plc恒溫水箱的設(shè)計(jì)【含3張CAD圖紙+文檔全套】

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A/D轉(zhuǎn)換部分。4.FX0N-60MR。5.執(zhí)行單元。6.LED顯示器2.2 I/O電器接口圖圖2 I/O電器接口圖2.3 恒溫控制的PLC 控制裝置示意圖圖 所示為水溫恒溫控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，它包括控制恒溫水箱、冷卻風(fēng)扇電動機(jī)、攪拌電動機(jī)、儲水箱、加熱裝置、溫度檢測裝置、溫度顯示、功率顯示、流量顯示、閥門以及有關(guān)狀態(tài)顯示等。圖3 控制裝置示意圖2.4工藝過程及控制要求說明 本系統(tǒng)是一個恒溫控制系統(tǒng)，要求設(shè)定的溫度在某一個數(shù)值。加熱采用電加熱，功率為1.5KW，溫度設(shè)定范圍在2080攝氏度之間。恒溫水箱內(nèi)有一個加熱裝置、一個攪拌電動機(jī)、兩個液位檢測開關(guān)、兩個溫度傳感器。液位檢測開關(guān)為開關(guān)量傳感器，檢測水位的高低，反映無水或水溢出狀態(tài)。兩個溫度傳感器分別為測量水箱入口處的水溫和水箱中的水的溫度。儲水箱中，也裝有一個溫度傳感器。恒溫水箱中的水可以通過一個電磁閥或手動開關(guān)閥將水放到儲水箱中。儲水箱中的水可以通過一個電磁閥引入到恒溫水箱中。水由一個水泵提供動力，使水在系統(tǒng)中循環(huán)。水的流速由流量計(jì)測量。恒溫水箱中的水溫，入水口的水溫，儲水箱中的水溫度、流速及加熱功率均有LED顯示。兩個電磁閥的通斷，攪拌和冷卻開關(guān)均有指示燈顯示?？刂葡到y(tǒng)的控制過程：當(dāng)設(shè)定溫度后，啟動泵向恒溫水箱中供水，水上升到液位后，啟動攪拌電動機(jī)，測量水箱水溫并與設(shè)定值比較；若溫度差小于5，。要采用PID調(diào)節(jié)加熱。當(dāng)水溫高于設(shè)定值510時，要進(jìn)冷水。當(dāng)水溫在設(shè)定值05范圍內(nèi)，仍然采用PID調(diào)節(jié)加熱。當(dāng)水溫高于設(shè)定值10以上時，采用進(jìn)水與風(fēng)機(jī)冷卻同時進(jìn)行的方法實(shí)現(xiàn)降溫控制。此外對溫度、流量、加熱的電功率要進(jìn)行實(shí)測并顯示。若進(jìn)水時無流量或加熱、冷卻時水溫度無變化時應(yīng)報警。2.5 I/O地址表表1 I/O地址信號名稱器件代號地址編號功能說明輸入信號SB1X10系統(tǒng)啟動開關(guān)SB2X15系統(tǒng)停止開關(guān)SQ1X11上液位開關(guān)SQ2X12下液位開關(guān)SPX5流量檢測開關(guān)輸出信號KA1YO啟動泵YV1Y1水電磁閥1YV2Y2水電磁閥2KA2Y3冷卻風(fēng)機(jī)KA3Y4攪拌電動機(jī)KA4Y5加熱裝置HLY7報警指示燈8241碼Y10Y10顯示數(shù)據(jù)用輸出信號C1Y20溫度顯示1LED信號地址C2Y21溫度顯示2LED信號地址C3Y22溫度顯示3LED信號地址C4Y23流量顯示LED信號地址C5Y24功率顯示LED信號地址2.6溫度傳感器2.6.1 熱電偶本文采用J型熱電偶。熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。熱電偶溫度計(jì)是由三部分組成：1.熱電偶（感溫元件）；2.連接熱電偶和測量測量儀表的導(dǎo)線（對應(yīng)型號的補(bǔ)償導(dǎo)線及銅線）；3.測量儀表；其優(yōu)點(diǎn)是：測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。測量范圍廣。常用的熱電偶從-50 1600均可邊續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá) 2800（如鎢-錸）。構(gòu)造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。熱電偶測溫基本原理：將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路。當(dāng)導(dǎo)體AB的兩個執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對它的結(jié)構(gòu)要求如下：組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固；兩個熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路；補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。