毕业设计(论文)-电炉温度控制系统的PLC设计.doc
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1、攀枝花学院本科毕业设计 摘要 I 电炉温度控制系统的 PLC 设计 院 讲师 攀枝花学院本科毕业设计 摘要 I 摘 要 温度是工业生产对象中主要的被控参数之一,本文通过设计温度控制系统, 体现 PLC 在模拟量信号检测与控制中应用的优越性。本文中被控对象是电炉,在 炉温自动控制系统中,炉温经过热电偶检测和温度变送器的转换,变为相应的电 压信号,送往 PLC 控制器,再经过模拟量输入/输出模块(A/D)转换为数字量, 并由程序将给定的温度值与测量值比较,然后根据偏差大小按比例调节规律,计 算出校正量。通过模拟量输入/输出模块的输出控制作用,消除炉温的偏差,从 而使炉温达到并稳定在给定的数值上。
2、关键词 PLC,温度控制,比例调节 攀枝花学院本科毕业设计 ABSTRACT II ABSTRACT The temperature is a primarily being controlled parameter in the object of the industry production ,this text is an example of the temperature monitors and control system , and explains the PLC applied problem in imitate deal signal to monitor with
3、the control . The electricity heat furnace is controlled object in this text ,in the automatic control system of the heat furnace temperature ,the temperature is examined by thermocouple and transformed by the thermostat , changed into the relevant electric voltage signal ,send to PLC controller ,an
4、d being transformed into arithmetic figure deal by imitate deal signal input/output the mold piece(A/D) ,given temperature will be compared to measured value from procedure , then according to the deviation size and inverse proportion regulates regulation ,and compute out to correct the deal .Accord
5、ing to output control function of imitate deal signal input/output the mold piece ,eliminating warp of the heat furnace temperature ,accordingly the heat furnace temperature make attain stable and at the deviation size. Key Words PLC, Temperature control, Proportion adjust 攀枝花学院本科毕业设计 目录 III 目 录 摘摘
6、要要I ABSTRACTABSTRACT.II 1 1 绪绪 论论 .1 1.11.1 课题背景、目的及意义课题背景、目的及意义1 1.1.1 课题背景1 1.1.2 课题的目的及意义1 1.21.2 本文内容介绍本文内容介绍1 2 2 可编程控制器(可编程控制器(PLCPLC)概况)概况 .3 2.12.1 可编程控制器的概述可编程控制器的概述3 2.22.2PLCPLC 的定义的定义.3 2.32.3PLCPLC 的特点的特点.3 2.42.4PLCPLC 的发展的发展.4 2.52.5 PLCPLC 的基本组成及各部分作用的基本组成及各部分作用.4 2.5.1 中央处理单元(CPU).4
7、 2.5.2 存储器5 2.5.3 I/0 单元.6 2.5.4 电源部分.6 2.5.5 扩展接口.6 2.5.6 通信接口.6 2.5.7 编程器6 2.62.6 PLCPLC 的应用领域的应用领域7 3 3 可编程控制器的编程语言可编程控制器的编程语言 .9 3.13.1 梯形图语言梯形图语言9 3.1.1 梯形图与继电控制的区别9 3.1.2 梯形图的格式9 3.23.2 助记符语言助记符语言10 3.33.3 基本逻辑指令系统基本逻辑指令系统.10 3.3.1 逻辑取与输出线圈驱动指令.10 3.3.2 单个触点串联指令.10 3.3.3 触点并联指令10 3.3.4 串联电路块的并
8、联指令10 3.3.5 并联电路块的串联指令11 3.3.6 置位与复位指令11 3.3.6 移位指令.11 攀枝花学院本科毕业设计 目录 IV 4 4 模块方案的选择与论证模块方案的选择与论证12 4.14.1 总体方案的选择总体方案的选择.12 4.24.2 各独立模块方案论证各独立模块方案论证13 4.2.1 温度检测模块.13 4.2.2 变频调速模块.14 4.2.3 主控模块 PLC15 4.2.4 功率输出电路及其控制原理的分析17 4.2.5 显示电路设计.17 4.2.6 按键接入17 4.2.7 报警电路设计.18 4.2.8 温度调节模块.18 4.2.9 硬件总框图.1
