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1、基于PLC实现的水温控制廖忠林（陕西理工学院 电气工程系 自动化专业，2007级2班，陕西 汉中 723003）指导教师：刘 沛摘要 针对工农业生产中现有的水温控制系统可靠性低、控制精度差、成本高等缺点。我们利用三菱FX0N60-MR型PLC构建了一个水温控制系统对这一问题进行了研究。在整个控制系统中以电阻炉作为被控对象，以水温为被控变量，以三菱FX0N60-MR型PLC为控制器，输入部分外加光电耦合器，并用按键和数码管构建了人机接口设置目标温度；控制算法的选择经过对模糊控制和PID算法的实验对比，最终选择采用PID。PLC程序利用梯形图编程语言进行编写。在系统搭建完成后我们利用试凑法，通过大
2、量实验对PID控制器的参数进行了优化，进过测试系统能够达到设计要求。除此之外该系统还具有硬件结构简单、系统可靠性高、制作成本低廉、控制器参数易于调试等优点。能够利用小型PLC实现对水温较高精度的控制。关键词PLC 温度控制 PIDPLC-based temperature control to achieveLiao zhong lin(Grade 07,Class2,Major Automation ，Department of Electrical Engineering，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi)Tu
3、tor: Liu pei Abstract According to the existing water temperature in the industry and agriculture production control system reliability, low cost, high control precision poor shortcomings. We use mitsubishi FX0N60-MR type PLC has constructed a water temperature control system for this problem is stu
4、died. In the whole control system to resistance furnace as controlled object to water temperature as controlled variables, the mitsubishi FX0N60-MR type PLC as the controller, input part plus photoelectric couplers, buttons and digital tube and constructing the man-machine interface set target tempe
5、rature; The choice of control algorithm based on fuzzy control and PID algorithm experimental, finally choosing PID. PLC program use ladder diagram programming language to write. After the completion of the structures in the system we use trail-and-error, through a large number of experiments of PID
6、 controller parameters are optimized, the test system can meet the design requirements. Besides this system also has the hardware structure is simple, system reliability high, production cost is low, and the controller parameters is easy to debug, etc. Can use small PLC to control the water temperat
7、ure higher accuracy. Key words PLC temperature control PID 目 录绪论11设计方案的论证21.1 PLC的选型21.1.1常用PLC的特点比较21.1.2本设计PLC的选型31.2控制方案的选择31.2.1采用模糊控制的温度控制31.2.2采用PID算法的温度控制31.2.3 控制方案的选择42硬件电路的设计52.1 PLC硬件资源分配设计52.2 温度传感器82.2.1 利用温度变送器采集82.2.2 利用DS18B20采集82.3 输入部分电路设计102.3.1 设置输入部分电路设计102.3.2 AD转换结果输入部分电路设计102
8、.4输出部分电路设计103系统软件的设计133.1 PLC编程语言简介133.2输入部分程序设计153.3 显示部分程序153.4 PID运算部分程序设计154系统的调试194.1硬件调试194.2软件调试194.1软硬件联合调试194.3实验数据19参考文献20英语科技文献翻译21附录34附录A：源程序34附录B：元器件清单37附录C：电路总图38附录D：实物图39致 谢40绪论温度控制系统在各行各业的应用虽然很广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高。工农业生产中现有的温度控制系统存在着可靠性低、控制精度差、成本高等缺点。同美国、日本、欧洲等先进国家和地区相比仍然有着很大的
