基于plc的恒温控制系统

基于plc的恒温控制系统内容摘要：

控制器。 CPU222 集成 8 输入 /6输出共 14 个数字量 I/O 点。 可连接 2个扩展模块。 6K字节程序和数据存储空间。 4个独立的 30kHz 高速计数器， 2 路独立的 20kHz 高速脉冲输出。 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。 非常适合于小点数控制的微型控制器。 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 端子排可很容易地整体拆卸。 是具有较强控制能力的控制器。 CPU226 集成 24 输入 /16 输出共 40个数字量 I/O 点。 可连接 7个扩展模块，最大扩展至 248 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。 2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端子排可很容易地整体拆卸。 用于较高要求的控制系统，具有更多的输入 /输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。 可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。 10 根据控制要求本设计有系统开关、上下液位开关搅拌电机开关等开关量要转变为数字量作为 CPU226 的输入量 ， 其中流量检测量与温度检测量作为模拟量输入输入到 CPU226； 同时系统中的电机及指示灯、温度显示等作为 数字量 输出 量 ，电机热控制信号作为模拟量输出。 而在已有的 S7200 的 CPU 中没有可以单独满足系统要求的型号，不管选用哪种型号都需要 对其输入 \输出端口进行扩展。 为了使系统设计的尽量简单、方便、实用，本设计选用 CPU226。 CPU226 拥有 24个数字输入端口和 16 个数字输出端口，因此只需要对其扩展 4 个模拟输入端和一个 模拟输出端口。 PLC的系统组成如图 24 所示。 图 24 系统结构模块图 模拟量模块选择 西门子 S7200 提供有 EM23 EM232 以及 EM235 三种模拟扩展模块。 EM231 可扩展 4 路模拟量输入通道， A/D 转换时间为 25μ s， 12 位； EM231还有专门的热电偶、热电阻模块是为 CPU222， CPU224， CPU226 设计的， S7200与多种热电偶、热电阻的连接备有隔离接口。 用户通过模块上的 DIP开关来选择热电偶或热电阻的类型，接线方式，测量单位和开路故障的方向。 EM232 可扩展2路模拟量输出通道。 EM235 可扩展 3路模拟量输入通道和 1路 量输出通道。 按照输入 \输出端口点数我们应当用 EM235 对 CPU 进行扩展。 EM235 能够接受电压或者电流信号， 如果 EM235 剩了 AI 点来接 PT100，而且EM235 的 AO点没有占用， 可以直接采用 EM235。 把 EM235 的输出 AO点当作一个恒流源 ，把此恒流源接到 PT100 上， PT100 的 四线做两线接到 EM235。 具体程序中间的转换一定要算仔细， 不然采集值就容易算错。 电流不能过大，否则容易损 11 坏 PT100。 这种接法比较浪费，用 EM231模块 比较好。 经济实惠，编程 方便 PT100温度传感器检测到的模拟信号通过变送器进行信号转换后送传给 EM321。 EM231具有 4个模拟量输入通道。 刚好满足本设计模拟量输入要求。 再通过 EM232 与电阻加热器连接，将检测到的流量信号送到 CPU，进而对 CPU226 的模拟输出量进行了扩展。 因此本设计采用 EM231 对 CPU226 进行 4路模拟量输入模块扩展，采用 EM232对 CPU226 进行 1路模拟量输出量扩展。 其他硬件选择 本设计可以分为核心处理系统、温度监控系统、伺服系统、数码显示装置四大组成部分。 对于除了核心处理系统之外的硬件选择，可以按照个大部分归类选择。 (1)温度监控部分 温度监控部分组成有温度传感器，变送器，信号隔离器 ； 温度传感器： 两种不同材质的导体，如在某点互相连接在一起，对这个连接点加热，在它们不加热的部位就会出现电位差。 这个电位差的数值与不加热部位测量点的温度有关，和这两种导体的材质有关。 这种现象可以在很宽的温度范围内出现，如果精确测量这个电位差， 再测出不加热部位的环境温度，就可以准确知道加热点的温度。 由于它必须有两种不同材质的导体，所以称之为 “ 热电偶 ”。 不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围，它们的灵敏度也各不相同。 