9、8 5 5 系统软件设计系统软件设计19 5.15.1 主要的工作流程图主要的工作流程图19 5.25.2 PIDPID 控制器的参数整定控制器的参数整定.20 5.35.3 程序设计程序设计.21 结论结论24 参考文献参考文献25 致致 谢谢26 攀枝花学院本科毕业设计 1 绪论 1 1 绪 论 1.1 课题背景、目的及意义 1.1.1 课题背景 随着电子行业的飞速发展,IC 技术的不断提高,PLC 在国民经济生产各行业 发挥了重要作用。它因为集成度高,体积小,运行可靠,应用灵活,价格低,面 向控制等特点得到了广大工程技术人员的好评。在温度控制方面,PLC 能够代替 以前常规的模拟调节器。
10、目前,我国在这些方面的技术水平与欧美等拥有先进制 造技术的国家还有一定的差距。我们波撇需要培养和训练能够设计智能化,自动 化设备的工程技术人才。智能作为现在的新发明,是以后的发展发祥和趋势,他 能够按照预先设定的模式在一个环境里自动运作,不需要人为的管理,可应用于 各个领域。炉温控制就是其中的一个。本设计介绍了利用 PLC 进行炉温控制系统 的基本组成,工作原理,程序设计和系统的抗干扰措施。本设计结构简单,实用 型强,有较高自能化,人性化特点 1.1.2 课题的目的及意义 本次毕业设计选择“电炉温度控制的 PLC 控制设计”是为了更好地学习和研 究 PLC 电气设计的相关知识,掌握电路设计的方
11、法和技巧。学会如何将学习到的 理论知识用到实际当中,怎么能够活学活用。深入的了解电子元器件的使用方法, 了解各个元器件的基本用法,能够灵活敏捷的判断电路中出现的故障,学会独立 设计,积累更多的设计经验,加强焊接能力和技巧,同时在实践过程中锻炼查阅, 归纳质料的能力,提高理论知识联系动手能力。 通过亲自独立设计培养训练我们大学生应用所学专业知识解决实际工程实践 问题的技能,巩固所学专业知识,拓宽知识面。激发我们大学生的创新意识,培 养合格的具有实践动手能的创新型人才。 1.2 本文结构安排 本设计系统以 PLC 为控制核心,加以温度检测电路,变频调速器,D/A 转换 器以及其他电路构成。系统由
12、PLC 通过对温度检测电路检测到的温度加以分析, 与给定的对应所要控制的多组温度值进行比较,找出温度值所在范围,根据 PLC 中设置的 PID 参数,输出相应温度初值对应的受控对象电机的转速初值,经 D/A 转换为模拟电压,通过信号转为变频器的频率,控制变频调速装置,带动被控对 象,并且把被控对象的转速经变换电路和 D/A 转换器反馈到 PLC 中,与输出的转 攀枝花学院本科毕业设计 1 绪论 2 速初值进行比较,其偏差被 PID 程序计算后重新输出,在规定的时间内循环,从 而实现对温度的控制。本系统简洁,灵活,可扩展性好,具有电路设计简单,精 度高,控制效果好的优点 攀枝花学院本科毕业设计
13、2 可编程控制器(PLC)概 况 3 2 可编程控制器(PLC)概况 2.1 可编程控制器的概述 可编程序控制器(Programmable Controller)通常也可简称为可编程控制器, 英文缩写为 PC 或 PLC,是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和 通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、 程序设计简单、灵活通用、维护方便的一系列的优点,特别是它的高可靠性和较 强的适应恶劣工作环境的能力,更是得到了用户的好评,因而在冶金、能源、化 工、交通、电力等领域中的到了越来越广泛的应用,成为了现代工业控制的三大 支柱(PLC、机器人、CAD/CAM)
14、 2.2PLC 的定义 国际电工委员会(International Electrical Committee- IEC),1987年的第 三版对PLC作了如下的定义: PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运 算操作的电子装置。它采用可以编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运 算、顺序运算、计时、计算和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式 的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。 可编程控制器实际上是一种工业控制计算机,它的硬件结构与一般微机控制 系统相似,甚至与之无异。可编程序控制器主要由CPU(中央处理单元)存储器 (RAM和EPROM),输入/输出模块(简称为I/
15、O模块)、编程器和电源五大部分组成。 近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装置。它按照成熟而有效的继电器 控制概念和设计思想,利用不断发展的新技术、新电子器件,逐步形成了具有特 色的各种系列产品。 2.3PLC 的特点 PLC之所以越来越受到控制界人士的重视,是和它的优点分不开的: 功能齐全,它的适用性极强,几乎所有的控制要求,它均能满足; 应用灵活, 其标准的积木式硬件结构,以及模块化的软件设计,使得它 不仅可以适应大小不同、功能繁复的控制要求,而且可以适应各种工艺流程变更 较多的场合; 操作方便,维修容易,稳定可靠。尽管PLC有各种型号,但都可以适应恶 劣的工业应用环境,耐热、防潮、抗
