器,定時精度高,,通過編寫程序來進行定時控制,非常方便. 〔4〕計數(shù)控制：繼電器控制邏輯一般不具備計數(shù)地功能,而PLC能通過程序方便地實現(xiàn)計數(shù)功能. 〔5〕可靠性和可維護性：繼電器控制邏輯使用了大量地機械觸頭,觸頭開閉時產(chǎn)生地電弧容易損壞觸點,因此可靠性和可維護性都比擬差.而PLC采用無觸點地半導體電路來代替繼電器觸點,因而不存在上述缺陷.PLC還帶有自檢功能,為現(xiàn)場地調(diào)試和維護提供了

13、方便. 〔6〕價格：繼電器控制邏輯多使用機械開關.繼電器等,功能簡單,價格比擬廉價.而PLC多使用集成電路,價格相比照擬昂貴. PLC控制技術和通用計算機控制技術地區(qū)別 PLC是專門為工業(yè)控制環(huán)境而設計地,而通用計算機是專門為科學計算和數(shù)據(jù)處理等而設計地,兩者采用地都是計算機結構,但兩者設計地出發(fā)點不同,因此也存在許多地差異,主要表達在以下幾個方面. 〔1〕應用范圍：通用計算機除了應用在控制領域外,還大量應用在科學計算.數(shù)據(jù)處理.計算機通信等方面.而PLC主要用于工業(yè)控制領域. 〔2〕使用環(huán)境：通用計算機對環(huán)境要求高.而PLC能適用于環(huán)境差地工業(yè)現(xiàn)場. 〔3〕程序設計：通用計算機具

14、有豐富地程序設計語言,如匯編語言.C語言等,能實現(xiàn)復雜地應用,對編程者要求高.而PLC能提供地編程語言少,邏輯簡單,容易學習和使用. 〔4〕運算速度和存儲容量：隨著各種電子技術地開展,通用計算機運算速度越來越快,一般在微秒級,存儲容量也在增大.而PLC相對通用計算機運算速度要慢,其編程地軟件少,編程簡短,內(nèi)存容量也很小. 〔5〕價格：通用計算機功能多,硬件復雜,而PLC相對功能單一,因此在價格上一般PLC要比通用計算機廉價. 1.1.3PLC控制技術與單片機控制技術地區(qū)別 單片機控制技術一般用于數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制,單片機在配置上比通用計算機簡單,價格上相對廉價,但它和通用計算機一樣,也

15、不是專門為工業(yè)現(xiàn)場控制所設計地.與通用計算機一樣,單片機編程復雜.不易掌握,需要處理大量I/O接口,其輸出口驅(qū)動負載能力較弱,要驅(qū)開工業(yè)負載需要復雜地外圍電路.單片機控制技術地突出優(yōu)點在于它具有較強地數(shù)據(jù)處理能力,但工業(yè)控制過程要處理地是大量地開關量,因而運用在工業(yè)現(xiàn)場控制中單片機地長處得不到發(fā)揮,其可靠性也遠不如PLC.一般單片機控制技術僅使用于比擬簡單地工業(yè)控制過程和數(shù)據(jù)處理能力要求比擬高地場合. PLC控制技術與單片機控制技術相比擬而言,更適合于工業(yè)現(xiàn)場過程控制,但其數(shù)據(jù)處理能力不如后者.所以二者各有所長,不能互相替代. 由此可見,隨著PLC地本錢降低及數(shù)據(jù)處理能力地增強,在工業(yè)現(xiàn)場

16、控制方面,PLC控制技術面對其他地控制技術地挑戰(zhàn)將會一直具有自身地優(yōu)勢.因此,掌握PLC控制技術對于工業(yè)控制技術人員來說是必不可少地技能之一. 1.2本課題研究現(xiàn)狀 在人類地生活環(huán)境中,溫度扮演著極其重要地角色.溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見地工藝參數(shù)之一,任何物理變化和化學反響過程都與溫度密切相關,因此溫度控制是生產(chǎn)自動化地重要任務.對于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下地溫度控制,所采用地加熱方式,燃料,控制方案也有所不同.無論你生活在哪里,從事什么工作,無時無刻不在與溫度打著交道.自18世紀工業(yè)革命以來,工業(yè)開展對是否能掌握溫度有著絕對地聯(lián)系.在冶金.鋼鐵.石化.水泥.玻璃.醫(yī)藥等等行業(yè),可以說幾乎80

17、%地工業(yè)部門都不得不考慮著溫度地因素. 目前,國內(nèi)外恒溫控制系統(tǒng)地應用技術已開展地比擬成熟,大多數(shù)是使用單片機和PLC對溫度進行控制,但隨著PLC.工業(yè)網(wǎng)絡及監(jiān)控組態(tài)軟件地迅速開展,在工業(yè)生產(chǎn)過程中基于PLC地恒溫控制系統(tǒng)開始占據(jù)了主導地位.基于PLC地恒溫控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過程中充分表達了一下優(yōu)點：〔1〕采用光電隔離.RC濾波器等屏蔽措施具有較高地抗干擾能力和可靠性；〔2〕針對不同地工業(yè)現(xiàn)場信號有相應地I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場地器件或設備直接連接；〔3〕采用模塊化結構；〔4〕編程簡單,易于實現(xiàn)；〔5〕系統(tǒng)設計.安裝.調(diào)試方便；〔6〕維修方便,維修工作量小；〔7〕投產(chǎn)周期及本錢比擬低. 本設計

18、基于一個PLC地恒溫控制監(jiān)控系統(tǒng),到達溫度地實時控制與顯示.該系統(tǒng)克服傳統(tǒng)地位式調(diào)節(jié)器和PID調(diào)節(jié)器超調(diào)大地缺點,充分發(fā)揮PLC控制靈活.編程方便.適應性強和FameView地實時顯示地優(yōu)點,提高了控制地精確度.而且該系統(tǒng)操作簡單.工作穩(wěn)定可靠.實用性強并有良好地組態(tài)監(jiān)控界面,能遠程控制,適應了當前現(xiàn)代化工業(yè)地需要,適用范圍廣,其經(jīng)濟效益很好. 在工業(yè)生產(chǎn)中,常用閉環(huán)控制方式控制溫度.流量等連續(xù)變化地模擬量,PID控制是常見地一種控制方式.在使用模擬量控制器地模擬控制系統(tǒng)和使用計算機(包括PLC)地數(shù)字控制系統(tǒng)中得到了廣泛地應用.可編程序控制器(PLC)是以微處理器為根底,綜合了計算機技術.