9、差距。目前，我国在这方面总体水平处于很落后水平，成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它只能适用于一般的温度系统的控制，难以控制滞后、复杂、时变温度系统控制。对于要求较高的控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内还不十分成熟。现状中的问题主要体现在以下两个方面：位式调节器依然占主导地位。工业现场对温度控制，常用有位式调节器和PID控制器等。位式调节器作为一种温度控制仪表，具有一些无法消除的缺陷，当炉温大于给定值时不加电压，会导致超调大，常有控制精度差或出现失控【基于模糊控制的PLC在温度控制中的运用 J. 电气传动，2005年，35卷第8期,54-59.】。稳定性差、可靠性低。随着
10、现代传感技术与控制方法的不断革新和发展，对实时温度控制的精度以及反应快速性的要求越来越高。温度控制广泛的应用于生产与工业控制流程的各个方面，比如精细材料加工流程中温度的控制、锅炉供暖系统温度的控制以及化学染色系统的温度控制上。传统的模拟式温度控制方法已经不能适用干现代工业对系统稳定性和快速性的需求，特别是当系统的温度指令信号发生快速变化时，传统的模拟控制器固有的反应时间和器件特性使系统的反应稳定过程较慢、而且易受干扰，不能适应现代高精度温度控制的需求。【李国萍.基于PLC的温度控制系统的设计J.科技创新导报，2010年7期，86.】。随着科学技术的不断发展，人们对温度控制系统的要求越来越高，因
11、此，高精度、智能化、人性化的温度控制系统是国内外必然发展的趋势。本课题主要要解决问题是通过对水温控制进行研究，实现对温度的高精度控制。在硬件实现上，我们要解决外围电路与PLC的连接，解决好各种输入输出设备的协调工作。本题目以电阻炉为被控对象，以水温为被控参数，以PLC为控制器，构成水温控制系统；采用PID算法，运用PLC梯形图编程语言进行编程，实现水温的自动控制。本课题将要解决的主要问题是熟悉PLC的使用和编程，并用PLC编程实现PID算法，并通过实际调试优化控制器参数，实现对水温的高精度控制。系统设计大体如下，PLC采用三菱FX0N60MR，由于没有热电偶变送器及与三菱FX0N60MR搭配使
12、用的AD模块，我们决定采用DS18B20采集温度，使用AT89C2051单片机制作一个PLC输入模块，将温度通过光电耦合器连接到PLC的输入节点，并设置按钮和数码管做为人机交互模块，通过PLC输出接点驱动继电器，调节电热炉工作的占空比。实现对炉内水温的控制。1设计方案的论证设计水温控制的方法有多种多样，方案是多种多样的，由于PLC型号的多样性和控制理论的发展，控制方法的多样性，选择不同型号的PLC或者采用不同的控制算法，都会产生不同的炉温控制方案，下面从PLC选型和控制算法两方面进行方案的选择。1.1 PLC的选型可编程控制器简称PLC（Programmable logic Controlle
13、r)是一种工业控制用计算机，是继承自动控制技术、计算机和电子及通信技术为一体的新型自动装置。它具有抗干扰能力强，价格便宜， 可靠性强，编程简单，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用。它使用可编程序的记忆以存储指令，用来执行逻辑、顺序、计时、计数和演算等功能并通过数字或模拟的输入输出，以控制各种机械或生产过程。现在PLC的功能强大，质量优良，品牌很多，特点各异。其中著名品牌有西门子、三菱、欧姆龙、施耐德等等。图1.1 PLC原理图1.1.1常用PLC的特点比较市面上最常见的是三菱、西门子、欧姆龙三家公司的PLC，现在我对它们简单的进行
14、一下对比介绍。三菱系列的PLC三菱PLC英文名又称：Mitsubish Power Line Communication， 三菱PLC在中国市场常见的有以下型号： FR-FX1N FR-FX1S FR-FX2N FR-FX3U FR-FX2NC FR-A FR-Q。FX系列PLC的主要特点：编程语言。在FX系列可编程控制器控制器中，除基本的指令表变成方式外，还可以采用在图形画面上进行阶梯符号作图的梯形图编程方式，以及对应机械动作流程进行顺控设计的SFC（顺序功能图）方式，而且，这些程序可以相互转换换。指令表及梯形图程序如果按一定的规则编写，也可以实现到SFC图的逆变换。高速处理三菱系列PLC可
15、以实现高速处理，FX系列可编程控制器内置的高速计数器，对来自特定的输入继电器的高速脉冲进行中断处理，因此与扫描时间无关，可以进行高达60kHz/h的高速脉冲。在可编程控制器中设置了C-R滤波器，以防止输入信号的震动和噪音的影响。可以对脉冲进行捕捉，在脉冲捕捉中可以监视来自特定输入的脉冲信号，也可以在输入时采用中断处理设置特殊辅助继电器。FX的PLC支持顺序控制。可编程控制器的扫描周期是恒定模式，采用次模式可以以固定的周期处理和运算同步执行的指令。在设备不停机的情况下也可以对运行过程中的程序进行改变的功能。应用指令FX系列PLC基于追求“基本功能、高速处理、便于使用”的规范理念，FX可编程控制器具有数据的传送和比较，四则运算及逻辑运算、数据的循环和位移等基本指令，还有输入输出刷新、中断、高速计算器专用比较指令、高速脉冲输出等高速处理指令，以及在SFC控制方面，将机械控制的标准动作封袋化的状态初始化指令等。此外，还提供了可适应更复杂的控制的浮点运算及PID运算等。西门子系列PLC西门子SIAMTIC模块化控制器有着很大的优势，它可以即买即用，长期兼容性和可用性，可以在恶劣环境下工作，
