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1、目录摘要 1第一章序言 3第二章 PLC简介 621 .1PLC的名称21. 2 PLC的特点22. PLC的种类22. 1按结构形式分类22. 2按功能分类23 PLC的未来展望第三章设计方案的确定（10）31 各个控制方案的比较第四章三菱FX2N系列PLC的介绍（12）41 FX2N系列PLC42 FX2N-4AD模板介绍第五章系统方案的确定（15）51 任务要求52 设计方案的选择53 PLC的选择54 LED的结构和显示原理第6章 PLD控制技术（19）61 PLD控制器第7章 系统的硬件设计（23）71 PLC恒温水箱控制的系统原理72硬件分配73 I/O电气接口图74 恒温控制的P
2、LC控制装置示意图75 I/O地址表第八章程序设计（27）结束语（34）致谢（35）参考文献恒温水箱PLC控制系统摘要：在工业生产过程中，温度控制被大规模的应用于工业控制领域，如钢铁厂、化工厂、火电厂等锅炉的温度控制系统、电焊机的温度控制系统等。锅炉的温度控制系统是一个大惯性的系统，一般采用PID调节进行控制。针对化工厂过程的特殊性，本文采用PID控制算法，达到对生产过程温度控制要求。本设计的PLC控制系统的主要控制是温度恒温值闭环自动调节系统，PLC模块将数据信号传送到功能模块使之转换成模拟信号使温度传感器工作，温度传感器检测当前系统温度，然后通过FX2N-4AD模块将温度信号转化成数据信号
3、，从而达到控制水温的目的。关键词：PID PLC 传感器 温度控制第一章序言11课题背景12 市场需求13 系统开发需求14 设计功能要求15 设计课题意义 一、课题背景继改革开放以来我国工业一直保持迅速成长的趋势，工业自动化成了当代工业生产不可或缺的组成部分。为了使工业生产变得更加合理化、科学化，就需要用现代化的技术手段来代替低效，复杂的传统生产方式。因此，对生产过程进行自动化操作已经势在必行。伴随网络技术和微型计算机的广泛应用，工业生产的自动化技术正在进行翻天覆地的变化。 可编程序控制器(Program rnableLogtcCorltroller)简称PLC，是以微处理器为核心的工业自动
4、控制通用装置。它具有应用灵活、可靠性高、抗干扰能力强、编程方便、易于安装、扩展、适用性强、体积小，能耗低等一系列优点，不仅可以取代继电器控制系统，还可以进行复杂的生产过程控制和应用于工厂自动化网络，被誉为现代工业生产自动化的三大支柱之一。二、市场需求就目前看来，随着工业高速增长，自动控制的需求也在不断增长，PLC优秀的抗干扰能力和人性化的适应能力等可靠的性能使得其使用范围越来越广泛，由于PLC需要使用强电，因此基于 PLC控制的恒温系统在工业上的应用价值远超过单片机，比其更适应工业应用的需求，其中该系统使用到的阿里斯顿Z8加热管还具有抗振动、耐高压等诸多优点，这是单片机控制不能实现的。三、系统
5、开发需求a） 硬件需求：1）所选元件：FX2N-60MT，FX2N-4AD及FX2N-4DA数/模转换模块、LED显示等。2）万用表：检测制作的分压电路板有没有出现断路的情况；检验电子元件运行情况，调节变位器调整分压电路零点，检测电路板通电后的部分的具体电压电流值等。3）PC机：用来安装FXGP/WIN-C、Protel 99SE 及 Proteus 软件 b）软件需求:1）Protel 99 SE 软件：用来设计电路原理图和PCB图.2）Proteus 7 Professional：用来仿真电路原理图，验证硬件电路是否可行。3）FXGP/WIN-C：用来设计梯形图。四、设计功能要求当工作开关
6、打开时，系统开始进行加热，温度传感器测量系统温度并且返回数据给FX2N-60MT，当温度显示到达沸腾时，LED显示F,若保温开关打开,设置保温模式，温度范围为2080之间，即当温度低于20时，系统开始加热，但当温度高于80的时候，停止加热。五、设计课题意义恒温系统装置是一个模拟工业生产的锅炉恒温控制。它使用了PLC、温度传感器、数模转换功能模块、PID等技术手段实现了系统的加热以及恒温保持的目的。使用PID算法则可以更加精确的控制系统温度。该模拟系统还可以用于水的加热以及保温。随着社会经济的高速发展，人们对于工业生产中工艺的要求也变得越来越高，所以在工业生产中对水温的恒定要求也随之增加，针对化
7、工厂生产过程的特殊性，我们经常采用PID控制算法以达到对生产过程温度控制的要求。本次设计的PLC控制系统的主要控制是温度恒温值闭环自动调节系统，PLC模块将数据信号传送到功能模块使之转换成模拟信号使温度传感器工作，温度传感器检测当前系统温度，然后通过FX2N-4AD模块将温度信号转化成数据信号，从而达到控制水温的目的。第二章 PLC简介2.1 PLC 的概念及其应用特点2.1.1 PLC 的名称PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。英文全称Programmable Logic Controller，中文名可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，
8、执行算术操作、逻辑运算、定时、顺序控制、计数等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出达到控制各种类型的机械或生产过程的目的。PLC是可编程逻辑电路，但同时在半导体领域有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC。因其在工业领域广泛的应用性，PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。2.1.2PLC 的特点a)可靠性高，抗干扰能力强 电气控制设备的关键性能是具有很高的可靠性。PLC采用了严格的生产工艺并且结合了制造现代大规模集成电路技术，内部电路也采取了先进的抗干扰技术，因此具有很高的可靠性。三菱公司生产的F系列PLC平均无故障的运作时间