19、控制技術.通訊技術等高新技術,可以構成不同地控制系統(tǒng),將模擬量輸入輸出控制和現(xiàn)代控制方法融為一體,實現(xiàn)智能控制.閉環(huán)控制.多控制功能一體地綜合控制系統(tǒng).本文針對恒溫水箱溫控系統(tǒng)地要求,以PLC為溫度控制系統(tǒng)地核心,利用PID控制算法實現(xiàn)系統(tǒng)地恒溫控制. 1.3 本文主要地研究工作 本文介紹恒溫控制系統(tǒng)地工作原理設計,結合系統(tǒng)特點設計一套基于S7-200PLC地溫度控制系統(tǒng).主要研究內(nèi)容如下： 〔1〕分析恒溫控制系統(tǒng)地工藝流程,提出控制系統(tǒng)地總體設計方案. 〔2〕采用PLC和檢測儀表完成系統(tǒng)硬件設計；編寫PLC控制程序,實現(xiàn)溫度采集與顯示. 〔3〕采用FameView監(jiān)控組態(tài)軟件設計恒

20、溫系統(tǒng)監(jiān)控界面,實時顯示各個溫度地大小和變化曲線,實現(xiàn)溫度在線監(jiān)測和控制. 〔4〕采用工業(yè)以太網(wǎng),實現(xiàn)現(xiàn)場控制單元與上位機進行信息交換,并能與企業(yè)內(nèi)部聯(lián)網(wǎng). 第二章 恒溫控制系統(tǒng)地硬件設計 恒溫控制系統(tǒng)地組成 恒溫控制裝置結構如圖2－1所示,它包括控制恒溫水箱.冷卻風扇電動機.攪拌電動機.儲水箱.,溫度范圍為40~60.C〕.測溫裝置.液位檢測.流量檢測以及電磁閥門等.電加熱器加熱恒溫水箱水溫,攪拌器使恒溫水箱中地水上下水溫均勻,兩個液位檢測傳感器用于測量缺水和溢出狀態(tài),三個溫度傳感器分別測量恒溫水箱中水地溫度.入口溫度及儲水箱中水地溫度,水泵用來使系統(tǒng)內(nèi)地水循環(huán)流動,三個電磁閥門

21、用來使水進入儲水箱或冷卻器中,水地流量采用流量計檢測,水地冷卻采用風扇進行冷卻.恒溫水箱中水溫.入水口水溫.儲水箱中水溫.水地流速和加熱器功率分別用數(shù)顯儀表顯示.閥門.攪拌器及冷卻器工作狀態(tài)用指示燈指示. 圖2-1 恒溫控制裝置結構圖 控制系統(tǒng)設計要求：①要求系統(tǒng)有手動和自動兩種方式；②溫度范圍：20℃~60℃溫度超限進行報警；③水溫與設定值之差小于5℃,采用PID調(diào)節(jié)；水溫高于設定值5℃~10℃進冷水；水溫高于設定值10℃以上時,采用進冷水與風冷同時進行地方法實現(xiàn)降溫控制；④對溫度,流量進行檢測并顯示；⑤進水時無流量,加熱時水溫無變化能進行報警. 2.2恒溫控制系統(tǒng)總體設計方案 根據(jù)

22、恒溫控制系統(tǒng)地要求,本設計由S7-200PLC作為中央處理單元,Fameview作為監(jiān)控組態(tài)軟件,實現(xiàn)恒溫控制系統(tǒng)實時監(jiān)控.系統(tǒng)由硬件和軟件兩局部軟件構成.要完成整個系統(tǒng)地要求就應該由軟件與硬件共同來發(fā)揮作用和相互組合協(xié)調(diào)工作；本設計由工控機作為上位機對整個系統(tǒng)進行監(jiān)控,PLC等其他元件作為下位機完成具體控制要求,上位機與下位機之間地通信通過以太網(wǎng)地聯(lián)接來到達通信地狀態(tài)要求,以便更好地完成對系統(tǒng)地監(jiān)控. PLC 以太網(wǎng) 工控PC機 電機啟動與停及顯示 電磁閥的開與關及顯示 系統(tǒng)的開與關 溫度數(shù)據(jù)參數(shù) 變送器 下位機 上位機 液位開關檢測 變送器 流量參數(shù) 數(shù)顯 儀

23、表 圖2-2 系統(tǒng)總體結構 上位機由工控機構成,工控機上采用Fameview組態(tài)軟件,控制對現(xiàn)場設備地啟/停.運行狀況地實時監(jiān)控,設備相關數(shù)據(jù)地記錄,設備故障和異常情況地處理.PLC組成下位機現(xiàn)場控制單元,采集現(xiàn)場設備地數(shù)據(jù).檢測元件有溫度檢測元件和液位檢測元件,對現(xiàn)場設備進行實時檢測,并將檢測數(shù)據(jù)傳送至PLC與數(shù)顯表.顯示電路實現(xiàn)現(xiàn)場溫度地實時監(jiān)控.PLC根據(jù)輸入與反響信號地偏差進行PID計算,輸出控制信號給加溫控制電路,對溫度進行PID控制. 2.3 PID控制原理 在工程實際中,應用最為廣泛地調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例.積分.微分控制,簡稱PID控制,又稱PID調(diào)節(jié).PID控制器問

24、世至今已有近70年歷史,它以其結構簡單.穩(wěn)定性好.工作可靠.調(diào)整方便而成為工業(yè)控制地主要技術之一.當被控對象地結構和參數(shù)不能完全掌握,或得不到精確地數(shù)學模型時,控制理論地其它技術難以采用時,系統(tǒng)控制器地結構和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定,這時應用PID控制技術最為方便.即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象,或不能通過有效地測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時,最適合用PID控制技術.PID控制,實際中也有PI和PD控制.PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)地誤差,利用比例.積分.微分計算出控制量進行控制地. 比例〔P〕控制,比例控制是一種最簡單地控制方式.其控制器地輸出與輸入誤差信號成比例關系.當僅有比例控制時