热电偶的灵敏度是指加热点温度变化 1℃ 时，输出电位差的变化量。 对于大多数金属材料支撑的热电偶而言，这个数值大约在 5～ 40微伏／ ℃ 之间。 温度传感器是五花八门的各种传感器中最为常用的一种，现代的温度传感器外形非常得小，这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中，也为我们的生活提供了无数的便利和功能。 温 度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏 电阻、电阻温度检测器和 IC 温度传感器。 IC 温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。 接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。 温 度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。 一般测量精度较高。 在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。 但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。 它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。 在日常生活中人们也常 常使用这些温度计。 随着低温技术在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究，测量 120K以下温度的低温温度计得到了发展，如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温 12 度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。 低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。 利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件，可用于测量 ～300K 范围内的温度。 PT100 温度传感器 可以适应大部分温度检测要求，性能良好。 PT100，又叫铂电阻，热电阻，是一种温度传感器，铂电阻温度系数为 ／ ℃ ， 0℃ 时电阻值为 100Ω ，电阻变化率为 ℃。 采用不锈钢外壳封装，内部填充导热材料和密封材料灌封而成，尺寸小巧，适用于精密仪器、恒温设备、流体管道等温度的测量，非常经济实用。 铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区（ 200℃ ～ 400℃ ）最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计。 本设计中将此感器安装在恒温水箱以及回流管等各个部位，对水温进行监测。 并且将检测结果反 馈到主机，再由主机做出相应动作。 本设计选用 PT100 温度传感器。 温度变送器 是 通过确认阻值的不同计算出当前的温度 ,再根据热电阻的量程变送输出对应的标准 信号值 (420mA）即： 温度变化 → 热电阻阻值变化 → 温度变送器进行计算 → 输出 4~20mA 信号 再 通过确认变送器输出的电流大小就可以知道当前的温度值。 WRZ 系列一体化温度变送器是热电阻、热电偶与变送器的完美结合，以十分简捷的方式把 200～ 1300℃ 的温度信号转换为标准 4～ 20mA 电流信号实现对温度精确测量与控制。 WRZ 温度变送器可与显示仪、控制系统、 记录仪等调节器配套使用，并被广泛应用于石油、化工、发电医药、纺织、锅炉等工业领域。 本设计采用 WRZ 系列一体化温度变送器。 信号隔离器， 在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构，它们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、微安级的小信号，又有几十伏，甚至数千伏、数百安培的大信号；既有低频直流信号，也有高频脉冲信号等等，构成系统后往往发现在仪表和设备之间信号传输互相干扰，造成系统不稳定甚至误操作。 出现这种情况除了每个仪表、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响外，还有一个十分重要的因素就是由 于仪表和设备之间的信号参考点之间存在电势差，因而形成 “ 接地环路 ” 造成信号传输过程中失真。 