PLC在溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)中應(yīng)用

1、江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院西門子PLC課程設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 自動(dòng)化 班 級(jí)： 092 姓 名： 王曉燕 學(xué) 號(hào)： 02號(hào) 設(shè)計(jì)報(bào)告格式20分設(shè)計(jì)內(nèi)容60分10分10分總計(jì)得分封面3頁(yè)面布局5目錄格式3圖表質(zhì)量4間距、行距、字體6工藝過(guò)程分析8系統(tǒng)控制要求8I/O分配5設(shè)備選型5電氣原理圖系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)10動(dòng)手實(shí)踐能力10總印象評(píng)分10主電路8控制電路8外圍接線圖8 2012年06月第一章 PLC概況3第二章 工藝工程及控制要求4一、應(yīng)用背景與需求4二、PLC溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4三、PLC控制系統(tǒng)的構(gòu)成5第三章 相關(guān)設(shè)計(jì)說(shuō)明7一、PLC系統(tǒng)選型7二、電氣控制系統(tǒng)原理圖7三、主程序與梯形圖10五、

2、元件清單19六、程序流程圖20第四章 課程總結(jié)22課題: PLC在溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 第一章 PLC概況可編程控制器（programmable controller，PC），早期主要用于計(jì)數(shù)、定時(shí)以及開(kāi)關(guān)量的邏輯控制，為了和計(jì)算機(jī)（person controller）相區(qū)別，可把變成控制器縮寫為PLC（programmable logic controller）?！翱删幊炭刂破魇且环N數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算數(shù)操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程

3、?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)練成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！笨删幊炭刂破魇巧a(chǎn)力發(fā)展的必要產(chǎn)物?？删幊炭刂破髡Q生之前，工業(yè)電氣控制主要靠低壓電器構(gòu)成的繼電器接觸器電路，它是以接線邏輯實(shí)現(xiàn)控制功能的。這樣的控制設(shè)備一經(jīng)生產(chǎn)出來(lái)，功能就固定了，若要改變就必須改變控制器內(nèi)部對(duì)的硬件接線，使用起來(lái)不靈活，很麻煩?？删幊炭刂破髟谝?guī)模和功能上將向兩大方向發(fā)展：一是大型可編程控制器像高速、大容量和高功能方向發(fā)展，二是發(fā)展簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)的超小型可編程控制器。第二章 工藝工程及控制要求一、應(yīng)用背景與需求 在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)控制中，為了生產(chǎn)安全或?yàn)榱吮ＷC產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)于溫度，壓力，流量，成分

4、，速度等一些重要的被控參數(shù)，通常需要進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的控制，以反復(fù)提醒操作人員注意，必要時(shí)采取緊急措施。溫度是工業(yè)生產(chǎn)對(duì)象中主要的被控參數(shù)之一。本設(shè)計(jì)以一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)為例，來(lái)說(shuō)明PLC在模擬量信號(hào)監(jiān)測(cè)與控制中的應(yīng)用問(wèn)題。二、PLC溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)的要求系統(tǒng)要求：將被控系統(tǒng)的溫度控制在50度-60度之間，當(dāng)溫度低于50度或高于60度時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)調(diào)整3分鐘后仍不能脫離不正常狀態(tài)，則應(yīng)采用聲光報(bào)警，以提醒操作人員注意排除故障。系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)啟動(dòng)按紐-啟動(dòng)控制程序，設(shè)置綠，紅，黃3個(gè)指示燈來(lái)指示溫度狀態(tài)。被控溫度在要求范圍內(nèi)，綠燈亮，表示系統(tǒng)運(yùn)

5、行正常。當(dāng)被控溫度超過(guò)上限或低于下限時(shí)，經(jīng)調(diào)整3分鐘后仍不能回到正常范圍，則紅燈或黃燈亮，并有聲音報(bào)警，表示溫度超過(guò)上限或低于下限。如圖1-1 1-1圖 PLC溫度控制要求流程圖三、PLC控制系統(tǒng)的構(gòu)成在被控系統(tǒng)中設(shè)置4個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)，溫度信號(hào)經(jīng)變送器變成05V的電信號(hào)（對(duì)應(yīng)溫度0100度），送入4個(gè)模擬量輸入通道。PLC讀入四路溫度值后，再取其平均值作為被控系統(tǒng)的實(shí)際值。若被測(cè)溫度超過(guò)允許范圍，按控制算法運(yùn)算后，通過(guò)模擬兩輸出通道，向被控系統(tǒng)送出010V的模擬量溫度控制信號(hào)。PLC通過(guò)輸入端口連接啟動(dòng)按鈕，通過(guò)輸出端口控制綠燈的亮滅，通過(guò)輸出端口控制紅燈的亮滅，通過(guò)輸出端口控制黃燈的亮滅。系統(tǒng)