2.6.2 溫度采集電阻爐溫度控制系統(tǒng)的模擬量主要為溫度。溫度的檢測有很多種方法，常用的有熱電阻法、熱電偶法等等。它們的原理都基本相似，主要是將溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號，如果轉(zhuǎn)換的信號大小在模擬量轉(zhuǎn)換模塊輸入范圍內(nèi)，.IJ以通過精密放大器將信號進(jìn)行處理。但通常溫度轉(zhuǎn)換的數(shù)字J默認(rèn)的比例關(guān)系大小相襯時，則需要對偏移量和增益量進(jìn)行假設(shè)，所謂偏移量指的是數(shù)字量為當(dāng)時對應(yīng)的溫度值。增益量指的是數(shù)字量為1000時對應(yīng)溫度值t7。例如我們測溫范圍為OCPC,采用Pt100作為熱敏電阻，在輸入PLC前將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓信號，溫度在0 -800C范圍內(nèi)對應(yīng)的電壓為18V,與電壓成線性關(guān)系，例如我們以選用的數(shù)字量范圍為0- 2000，若數(shù)字量為1時，對應(yīng)的電壓為1V，則偏移量為1 V;數(shù)字量為2000時，對應(yīng)的電壓為8V，則數(shù)字量為1000時，對應(yīng)的電壓為4. 5V。2.6.3 A/D轉(zhuǎn)換部分FXON-60MR型PLC采集模擬量，需要擴(kuò)展模塊，采用FXON-3A模擬量輸入模塊。該模塊提供包括8位精度分辨率, 2通道電壓輸入或電流輸入,電壓輸入和電流輸入可以自已選擇。如果輸入為電壓接一個端子;如果輸入為電流，則需要接個端子。當(dāng)電壓超過正常范圍時,電流超過正常范圍32mA時，會對這個模塊造成損壞。當(dāng)存在過多的電氣干擾時，以將連接FG的外殼地端和模塊的接地端相連接 PLC基本單元， FX0N-3A之間的數(shù)據(jù)通信是由FROM /TO指令來執(zhí)行的。FROM是從FX0N- 3A中讀數(shù)據(jù)的指令，而TO是將數(shù)據(jù)寫入FX0N- 3A的指令。實(shí)際上讀寫的操作都是對FXON-3AD的緩沖寄存器BFM進(jìn)行的操作。該緩沖區(qū)由32個16b 的寄存器組成。其中包括通道是否開通，電壓輸入還是電流輸入的選擇等。2.7 PLC主機(jī)PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口電源等部分組成。其中，CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計(jì)算機(jī)等外設(shè)連接。對于整體式PLC，所有部件都裝在同一機(jī)殼內(nèi)；對于模塊式PLC，各部件獨(dú)立封裝成模塊，各模塊通過總線連接，安裝在機(jī)架或?qū)к壣?。無論是哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都可根據(jù)用戶需要進(jìn)行配置與組合。 PLC的軟件由系統(tǒng)程序和用戶程序組成。系統(tǒng)程序由PLC制造廠商設(shè)計(jì)編寫的，并存入PLC的系統(tǒng)存儲器中，用戶不能直接讀寫與更改。系統(tǒng)程序一般包括系統(tǒng)診斷程序、輸入處理程序、編譯程序、信息傳送程序、監(jiān)控程序等。PLC的用戶程序是用戶利用PLC的編程語言，根據(jù)控制要求編制的程序。在PLC的應(yīng)用中，最重要的是用PLC的編程語言來編寫用戶程序，以實(shí)現(xiàn)控制目的。由于PLC是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是廣大電氣技術(shù)人員，為了滿足他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力，PLC的主要編程語言采用比計(jì)算機(jī)語言相對簡單、易懂、形象的專用語言。PLC編程語言是多種多樣的，對于不同生產(chǎn)廠家、不同系列的PLC產(chǎn)品采用的編程語言的表達(dá)方式也不相同，但基本上可歸納兩種類型：一是采用字符表達(dá)方式的編程語言，如語句表等；二是采用圖形符號表達(dá)方式編程語言，如梯形圖等。PLC的發(fā)展趨勢：1、向高速度、大容量方向發(fā)展為了提高PLC的處理能力，要求PLC具有更好的響應(yīng)速度和更大的存儲容量。目前，有的PLC的掃描速度可達(dá)0.1ms/k步左右。PLC的掃描速度已為很重要的一個性能指標(biāo)。在存儲容量方面，有的PLC最高可達(dá)幾十兆字節(jié)。