因此，要保证系统稳定和可靠的运行， “ 接地环路 ” 问题是在系统信号处理过程中必须解决的问题。 隔离器又名信号隔离器 ,是一种采用线性光耦隔离原理 ,将输入信号进行转换输出。 输入 \输出和工作电源三者相互隔离 ,特别适合与需要电隔离的设备仪表配用。 是工业控制系统中重要组成部分。 在各个过程环路中使用信号隔离办法可以用 DCS或 PLC等隔离卡件或者现场 13 带隔离的变送器（部分设备可以做到），也可以使用信号隔离器来实现。 比较起来，用信号隔离器 RZG2100 有以下优点： ● 绝大部分情况，采用信号隔离器 +非隔离卡件比采用隔离卡件便宜。 ● 信号隔离器比隔离卡件在隔离能力、抗电磁干扰等方面性能更加优越 ● 信号隔离器应用灵活，而且它还有型号转换和 信号分配功能，使用起来更加方便。 ● 信号隔离器通常有单通道、双通道、一入二出等通道形式，通道间相互完全独立，构成系统的配置、日常维护更加方便。 输出电流 010mA； 020mA； 所以本设计选用 RZG2100隔离变送器。 (2) 伺服系统 伺服系统由液位开关、搅拌电机、电加热装置、风扇电机、流量检测计和电磁阀构成。 液位开关， 当浮球因浮力作用而上下运动时，接线盒内的磁簧开关受到臂端磁铁影响，而作 NC接点与 NO接点之互换。 同样地原理运用在微动开关装置上，微动开关前之磁铁和臂端磁铁作互斥运动而推压微动开关，造成 NC和 NO动作。 具有耐高、低温，耐酸、碱等优良性能。 本设计选用 EAL200 型浮球液位开关。 搅拌电机，当系统对恒温水箱加水、放水或者加热时，都应当启动搅拌电机使水箱内水的温度保持均匀。 由于恒温水箱容量不大，所以选择小功率搅拌电机。 本设计选用 20V 60W 调速搅拌电机。 电加热装置， 加 热电阻器是利用电阻通电发热加热指定物体的电器 .工作原理是利用电阻通电产生热量 .但是加热电阻器有温控电路 、 传感器 等。 当水箱内的水被检测出低于要求水温时，启动电加热装置对水箱内的水进行加热，直到达到控制要求水温。 本设计选用功率为 的加热电阻器，温度范围为 20~100℃加热电阻。 风扇电机，当水箱内水温过高，水箱放水经过回流管，由安装在回流管的风扇电机对回流管中的水进行吹风降温后，再回流到恒温水箱中。 本设计选用 220V 60W 风扇 电机。 流量检测计， 差压式流量计 (以下简称 DPF 或流量计 )是根据安装于管道 中流量检测件产生的差压、已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来测量流量的仪表。 DPF 由一次装置 (检测件 )和二次装置 (差压转换和流量显示仪表 )组成。 通常以检测件的型式对 DPF 分类，如孔扳流量计、文丘里管流量计及均速管流量计等。 二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计，差压变送器和流量显示及计算仪表，它已发展为三化 (系列化、通用化及标准化 )程度很高的种类规格庞杂的一大类仪表。 差压计既可用于测量流量参数，也可测量其他参数 (如压力、物位、密度等 )。 本设计通过流量计对水流进行检测，进而控制。 14 传统的一体化 差压式流 量 计只是简单的将节流器件好差压变送器装在一起，但仍要单独安装变送器 /流量积算仪，因此不能算是真正的多参数变送器， V10F差压式流量 计可同时测量压力、温度的复合式传感器，并带有流量计算的补偿计算功能。 一台多参数变送器可替代差压、压力、温度、积算仪表。 可直接输出质量或体积流量。 V10F 差压式流量 计具有以下优点。 可根据不同的应用选择不同的节流器件；宽量程比，精度高；即时即用，无需标定；多参数同时显示 \输出；通过现场总线提供远程操作；预测式故障诊断； DCS 和 PLC的理想选择；采购和安装费用低。 标准供电， DC24V。 输出信号为 4~20mA。 本设计选用 V10F 差压式流量 计。 电磁阀， 电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油刚的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。 这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。 Z3CF 三位常开电磁阀电压规格 为 ， 具有微启，全开和关闭三种流量 ； 控制精度高参 数要求平稳 ，动作开关时间短。 本设计选用 Z3CF 三位常开电磁阀。 （ 3）数码显示装置 数码显示装置有许多种， HLP2 型数码显示表 PLC 专用数显表 可通过两个 PLC输出端口接收所有 PLC 发出的数据。 可以再 P。