基于PLC温度检测与控制系统的设计.pdf

该【基于PLC温度检测与控制系统的设计 】是由【青山代下】上传分享，文档一共【25】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【基于PLC温度检测与控制系统的设计 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。:..录前言................................................................................................................................................11PLC和组态软件基础...............................................................................................................11。1可编程控制器基础.........................................................................................................。1可编程控制器的产生和应用.............................................................................21。1。2可编程控制器的组成和工作原理...................................................................21。1。3可编程控制器的分类及特点...........................................................................41。2组态软件的基础.............................................................................................................41。.........................................................................................................41。.............................................................................................51。.............................................................................52PLC控制系统的硬件设计..................................................................................................................................................................................。1PLC控制系统设计的基本原则..........................................................................62。1。2PLC控制系统设计的一般步骤........................................................................62。1。3PLC程序设计的一般步骤....................................................................................................................................................................................82。..................................................................................................82。2。2S7-200CPU的选择..........................................................................................92。...........................................................................92。2。4热电式传感器............................................................................................................................................................................................102。3系统整体设计方案和电气连接图.........................................................................................................................................................................................102。4。1控制系统数学模型的建立..............................................................................112。........................................................................................113PLC控制系统的软件设计............................................................................................................................................................................................................143。2编程软件STEP7-—Micro/WIN概述..........................................................................14I:..。2。1STEP7-—Micro/WIN简单介绍.....................................................................153。2。2计算机与PLC的通信.....................................................................................153。3程序设计.......................................................................................................................153。..........................................................................................................................................................................................................................................................................................................174组态画面的设计.........................................................................................................................184。