25、系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差〔Steady-state error〕. 積分〔I〕控制,在積分控制中,控制器地輸出與輸入誤差信號地積分成正比關系.對一個自動控制系統(tǒng),如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差,那么稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差地或簡稱有差系統(tǒng)〔System with Steady-state Error〕.為了消除穩(wěn)態(tài)誤差,在控制器中必須引入“積分項〞.積分項對誤差取決于時間地積分,隨著時間地增加,積分項會增大.這樣,即便誤差很小,積分項也會隨著時間地增加而加大,它推動控制器地輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小,直到等于零.因此,比例+積分(PI)控制器,可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差. 微分〔D〕控

26、制,在微分控制中,控制器地輸出與輸入誤差信號地微分〔即誤差地變化率〕成正比關系. 自動控制系統(tǒng)在克服誤差地調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn).其原因是由于存在有較大慣性組件〔環(huán)節(jié)〕或有滯后(delay)組件,具有抑制誤差地作用,其變化總是落后于誤差地變化.解決地方法是使抑制誤差地作用地變化“超前〞,即在誤差接近零時,抑制誤差地作用就應該是零.這就是說,在控制器中僅引入“比例〞項往往是不夠地,比例項地作用僅是放大誤差地幅值,而目前需要增加地是“微分項〞,它能預測誤差變化地趨勢,這樣,具有比例+微分地控制器,就能夠提前使抑制誤差地控制作用等于零,甚至為負值,從而防止了被控量地嚴重超調(diào).所以對有較大慣

27、性或滯后地被控對象,比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中地動態(tài)特性. 按照實際溫度和設定溫度偏差地比例.積分和微分產(chǎn)生控制作用〔簡稱PID控制〕,是溫度控制中應用最廣泛地一種控制形式,實際運行效果和理論分析說明,這種控制規(guī)律在相當多地工業(yè)生產(chǎn)過程中能得到比擬滿意地結果.每個溫度由一個熱敏電阻檢測,用PID地輸出值來控制電阻爐通斷,從而控制地溫度.溫度控制原理如圖2-3所示. PID控制器 + - 加熱裝置 溫度變送器 檢測值 被控參數(shù) 給定值 圖2-3溫度控制原理圖 2.4可編程序控制器介紹 可編程控制器〔Programmable Logic Contr

28、oller〕簡稱PLC,是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計地數(shù)字運算操作地電子裝置.它采用可以編制程序地存儲器,用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算.順序運算.計時.計數(shù)和算術運算等操作地指令,并能通過數(shù)字式或模擬式地輸入和輸出,控制各種類型地機械或生產(chǎn)過程.PLC及其有關地外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體,易于擴展其功能地原那么而設計. 在可編程序控制器問世以前,工業(yè)控制領域中是繼電器控制占主導地位.這種由繼電器構成地控制系統(tǒng)有著明顯地缺點:體積大.耗電多.可靠性差.壽命短.運行速度不高,尤其是對生產(chǎn)工藝多變地系統(tǒng)適應性更差,如果生產(chǎn)任務和工藝發(fā)生變化,就必須重新設計,并改變硬件結構

29、,造成了時間和資金地嚴重浪費. 美國地數(shù)字設備公司(DEC)中標,并在1969年研制出了第一臺可編程序控制器(PDP-14).其后,美國地MOD工CON公司也推出了084控制器,1971年,日本推出了DSC-8控制器,1973年西歐各國地各種可編程序控制器也研制成功.我國在1974年開始研制可編程序控制器. 可編程序控制器地開展與計算機技術.半導體集成技術.控制技術.數(shù)字技術.通信網(wǎng)絡技術等高新技術地開展息息相關.這些高新技術地開展推動了可編程序控制器地開展,而可編程序控制器地開展又對這些高新技術提出了更高更新地要求,促進了它們地開展. 從控制功能來分,可編程序控制器地開展經(jīng)歷了以下四個

30、階段. 第一階段,從第一臺可編程序控制器問世到20世紀70年代中期,是可編程序控制器地初創(chuàng)階段.這一階段地產(chǎn)品主要用于邏輯運算和計時.計數(shù)運算,它地CPU由中小規(guī)模地數(shù)字集成電路組成,它地控制功能較簡單. 第二階段,從20世紀70年代中期到末期,是可編程序控制器地擴展階段,在這一階段,產(chǎn)品地主要控制功能得到了較大地開展,它地開展主要來自兩方面,從可編程序控制器開展而來地控制器,它地主要功能是邏輯運算,同時擴展了其他運算功能；而從模擬儀表開展而來地控制器,其功能主要是模擬運算,同時擴展了邏輯運算功能.因此,按習慣地分類方法,前者被稱為可編程序邏輯控制器(PLC ),后者被稱為單回路或多回路控

31、制器. 第三階段,從20世紀70年代末期到20世紀80年代中期,是PLC通信功能實現(xiàn)階段.與計算機通信地開展相聯(lián)系,PLC也在通信方面有了很大地開展,初步形成了分布式地通信網(wǎng)絡體系.在該階段,由于生產(chǎn)過程控制地需要,對PLC地需求大大增加,產(chǎn)品地功能也得到了開展,數(shù)學運算地功能得到了較大地擴充,產(chǎn)品地可靠性進一步提高. 第四階段,從20世紀80年代中期開始是PLC地開放階段.由于開放系統(tǒng)地提出,使PLC也得到了較大地開展.主要表現(xiàn)在通信系統(tǒng)地開放,使各制造企業(yè)地產(chǎn)品可以通信,通信協(xié)議地標準化使用戶得到了好處.在這一階段,產(chǎn)品地規(guī)模增大,功能不斷完善,大中型地產(chǎn)品多數(shù)有CRT屏幕地顯示功能,

32、產(chǎn)品地擴展也因通信功能地改善而變得方便,此外,還采用了標準地軟件系統(tǒng),增加了高級編程語言等. PLC地工作原理分為以下幾個過程： 〔1〕初始化：PLC上電后,首先進行系統(tǒng)初始化,去除內(nèi)部繼電器區(qū),復定時器等. 〔2〕CPU自診斷：PLC在每個掃描周期都要進入CPU自診斷,對電源.PLC內(nèi)部電路.用戶程序地語法進行檢查；定期復位監(jiān)控定時器等,以確保系統(tǒng)可靠運行. 〔3〕通信信息處理：在每個通信信息處理掃描階段,進行PLC之間以及PLC與計算機之間地信息交換；PLC與其他帶微處理器地只能裝置通信,例如,只能I/O模塊；在多處理器系統(tǒng)中,CPU還要與數(shù)字處理器〔DPU〕交換信息 〔4〕與外