為了擴(kuò)大存儲容量，有的公司已使用了磁泡存儲器或硬盤。 2、向超大型、超小型兩個方向發(fā)展當(dāng)前中小型PLC比較多，為了適應(yīng)市場的多種需要，今后PLC要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個方向發(fā)展?，F(xiàn)已有I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)的超大型PLC，其使用32位微處理器，多CPU并行工作和大容量存儲器，功能強(qiáng)。小型PLC由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，使配置更加靈活，為了市場需要已開發(fā)了各種簡易、經(jīng)濟(jì)的超小型微型PLC，最小配置的I/O點(diǎn)數(shù)為816點(diǎn)，以適應(yīng)單機(jī)及小型自動控制的需要，如三菱公司Q系列PLC。3、PLC大力開發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力為滿足各種自動化控制系統(tǒng)的要求，近年來不斷開發(fā)出許多功能模塊，如高速計(jì)數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、通信和人機(jī)接口模塊等。這些帶CPU和存儲器的智能I/O模塊，既擴(kuò)展了PLC功能，又使用靈活方便，擴(kuò)大了PLC應(yīng)用范圍。加強(qiáng)PLC聯(lián)網(wǎng)通信的能力，是PLC技術(shù)進(jìn)步的潮流。PLC的聯(lián)網(wǎng)通信有兩類：一類是PLC之間聯(lián)網(wǎng)通信，各PLC生產(chǎn)廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段；另一類是PLC與計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通信，一般PLC都有專用通信模塊與計(jì)算機(jī)通信。為了加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力，PLC生產(chǎn)廠家之間也在協(xié)商制訂通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，PLC已成為集散控制系統(tǒng)（DCS）不可缺少的重要組成部分。4、增強(qiáng)外部故障的檢測與處理能力.根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明：在PLC控制系統(tǒng)的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，輸入設(shè)備占45%，輸出設(shè)備占30%，線路占5%。前二項(xiàng)共20%故障屬于PLC的內(nèi)部故障，它可通過PLC本身的軟、硬件實(shí)現(xiàn)檢測、處理；而其余80%的故障屬于PLC的外部故障。因此，PLC生產(chǎn)廠家都致力于研制、發(fā)展用于檢測外部故障的專用智能模塊，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。5、編程語言多樣化在PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時，PLC的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù)PLC使用的梯形圖語言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進(jìn)編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計(jì)算機(jī)兼容的高級語言（BASIC、C語言等）等。多種編程語言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC進(jìn)步的一種趨勢。2.8 執(zhí)行單元輸入電路中的控制電流為直流的電磁繼電器。繼電器是一種當(dāng)輸入量（電、磁、聲、光、熱）達(dá)到一定值時，輸出量將發(fā)生跳躍式變化的自動控制器件。 繼電器的繼電特性，繼電器的輸入信號x從零連續(xù)增加達(dá)到銜鐵開始吸合時的動作值xx,繼電器的輸出信號立刻從y=0跳躍到y(tǒng)=ym,即常開觸點(diǎn)從斷到通。一旦觸點(diǎn)閉合，輸入量x繼續(xù)增大，輸出信號y將不再起變化。當(dāng)輸入量x從某一大于xx值下降到xf,繼電器開始釋放，常開觸點(diǎn)斷開。我們把繼電器的這種特性叫做繼電特性，也叫繼電器的輸入-輸出特性。 