1组态变量的建立及设备连接.......................................................................................。1新建项目...........................................................................................................184。2创建组态画面........................................................................................................................................................................................................................194。2。2新建PID参数设定窗口.................................................................................194。...................................................................................................194。2。4新建实时曲线.................................................................................................194。2。5新建历史曲线.................................................................................................194。2。6新建报警窗口.................................................................................................205系统检测....................................................................................................................................205。1启动组态王...................................................................................................................205。2实时曲线观察.........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................215。5系统稳定性测试...........................................................................................................22谢辞..............................................................................................................................................22参考文献........................................................................................................................................23II:..言从上世纪80年代至90年代中期,PLC得到了快速的发展,在这时期,PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高,PLC逐渐进入过程控制领域,在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位,在可预见的将来,,以锅炉出口水温为主被控参数,以炉膛内水温为副被控参数,以加热炉电阻丝电压为控制参数,以PLC为控制器,构成锅炉温度串级控制系统;采用PID算法,运用PLC梯形图编程语言进行编程,,在相当多的领域里,电热锅炉的性能优劣决定了产品的质量好坏。目前电热锅炉的控制系统大都采用以微处理器为核心的计算机控制技术,既提高设备的自动化程度又提高设备的控制精度。本文分别就电热锅炉的控制系统工作原理,温度变送器的选型、PLC配置、、稳定性好、可靠性高,控制精度好等特点,对工业控制有现实意义。1PLC和组态软件基础1。1可编程控制器基础可编程控制器是是一种工业控制计算机,简称PLC(ProgrammablelogicController),它使用可编程序的记忆以存储指令,用来执行逻辑、顺序、计时、计数、和演算等功能,并通过数字或模拟的输入输出,:..。1。1可编程控制器的产生和应用1969年美国数字设备公司成功研制世界第一台可编程序控制器PDP—14,并在GM公司的汽车自动装配线上首次使用并获得成功。1971年日本从美国引进这项技术,很快研制出第一台可编程序控制器DSC—18。1973年西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。我国从1974年开始研制,1977年开始工业推广应用。进入20世纪70年代,随着电子技术的发展,尤其是PLC采用通讯微处理器之后,这种控制器功能得到更进一步增强。进入20世纪80年代,随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展,以16位和少数32位微处理器构成的微机化PLC,使PLC的功能增强,工作速度快,体积减小,可靠性提高,成本下降,编程和故障检测更为灵活,方便。目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。1。1。2可编程控制器的组成和工作原理可编程控制器的组成:PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架.(1)CPUCPU是PLC的核心,它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据,用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据,并存入规定的寄存器中,同时,、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成,CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据,是PLC不可缺少的组成单元。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数,它们决定着PLC的工作速度,IO数量及软件容量等,因此限制着控制规模。(2)I/O模块PLC与电气回路的接口,是通过输入输出部分(I/O),其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁2:..PLC系统,输出模块相反。I/O分为开关量输入(DI),开关量输出(DO),模拟量输入(AI),模拟量输出(AO)等模块。常用的I/O分类如下:开关量:按电压水平分,有220VAC、110VAC、24VDC,按隔离方式分,有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量:按信号类型分,有电流型(4—20mA,0-20mA)、电压型(0—10V,0—5V,—10-10V)等,按精度分,有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外,还有特殊IO模块,如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量,I/O模块可多可少,但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或机架槽数限制.(3)编程器编程器的作用是用来供用户进行程序的输入、编辑、调试和监视的编程器一般分为简易型和智能型两类。简易型只能联机编程,且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符后才能送入。