基于plc温度控制系统的设计论文(编辑修改稿)

基于plc温度控制系统的设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

测是温度控制系统的一个很重要的环节 ，直接关系到系统性能。 在 PLC 温度控制系统中，温度的检测不仅要完成温度到模拟电压量的转换还要将电压转换为数字量送 PLC。 其一般结构如图 22 所示。 图 22 温度检测基本结构 温度传感器将测温点的温度变换为模拟电压，其值一般为 mA 级，需要放大为满足 A/D 转换要求的电压值。 然后送 PLC 的 A/D 转换模块进行A/D 转换，得到表示温度的电压数字量，再用软件进行标度变换与误差补偿，得到测温点的实际温度值。 本系统利用热电偶完成炉温检测（热端检测炉温，冷端置于 0℃温度南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 9 中）、 FX2N4AD 模块一个通道实现 A/D 转 换。 炉温检测与放大电路由热电偶、低通滤波、信号放大和零点迁移电路四部分组成。 其电路如 图 23所示。 热电偶和放大器原理及参数详见附录二。 图 23 炉温检测与放大电路 图中， R C1 完成低通滤波， R RP、 2CW51 组成零点迁移电路，炉温检测元件采用镍铬 — 镍铝热电偶，分度号为 EU2，查分度表可得，当温度为 0~700℃时，输出电势 iu 为 0~。 检测信号经二级放大后送FX2N4AD 模块，第一级放大倍数为 50，第二级放大倍数为 ，第二级放大还 完成 零点迁移，其输出电压 0u 为 )()(556 21210 uuuuKKu  式中， 2u 为零点迁移值。 根据设计要求，恒温值为 400~600℃，本系统选取测温范围为 280~700℃，将 280℃作为测温起点（零点）。 调整多圈电位器 RP，使 2u =50*=569mV，当炉温为 280℃时， iu =， 1u =569mV，于是 0u =0。 经零点迁移后，炉温为 280~700℃时， iu =~，0u =0~， A/D 转换后的数字量为 0~2047。 过零检测电路 按设计要求，要求过零检测电路在每个电源周期开始时产生一个脉冲，作为触发器的同步信号，其设计电路如 图 24（ a） 所示。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 10 图 24（ a） 过零检测电路 图中， GND 为 +5V电源地， LM339 为过零比较器 .LM339 集成块内部装有四个独立的电压比较器，共模范围很大；差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压。 二极管用作 LM339 输入保护。 电路的工作波形如 图 24（ b）所示。 图 24（ b） 过零检测电路的工作波形图 晶闸管电功率控制电路 晶闸管是晶体闸流管的简称，也叫可控硅。 它是一种半控型器件，是一种可以利用控制信号控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件。 它的关断完全是由其在主电路中承受的 电压和电流决定的。 也即说，若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加反向电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近零的某一数值以下。 晶闸管控制电热元件消耗的电能有两种方法，一是采用移相触发控制输入电压的大小，二是采用过零触发控制输入电压加到电热元件上的周波数。 由于移相触发控制会产生较大的谐波干扰信号“污染”电网，因此采用过零触发控制。 又由于本电路所控制的电阻炉只有一根电阻丝，功率也不大，因此，本系统采用单相电源供电，电源的通断由二个晶闸管反并控制，如 图 25 所示。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 11 图 25 电功率控制电路 这种控制方法的原理是：各晶闸管的触发角α恒为 0186。 ，使得一个周期内电源均加在电热元件上，通过控制一个控制周期内晶闸管导通周波数，就可控制电热元件消耗的电能。 根据电热炉的数字模型可知，温度的增量与它消耗的电能成正比，而电热炉消耗的电能与晶闸管导通周波数成正比，因此，晶闸管导通周波数 n 与控制输出控制量 u（ k）的关系为 n=K*u(k) 式中， K= maxn / maxtu 为比例系数（约为 1）， m a x n 为一个控制周期内的电源周波数，温度偏差不同，则 u（ k）、 n 不同，电热炉消耗的电能亦不同，达到了根据温度偏差调节输入电能，保证炉温按要求变化的目的。 晶闸管由正向导通到关断时，由于空穴积蓄效应，晶闸管反向阻断能力的恢复需要一段时间。 在这段时间里，晶闸管元件流过反向电流，接近终止时， ti dd 很大，它与线路电感共同作用产生的电压 L* ti dd 可能损坏晶闸管，必须采取保护措施，在晶闸管两端并联阻容吸收装置。 设计电路中的元 器件的选择如下： （ 1） R 和 C 的选择 阻容吸收装置的参数按晶闸管 ITN根据经验值选取为： R=80Ω C= F 电容 C 的交流耐压为： VUU mCN  电阻 R 的功率应满足： WXR RUP CR )(80 8022020*10 262 222 2    实选电容 F/630V 一只，电阻 80Ω / 一只。 （ 2）快速熔断器 FU 的选择 快速熔断器是专门用来保护晶闸管的，其熔体电流 FUI 按下式选取： 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 12 TNFU II  式中， 5/6 为修正参数，为保证可靠与选用方便，一般取 TNFU II 。 实选熔体额定电流为 20A 的 RLS50 螺旋式快速熔断器二只，分别与二只晶闸管串联，其额定电压为 500V。 （ 3）晶闸管的选择 电阻炉的额定功率为 4KW，电源电压为 220V，故负载电流 IL=。 由于每个晶闸管只导通半个电源周波且本系统采用过零触发（α =0176。 ），流过每个晶闸管的平均电流为。 