6、要求溫度控制在50度60度的范圍內(nèi)，為了控制方便，設(shè)定一個(gè)溫度較佳值（本題設(shè)為50度），并以此作為被控溫度的基準(zhǔn)值。另外，還需要設(shè)定輸出控制信號(hào)時(shí)的調(diào)節(jié)基準(zhǔn)量，正常情況下，輸出基準(zhǔn)量時(shí)被控制溫度接近較佳值。本例設(shè)定的基準(zhǔn)調(diào)節(jié)量相當(dāng)于PLC（輸出6V）。加熱爐一類的溫度控制對(duì)象，其系統(tǒng)本身的動(dòng)態(tài)特性基本上屬于一階滯后環(huán)節(jié)，在控制算法上可以采用PLD控制或在林算法。由于本系統(tǒng)溫度控制要求不高，為了簡(jiǎn)化起件，本例按P（比例）控制算法進(jìn)行運(yùn)算采樣調(diào)節(jié)周期高為1秒。實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)懶惰控制的過(guò)程包括：PLC投入運(yùn)行時(shí)，通過(guò)特殊輔助繼電器M71產(chǎn)生的初始化脈沖進(jìn)行初始化，包括將溫度較佳值和基準(zhǔn)調(diào)節(jié)存入有關(guān)數(shù)據(jù)

7、寄存器，使計(jì)時(shí)用的兩個(gè)計(jì)數(shù)器復(fù)位。按啟動(dòng)按鈕（X500），控制系統(tǒng)投入運(yùn)行。采樣時(shí)間到，則將待測(cè)的四點(diǎn)溫度值讀入PLC，然后按算術(shù)平均的辦法求出四點(diǎn)溫度的平均值Q。將Q與Qmax（溫度允許上限）比較，若也未低于下限，則說(shuō)明溫度正常，等待下一次采樣。若QQmax，進(jìn)行上限處理：計(jì)算Q與上限溫度偏差，計(jì)算調(diào)節(jié)量（比例系數(shù)設(shè)為2），發(fā)出調(diào)節(jié)命令，并判斷調(diào)節(jié)時(shí)間，若調(diào)節(jié)時(shí)間太長(zhǎng)，進(jìn)行聲光（紅燈亮）；若調(diào)節(jié)時(shí)間未到3分鐘，則準(zhǔn)備下次繼續(xù)采樣及調(diào)節(jié)。當(dāng)采樣溫度低于下限，即QQmax時(shí)，進(jìn)行下限處理：計(jì)算Q與下限溫度偏差，計(jì)算調(diào)節(jié)量，發(fā)出調(diào)節(jié)命令，并判斷調(diào)節(jié)時(shí)間，若調(diào)節(jié)時(shí)間太長(zhǎng)，進(jìn)行聲光（黃燈亮）；若調(diào)節(jié)時(shí)

8、間未到3分鐘，則準(zhǔn)備下次繼續(xù)采樣及調(diào)節(jié)。第3章 相關(guān)設(shè)計(jì)說(shuō)明一、PLC系統(tǒng)選型實(shí)驗(yàn)室選用主機(jī)為CPU222（8/6繼電器輸出）一臺(tái)，加上一臺(tái)擴(kuò)展模塊EM222（8繼電器輸出），再擴(kuò)展一個(gè)模擬量模塊EM235（4AI/1AO）。整個(gè)PLC系統(tǒng)的配置如圖3-1所示。 3-1 PLC系統(tǒng)選型圖二、電氣控制系統(tǒng)原理圖 電氣控制系統(tǒng)原理圖包括主電路圖，控制電路圖及PLC外圍接線圖。1） 主電路圖如圖3-2所示為電控系統(tǒng)主電路。一臺(tái)加熱器為M1。接觸器KM1控制著M1正常運(yùn)行，F(xiàn)R1為加熱器過(guò)載保護(hù)用的熱繼電器；QF1為斷路器；FU1為主電路的熔斷器，VVVF為單變頻器。 3-2電控系統(tǒng)主電路2） 控制電

9、路圖 如圖3-3所示： 3-3控制電路圖3） PLC外圍接線圖如圖3-4：3-4 PLC外部接線圖4) PLC布局圖如圖如圖3-5： 3-5 PLC布局圖三、主程序與梯形圖(1） 主程序OB1網(wǎng)絡(luò)1.總啟動(dòng)與總停止LD SM0.0A I0.0S Q0.1, 1網(wǎng)絡(luò)2.正常范圍顯示LD SM0.0AR>= VD40, 2.5S Q0.3, 1S M0.1, 1網(wǎng)絡(luò)3.調(diào)用子程序0以便控制LD I0.0S M0.0, 1CALL SBR_0網(wǎng)絡(luò)4.超過(guò)上下限啟動(dòng)定時(shí)器LD M0.0LDR< VD40, 2.5OR> VD40, 3.0ALDA M0.1TON T101, 1800

