基于PLC的水箱温度控制系统.doc

《基于PLC的水箱温度控制系统.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC的水箱温度控制系统.doc（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 毕业设计论文 I 【摘要】 本文研究的是可编程控制器在水箱恒温控制系统中的应用，水箱恒温控制装置主要 用来完成对水箱中液体的液位和温度检测，并对温度参数进行调节。系统中温度控制是 一个非常重要的部分。通过铂热电阻对温度进行测量，将测量到的温度传到 PLC 中。 PLC 对采集到的温度值与给定值进行比较，经过 PID 运算后，调节双向晶闸管在设定周 期内通断时间的比例，改变加热丝中电流大小及加热时间，以完成对温度的控制要求。 本系统硬件部分主要由 CPU224、EM235、双向晶闸管等组成；软件部分主要由 PID 控制来完成。 关键词关键词：PLC CPU224 EM235 双向晶闸管 PID

2、 控制 Abstract:Abstract: In this paper, is the programmable controller in the water tank temperature control system application, water tank temperature control system is mainly used to complete the tank liquid level and temperature detection, and adjust the temperature parameters. System, temperature

3、control is a very important part. By platinum RTD temperature measurement will be measured in the temperature reached the PLC. PLC on the collected temperature values compared with a given value, after a PID operation, the regulator Triac off the set period of time the ratio of change in heating wir

4、e in the current size and heating time to complete the right temperature control requirements. The system hardware mainly by the CPU224, EM235, bi-directional thyristor etc.; software, some of the major by the PID control to complete. KeyKey words:words: PLC CPU224 EM235 Triac PID Control 毕业设计论文 II

5、目录目录 1.1.前言前言.1 1.1 恒温系统应用1 1.2 PLC 的结构1 1.2.1 中央处理单元(CPU)1 1.2.2 存储器1 1.2.3 电源2 1.3 PLC 的工作原理2 1.3.1 PLC 的基本工作原理2 1.3.2 PLC 编程方式.3 1.4 PLC 的控制系统发展趋势3 1.5 PLC 控制系统的构成设计原则及步骤4 1.5.1 PLC 的设计原则4 1.5.2 PLC 的设计步骤5 2 2 硬件设计硬件设计7 2.1 工作过程7 2.2 I/O 地址分配7 2.3 选择硬件8 2.3.1 CPU224.8 2.3.2 双向晶闸管9 2.3.3 热电阻原理构造10

6、 3 3 PIDPID 的介绍的介绍11 3.1 PID 的工作原理11 3.2 PID 参数整定12 3.3 PID 模块介绍13 3.3.1 PID 回路表的格式及初始化13 3.3.2 PID 程序14 4 4 程序程序18 4.1 顺序功能流程图.18 4.2 程序设计.20 结 束 语25 谢 辞.26 参考文献.27 毕业设计论文 1 1.1.前言前言 1.11.1 恒温系统应用恒温系统应用 在日常生活、工业生产和实验室中电热恒温箱的应用随处可以见到。在生活中我们 保存食物用到恒温箱，工业生产中一些生产原料的保存用到恒温箱，实验室里，特别是 生物的培育实验室，恒温箱的应用更是普遍。

7、 可编程控制器即 PLC 是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开 发出来的，现在已经广泛应用于工业控制的各个领域。它以微处理器为核心，用编写程 序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量是输入/输出来控 制设备或生产过程。在本设计中，我们针对实验水箱而设计的一个恒温系统，针对温度 控制的特点以及实现准确温度控制的意义，设计了一种基于 PID 的恒温检测控制系统。 1.21.2 PLCPLC 的结构的结构 PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机相同。 1.2.11.2.1 中央处理单元中央处理单元(CPU)(CPU) 中央处理单元(

8、CPU)是 PLC 的控制中枢，它按照 PLC 系统程序赋予的功能接收并存 储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器 I/O 以及警戒定时器的状态；并 能诊断用户程序中的语法错误。当 PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输 入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户 程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或算数运算, 运算的结果送入 I/O 映象 区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O 映象区的各输出状态 或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止运行。 为了进一步提高 PLC 的可靠性

9、，近年来对大型 PLC 还采用双 CPU 构成冗余系统或 采用三 CPU 的表决式系统，这样即使某个 CPU 出现故障整个系统仍能正常运行。 1.2.21.2.2 存储器存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器； 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 (1) PLC 常用的存储器类型 RAM (Random Assess Memory)，这是一种读/写存储器(随机存储器) ，其存取速 度最快，由锂电池支持。 EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)，这是一种可擦除的只读存 储器，在断电情况下存储器内的所有内容保持不变(在紫外线连续照