33、部設備交換信息：PLC與外部設備連接時,在每個掃描周期內(nèi)都要與外部設備交換信息.這些外部設備有編程器.終端設備.彩色圖形顯示器.打印機等. 〔5〕執(zhí)行用戶程序：PLC在運行狀態(tài)下,每一個掃描周期都要執(zhí)行用戶程序.執(zhí)行用戶程序時,是以掃描地方式按順序逐句掃描處理地,掃描一條執(zhí)行一條,并把運算結果保存在輸入輸出映像區(qū)對應位中. 〔6〕輸入.輸出信息處理：PLC在運行狀態(tài)下,每一個掃描周期都要進入輸入.輸出信息處理.以掃描地方式把外部輸入地信號存入輸入映像區(qū)；將運算處理好地結果存入輸出映像區(qū),直到傳送到外部被控設備. PLC周而復始地巡回掃描,執(zhí)行上述整個過程,直至停機. PLC地特點有：可

34、靠性高.抗干擾能力強；通用性強,靈活性好,功能齊 編程簡單,使用方便；模塊化結構；安裝簡便,調(diào)試方便；可以進行網(wǎng)絡通信；體積小,能耗低等. 2.5PLC地選型 合理選擇PLC對于提高PLC控制系統(tǒng)地性價比起著重要作用,PLC地選擇應包括機型地選擇.容量地選擇.I/O模塊地選擇.電源模塊地選擇等幾個方面. 在恒溫控制系統(tǒng)中,經(jīng)過調(diào)研.分析,選擇了西門子公司生產(chǎn)地S7-200系列PLC作為系統(tǒng)地控制器.S7-200系列PLC是SIEMENS公司推出地一種整體式小型可編程控制器.S7-200系列PLC包含了一個單獨地S7-200CPU和各種可選那么地擴展模塊,可以十分方便地組成不同規(guī)模地控制

35、器.其控制規(guī)?？梢詮膸c到幾百點.S7-200PLC可以方便地組成PLC－PLC網(wǎng)絡和微機－PLC網(wǎng)絡,從而完成規(guī)模更大地工程.因此本人選用地是德國SIEMENS公司地S7-200型號地可編程序控制器產(chǎn)品. S7-200地STEP7-Micro/WIN32編程軟件可以方便地在Windows環(huán)境下對PLC編程.調(diào)試.監(jiān)控.使得PLC地編程更加方便.快捷.即S7-200可以完美地滿足各種小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)地要求. 目前S7-200系列PLC主要有CPU221.CPU222.CPU224和CPU226四種,四種CPU地外部結構大體相同. CPU221集成6輸入/4輸出共10個數(shù)字量I/O點.無I/

36、O擴展能力.6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間.4個獨立地30kHz高速計數(shù)器,2路獨立地20kHz高速脈沖輸出.1個RS485通訊/編程口,具有PPI通訊協(xié)議.MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力.非常適合于小點數(shù)控制地微型控制器. CPU222集成8輸入/6輸出共14個數(shù)字量I/O點.可連接2個擴展模塊.6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間.4個獨立地30kHz高速計數(shù)器,2路獨立地20kHz高速脈沖輸出.1個RS485通訊/編程口,具有PPI通訊協(xié)議.MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力.非常適合于小點數(shù)控制地微型控制器. CPU224集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點.可連接7個擴展模塊,最大擴展

37、至168路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O 點.13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間.6個獨立地30kHz高速計數(shù)器,2路獨立地20kHz高速脈沖輸出,具有PID控制器.1個RS485通訊/編程口,具有PPI通訊協(xié)議.MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力.I/O端子排可很容易地整體拆卸.是具有較強控制能力地控制器. CPU226集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O 點.可連接7個擴展模塊,最大擴展至248路數(shù)字量I/O 點或35路模擬量I/O 點.13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間.6個獨立地30kHz高速計數(shù)器,2路獨立地20kHz高速脈沖輸出,具有PID控制器.2個RS485通訊/編程口,具有PP

38、I通訊協(xié)議.MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力.I/O端子排可很容易地整體拆卸.用于較高要求地控制系統(tǒng),具有更多地輸入/輸出點,更強地模塊擴展能力,更快地運行速度和功能更強地內(nèi)部集成特殊功能.可完全適應于一些復雜地中小型控制系統(tǒng). 根據(jù)控制要求本設計有系統(tǒng)開關.上下液位開關攪拌電機開關等開關量要轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量作為CPU226地輸入量,其中流量檢測量與溫度檢測量作為模擬量輸入輸入到CPU226；同時系統(tǒng)中地電機及指示燈.溫度顯示等作為數(shù)字量輸出量,電機熱控制信號作為模擬量輸出. 而在已有地S7200地CPU中沒有可以單獨滿足系統(tǒng)要求地型號,不管選用哪種型號都需要對其輸入\輸出端口進行擴展.為了使

39、系統(tǒng)設計地盡量簡單.方便.實用,本設計選用CPU226.CPU226擁有24個數(shù)字輸入端口和16個數(shù)字輸出端口,因此只需要對其擴展4個模擬輸入端和一個模擬輸出端口.PLC地系統(tǒng)組成如圖2-4所示. 圖2-4 系統(tǒng)結構模塊圖 2.6模擬量模塊選擇 西門子S7200提供有EM231.EM232以及EM235三種模擬擴展模塊. EM231可擴展4路模擬量輸入通道,A/D轉(zhuǎn)換時間為25μs,12位；EM231還有專門地熱電偶.熱電阻模塊是為CPU222,CPU224,CPU226設計地,S7-200與多種熱電偶.熱電阻地連接備有隔離接口.用戶通過模塊上地DIP開關來選擇熱電偶或熱電阻地類型,接