关断时，承受正反向峰值电压为V2220 ，考虑到晶闸管的过载能力 小及环境温度的变化等因素，晶闸管的额定电流 TNI 应为： AII LTN ~)2~(  额定电压 TNU 应为： VU TN 9 3 3~6 2 222 2 0)3~2(  根据以上计算，主回路的二只晶闸管选择为 KP2010(参数为： 20A，1KV， ， 3V) 脉冲输出通道 由于 PLC 有很强的抗干扰性和可靠性，且 FX2N48MR001为继电器输出 —— 2A/1 点（ KP2010晶闸管的触发电流和电压分别为 和 3V），因而 FX2N48MR001 的输出点能可靠地触发晶闸管导通，而无须设计光电隔离和功率放大。 脉冲输出通道电路如 图 26 所示。 图 26 脉冲输出通道 图中，初始时， Y0 和 Y1 都为低电平，当系统检测到从 X0输入的同步信号为高（低）电平时， Y0（ Y1）由低电平变高电平，输出电流值为 2A 的触发电流，去触发晶闸管 VT1（ VT2）导通；当 X0 从高电平变低电平（从低电平变高电平）时， Y0（ Y1）脉冲结束，电路恢复为初态。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 13 报警指示与显示电路 按设计要 求，报警指示电路设计了一个恒温指示（绿灯）灯、故障报警（红灯）和输入出错报警（黄灯），完成指示、报警功能。 显示电路由Y10~Y23 经过三个 BCD七段共阴数码管译码器 74LS248，外接三个七段LED 数码管（带）完成显示功能。 设计电路如图 27 所示。 图 27 报警指示与显示电路 复位电路 复位电路由一个开关 SB12 完成开 /关功能，当按下开关 SB12 时系统启动，正常运行，执行任务；当断开 SB12 时，系统停止运行，不执行任何任务。 设计电路如图 28 所示。 图 28 复位电路 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 14 第三章 系统软件设计 PLC 程序输入可以通过手持编程器、专用编程器或计算机完成。 但由于手持编程器在程序输入或阅读理解分析时比较烦琐；专用编程器价格高，通用性差，而计算机除了可以进行 PLC 的编程外，还可作为一般计算机的用途，兼容性好，利用率高。 因此，利用计算机进行 PLC 编程和通信更具优势。 本次软件设计即是利用计算机编程，在三菱 PLC 编程软件Fxgpwin 下完成程序编写和通信。 编程与通信软件的使用 三菱 FX系列 PLC通信软件名称为 Fxgpwin，它供对 FX0/FX0S、 FXFX2/FX2C、 FX1S、 FX1N 和 FX2N/FX2NC 系列三菱 PLC以及监控 PLC 中各软元件的实时状态。 它的运行环境为 或 window95 以上的版本，其具体应用说明如下。 （ 1）编程 •双击 图标，即可进入编程环境。 •首先打开 File（文件）菜单下的 New（新文件）子菜单，选择 FX2N PLC型号，进入程序编制环境。 （若想打开已有文件，打开 File（文件）菜单下的 Open（打开）子菜单，选择正确的文件和 PLC 型号后，按回车键即可。 ） •采用梯形图编写程序：打开 View（视图）菜单，选中 Ladder view（梯形图）子菜单。 然后选择 View（视图）菜单中的 Tool bar（工具栏）、Status（状态栏）、 Function bar（功能键）和 Palette（功能图）四栏。 •梯形图中的软元件的选择既可通过以上 Function bar（功能键）和Palette（功能图）完成，也可通过 Tool bar（工具栏）完成。 •使用 Edit（编辑）菜单下的 Cut（剪切）、 Undo（撤消键入）、 Paste（粘贴）、 Copy（复制）和 Delete（删除） 等栏目，可对软元件进行剪切、复制和粘贴等操作。 （ 2）程序检查。 双击 Option（选项）菜单下的 Program Check（程序检查），进入程序检查环境，即可对程序进行检查，包括三项：检查软元件有无错误、检查输出软元件和检查各回路有无错误。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 15 （ 3） PLC 程序下载 正确连接好编程电缆，打开编程界面的 PLC菜单下的 Ports(端口设置 )选择正确的串行口、传送频率后，按 OK。 打 开 PLC 菜单下的transferswrite(写出 )，输入程序步数，按确定即可下载程序到 PLC 上。 （ 4） PLC 运用和停止 下载完 程序，把 PLC 机上的开关拨向 RUN/STOP，或打开 PLC 菜单下的 Remote Run/Stop(遥控运行 /停止 )栏目，即可运行 /停止 PLC。 （ 5）软元件监控 打开 Monitor/Test（监控 /测试）菜单下的 Entry device monitor（进入元件遥控），选择所要的监控的软元件，即可监控各软元件。 （ 6）程序打印 打开 File（文件）菜单下的 Page Setup（页面设置）子菜单即可进行编程页面设置。 打开 File（文件）菜单下的 Printer Setup（打印机设置）子菜单即可进行打印设置。 （ 7）退出主程序 打开 File（文件）菜单下的 Exit（退出）子菜单或按右上角的“ X”按键，即可退出主程序。 程序设计 本设计系统采用三菱 FX 系列 PLC 控制。 其输入、输出地址表如表 26所示。 另外，内存分配如表 31 所示： 表 31 内存分配表 内存器 特定意义 内存器 特定意义 D0 A/D 转换数字量结果 D30 u(k) D4 温度给定值 Q0 D31 u(k1) D5 炉温 Q D32 e(k) D25 触发周波数 n D33 e(k1) D26 晶闸管允许触发标志 D34 e(k2) D27 采样周期计数器 D35 pK D100~D121 数据缓冲区 D36 dK D29 断偶计数器 D37 iK D38 十键输入指定存储元件 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 16 系统程序流程图 系统程序流程图如图 31 所示。 Y N Y N。