PLC在恒温控制系统中的应用

论文编号:ZD143   附开题报告,外文翻译,调研报告,论文字数:22107,页数:49

摘 要
本文研究的是可编程控制器在水箱恒温控制系统中的应用，水箱恒温控制装置主要用来完成对水箱中液体的液位和温度检测，并对温度参数进行调节。系统中温度控制是一个非常重要的部分，系统采用热电阻作为温度传感器，通过扩展PLC的FX2N-4AD-PT热电阻模块对采集到温度数据进行处理，此模块本身具有线性化处理和冷端补偿，不需任何外部变送器或外部电路，一个模块就能完成全部数据采集及数据处理功能。系统采用拨码盘进行温度给定值的设定，通过PLC对采集到的温度值与温度给定值之间进行比较，再经过PID运算控制后，再对触发电路进行调节，以完成对控制温度控制要求。
本系统硬件主要由FX2N-64MR、FX2N-2LC PID过程控制模块、FX2N-4AD-PT热电阻模块、液位传感器、温度传感器、拨码盘、LED、电动机等组成。其具体硬件电路设计包括CPU外部电路、温度采集电路、温度控制电路、温度预置电路、LED显示电路等。软件设计包括了PID中断程序、数码显示程序等。
系统经过调试，能够基本满足控制要求，具有一定的实际意义。

关键词 FX2N-64MR PLC；PID运算；热电阻；温度控制；拨码盘

课题的主要内容（观点）、创新之处：
    恒温水箱内有一个加热器，一个搅拌器，两个液位开关，四个温度传感器。液位传感器为开关量传感器，测量水位的水位高低，反映无水或水溢出状态。两个传感器分别为测量水箱入口处的水温。恒温水箱中的水可通过一个电磁阀或手动开关阀（手阀）将水放到储水箱中。当温度设定后，启动水泵向恒温水箱中进水，水上升到液位后（一定的位置），启动搅拌电机。若进水时候无流量或加热，冷却时水温无变化时应报警。所有这些过程的控制我们可以用PLC的软件来实现，而不优先考虑通过单片机来实现，是因为PLC比单片机优化在于它的编程简单，易于学习掌握；功能强，性能价格比高；硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；可靠性高，可抗干扰能力强；系统的设计、安装、调试工作量少；维修工作量少，维修方便；体积小，质量轻，功耗低；外部电路简单。
由于在工业控制过程中温度控制是一个很重要的问题，因此在设计中我们采用PLC中PID的算法来进行温度的调节。创新之处就在于，我们采用FX2N进行编程，并采用PLC的专用热电阻模块FX2N-4AD-PT，EM231模块具有冷端补偿电路。使得温控系统硬件电路设计较优为简单，软件的工作量也大大减少；并且采用拨码盘进行温度值修改以适应各种反应所要求的温度。该系统是一个较为值得去深究的系统。

基本要求：1.系统具有自动和手动两种工作方式。
          2.水温与设定值之差小于5℃，采用PID调节；水温高于设定值5℃~10℃进冷水；水温高于设定值10℃以上时，采用进冷水与风冷同时进行的方法实现降温控制。
          3.具有故障检测﹑显示﹑报警功能。
          4.温度给定值为0到99度。
          5.设计PLC的外部接线图，控制电路图，主电路图。
          6.设计满足控制要求的程序流程图，梯形图。

目 录
摘 要  I
Abstract   II
第1章 绪 论  1
1.1 系统控制要求   1
1.2 系统概述   2
1.3 可编程控制器的发展与应用   2
1.4 温度概述  4
1.5 温度测量的方法及其分类   4
1.6 控制系统设计的基本原则和一般步骤   5
1.7 系统设计目的与要求   6
第2章 设计思想与方案论证   7
2.1 理论分析及结构框图  7
2.2 设计思想及方案   7
2.2.1 方案一   8
2.2.2  方案二   9
2.2.3 方案3   9
2.4 方案论证   10
第3章 系统硬件设计   12
3.1水箱恒温装置的工作过程和控制要求   12
3.1.1 恒温控制装置的工作过程   12
3.1.2 恒温控制装置的控制要求  12
3.2 PLC的型号选择及硬件配置   13
3.3 FX2N-64MR主机外部电路设计   17
3.3.1 I/O地址分配    17
3.3.2 FX2N-64MR外部接线图  18
3.4 温度采集电路   18
3.4.1 热电阻传感器  19
3.4.2 FX2N-4AD-PT热电阻模块   21
3.4.3 报警电路  21
3.5 数码显示电路   22
3.6 拨码盘预置温度值  23
3.7 温度控制电路   24
第4章 系统软件设计   26
4.1 恒温控制过程的主程序分析设计  26
4.2 PID控制程序设计   26
4.3 数码显示的程序设计  29
4.4 系统调试   30
第5章 PLC应用中应注意的问题   32
5.1 工作环境及安装与布线  32
5.1.1工作环境  32
5.1.2 安装与布线   32
5.2 PLC的接地  33
5.3 外部安全电路   33
5.4 I/O端的接线  34
结 论   35
致 谢   36
参考文献   37
附录1系统电路图  38
附录2 程序清单  39

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