基于plc温度控制系统的设计本科毕业设计论文(编辑修改稿)

基于plc温度控制系统的设计本科毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

56 I7XX M8057 I8XX M8058 表 22 输入中断标号指针表 输入编号 指针编号 中断禁止特殊辅助继电器 上升中断 下降中断 X0 I001 I000 M8050 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 5 X1 I101 I100 M8051 X2 I201 I200 M8052 X3 I301 I300 M8053 X4 I401 I400 M8054 X5 I501 I500 M8055 注： M8050~M8058=“ 0”表允许； M8050~M8058=“ 1”表禁止。 FX2N4AD 特殊功能模块 FX2N4AD为模拟量输入模块 ,有四个模拟量输入通道（分别为 CHCH CH3和 CH4），每个通道都可进行 A/D转换，将模拟量信号转换成数字量信号 ，其分辨率为 12位。 其模拟量输出性能如表 23所示。 表 23 模拟量输出性能表 项 目 电压输入 电流输入 电压或电流输入的选择基于对输入端子的选择，一次可使用 4个输入点 模拟量输入范围 DC ： 10～ +10V（输入电阻 200KΩ ） （注意：若输入电压超过177。 15V，单元会被损坏） DC ： 20～ +20mA（输入电阻 250Ω ） （注意：若输入电流超过177。 32mA，单元会被损坏） 数字输出 12位的转换结果以 16位二进制补码方式存储（ 2048~+2047） 分辨率 5mV 20μ A 总体精 度 177。 1%（对于 10～ +10V范围） 177。 1%（对于 20～ +20mA范围） 转换速度 15ms/通道（常速） 6ms/通道（高速） 所有数据转换和参数设置的调整可通过 FROM/TO指令完成。 同时在编程过程中重点用到了 BFM数据缓冲存储器，具体分布情况如表 24所示。 表 24 BFM 数据缓冲存储器分布表 BFM编号 内容 0 通道初始化，缺省值 =H0000 1 通道 1 存放采样值（ 1～ 4096），用于得到平均结果。 缺省值南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 6 2 通道 2 设为 8（正常速度），高速操作可选择 1 3 通道 3 4 通道 4 5 通道 1 缓冲器 5～ 8独立存储通道 CH1～ CH4平均输入采样值 6 通道 2 7 通道 3 8 通道 4 9 通道 1 这些缓冲区用于存放每个输入通道读入的当前值 10 通道 2 11 通道 3 12 通道 4 13~14 保留 15 选择 A/D转换速度 设 0，则选择正常速度， 15ms/通道（缺省） 设 1，则选择高度， 6ms/通道 BFM B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 16~19 保留 20 复位到缺省值和 预设，缺省值 =0 21 禁止调整偏差、增益值，缺省值 =（ 0， 1）允许 22 偏移，增益调整 G4 O4 G3 O3 G2 O2 G1 O1 23 偏移值，缺省值 =0 24 增益值，缺省值 =5000 25~28 保留 29 错误状态 30 识别码 31 不能使用 通道选择：在 BFM0中写入十六进制 4位数字 HXXXX进行 A/D模块的初始化，最低位数字控制 CH1，最高位数字控制 CH4，各位数字的含义如下： X=0时设定输入范围为 10V～ +10V； X=1时，设定输入范 围为 +4mA～ +20mA；X=2时，设定输入范围为 20mA～ +20mA； X=3时，关断通道。 另外， BFM29 的状态信息设置如表 25 所示。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 7 表 25 BFM29 的状态信息设置 29 缓冲器位 ON OFF B0：错误 当 b1~b4 为 ON 时，b0=ON 若 b2~b4 任意一位 为ON， A/D 转换器的所有通道停止 无错误 B1：偏移量与增益值错误 偏移量与增益值修正错误 偏移量与增益值正常 B2：电源不正常 24VDC 错误 电源正常 B3：硬件错误 A/D 或其他硬件错误 硬件正常 B10：数字范围错误 数 字输出值 小于 2048或大于 +2047 数字输出正常 B11：平均值错误 数 字 平 均 采 样值 大 于4096 或小于 0（使用 8位缺省值） 平均值正常（ 1~4096） B12：偏移量与增益值修正禁止 21 缓 冲 器 的 禁 止 位（ b1,b0）设置为（ 1， 0） 21 缓冲器的（ b1,b0）设置为（ 0， 1） 硬件电路设计 根据系统总体方案，设计系统的 I/O 地址分配如表 26 所示。 表 26 输入、输出信号 I/O 地址表 输入地址 功能说明 输出地址 功能说明 X0 电源周波信号输入端 Y0 VT1 触发脉冲（电源正半波） Y1 VT2 触发脉冲（电源负半波） X1 温度给定允许 Y4 恒温完成指示信号 X2 启动 /关闭 Y5 断偶报警 X10~X21 SB2~SB11 Y6 温度给定超出范围报警 Y10~Y23 12 位 8421（三组） BCD 码输出 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 8 温度值给定电路 按设计要求，共设计了十个开关按键，作为温度给定值的输入端口，接收十进制数。 给定值范围为 280~700℃ ，若输入值超过给定值范围，系统会发出报警信号（亮红灯）。 设计电路如图 21 所示： SB1 为温度值输入允许， SB2~SB11 分别表示十进制数 0~9。 先按下温度值给定允许开关 SB1，然后再输入给定温度值，先按下的数字为高位上的数值，后按下的数字为低位上的数值。 比如，先后按下开关 SB SB2 和 SB2，则表示给定温度值为 300℃，并送 PLC 数据寄存器保存。 图 21 温度值给定电路 温度检测电路 温度检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）， ma xn 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 80220xx*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。