16、震等性能也很好,一般平均无故障率可达几 攀枝花学院本科毕业设计 2 可编程控制器(PLC)概 况 4 万小时。 2.4PLC 的发展 1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求,并公开招 标提出十项标准: 编程方便,现场可修改程序; 维修方便,采用模块化结构; 可靠性高于继电器控制装置; 体积小于继电器控制装置; 数据可直接送入管理计算机; 成本可与继电器控制装置竞争; 输入可以是交流115V; 输出为交流115V, 2A以上,能直接驱动电磁阀,接触器等; 在扩展时,原系统只要很小变更; 用户程序存储器容量至少能扩展到4K。 1969年,美国数字公司(DEC)研制出了第一台
17、可编程序控制器,满足了GM公 司装配线的要求。这种新型的工业控制装置简单易懂、操作方便、可靠性高、通 用灵活、体积小、使用寿命长,很快在美国其它工业领域推广使用。随着集成电 路技术和计算机技术的发展,现在已有了第五代PLC产品。 2.5 PLC 的基本组成及各部分作用 PLC 是一种通用的工业控制装置,其组成与一般的微机系统基本相同。按结 构形式的不同,PLC 可分为整体式和组合式两类。 整体式 PLC 是将中央处理单元(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、电源、 通信接口等组装成一体,构成主机。另外还有独立的 1/0 扩展单元与主机配合使 用。主机中,CPU 是 PLC 的核心,1/0 单
18、元是连接 CPU 与现场设备之间的接口电 路,通信接口用于 PLC 与编程器和上位机等外部设备的连接。 组合式 PLC 将 CPU 单元、输入单元、输出单元、智能 1/0 单元、通信单元等 分别做成相应的电路板或模块,各模块插在底板上,模块之间通过底板上的总线 相互联系。装有 CPU 单元的底板称为 CPU 底板,其它称为扩展底板。CPU 底板与 扩展底板之间通过电缆连接,距离一般不超过 10m.无论哪种结构类型的 PLC,都 可以根据需要进行配置与组合。 2.5.1 中央处理单元(CPU) CPU 在 PLC 中的作用类似于人体的神经中枢,它是 PLC 的运算、控制中心。 攀枝花学院本科毕业
19、设计 2 可编程控制器(PLC)概 况 5 它按照系统程序所赋予的功能,完成以下任务: 接收并存储从编程器输入的用户程序和数据; 诊断电源、PLC 内部电路的工作状态和编程的语法错误; 用扫描的方式接收输入信号,送入 PLC 的数据寄存器保存起来; PLC 进入运行状态后,根据存放的先后顺序逐条读取用户程序,进行解释 和执行,完成用户程序中规定的各种操作; 将用户程序的执行结果送至输出端。 现代 PLC 使用的 CPU 主要有以下几种: 1)通用微处理器,如 8080, 8088, Z80A, 8085 等。通用微处理器的价格便 宜, 通用性强,还可以借用微机成熟的实时操作系统、丰富的软硬件资
20、源。 2) 单片机,如 8051 等。单片机由于集成度高、体积小、价格低和可扩充性 好,很适合在小型 PLC 上使用,也广泛地用于 PLC 的智能 UO 模块。 3) 位片式微处理器,如 AMD2900 系列等。位片式微处理器是独立于微型机 的另一分支。它主要追求运算速度快,它以 4 位为一片。用几个位片级联,可以 组成任意字长的微处理器。改变微程序存储器的内容,可以改变计算机的指令系 统。位片式结构可以使用多个微处理器,将控制任务划分为若干个可以并行处理 的部分,几个微处理器同时进行处理。这种高运算速度与可以适应用户需要的指 令系统相结合,很适合于以顺序扫描方式工作的 PLC 使用。 2.5
21、.2 存储器 根据存储器在系统中的作用,可以把它们分为以下 3 种: 系统程序存储器:和各种计算机一样,PLC 也有其固定的监控程序、解释 程序,它们决定了 PLC 的功能,称为系统程序,系统程序存储器就是用来存放 这部分程序的。系统程序是不能由用户更改的,故所使用的存储器为只读存储 器 ROM 或 EPROM. 用户程序存储器:用户根据控制功能要求而编制的应用程序称为用户程 序,用户程序存放在用户程序存储器中。由于用户程序需要经常改动、调试, 故用户程序存储器多为可随时读写的 RAM。由于 RAM 掉电会丢失数据,因此使用 RAM 作用户程序存储器的 PLC,都有后备电池(铿电池)保护 RA
22、M,以免电源掉电 时,丢失用户程序。当用户程序调试修改完毕,不希望被随意改动时,可将用 户程序写入 EPROM.目前较先进的 PLC(如欧姆龙公司的 CPMIA 型 PLC)采用快闪存 储器作用户程序存储器,快闪存储器可随时读写,掉电时数据不会丢失,不需 用后备电池保护。 攀枝花学院本科毕业设计 2 可编程控制器(PLC)概 况 6 工作数据存储器:工作数据是经常变化、经常存取的一些数据。这部分 数据存储在 RAM 中,以适应随机存取的要求。在 PLC 的工作数据存储区,开辟 有元件映象寄存器和数据表。元件映象寄存器用来存储 PLC 的开关量输入/输出 和定时器、计数器、辅助继电器等内部继电器
23、的 ON/OFF 状态。数据表用来存放 各种数据,它的标准格式是每一个数据占一个字。它存储用户程序执行时的某 些可变参数值,如定时器和计数器的当前值和设定值。它还用来存放 A/0 转换 得到的数字和数学运算的结果等。根据需要,部分数据在停电时用后备电池维 持其当前值,在停电时可保持数据的存储器区域称为数据保持区。 2.5.3 I/0 单元 I/0 单元也称为 I/0 模块。PLC 通过 I/0 单元与工业生产过程现场相联系。 输入单元接收用户设备的各种控制信号,如限位开关、操作按钮、选择开关、行 程开关以及其他一些传感器的信号。通过接口电路将这些信号转换成中央处理器 能够识别和处理的信号,并存
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