40、線方式,測量單位和開路故障地方向.EM232可擴展2路模擬量輸出通道.EM235可擴展3路模擬量輸入通道和1路量輸出通道.按照輸入\輸出端口點數(shù)我們應當用EM235對CPU進行擴展. EM235能夠接受電壓或者電流信號,如果EM235剩了AI點來接PT100,而且EM235地AO點沒有占用,可以直接采用EM235.把EM235地輸出AO點當作一個恒流源,把此恒流源接到PT100上,PT100地四線做兩線接到EM235.具體程序中間地轉(zhuǎn)換一定要算仔細,不然采集值就容易算錯.電流不能過大,否那么容易損壞PT100.這種接法比擬浪費,用EM231模塊比擬好.經(jīng)濟實惠,編程方便PT100溫度傳感器檢

41、測到地模擬信號通過變送器進行信號轉(zhuǎn)換后送傳給EM321..EM231具有4個模擬量輸入通道.剛好滿足本設計模擬量輸入要求.再通過EM232與電阻加熱器連接,將檢測到地流量信號送到CPU,進而對CPU226地模擬輸出量進行了擴展. 因此本設計采用EM231對CPU226進行4路模擬量輸入模塊擴展,采用EM232對CPU226進行1路模擬量輸出量擴展. 2.7其他硬件選擇 本設計可以分為核心處理系統(tǒng).溫度監(jiān)控系統(tǒng).伺服系統(tǒng).數(shù)碼顯示裝置四大組成局部.對于除了核心處理系統(tǒng)之外地硬件選擇,可以按照個大局部歸類選擇. (1)溫度監(jiān)控局部 溫度監(jiān)控局部組成有溫度傳感器,變送器,信號隔離器； 溫

42、度傳感器：兩種不同材質(zhì)地導體,如在某點互相連接在一起,對這個連接點加熱,在它們不加熱地部位就會出現(xiàn)電位差.這個電位差地數(shù)值與不加熱部位測量點地溫度有關,和這兩種導體地材質(zhì)有關.這種現(xiàn)象可以在很寬地溫度范圍內(nèi)出現(xiàn),如果精確測量這個電位差,再測出不加熱部位地環(huán)境溫度,就可以準確知道加熱點地溫度.由于它必須有兩種不同材質(zhì)地導體,所以稱之為“熱電偶〞.不同材質(zhì)做出地熱電偶使用于不同地溫度范圍,它們地靈敏度也各不相同.熱電偶地靈敏度是指加熱點溫度變化1℃時,輸出電位差地變化量.對于大多數(shù)金屬材料支撐地熱電偶而言,這個數(shù)值大約在5～40微伏／℃之間. 溫度傳感器是五花八門地各種傳感器中最為常用地一種,現(xiàn)

43、代地溫度傳感器外形非常得小,這樣更加讓它廣泛應用在生產(chǎn)實踐地各個領域中,也為我們地生活提供了無數(shù)地便利和功能. 溫度傳感器有四種主要類型：熱電偶.熱敏電阻.電阻溫度檢測器和IC溫度傳感器.IC溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型. 接觸式溫度傳感器地檢測局部與被測對象有良好地接觸,又稱溫度計. 溫度計通過傳導或?qū)α鞯竭_熱平衡,從而使溫度計地示值能直接表示被測對象地溫度.一般測量精度較高.在一定地測溫范圍內(nèi),溫度計也可測量物體內(nèi)部地溫度分布.但對于運動體.小目標或熱容量很小地對象那么會產(chǎn)生較大地測量誤差,常用地溫度計有雙金屬溫度計.玻璃液體溫度計.壓力式溫度計.電阻溫度計.熱敏電阻和

44、溫差電偶等.它們廣泛應用于工業(yè).農(nóng)業(yè).商業(yè)等部門.在日常生活中人們也常常使用這些溫度計.隨著低溫技術在國防工程.空間技術.冶金.電子.食品.醫(yī)藥和石油化工等部門地廣泛應用和超導技術地研究,測量120K以下溫度地低溫溫度計得到了開展,如低溫氣體溫度計.蒸汽壓溫度計.聲學溫度計.順磁鹽溫度計.量子溫度計.低溫熱電阻和低溫溫差電偶等.低溫溫度計要求感溫元件體積小.準確度高.復現(xiàn)性和穩(wěn)定性好.利用多孔高硅氧玻璃滲碳燒結而成地滲碳玻璃熱電阻就是低溫溫度計地一種感溫元件,可用于測量1.6～300K范圍內(nèi)地溫度. PT100溫度傳感器可以適應大局部溫度檢測要求,性能良好.PT100,又叫鉑電阻,熱電阻,是

45、一種溫度傳感器,鉑電阻溫度系數(shù)為0.0039×／℃,0℃時電阻值為100Ω,℃.采用不銹鋼外殼封裝,內(nèi)部填充導熱材料和密封材料灌封而成,尺寸小巧,適用于精密儀器.恒溫設備.流體管道等溫度地測量,非常經(jīng)濟實用.鉑電阻溫度傳感器精度高,穩(wěn)定性好,應用溫度范圍廣,是中低溫區(qū)〔-200℃～400℃〕最常用地一種溫度檢測器,不僅廣泛應用于工業(yè)測溫,而且被制成各種標準溫度計.本設計中將此感器安裝在恒溫水箱以及回流管等各個部位,對水溫進行監(jiān)測.并且將檢測結果反響到主機,再由主機做出相應動作.本設計選用PT100溫度傳感器. 溫度變送器是通過確認阻值地不同計算出當前地溫度,再根據(jù)熱電阻地量程變送輸出對應地標

46、準 信號值 (4-20mA〕即： 溫度變化→熱電阻阻值變化→溫度變送器進行計算→輸出4~20mA信號再通過確認變送器輸出地電流大小就可以知道當前地溫度值. WRZ系列一體化溫度變送器是熱電阻.熱電偶與變送器地完美結合,以十分簡捷地方式把-200～1300℃地溫度信號轉(zhuǎn)換為標準4～20mA電流信號實現(xiàn)對溫度精確測量與控制. WRZ溫度變送器可與顯示儀.控制系統(tǒng).記錄儀等調(diào)節(jié)器配套使用,并被廣泛應用于石油.化工.發(fā)電醫(yī)藥.紡織.鍋爐等工業(yè)領域.本設計采用WRZ系列一體化溫度變送器. 信號隔離器,在工業(yè)生產(chǎn)過程中實現(xiàn)監(jiān)視和控制需要用到各種自動化儀表.控制系統(tǒng)和執(zhí)行機構,它們之間地信號傳輸既

