基于PLC的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、 論文題目：溫度由繼電器控制改造PLC控制 【摘要 】可編程控制器(plc)作為傳統(tǒng)繼電器控制裝置的替代產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，由于它可通過軟件來改變控制過程，而且具有體積小，組裝靈活，編程簡單抗干擾能力強(qiáng)及可靠性高等特點(diǎn)，非常適合于在惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用。本文所涉及到的溫度監(jiān)控系統(tǒng)能夠監(jiān)控現(xiàn)場的溫度，并且能夠通過現(xiàn)場和計(jì)算機(jī)控制，其軟件控制主要是編程語言，對PLC而言是梯形語言，梯形語言是PLC目前用的最多的編程語言。 【關(guān)鍵詞】 PLC；編程語言；溫度 1． 工藝過程 在工業(yè)生產(chǎn)自動控制中，為了生產(chǎn)安全或?yàn)榱吮ＷC產(chǎn)品質(zhì)量，對于溫度，壓力，流量

2、，成分，速度等一些重要的被控參數(shù)，通常需要進(jìn)行自動監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的控制，以反復(fù)提醒操作人員注意，必要時采取緊急措施。 溫度是工業(yè)生產(chǎn)對象中主要的被控參數(shù)之一。本設(shè)計(jì)以一個溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)為例，來說明PLC在模擬量信號監(jiān)測與控制中的應(yīng)用問題。 2． 系統(tǒng)控制要求 PLC在溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)中的邏輯流程圖如圖0.1所示： 如圖0.1 具體控制要求如下： 將被控系統(tǒng)的溫度控制在50度-60度之間，當(dāng)溫度低于50度或高于60度時，應(yīng)能自動進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)調(diào)整3分鐘后仍不能脫離不正常狀態(tài)，則應(yīng)采用聲光報警，以提醒操作人員注意排除故障。 系統(tǒng)設(shè)置一個啟動按紐-啟

3、動控制程序，設(shè)置綠，紅，黃3個指示燈來指示溫度狀態(tài)。被控溫度在要求范圍內(nèi)，綠燈亮，表示系統(tǒng)運(yùn)行正常。當(dāng)被控溫度超過上限或低于下限時，經(jīng)調(diào)整3分鐘后仍不能回到正常范圍，則紅燈或黃燈亮，并有聲音報警，表示溫度超過上限或低于下限。 在被控系統(tǒng)中設(shè)置4個溫度測量點(diǎn)，溫度信號經(jīng)變送器變成0~5V的電信號（對應(yīng)溫度0~100度），送入4個模擬量輸入通道。PLC讀入四路溫度值后，再取其平均值作為被控系統(tǒng)的實(shí)際值。 若被測溫度超過允許范圍，按控制算法運(yùn)算后，通過模擬兩輸出通道，向被控系統(tǒng)送出0~10V的模擬量溫度控制信號。 PLC通過輸入端口連接啟動按鈕，通過輸出端口控制綠燈的亮滅，通過輸出端口控制紅燈

4、的亮滅，通過輸出端口控制黃燈的亮滅。 系統(tǒng)要求溫度控制在50度~60度的范圍內(nèi)，為了控制方便，設(shè)定一個溫度較佳值（本題設(shè)為50度），并以此作為被控溫度的基準(zhǔn)值。另外，還需要設(shè)定輸出控制信號時的調(diào)節(jié)基準(zhǔn)量，正常情況下，輸出基準(zhǔn)量時被控制溫度接近較佳值。 本例設(shè)定的基準(zhǔn)調(diào)節(jié)量相當(dāng)于PLC（輸出6V）。加熱爐一類的溫度控制對象，其系統(tǒng)本身的動態(tài)特性基本上屬于一階滯后環(huán)節(jié)，在控制算法上可以采用PID控制。由于本系統(tǒng)溫度控制要求不高，為了簡化起件，本例按P（比例）控制算法進(jìn)行運(yùn)算采樣調(diào)節(jié)周期高為1秒。 實(shí)現(xiàn)溫度檢測懶惰控制的過程包括： PLC投入運(yùn)行時，通過特殊輔助繼電器產(chǎn)生的初始化脈沖