2.9 LED顯示器顯示方式發(fā)光二極管顯示器，簡稱LED（Liquid Emitting Diode）。LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段組成的顯示器，有7段和“米”字段之分。由N個LED顯示塊可拼接成N位LED顯示器。N位LED顯示器有 N 根位選線和8N（或16N）根段選線。根據(jù)顯示方式的不同，位選線和段選線的連接方法也各不相同。段選線控制顯示字符的字型，而位選線則控制顯示位的點(diǎn)亮和關(guān)閉。2.10 各電器元件的選擇名稱型號KA1KA2KA3KA4熔斷器JZ744JZ744JZ744JZ744RL1-100攀枝花學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1恒溫系統(tǒng)控制流程圖系統(tǒng)控制程序流程如圖 所示,程序中用到的PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器功能: D54為溫度設(shè)定值;D4為流水溫度;D14為流水溫度;D24為儲水箱水溫;D34為水流速度;D44為加熱功率.以下是恒溫控制系統(tǒng)流程圖。. 圖4 溫控系統(tǒng)流程圖3.2 恒溫系統(tǒng)梯形圖根據(jù)上述恒溫控制流程流程圖及系統(tǒng)要求,可得系統(tǒng)梯形圖如下:3.3 恒溫控制系統(tǒng)程序恒溫控制系統(tǒng)的程序如下圖：攀枝花學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)（論文） 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 陳琳.可編程控制器應(yīng)用技術(shù). 化學(xué)工業(yè)出版社,2004.42 黃明琪,王福平. 可編程序控制器. 重慶: 重慶大學(xué)出版社,2003.63 張健民等, 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì). 北京: 高等教育出版社,20024 趙先仲, 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì), 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20045 吳圣莊, 金屬切削機(jī)床概論. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,19936 王淑英等,電器控制與PLC控制技術(shù). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.17 瞿大中, 可編程控制器應(yīng)用與實(shí)驗(yàn). 武漢:華中科技大學(xué)出版社,2002.128 高欽和, 可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì)實(shí)例. 北京:人民郵電出版社,2004.7攀枝花學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)（論文） 致謝致 謝本次PLC課程設(shè)計(jì)是對我PLC課程學(xué)習(xí)效果的最好檢驗(yàn)。經(jīng)過這次設(shè)計(jì)，提高了我很多的能力，比如查閱資料能力、分析問題的能力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)、細(xì)心謹(jǐn)慎的學(xué)習(xí)態(tài)度等。在這期間凝結(jié)了很多老師和同學(xué)的心血，在此表示衷心的感謝。首先，我要特別感謝喬水明老師對我的悉心指導(dǎo)，在設(shè)計(jì)期間老師幫助我確定了設(shè)計(jì)的大致方向，理清設(shè)計(jì)思路，指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)方法，提出有效的改進(jìn)方案。導(dǎo)師淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)、誨人不倦的態(tài)度和學(xué)術(shù)上精益求精的精神使我受益終生。其次，我要感謝本專業(yè)的其他同學(xué)。在此次設(shè)計(jì)過成中我們一起討論、一起學(xué)習(xí)，不但使我在學(xué)習(xí)水平上有很大的提高，更懂得和他人一起討論和學(xué)習(xí)可以獲得很多的知識。在此，我要向老師深深地鞠上一躬，感謝老師在學(xué)習(xí)期間對我的嚴(yán)格要求，同時也要感謝身邊同學(xué)的熱心幫助。