47、有微弱到毫伏級.微安級地小信號,又有幾十伏,甚至數(shù)千伏.數(shù)百安培地大信號；既有低頻直流信號,也有高頻脈沖信號等等,構成系統(tǒng)后往往發(fā)現(xiàn)在儀表和設備之間信號傳輸互相干擾,造成系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至誤操作.出現(xiàn)這種情況除了每個儀表.設備本身地性能原因如抗電磁干擾影響外,還有一個十分重要地因素就是由于儀表和設備之間地信號參考點之間存在電勢差,因而形成“接地環(huán)路〞造成信號傳輸過程中失真.因此,要保證系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠地運行,“接地環(huán)路〞問題是在系統(tǒng)信號處理過程中必須解決地問題. 隔離器又名信號隔離器,是一種采用線性光耦隔離原理,將輸入信號進行轉(zhuǎn)換輸出.輸入\輸出和工作電源三者相互隔離,特別適合與需要電隔離地設備儀

48、表配用.是工業(yè)控制系統(tǒng)中重要組成局部. 在各個過程環(huán)路中使用信號隔離方法可以用DCS或PLC等隔離卡件或者現(xiàn)場帶隔離地變送器〔局部設備可以做到〕,也可以使用信號隔離器來實現(xiàn).比擬起來,用信號隔離器RZG2100有以下優(yōu)點： ● 絕大局部情況,采用信號隔離器+非隔離卡件比采用隔離卡件廉價. ● 信號隔離器比隔離卡件在隔離能力.抗電磁干擾等方面性能更加優(yōu)越 ● 信號隔離器應用靈活,而且它還有型號轉(zhuǎn)換和 信號分配功能,使用起來更加方便. ● 信號隔離器通常有單通道.雙通道.一入二出等通道形式,通道間相互完全獨立,構成系統(tǒng)地配置.日常維護更加方便.輸出電流0-10mA；0-20mA； 所以

49、本設計選用RZG2100隔離變送器. (2) 伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)由液位開關.攪拌電機.電加熱裝置.風扇電機.流量檢測計和電磁閥構成. 液位開關,當浮球因浮力作用而上下運動時,接線盒內(nèi)地磁簧開關受到臂端磁鐵影響,而作"NC"接點與"NO"接點之互換.同樣地原理運用在微動開關裝置上,微動開關前之磁鐵和臂端磁鐵作互斥運動而推壓微動開關,造成"NC"和"NO"動作.具有耐高.低溫,耐酸.堿等優(yōu)良性能. 本設計選用EA-L200型浮球液位開關. 攪拌電機,當系統(tǒng)對恒溫水箱加水.放水或者加熱時,都應當啟動攪拌電機使水箱內(nèi)水地溫度保持均勻.由于恒溫水箱容量不大,所以選擇小功率攪拌電機. 本設計選

50、用20V 60W調(diào)速攪拌電機. 電加熱裝置,加熱電阻器是利用電阻通電發(fā)熱加熱指定物體地.傳感器等.當水箱內(nèi)地水被檢測出低于要求水溫時,啟動電加熱裝置對水箱內(nèi)地水進行加熱,直到到達控制要求水溫. 地加熱電阻器,溫度范圍為20~100℃加熱電阻. 風扇電機,當水箱內(nèi)水溫過高,水箱放水經(jīng)過回流管,由安裝在回流管地風扇電機對回流管中地水進行吹風降溫后,再回流到恒溫水箱中. 本設計選用220V 60W風扇電機. 流量檢測計,差壓式流量計(以下簡稱DPF或流量計)是根據(jù)安裝于管道中流量檢測件產(chǎn)生地差壓.地流體條件和檢測件與管道地幾何尺寸來測量流量地儀表.DPF由一次裝置(檢測件)和二次裝置(差壓

51、轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表)組成.通常以檢測件地型式對DPF分類,如孔扳流量計.文丘里管流量計及均速管流量計等.二次裝置為各種機械.電子.機電一體式差壓計,差壓變送器和流量顯示及計算儀表,它已開展為三化(系列化.通用化及標準化)程度很高地種類規(guī)格龐雜地一大類儀表.差壓計既可用于測量流量參數(shù),也可測量其他參數(shù)(如壓力.物位.密度等).本設計通過流量計對水流進行檢測,進而控制. 傳統(tǒng)地一體化差壓式流量計只是簡單地將節(jié)流器件好差壓變送器裝在一起,但仍要單獨安裝變送器/流量積算儀,因此不能算是真正地多參數(shù)變送器,V10F差壓式流量計可同時測量壓力.溫度地復合式傳感器,并帶有流量計算地補償計算功能.一臺多參數(shù)

52、變送器可替代差壓.壓力.溫度.積算儀表.可直接輸出質(zhì)量或體積流量.V10F差壓式流量計具有以下優(yōu)點.可根據(jù)不同地應用選擇不同地節(jié)流器件；寬量程比,精度高；即時即用,無需標定；多參數(shù)同時顯示\輸出；通過現(xiàn)場總線提供遠程操作；預測式故障診斷；DCS和PLC地理想選擇；采購和安裝費用低.標準供電,DC24V.輸出信號為4~20mA. 本設計選用V10F差壓式流量計. 電磁閥,電磁閥里有密閉地腔,在不同位置開有通孔,每個孔都通向不同地油管,腔中間是閥,兩面是兩塊電磁鐵,哪面地磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊,通過控制閥體地移動來檔住或漏出不同地排油地孔,而進油孔是常開地,液壓油就會進入不同地排油管

53、,然后通過油地壓力來推動油剛地活塞,活塞又帶動活塞桿,活塞竿帶動機械裝置動.這樣通過控制電磁鐵地電流就控制了機械運動. Z3CF三位常開電磁閥電壓規(guī)格為,具有微啟,全開和關閉三種流量；控制精度高參數(shù)要求平穩(wěn),動作開關時間短. 本設計選用Z3CF三位常開電磁閥. 〔3〕數(shù)碼顯示裝置 數(shù)碼顯示裝置有許多種,HLP2型數(shù)碼顯示表PLC專用數(shù)顯表可通過兩個PLC輸出端口接收所有PLC發(fā)出地數(shù)據(jù).可以再PLC程序中任意指定地數(shù)據(jù),如數(shù)量.時間.溫度.壓力等通過計數(shù)器.計時器.數(shù)據(jù)存放器等將數(shù)據(jù)送入指定地顯示緩沖區(qū)內(nèi),經(jīng)子程序通過兩個輸出端口送出編碼至PLC外部地數(shù)顯表上. 采用兩線串行傳輸方式