5、進(jìn)行初始化，包括將溫度較佳值和基準(zhǔn)調(diào)節(jié)存入有關(guān)數(shù)據(jù)寄存器，使計(jì)時用的兩個計(jì)數(shù)器復(fù)位。 按啟動按鈕，控制系統(tǒng)投入運(yùn)行。采樣時間到，則將待測的四點(diǎn)溫度值讀入PLC，然后按算術(shù)平均的辦法求出四點(diǎn)溫度的平均值Q。將Q與Qmax（溫度允許上限）比較，若也未低于下限，則說明溫度正常，等待下一次采樣。 若Q﹥Qmax，進(jìn)行上限處理：計(jì)算Q與上限溫度偏差，計(jì)算調(diào)節(jié)量（比例系數(shù)設(shè)為2），發(fā)出調(diào)節(jié)命令，并判斷調(diào)節(jié)時間，若調(diào)節(jié)時間太長，進(jìn)行聲光（紅燈亮）；若調(diào)節(jié)時間未到3分鐘，則準(zhǔn)備下次繼續(xù)采樣及調(diào)節(jié)。 當(dāng)采樣溫度低于下限，即Q＜Qmax時，進(jìn)行下限處理：計(jì)算Q與下限溫度偏差，計(jì)算調(diào)節(jié)量，發(fā)出調(diào)節(jié)命令，并判斷

6、調(diào)節(jié)時間，若調(diào)節(jié)時間太長，進(jìn)行聲光（黃燈亮）；若調(diào)節(jié)時間未到3分鐘，則準(zhǔn)備下次繼續(xù)采樣及調(diào)節(jié)。 3.控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配 控制系統(tǒng)的模塊號,輸入/輸出端子號,地址號,信號名稱,說明如表1: 模塊號 輸入端子號 輸出端子號 地址號 信號名稱 說明 CPU226 1 I0.0 總啟動開關(guān), 按扭 1 Q0.1 加熱器輸出, 加溫 2 Q0.2 紅燈,”1”有效 指示燈 3 Q0.3 綠燈, ”1”有效 指示燈 4 Q0.4 黃燈, ”1”有效 指示燈 EM222 1 I0.1 總停止開關(guān),

7、 按扭 1 Q0.5 喇叭輸出, ”1”有效 聲報警器 EM235 1 AIW0 遠(yuǎn)程電壓輸入1 2 AIW2 遠(yuǎn)程電壓輸入2 3 AIW4 遠(yuǎn)程電壓輸入3 4 AIW6 遠(yuǎn)程電壓輸入4 1 AQW0 遠(yuǎn)程電壓輸出1 表1 控制系統(tǒng)的序號,名稱,地址,注釋如表1.1: 序號 名稱 地址 注釋 序號 名稱 地址 注釋 1 總啟動開關(guān) I0.0 上升沿有效 14 過程變量 VD0 32BIT 2 總停止開關(guān) I0.1 上升沿有效 15 設(shè)定值 VD4 3

8、2BIT 3 加熱器 Q0.1 “1”有效 16 偏差值 VD8 32BIT 4 紅燈 Q0.2 “1”有效 17 增益 VD12 32BIT 5 綠燈 Q0.3 “1”有效 18 采樣時間 VD16 32BIT 6 黃燈 Q0.4 “1”有效 19 積分時間 VD20 32BIT 7 喇叭 Q0.5 “1”有效 20 微分時間 VD24 32BIT 8 遠(yuǎn)程電壓輸入1 AIW0 12BIT 21 積分前項(xiàng) VD28 32BIT 9 遠(yuǎn)程電壓輸入2 AIW2 12BIT 22 過程前值

9、 VD32 32BIT 10 遠(yuǎn)程電壓輸入3 AIW4 12BIT 23 運(yùn)行標(biāo)志 M0.0 “1”有效 11 遠(yuǎn)程電壓輸入4 AIW6 12BIT 24 平均值 VD40 32BIT 12 電壓信號輸出1 AQW0 12BIT 25 PID輸出 VW40 12BIT 13 PID表首地址 VB0 8BIT 26 表1.1 4.PLC系統(tǒng)選型 參照西門子ST-200產(chǎn)品目錄及市場實(shí)際價格，選用主機(jī)為CPU226集成了24點(diǎn)輸入／16點(diǎn)輸出，共有40個數(shù)字量I/O。加上一臺擴(kuò)展模塊EM222（8繼電器輸出），再擴(kuò)展一個

10、模擬量模塊EM235（4AI/1AO）。這樣的配置是最經(jīng)濟(jì)的。整個PLC系統(tǒng)的配置如圖所示。 5.電氣控制系統(tǒng)原理圖 電氣控制系統(tǒng)原理圖包括主電路圖，控制電路圖及PLC外圍接線圖。 1） 主電路圖 如圖1所示為電控系統(tǒng)主電路。一臺加熱器為M1。接觸器KM1控制著M1正常加熱，F(xiàn)R1為加熱器過載保護(hù)用的熱繼電器；QF1為斷路器；FU1為主電路的熔斷器。 圖1 2） 控制電路圖 如圖2所示， 圖2 3） PLC外圍接線圖 6.主程序及梯形圖 圖3 1） 主程序OB1 1.總啟動與總停止