9、可以高达30万小时，而一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长，证明了PLC的高可靠性。而PLC的机外电路使用 PLC构成控制系统，比同等规模的继电接触器系统的电气接线及开关接点减少到数百甚至数千分之一，因此故障也大大降低。 PLC带有硬件故障自我检测功能，能够及时预警故障，并且应用者也能够编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这也使得整个系统具有极高的可靠性。b)配套齐全，功能完善，适用性强 现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。而PLC到今天已经发展出了大、中、小各种规模的系列化产品以应用于各种规模的工业控制
10、场合，PLC的功能单元大量涌现，使其渗透到了温度控制、位置控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统也变得更加容易。c)易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC 作为通用工业控制计算机直接面向工矿企业的工控。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。接口容易，编程语言简易等优点使其受到需要使用计算机从事工业但控制不熟悉电子电路、 不懂计算机原理和汇编语言的技术人员的欢迎d)系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC 使用存储逻辑代替了接线逻辑，在减
11、少控制设备外部接线数量的同时使控制系统设计建造的周期都大大缩短，变得更容易维护。更重要的是PLC能够使同一设备经过改变程序就可以改变生产过程，适用于小批量、多品种的生产场合。e)体积小，重量轻，能耗低新近出产的超小型PLC品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅为数瓦。小体积很容易装入机械内部，成为了妈妈，99，实现机电一体化的理想控制设备。f)使用强电，可以实现工业应用的需求使用强电的PLC，在工业上的应用价值远超单片机。2.2 PLC 的种类2.2.1.按结构形式分类根据结构形式，PLC可分为整体式和模块式两类。a)整体式 PLC 整体式PLC将电源、I/O接口、CPU等部件集
12、中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元和扩展单元组成。基本单元内有I/O扩展单元相连的扩展口与CPU、I/O 接口以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备如模拟量单元、位置控制单元等特殊功能的单元，以扩展功能。b)模块式 PLC 模块式PLC是将PLC各组成部分，分别做成若干个单独的模块，如I/O模块，CPU模块，电源模块(有的含在CPU模块中)等，且装在框架或基板的插座上。模块式PLC由框架或基
13、板和各种模块组成。大、中型PLC一般采用模块式结构。模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统、装配方便，便于扩展和维修。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成了叠装式PLC。叠装式PLC其CPU，电源, I/O 接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层一层地叠装。系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。2.2.2. 按功能分类根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。a)低档PLC主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。低档PLC除了具有定时、计数、移位、逻辑运算、以及监控、自诊断等基本功能，还有
14、算术运算、通信、少量模拟量输入/输出、数据传送和比较等功能。b)中档 PLC 除了具有低档PLC的所有的功能外，中档 PLC还具有较强的、算术运算、模拟量输入/输出数据传送和比较、远程 I/O、数制转换、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能。c)高档 PLC 除具有中档机的功能外，高档 PLC还增加了矩阵运算、带符号算术运算、平方根运算、位逻辑运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂的生产自动化。2.2.3. 按I/O点数分类根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。小型PLCI/O点数2048点；多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量816K。2.3 PLC的未来展望21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的快速发展会使得运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从产品规模上看，会进一步向超小型