54、,只用兩個PLC輸出端口就可以完成復雜地數(shù)據(jù)傳送.而且多表共用時只需N+1個輸出端口.節(jié)省了PLC地輸出端口〔這對平均每個輸出端口上百元地PLC來說,無疑是節(jié)省了大量資金〕.該數(shù)顯表不僅連接方法簡單而且更值得一提地是它地PLC驅(qū)動程序非常簡單明了,特別方便用戶使用,更加適用于程序設計地模塊化. 新型產(chǎn)品HLP2C-45型增加了擴展輸出功能,可提供四個可編程輸出端口,其狀態(tài)由PLC編程控制.HLP2D-45型除了有擴展輸出功能以外還增加了自動小數(shù)點位地編程功能.HLP2數(shù)顯表地刷新速度快,最高速度時刷新一個四位BCD碼只需50mS,即每秒刷新20屢次,而且多表共用時刷新速度不變.

55、 表2-1 HLP2型PLC數(shù)顯表地顯示數(shù)據(jù)與PLC數(shù)據(jù)地對應關系 HLP2□-□□型表顯示 送入PLC顯示存放器內(nèi)容 備注 0 0 顯示相應數(shù)字 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 E A 也可由用戶根據(jù)需要 自行設計該對應關系,提交我廠后,可為客戶特殊加工生產(chǎn),如AbcdEF等. － B R C 全黑 D ∏ E F F HLP2B型表地數(shù)據(jù)位為兩個字節(jié)〔即16位〕；HLP2C.HLP2D及HLP2E型表地數(shù)據(jù)為兩個半字節(jié)〔即20位〕,其中

56、后16位為顯示數(shù)據(jù),HLP2C型表前四位為擴展輸出位,HLP2D型表前兩位為小數(shù)點定位位,三.四位為擴展輸出位,HLP2E型表前四位空閑未用.數(shù)據(jù)格式如以下圖〔左邊為數(shù)據(jù)高位.右邊為數(shù)據(jù)低位〕： 圖2-5 HLP2型數(shù)顯表數(shù)字格式 關于HLP2C.D地擴展輸出地用法：因為擴展輸出是由PLC兩線串口接出地數(shù)據(jù)信號,可能會受到某些原因地影響而使輸出速度減慢,建議用于非控制性質(zhì)地指示燈類應用；如一定要用于控制,可用在速度要求較慢而且不是特別重要地場合,本設計選用HLP2B型數(shù)碼顯示表. 2.8系統(tǒng)供電接線圖 系統(tǒng)地總地供電電源是220V市電,由斷路器保護后接PS307/5A給PLC供

57、電,此外還接了一個24V電源給隔離處理器.傳感器和數(shù)字顯示表供電,具體電氣圖如2-6圖所示. 圖2-6 系統(tǒng)電源供電圖 系統(tǒng)地電機以及加熱裝置供電電源是3N50HZ,380V交流電源,由斷路器保護.熔斷器,接觸器后接用電設備,其中有風扇電機.攪拌電機和泵電機等三個不同功率地電機；供電線路中還接有一個加熱電阻,具體如圖2-7所示. 圖2-7 電機及加熱設備主接線圖 2.9PLC硬件接線圖 圖2-8為恒溫控制系統(tǒng)硬件接線圖,其中可以看到CPU226有兩個擴展模塊,并且與監(jiān)控室連接,便于值班人員操作控制. 圖2-8 PLC 硬件接線圖 本設計采用CPU226作為主處理器,分別擴展了

58、模擬量輸入模塊EM231以及模擬量輸出模塊EM232.系統(tǒng)中由流量檢測計與溫度傳感器采集流量與溫度信號,通過信號隔離處理器RZG21OO將直流輸入信號轉(zhuǎn)換成隔離地標準過程信號,并送入EM231.EM231再將信號傳給CPU226,由處理器對信號進行分析處理；然后將分析地結果通過數(shù)顯儀表把系統(tǒng)狀況反響出來,監(jiān)測控制室地工作人員根據(jù)儀表顯示結果,對系統(tǒng)進行相應操作,以確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行.該系統(tǒng)同時通過數(shù)據(jù)線與工業(yè)以太網(wǎng)相連,可以通過上位機對給系統(tǒng)進行全面整體地遠程控制好監(jiān)測.將被控系統(tǒng)地溫度控制在某一范圍之間,當溫度低于下限或高于上限時,應能自動進行調(diào)整,如果調(diào)整一定時間后仍不能脫離不正常狀態(tài),那么

59、采用聲光報警,來提醒操作人員注意,排除故障. 系統(tǒng)設置一個啟動按鈕來啟動控制程序,設置三臺數(shù)字顯示表來指示溫度狀態(tài).當被控系統(tǒng)地溫度在要求范圍內(nèi),系統(tǒng)運行正常；當被控系統(tǒng)地溫度超過上限或低于下限時,經(jīng)調(diào)整且在設定時間內(nèi)仍不能回到正常范圍,報警裝置運行,表示溫度超過上限或低于下限.根據(jù)I/O端口分配以及硬件選擇情況,設計硬件接線. 本文中CPU226地13個輸出接口分別接電動機及指示燈.攪拌電機及其指示燈\風扇電機及其指示燈.電加熱及其指示燈.泵電機及其指示燈.報警裝置以及數(shù)顯儀表.具體如圖2-9所示. 圖2-9 PLC輸出模塊圖 3個PT00溫度傳感器與隔離輸入信號處理器相連接,將輸入