10、射下可擦除存储器 内容)。 EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)，这是一种电 毕业设计论文 2 可擦除的只读存储器，使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。 (2) PLC 存储空间的分配 虽然各种 PLC 的 CPU 的最大寻址空间各不相同，但是根据 PLC 的工作原理其存储 空间一般包括以下三个区域：系统程序存储区；系统 RAM 存储区(包括 I/O 映象区和系 统软设备等)；用户程序存储区。 系统程序存储区 在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序，包括监控程序、管 理程序、命令解释程序、

11、功能子程序、系统诊断子程序、等由制造厂商将其固化在 EPROM 中，用户不能直接存取，它和硬件一起决定了该 PLC 的性能。 系统 RAM 存储区 系统 RAM 存储区包括 I/O 映象区以及各类软设备如：逻辑线圈、数据寄存器、计 时器、计数器、变址寄存器、累加器、等存储器。 a I/O 映象区 由于 PLC 投入运行后只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据在输出刷新 阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设，因此它需要一定数量的存储单元(RAM)以 存放 I/O 的状态和数据，这些单元称作 I/O 映象区，一个开关量 I/O 占用存储单元中 的一个位(bit)，一个模拟量 I/O 占用存

12、储单元中的一个字(16 个 bit)， 因此整个 I/O 映象区可看作两个部分组成：开关量 I/O 映象区，模拟量 I/O 映象区。 b 系统软设备存储区 除了 I/O 映象区区以外，系统 RAM 存储区还包括 PLC 内部各类软设备(逻辑线圈、 计时器、计数器、数据寄存器和累加器等)的存储区，该存储区又分为具有失电保持的 存储区域和无失电保持的存储区域，前者在 PLC 断电时由内部的锂电池供电，数据不会 遗失，后者当 PLC 断电时数据被清零。 c 用户程序存储区 用户程序存储区存放用户编制的用户程序，不同类型的 PLC 其存储容量各不相同。 1.2.31.2.3 电源电源 PLC 的电源在

13、整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的可靠得电源系 统是无法正常工作的，因此 PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视，一般交流电 压波动在+10%(+15%)范围内可以不采取其它措施，而将 PLC 直接连接到交流电网上去。 1.31.3 PLCPLC 的工作原理的工作原理 1.3.11.3.1 PLCPLC 的基本工作原理的基本工作原理 （1）PLC 采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式 1）每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。 毕业设计论文 3 2）输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新 状态，新状态不能被读入。只有程序进行

14、下一次扫描时，新状态才被读入。 3）一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。 4）元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。 5）扫描周期的长短由三条决定：CPU 执行指令的速度；指令本身占有的时间；指令 条数。 6）由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入/输出滞后的现象，即输入/输 出响应延迟。 （2）PLC 与继电器控制系统、微机区别 1）PLC 与继电器控制系统区别 前者工作方式是“串行” ，后者工作方式是“并行” 。 前者用“软件” ，后者用“硬件” 。 2）PLC 与微机区别 前者工作方式是“循环扫描” 。后者工作方式是“待命或中断” 。 1.3.21.3.2 PL

15、CPLC 编程方式编程方式 PLC 最突出的优点采用“软继电器”代替“硬继电器” 。用“软件编程逻辑”代替 “硬件布线逻辑” 。 PLC 编程语言有梯形图、布尔助记符语言，等等。尤其前两者为常用。 梯形图语言特点： （1）每个梯形图由多个梯级组成。 （2）梯形图中左右两边的竖线表示假想的逻辑电源。当某一梯级的逻辑运算结果 是“1” ，有假想的电流流过。 （3）继电器线圈只能出现一次，而它的常开、常闭触点可以出现无数次。 （4）每一梯级的运算结果，立即被后面的梯级所利用。 （5）输入继电器受外部信号控制。只出现触点，不出现线圈。 1.41.4 PLCPLC 的控制系统发展趋势的控制系统发展趋势

16、（1）PLC 发展的潮流 目前，国外 PLC 制造商不断推出新产品。西门子最初推出 S5 系列，然后推出 S7 系列；三菱开始是 F 系列，FX 系列，现在是 Q 系列（A1、A2、A2X） 。大趋势是功能越来 越多，集成度越来越高，网络功能越来越强。特别是网络，因为联 网是一个大潮流。 现在各种 PLC 都在发展自己的网络，一般从结构上有两种，一种在 PLC 模块上做了 一个通信输出口，可以直接与计算机联接实现点对点通信（RS232 联接） ；另一种是通过 多点联接（RS485 联接） ，这适用于多层 PLC。这方面，西门子的产品具有代表性，它具 毕业设计论文 4 有自己的 PROFIBUS 协议的网络标准，现在已经被世界上绝大多数国家接受，几乎已经 成为国际标准，获得广泛的应用。目前网络是一个发展趋势。网络的控制中心一般有两 台计算机，通过电缆与现场的 PLC 站相连，每个站就放在被控设备的附近，从设备到 PLC 站之间的电缆很短，从 PLC 站到控制中心只需一根电缆线，这样成本就大大降低了。