而智能型编程器(又称图形编程器),不但可以连机编程,而且还可以脱机编程。操作方便且功能强大。(4)电源PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时,有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有:交流电源(220VAC或110VAC),直流电源(常用的为24VDC)。可编程控制器的工作原理:。CPU从第一条指令开始,按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束,然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。——1可编程控制器运行框图3:..。1。3可编程控制器的分类及特点(1)小型PLC小型PLC的I/O点数一般在128点以下,其特点是体积小、结构紧凑,整个硬件融为一体,除了开关量I/O以外,还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术、运算数据处理和传送通讯联网以及各种应用指令。(2)中型PLC中型PLC采用模块化结构,其I/O点数一般在256~1024点之间,I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外,还能采用直接处理方式即在扫描用户程序的过程中直接读输入刷新输出,它能联接各种特殊功能模块,通讯联网功能更强,指令系统更丰富,内存容量更大,扫描速度更快。(3)大型PLC一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC,大型PLC的软硬件功能极强,具有极强的自诊断功能、通讯联网功能强,有各种通讯联网的模块可以构成三级通讯网实现工厂生产管理自动化,大型PLC还可以采用冗余或三CPU构成表决式系统使机器的可靠性更高1。2组态软件的基础1。2。1组态的定义组态就是用应用软件中提供的工具、方法,完成工程中某一具体任务的过程。组态软件是有专业性的,,如DCS(集散控制系统)组态,PLC梯形图组态。。从表面上看,,一般都是内置编译系统,提供类BASIC语言,有的支持VB,现在有的组态软件甚至支持C#高级语言。在当今工控领域,一些常用的大型组态软件主要有:ABB—OptiMax,4:..,iFix,Intouch,组态王,力控,易控,MCGS等。本设计采用亚控的组态王软件进行组态的设计。1。、开放性好、易于扩展、经济、、监控层、,对上连接管理层,它不但实现对现场的实时监测与控制,且在自动控制系统中完成上传下达、:画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析,采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面,,它能充分利用Windows的图形编辑功能,方便地构成监控画面,并以动画方式显示控制设备的状态,具有报警窗口、实时趋势曲线等,、数据链接功能。1。2。3组态王软件仿真的基本方法(1)图形界面的设计图形,是用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备.(2)构造数据库数据,就是创建一个具体的数据库,并用此数据库中的变量描述工控对象的各种属性,比如水位、流量等.(3)建立动画连接连接,就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行,以及怎样让操作者输入控制设备的指令。(4)运行和调试PLC控制系统的硬件设计本章主要从系统设计结构和硬件设计的角度,介绍该项目的PLC控制5:..PLC的硬件配置、。1PLC控制系统设计的基本原则和步骤2。1。1PLC控制系统设计的基本原则(1)充分发挥PLC功能,最大限度地满足被控对象的控制要求.(2)在满足控制要求的前提下,力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。(3)保证控制系统安全可靠.(4)应考虑生产的发展和工艺的改进,在选择PLC的型号、I/O点数和存储器容量等内容时,应留有适当的余量,以利于系统的调整和扩充。2。,首先是进行PLC应用系统的功能设计,即根据被控对象的功能和工艺要求,明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。然后是进行PLC应用系统的功能分析,即通过分析系统功能,提出PLC控制系统的结构形式,控制信号的种类、数量,系统的规模、布局。最后根据系统分析的结果,具体的确定PLC的机型和系统的具体配置。PLC控制系统设计可以按以下步骤进行:(1)熟悉被控对象,制定控制方案分析被控对象的工艺过程及工作特点,了解被控对象机、电、液之间的配合,确定被控对象对PLC控制系统的控制要求。(2)确定I/O设备根据系统的控制要求,确定用户所需的输入(如按钮、行程开关、选择开关等)和输出设备(如接触器、电磁阀、信号指示灯等)由此确定PLC的I/O点数.(3)选择PLC选择时主要包括PLC机型、容量、I/O模块、电源的选择.(4)分配PLC的I/O地址根据生产设备现场需要,确定控制按钮,选择开关、接触器、电磁阀、信号指示灯等各种输入输出设备的型号、规格、数量;根据所选的PLC的型号列出输入/输出设备与PLC输入输出端子的对照表,以便6:..PLC外部I/O接线图和编制程序.(5)设计软件及硬件进行PLC程序设计,进行控制柜(台)等硬件的设计及现场施工。由于程序与硬件设计可同时进行,因此,PLC控制系统的设计周期可大大缩短,而对于继电器系统必须先设计出全部的电气控制线路后才能进行施工设计.(6)联机调试联机调试是指将模拟调试通过的程序进行在线统调。(1)绘制系统的功能图.(2)设计梯形图程序。(3)根据梯形图编写指令表程序。(4)对程序进行模拟调试及修改,,可采用分段调试的方法,并利用编程器的监控功能。PLC控制系统的设计步骤可参考图2—1:7:..评估控制任务PLC机型的选择控制流程的设计程序设计控制柜设计及布线程序检查、调试PLC安装模拟运行联机调试修改软、硬件是否满足要求程序备份投入使用2—。——200是一种小型的可编程序控制器,适用于各行各业,各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S78:..200系列的强大功能使其无论在独立运行中,或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。2。—200CPU的选择S7—200系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等类型。此系统选用的S7-200CPU226,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。,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。2。2。3EM235模拟量输入/输出模块在温度控制系统中,传感器将检测到的温度转换成4-20mA的电流信号,系统需要配置模拟量的输入模块把电流信号转换成数字信号再送入PLC中进行处理。在这里我们选择西门子的EM235模拟量输入/。它允许S7—200连接微小的模拟量信号,±80mV范围。用户必须用DIP开关来选择热电偶的类型,断线检查,测量单位,冷端补偿和开路故障方向:SW1~SW3用于选择热电偶的类型,SW4没有使用,SW5用于选择断线检测方向,SW6用于选择是否进行断线检测,SW7用于选择测量方向,SW8用于选择是否进行冷端补偿。所有连到模块上的热电偶必须是相同类型。2。2。4热电式传感器热电式传感器是一种将温度变化转化为电量变化的装置。在各种热电式传感器中,以将温度量转换为电势和电阻的方法最为普遍。其中最为常用于测量温度的是热电偶和热电阻,热电偶是将温度转化为电势变化,而热电阻是将温度变化转化为电阻的变化。这两种热电式传感器目前在工业生产中被广泛应用。该系统需要的传感器是将温度转化为电流,且水温最高是100℃,所以选择Pt100铂热电阻传感器。P100铂热电阻,简称为:PT100铂电阻,其阻值会9:...PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆,在100℃时它的阻值约为138。:当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆,它的的阻值会随着温度上升它的阻值成匀速增长。,输出0~10mA作为直流信号输入控制可控硅电压调整器或触发板改变可控硅管导通角的大小来调节输出功率,完全可以满足要求,投入成本低,操作方便直观并且容易维护。温度测量与控制是热电偶采集信号通过PID温度调节器测量和输出0~