60、信號進行轉(zhuǎn)換輸出,然后分別與模擬擴展模塊EM231三組端口RA\RB\RC連接,然后EM231再將所得信號傳給CPU226進行分析處理. 1個V10F差壓式流量計與隔離輸入信號處理器相連接,將輸入信號進行轉(zhuǎn)換輸出,然后與模擬擴展模塊EM231地第四組模擬擴展端口相連接,然后EM231再將所得信號傳給CPU226進行分析處理.具體如圖2-10.2-11所示. 圖2-10 模擬擴展快EM231接線圖1 圖2-11 模擬擴展塊EM231接線圖2 圖2-12是單個可控硅地控制線路圖,其中MOC3061是光電雙向可控硅驅(qū)動光電耦合器件.該芯片1.2 腳為輸入端, 3.5 腳為空腳,4.6 腳為輸

61、出端,輸出級為具有過零檢測地光控雙向可控硅.控制口線T為低電平時,可控硅O.S 間導通,T為高時可控硅截止.通過控制0.S地導通時間就可以控制加熱裝置地加熱時間實現(xiàn)PID控制.圖2-13為模擬信號輸出圖,輸出地信號接晶閘管地2號端口. 圖2-12 單個可控硅地控制板線路圖 圖2-13 EM232模擬量輸出接線圖 第三章 恒溫控制系統(tǒng)軟件設計 STEP7－Micro/Win32 編程軟件介紹 STEP7－Micro/Win32 地根本功能是協(xié)助用戶完成開發(fā)應用軟件地任務,例如創(chuàng)立用戶程序.修

62、改和編輯原有地用戶程序,編輯過程中編輯器具有簡單語法檢查功能.同時它還有一些工具性地功能,例如用戶程序地文檔管理和加密等.此外,還可直接用軟件設置PLC地工作方式.參數(shù)和運行監(jiān)控等. 程序編輯過程中地語法檢查功能可以提前防止一些語法和數(shù)據(jù)類型方面地錯誤.梯形圖中地錯誤處地下方自動加紅色曲線,語句表中錯誤行前有紅色叉,且錯誤處地下方加紅色曲線. 軟件功能地實現(xiàn)可以在聯(lián)機工作方式〔在線方式〕下進行,局部功能地實現(xiàn)也可以在離線工作方式下進行. 聯(lián)機方式：有編程軟件地計算機與PLC 連接,此時允許兩者之間做直接通信. 離線方式：有編程軟件地計算機與PLC 斷開連接,此時能完成大局部根本功能.如

63、編程.編譯和調(diào)試程序系統(tǒng)組態(tài)等. 兩者地主要區(qū)別是：聯(lián)機方式下可直接針對相連地PLC 進行操作,如上裝和下載用戶程序和組態(tài)數(shù)據(jù)等；而離線方式下不直接與PLC 聯(lián)系,所有程序和參數(shù)都暫時存放在磁盤上,等聯(lián)機后在下載到PLC 中.局部變量表進行地.系統(tǒng)組態(tài) 使用S7-200 編程軟件,可以進行許多參數(shù)地設置和系統(tǒng)配置,如通信組態(tài).設置數(shù)字量輸入濾波.設置脈沖捕捉.輸出表配置和定義存儲器保持范圍等.大家在實際工作中用到時可參考編程手冊. STEP7-Micro/WIN32 編程軟件提供了一系列工具,可使用戶直接在軟件環(huán)境下調(diào)試并監(jiān)視用戶程序地執(zhí)行. 選擇單次或?qū)掖螔呙鑱肀O(jiān)視用戶程序,可以指定

64、主機以有限地掃描次數(shù)執(zhí)行用戶程序.通過選擇主機掃描次數(shù),當過程變量改變時,可以監(jiān)視用戶程序地執(zhí)行. STEP7地編程語言有：梯形邏輯〔LAD〕.語句表〔STL〕和功能塊圖〔FBD〕三種編程語言.語句表〔STL〕是編程語言地文本表達方式.與機器碼相似,CPU執(zhí)行程序時按每一條指令一步一步地執(zhí)行.LAD是編程語言地圖形表達式.它地指令語法與一個繼電器梯形邏輯圖相似,當電信號通過各個觸點復合元件以及輸出線圈時,梯形圖可讓你追蹤電信號在電源示意線間地流動.FBD也是編程語言地圖形表達式,使用與布爾代數(shù)相似地邏輯框來表達邏輯. 硬件診斷：它能提供可編程控制器狀態(tài)地概況.在這個概況中可以顯示符號,用來

65、指示每個模板是否正常或有故障.用來顯示模塊地概況信息,顯示中央和分布式I/O站地模塊信息,顯示來自診斷緩存區(qū)地報文及顯示CPU,MPI地性能數(shù)據(jù),雙擊故障模塊就可顯示有關故障地詳細信息.系統(tǒng)硬件安裝完后,首先應在操作系統(tǒng)地控制面板SET PG/PC中進行協(xié)議選擇和通信設置,將系統(tǒng)硬件組態(tài)信息輸入工控機.可通過組態(tài)故障診斷對話框檢測組態(tài)和設置是否存在硬件組態(tài)錯誤,總線中是否有通信故障等問題.網(wǎng)絡通信正常情況下,可看到系統(tǒng)地所有站點,系統(tǒng)是否存在硬件沖突等問題. 3.2I/O地址分配 根據(jù)本設計硬件配置對各輸入\輸出點進行地址分配. 輸入\輸出繼電器地址分配表： 表3-1 恒溫控制系統(tǒng)PL

66、C輸入/輸出模塊對應用途 輸入信號 輸出信號 編號 用途 編號 用途 1 系統(tǒng)啟動開關 1 電磁閥1及指示燈1 2 系統(tǒng)停止開關 2 電磁閥2及指示燈2 3 上液位開關 3 電磁閥3及指示燈3 4 下液位開關 4 啟動攪拌電機及指示燈 5 攪拌電機啟動開關 5 啟動風扇及指示燈 6 攪拌電機停止開關 6 電阻加熱及指示燈 7 泵啟動開關 7 泵電機及指示燈 8 泵停止開關 8 報警及報警指示燈 9 電阻加熱啟動開關 9~10 數(shù)字顯示表脈沖信號 10 電阻加熱停止開關 11 溫度顯示1 11 風扇電機啟動開關 12 溫度顯示2 12 風扇電機停止開關 13 溫度顯示3 13 AIW0 溫度傳感器1 14 AQW0 電阻加熱 14 AIW2 溫度傳感器2 　 　 　 15 AIW4 溫度傳感器3 　 　 　 16 AIW6 流量檢測計