基于plc的水箱温度控制系统

基于plc的水箱温度控制系统内容摘要：

条数。 6） 由于采用集中采样。 集中输出 的方式。 存在输入 /输出滞后的现象，即输入 /输出响应延迟。 （ 2） PLC 与继电器控制系统、微机区别 1） PLC 与继电器控制系统区别 前者工作方式是 “ 串行 ” ，后者工作方式是 “ 并行 ”。 前者用 “ 软件 ” ，后者用 “ 硬件 ”。 2） PLC 与微机区别 前者工作方式是 “ 循环扫描 ”。 后者工作方式是 “ 待命或中断 ”。 PLC 编程方式 PLC 最突出的优点采用 “ 软继电器 ” 代替 “ 硬继电器 ”。 用 “ 软件编程逻辑 ” 代替“ 硬件布线逻辑 ”。 PLC 编程语言有梯形图、布尔助记符语言，等等。 尤其前两者为常用。 梯形图语言 特点： （ 1） 每个梯形图由多个梯级组成。 （ 2） 梯形图中左右两边的竖线表示假想的逻辑电源。 当某一梯级的逻辑运算 结果是“ 1”，有假想的电流流过。 （ 3） 继电器线圈只能出现一次，而它的常开、常闭触点可以出现无数次。 （ 4） 每一梯级的运算结果，立即被后面的梯级所利用。 （ 5） 输入继电器受外部信号控制。 只出现触点，不出现线圈。 PLC的控制系统发展趋势 （ 1） PLC 发展的潮流 目前， 国 外 PLC 制造商不断推出新产品。 西门子最初推出 S5 系列，然后推出 S7系列；三菱开始是 F系列， FX系 列，现在是 Q 系列（ A A A2X）。 大趋势是功能越来越多，集成度越来越高，网络功能越来越强。 特别是网络，因为联 网是一个大潮流。 现在各种 PLC 都在发展自己的网络，一般从结构上有两种，一种在 PLC 模块上做了一个通信输出口，可以直接与计算机联接实现点对点通信（ RS232 联接）；另一种是通过多点联接（ RS485 联接），这适用于多层 PLC。 这方面，西门子的产品具有代表性，它具 毕业设计论文 4 有自己的 PROFIBUS 协议的网络标准，现在已经被世界上绝大多数国家接受，几乎已经成为国际标准，获得广泛的应用。 目前网络是一个发展趋势。 网络的控制中心一般有两台计算机，通过电缆与现场的 PLC 站相连，每个站就放在被控设备的附近，从设备到 PLC站之间的电缆很短，从 PLC 站到控制中心只需一根电缆线，这样成本就大大降低了。 （ 2） PLC 的最新发展动态 一是 PLC 网络化技术的发展，其中有两个趋势，一方面， PLC 网络系统已经不再是自成体系的封闭系统，而是迅速向开放式系统发展，各大品牌 PLC 除了形成自己各具特色的 PLC 网络系统，完成设备控制任务之外，还可以与上位计算机管理系统联网 ， 实现信息交流 ， 成为整个信息管理系统的一部分。 另一方面，现场总线技术得到 广泛的采用，PLC 与其他安装在现场的智能化设备，比如智能化仪表，传感器，智能型电磁阀，智能型驱动执行机构等，通过一根传输介质（比如双绞线，同轴电缆，光缆）连接起来，并按照同一通信规约互相传输信息，由此构成一个现场工业控制网络，这种网络与单纯的 PLC远程网络相比，配置更灵活，扩容更方便，造价更低，性能价格比更好，也更具开放意义。 二 是 PLC 向高性能小型化发展。 PLC的功能正越来越丰富，而体积则越来越小。 比如三菱的 FX1S 系列 PLC，最小的机种，体积仅为 6090 75mm ，相当于一个继电器，但却具有高速计 数、斜坡、交替输出及 16位四则运算等能力，还具有可调电位器时间设定功能。 PLC 已不再是早期那种只能进行开关量逻辑运算的产品了，而是具有越来越强的模拟量处理能力，以及其他过去只有在计算机上才能具有的高级处理能力，如浮点数运算，PID 调节，温度控制，精确定位， 步进驱动，报表统计等。 从这种意义上说， PLC 系统与DCS（集散控制系统）的差别已经越来越小了。 用 PLC 同样可以构成一个过程控制系统。 PLC 控制系统的构成设计原则及步骤 PLC的设计原则 1）硬件设计： 硬件设计内容： PLC 机型的选择 ； 输入 /输出设备的选择 ； 图样（如接线图等）绘制 ； 硬件设计应遵循的原则： （ 1）经济性 （ 2） 可靠性 （ 3）先进性及可扩展性 2） 软件设计： 软件就是编写满足生产控制要求的 PLC 用户程序，即绘制梯形图，或编写语句表。 毕业设计论文 5 软件设计原则： （ 1）逻辑关系要简单明了，易于编程 ； 如继电器的触点可以使用无数次，只要在实现某个逻辑功能所需要的地方，可以随时使用，使得编制程序具有可读性，但要避免使用不必要的触点。 （ 2）保证程序功能的前提下尽量减少指令和程序的运行时间。 PLC的设计步骤 PLC 系统设 计的一般方法和步骤 如图 1－ 1所示 ： 图 1－ 1 PLC的设计流程 （ 1）确定方案： 被空对象环境较差，系统工艺复杂，考虑用 PLC 控制系统。 控制很简单，可以考虑用继电器控制系统。 用 PLC 控制，首先要了解系统的工作过程及所有功能要求，从而分析被控对象的控制过程，输入 /输出量是开关量还是模拟量，明确控制要求，绘制系统流程图。 （ 2）选择 PLC 的机型： PLC 的可靠性上是没有问题的，机型的选择主要是考虑功能上满足系统要求。 机型的选择依据：控制对象的输入量， 输出量工作电压输出功率现场对系统的响应速度要求控制室与现场的距离等。 程序设计与调试 分析生产过程，明确设计要求 电器电路设计 试运行 绘制系统原理图 选择 PLC 的型号 总装调试 毕业设计论文 6 （ 3）选择 I/O 设备，列出 I/O地址分配表： 输入设备：控制按钮、行程开关、接近开关等。 输出设备：接触器、电磁阀、信号灯等。 确定输入 /输出设备的型号和数量。 列写输入 /输出设备与 PLC的 I/O 端口地址对照表，绘制接线图及编写程序。 分配 I/O 地址时应注意以下几点：把所有按钮、行程开关等集中配置，按顺序分配I/O 地址 ； 每个 I/O 设备占用地址 ； 同一类型的 I/O 点应尽量安排在同一个区。 彼此有关的输出器件，如电动机的正反转，其输出地址应连续分 配。 1）绘制电动机的主电路及 PLC外部的其它控制电路图。 2）绘制 PLC的 I/O 接线图。 注：接在 PLC 输入端的电器元件一律为常开触点，如停止按钮等。 3）绘制 PLC及 I/O 设备的供电图。 输入电路一般由 PLC 内部提供电源，输出电路根据负载的额定电压外接电源。 （ 4）设计电气线路图： （ 5）程序设计与调试 程序设计可以用经验设计或者功能表图设计法，或两者结合使用。 （ 6）总装调试： 接好硬件线路，把程序输入 PLC 中，联机调试 毕业设计论文 7 2 硬件设计 工作过程 （ 1） 打开 SV1 充 冷水，当水到达上限位 ， 使上限位传感器输出有信号时，停止供冷水，关闭 SV1。 （ 2） 当水到达下限位时，启动加热器 H，让其加热水，同时让搅拌电动机 M 开始运行，使水的温度均匀上升。 （ 3） 设定给定温度值为 60℃。 （ 4） 当实际温度 高于 60℃ 时，开通 SV1 和 SV2，并运行搅拌电机 M；当实际温度 低于 60℃ 时，开通加热器 H并运行搅拌电机 M。 以此进行循环。 （ 5） 当水低于下限位传 感 器时，报警灯亮。 人工按下停止按钮， 重 新开始启动。 图 2－ 1 实验水箱温度控制系统符号 描述 I/O地址分配 根据图 21 及以上 工作过程分析，统计控制系统的输入输出信号的名称、代码及地址编号，如表 21 所示。 水位上下限位信号分别为 、 ,它们在水淹没时为 1，露 毕业设计论文 8 出时为 0。 表 2－ 1 I/O分配 名称 符号 地址编号 输入信号 启动按钮 QS2 停止按钮 QS1 水池水位上限信号 SLH 水池水位下限信号 SLL 热继电器信号 QS 铂电阻信号 AI4 AIW0 输出信号 控冷水电磁阀 SV1 控热水电磁阀 SV2 搅拌电机 M 报警指示灯 HL 加热器 H AQ PID输出模拟信号 A00 AQW0 从上面分析可以知道，系统共有 5个开关量输入点， 4个开关量输出点， 1 个模拟量输入点， 1个模拟量输出点。 参照西门子 S7200 产品目录及市场实际价格，选用主机为CPU224(14 入 /10继电器输出 )一台，再扩展一个模拟量模块 EM235(4AI/1AO)。 这样的配置是最经济的。 整个 PLC 系统的配置如图所示。 主机单元 CPU224 AC/DC/继电器 模拟量单元 EM235 4AI/1AO 图 2－ 2 恒温水箱的 PLC系统的配置 CPU224 CPU224 集成 14 输入／ 10 输出共 24 个数字量 I／ O 点。 可连接 7 个扩展模块，最大扩展至 168 路数字量 I／ O 点或 35 路模拟量 I／ O 点。 13K 字节程序和数据存储空间。 6个独立的 30KHz高速计数器， 2路独立的 20KHz高速脉冲输出，具有 PID控制器。 1个 RS485通讯／编程口，具有 PPI 通讯协议、 MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。 I／ O 端子排可。