11、 LD SM0.0 A I0.0 S Q0.1, 1 2.正常范圍顯示 LD SM0.0 AR>= VD40, 2.5 S Q0.3, 1 S M0.1, 1 3.調(diào)用子程序0以便控制 LD I0.0 S M0.0, 1 CALL SBR_0 圖4 4.超過上下限啟動定時器 LD M0.0 LDR< VD40, 2.5 OR> VD40, 3.0 ALD A M0.1 TON T101, 1800 5.定時到還

12、不在規(guī)定范圍內(nèi)則報警. LD SM0.0 A T101 LPS AR> VD40, 3.0 S Q0.2, 1 S Q0.5, 1 R Q0.3, 1 LPP AR< VD40, 2.5 S Q0.4, 1 S Q0.5, 1 R Q0.3, 1 圖5 6.正常情況下的指示 LD SM0.0 A I0.1 R M0.1, 1 R Q0.1, 1 R Q0.2, 1 R Q0.3, 1 R

13、Q0.4, 1 R Q0.5, 1 圖6 2）設(shè)計(jì)PID參數(shù) LD M0.0 MOVR 2.75, VD4 MOVR 2.0, VD12 MOVR 1.0, VD16 MOVR 0.0, VD20 MOVR 0.0, VD24 MOVB 100, SMB34 ATCH INT_0, 10 ENI 圖7 3）取實(shí)際溫度變量 1. 四溫度傳感器電壓值送內(nèi)存 LD SM0.0 MOVW AIW0, VW0 MOVW AIW2, VW2 MOVW AIW4, VW4 MOVW

14、 AIW6, VW6 圖8 2.溫度實(shí)際電壓值送內(nèi)存 LD SM0.0 MOVW VW0, VW8 +I VW2, VW8 MOVW VW4, VW10 +I VW6, VW10 MOVW VW8, VW12 +I VW10, VW12 MOVW VW12, VW14 /I +4, VW14 ITD VW14, VD40 圖8 4）PID調(diào)節(jié)與輸出 1. 得到過程變量VD0 LD M0.0 CALL SBR_1 MOVD VD40, AC0 DT

15、R AC0, AC0 /R 32000.0, AC0 MOVR AC0, VD0 圖9 2.VB0號PID表 LD SM0.0 PID VB0, 0 圖1 圖10 3.PID調(diào)節(jié)輸出 LD SM0.0 MOVR VD8, AC0 *R 32000.0, AC0 ROUND AC0, AC0 DTI AC0, VW40 MOVW VW40, AQW0 【結(jié)論】通過對本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試，我們認(rèn)識到，對于復(fù)雜系統(tǒng)的控制，如果采用繼電控制，不僅系統(tǒng)繁瑣，調(diào)試?yán)щy，故障概率大，而且對以

16、后的維護(hù)也帶來困難。用PLC控制除了能解決以上問題以外，還具有以下特點(diǎn)： ①控制條理清楚，接線簡單明了。 ②用軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電控制，減少了設(shè)計(jì)上的困難，減少了系統(tǒng)的故障。 ③模塊化程序設(shè)計(jì)，便于調(diào)試，并且方便功能的改進(jìn)。 ④編程圖形化，使之一目了然。 【致謝】本論文是在XXX老師老師的悉心指導(dǎo)下完成的，從論文最終完成的每一個環(huán)節(jié)，自始自終得到XXX老師老師精心指導(dǎo)和幫助。在此特向XXX老師老師表示由衷的感謝和崇高的敬意 。在設(shè)計(jì)過程中，離不開XX同事的寶貴意見以及文獻(xiàn)資料的提供，在此對幫助過我的同事再次表示衷心的感謝和祝福，祝愿在日后的工作生活中的合作能更上一層樓，大家共同進(jìn)步。 【參考文獻(xiàn)】 【1】可編程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用 廖常初 重慶大學(xué)出版社 【2】可編程序控制器及其應(yīng)用 萬太福 重慶大學(xué)出版社 【3】畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo) 劉祖潤 機(jī)械工業(yè)出版社 【4】新舊圖形符號對照讀本 兵器工業(yè)出版社 【5】電力拖動與控制 謝桂林 中國礦業(yè)大學(xué)出版社 【6】工廠常用電氣設(shè)備手冊（上、中、下） 水利電力出版社 【7】電氣控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 劉星平 湖南工程學(xué)院