PLC课程设计-PLC在温度监测与控制系统中的应用.doc
PLC在温度监测与控制系统中的应用江西理工大学应用科学学院西门子PLC课程设计专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 071 姓 名： 学 号： 30 设计题目：PLC在温度监测与控制系统中的应用设计报告格式20分设计内容60分10分10分总计得分封面3页面布局5目录格式3图表质量4间距、行距、字体6工艺过程分析8系统控制要求8I/O分配5设备选型5电气原理图系统程序设计10动手实践能力10总印象评分10主电路8控制电路8外围接线图8 第一章 概述1.1 应用背景与需求 在工业生产自动近控制中，为了生产安全或为了保证产品质量，对其温度、压力、流量、成分、速度等一些重要的被控参数，通常需要进行自动监测，并根据监测结果进行相应的控制。在自动监测系统中，常常设有上下限检查，报警及自动处理系统，以便提醒操作人员注意，必要时采取紧急措施。温度是工业生产对象中主要的被控参数之一。本例以一个温度监测与控制系统为例，来说明PLC在模拟量信号监测与控制中的应用问题。第二章 PLC温度监测与控制系统的设计2.1 温度控制系统的要求 系统要求：讲被控系统的温度控制在50度60度之间，挡温度低于50度或高于60度时，应能自动进行调整，当调整3分钟后仍不能脱离不正常状态，则应采用声光报警，以提醒操作人员注意排除故障。 系统设置一个启动按钮一启动控制程序，设置绿、红、黄3个指示灯来指示温度状态。被控温度在要求范围内，绿灯亮，表示系统运行正常。当被控温度超过上限或低于下限时，经调整3分钟后尚不能回到正常范围，则红灯或黄灯亮，并有声音报警，表示温度超过上限或低于下限。2.2 控制系统的I/O点及地址分配控制系统的输入/输出信号的名称、代码及地址编号如表1-1表1-1 输入/输出信号的名称、代码及地址编号名称代码地址编码输入信号温度上限信号SB1I0.0温度正常信号SB2I0.1温度下限信号SB3I0.2采样模拟量输入电压值UpAQW0输出信号红灯KM1Q0.0绿灯KM2Q0.1黄灯KM3Q0.2采样模拟量输出电压值VfAQW02.3 电气控制系统原理图 电气控制系统原理图包括主电路图、控制电路图以及PLC外围接线图。主电路图 如图1-1所示为电控系统主电路。红、绿、黄三个灯分别为L1、L2、L3。接触器KM1、KM2、KM3分别控制L1、L2、L3的亮灭；图1-1电控系统的主电路2.4 控制电路图图1-2是控制电路图。开关SB1、SB2、SB3分别控制红、绿、黄三个灯L1、L2、L3的亮灭。图1-2电控系统的控制电路图2.5 PLC外围接线图图1-2为PLC及扩展模块外围接线图。图1-2 PLC及扩展模块外围接线图 2.6 PLC系统的构成 在被控系统中设置4个温度测量点，温度信号经变送器变成05V的电信号（对应温度为0100度），送入4个模拟量输入通道。PLC读入四路温度后，再取平均值作为被控系统的实际温度值。 若被测温度超过允许范围，按控制算法运算后，通过模拟量输出通道，向背控系统送出010V的模拟量温度控制信号。 PLC通过输入端口连接自动按钮，通过输出端口控制绿灯的亮灭，通过输出端口控制红灯的亮灭，通过输出端口控制黄灯的亮灭。2.7 PLC温度监测与控制梯形图的设计 系统要求温度控制在50度60度的范围之内，为了控制方便，设定一个温度较佳值（本例设为55度），并以此作为被控温度的基准值。另外，还需要设定输出控制信号的调节基准量，正常情况下，输出基准量时被控温度接近较佳值。本例设定的基准量相当于PLC（输出6V）。 加热炉一类的温度控制对象，其系统本身的动态特性基本上属于一阶滞后环节，在控制算法上可以采用PID控制或在林算法。由于本系统温度控制要求不高，为了简化起见，本例按P（比例）控制算法进行运算采样调节周期高为1秒。实现温度检测懒惰控制的过程包括： （1）PLC投入运行时，通过特殊辅助继电器产生的初始化脉冲进行初始化，包括将温度较佳值和基准值存入有关数据寄存器，使计时用的两个计数器复位。 （2）按启动按钮，控制系统投入运行。采样时间到，则将待测的四点温度值读入PLC，然后按算术平均的办法求出四点温度的平均值Q。将Q与Qmax（温度允许上限）比较，若未超过上限，将Q与Qmin（温度允许下限）比较，若也未低于下限，则说明温度正常，等待下一次采样。 （3）若Q>Qmax,进行上限处理：计算Q与上限温度偏差，根据偏差计算调节量（比例系数设为2），发出调节命令，并判断调节时间，若调节时间太长，进行声光（红灯亮）；若调节时间未到3分钟，则准备下次继续采样及调节。 （4）当采样温度低于下限，即Q<Qmin时，进行下限处理：计算Q与下限温度偏差，计算调节量，发出调节命令，并判断调节时间，若调节时间太长，进行声光报警（黄灯亮）；若调节时间未到3分钟，则准备下次继续采样调节。2.8 系统程序设计本程序分为两部分：主程序和子程序。 逻辑运算及报警处理等放在主程序。系统初始化的一些工作放在初始化子程序中完成。初步确定的增益和时间常数为（参考PID指令的使用）：增益Kc=0.25s；调节周期Ts=1s；调节时间Ti=3min。程序中使用的PLC元器件及其功能如表2-2所列。表2-2程序中使用的元器件及功能器件地址功能VD10采样值VD14采样和VD18平均值C10升温继电器C11降温继电器M0.0红灯启动信号M0.1绿灯启动信号M0.2黄灯启动信号2.9控制系统的主要程序：主程序：LD SM0.1CALL 0LDW<= AQW0,50PID VB100,0O M0.0CTU C10,+180LDW>= AQW0,60PID VB100,0O M0.0CTU C11,+180O M0.1A I0.1= M0.1CTU C11,+180O M0.2A I0.2= M0.2LD I0.1= M0.0LD M0.0= Q0.0 LD M0.1= Q0.1LD M0.2= Q0.2SBR 0：LD SM0.0MOVW 0,VD10MOVW 4,VW2MOVD 0,VD10MOVD 0,VD14MOVD 0,VD18LDB= SMB8,16#19NOTS Q1.0,1NOTAB= SMB9,16#04S Q1.1,1LD SM0.0MOVW AIW0,VW12LDW>= VW12,0MOVW 0,VW10NOTMOVW 16#FFFF,VW10LD SM0.0+D VD10,VD14INCW VW0LDW>= VW0,VW2MOVD VD14,VD18ENCO VW2,AC1SRD VD18,AC1MOVD 0,VD14MOVW 0,VW0LD SM0.0MOVW VW20,AQW0第三章 总结与评价温度是工业生产和科学实验中一个非常重要的参数，物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关，许多生产过程都是在一定的温度范围内进行的，故需要测量温度和控制温度。因此，应用PLC的模拟量检测与控制能力，实现对控制被控制过程的温度监测和控制具有广泛的应用场合。 本例以工业生产中常见的温度监测，报警与控制功能的实现为例，介绍了PLC模拟量控制系统的构成，温度控制流程及程序的设计方法，给出了梯形图设计实例，可以作为同类型PLC控制系统设计的参考。 在温度控制中，根据实际系统的特点和需要，可以采用多种控制算法来提高控制效果。本例是以简单的比例控制来编制梯形图，PLC还可以实现更复杂的控制算法，实现更精确的控制。 在这次课设中，通过看书、上网、去图书馆等方法找资料，从而了解了PLC等控制模块及程序分析。这次课程设计令我对PLC控制设计产生了不少的兴趣。相信这次课程设计会对我将来有一定的影响。参考文献1肖清、王中锋.西门子PLC课程设计指导书.20092李正熙等.电力拖动自动控制系统.北京：冶金工业出版社，19973康华光. 电子技术基础.高等教育出版社.20054王兆安等.电力电子技术.北京：机械工业出版社 ，20035胡寿松等.自动控制原理.北京：科学出版社，20046孙亮等.自动控制原理.北京：北京工业大学出版社，20017吴浩烈.电机及电力拖动基础.重庆：重庆大学出版社，20058顾绳谷.电机及拖动基础.北京：机械工业出版社，20009邱阿瑞.电机与电力拖动.北京：电子工业出版社，200210陈伯时等.电力拖动自动控制系统.北京：机械工业出版社，200211陈伯时等.交流调速系统.北京：机械工业出版社，200512郭东栋 单片机控制的直流调速系统 可编程控制器与工厂自动化, 200713张进秋等.可编程控制器原理及应用实例. 北京：机械工业出版社，200414杨卫东.仪表技术杂志.2007（10）11