10、網(wǎng)絡(luò)5.定時(shí)到還不在規(guī)定范圍內(nèi)則報(bào)警.LD SM0.0A T101LPSAR> VD40, 3.0S Q0.2, 1S Q0.5, 1R Q0.3, 1LPPAR< VD40, 2.5S Q0.4, 1S Q0.5, 1R Q0.3, 1網(wǎng)絡(luò)6.正常情況下的指示LD SM0.0A I0.1R M0.1, 1R Q0.1, 1R Q0.2, 1R Q0.3, 1R Q0.4, 1R Q0.5, 1（2）子程序網(wǎng)絡(luò)1、設(shè)計(jì)PID參數(shù)LD M0.0MOVR 2.75, VD4MOVR 2.0, VD12MOVR 1.0, VD16MOVR 0.0, VD20MOVR 0.0, VD24M

11、OVB 100, SMB34ATCH INT_0, 10ENI網(wǎng)絡(luò)2、取實(shí)際溫度變量u 四溫度傳感器電壓值送內(nèi)存LD SM0.0MOVW AIW0, VW0MOVW AIW2, VW2MOVW AIW4, VW4MOVW AIW6, VW6u 溫度實(shí)際電壓值送內(nèi)存LD SM0.0MOVW VW0, VW8+I VW2, VW8MOVW VW4, VW10+I VW6, VW10MOVW VW8, VW12+I VW10, VW12MOVW VW12, VW14/I +4, VW14ITD VW14, VD40（3）中斷程序網(wǎng)絡(luò)1. 得到過(guò)程變量VD0LD M0.0CALL SBR_1MOVD

12、VD40, AC0DTR AC0, AC0/R 32000.0, AC0MOVR AC0, VD0網(wǎng)絡(luò)2.VB0號(hào)PID表LD SM0.0PID VB0, 0網(wǎng)絡(luò)3.PID調(diào)節(jié)輸出LD SM0.0MOVR VD8, AC0*R 32000.0, AC0ROUND AC0, AC0DTI AC0, VW40MOVW VW40, AQW0（4）梯形圖l 主程序l 子程序l 中斷程序 四、I/O地址分配控制系統(tǒng)的模塊號(hào),輸入/輸出端子號(hào),地址號(hào),信號(hào)名稱,說(shuō)明如表:模塊號(hào)輸入端子號(hào)輸出端子號(hào)地址號(hào)信號(hào)名稱說(shuō)明CPU2261I0.0總啟動(dòng)開(kāi)關(guān), 按扭1Q0.1加熱器輸出, 加溫2Q0.2紅燈,”1”有

13、效指示燈3Q0.3綠燈, ”1”有效指示燈4Q0.4黃燈, ”1”有效指示燈EM2221I0.1總停止開(kāi)關(guān), 按扭1Q0.5喇叭輸出, ”1”有效聲報(bào)警器EM2351AIW0遠(yuǎn)程電壓輸入12AIW2遠(yuǎn)程電壓輸入23AIW4遠(yuǎn)程電壓輸入34AIW6遠(yuǎn)程電壓輸入41AQW0遠(yuǎn)程電壓輸出1五、元件清單序號(hào)名稱地址注釋序號(hào)名稱地址注釋1總啟動(dòng)開(kāi)關(guān)I0.0上升沿有效14過(guò)程變量VD032BIT2總停止開(kāi)關(guān)I0.1上升沿有效15設(shè)定值VD432BIT3加熱器Q0.1“1”有效16偏差值VD832BIT4紅燈Q0.2“1”有效17增益VD1232BIT5綠燈Q0.3“1”有效18采樣時(shí)間VD1632BIT6

14、黃燈Q0.4“1”有效19積分時(shí)間VD2032BIT7喇叭Q0.5“1”有效20微分時(shí)間VD2432BIT8遠(yuǎn)程電壓輸入1AIW012BIT21積分前項(xiàng)VD2832BIT9遠(yuǎn)程電壓輸入2AIW212BIT22過(guò)程前值VD3232BIT10遠(yuǎn)程電壓輸入3AIW412BIT23運(yùn)行標(biāo)志M0.0“1”有效11遠(yuǎn)程電壓輸入4AIW612BIT24平均值VD4032BIT12電壓信號(hào)輸出1AQW012BIT25PID輸出VW4012BIT13PID表首地址VB08BIT26 六、程序流程圖 A）主程序圖 B)子程序0框圖 C)子程序1框圖 D)中斷程序框圖 第四章 課程總結(jié)通過(guò)這三周PLC課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，我學(xué)會(huì)了PLC的基本編程方法。對(duì)PL