基于PLC控制的恒温系统的设计.docx

题目：基于PLC控制的恒温系统福建师范大学协和学院信息技术系电子信息科学与技术专业124122006006陈良跟 指导老师 李阳【摘要】本论文阐述了利用PLC模块通过数模转换模块和温度检测模块等，并运用梯形图编写程序，实现对液体加 热及对温度的保持本系统的适用性很强，稳定性、精确性良好，程序开发通俗易懂，可以适应工业生产中恒温系统的 需求本文主要介绍了恒温系统的硬件及软件设计方案关键词】PLC;数模转换；恒温前言 31. 绪论 41.1课题背景 41.2市场需求 41.3系统开发需求 41.4系统运行需求 41.5设计功能要求 41.6设计应解决的问题 41.7设计课题的意义 52. PLC 简介 62.1 PLC的发展概况 62.2 PLC的概念及其应用特点 72.3 PLC的应用领域 82.4 PLC的种类 82.5 PLC未来展望 93. 系统的方案设计 103.1任务要求 103.2设计方案的选择 103.3 PLC的选择 113.4程序流程图 114. PLC的硬件 124.1PLC包含的硬件 124.2 Protel 99 SE 的简介 164.3设计硬件图 164.4硬件设计的误区 175. 设计总结 185.1设计遇到问题 185.2问题的解决 185.3取得成果 185.4设计收获 185.5需要改进的方面 19致谢 20参考文献 21—1—刖B恒温系统装置是一个模拟工业生产的锅炉恒温控制。

他使用了 PLC,数模转换功能模块，温度传感 器，电热棒等实现系统的加热，以及恒温保持若使用PID算法可以更加精确的控制系统温度该模 拟系统可用于对水的加热，以及保温外面虽然可以买到类似的商品，但是却不如该系统灵活随着经 济的增长，人们对生活品质的要求越来越高，例如，人们对咖啡这种饮料就非常讲究据研究表明刚煮 好的一杯咖啡（95~98度）倒进咖啡杯后，温度会下降到85度左右，如果加糖及奶精后温度会迅速下降到 6070度左右，此时用手接触杯子的感觉就是很热但己经没有像咖啡刚倒进杯子时烫手的感觉了，此时 喝口感最好该系统主要划分为PLC主模块，数模转换功能模块，温度监控模块，加热模块主要功能有：PLC 模块将数据信号传送到功能模块使之转换成模拟信号使温度传感器工作，温度传感器检测当前系统温 度，然后通过FX2N-5A模块将温度信号转化成数据信号，，从而达到控制水杯温度的目的本文分析的是基于PLC控制的恒温系统，对其硬件、软件系统、系统的结构、原理及功能都作了较 为详细的说明陈良跟2010年5月1.绪论1.1课题背景改革开放以来我国工业一直保持着高速增长，工业自动化成了当代工业生产必不可少的组成部分。

为了使工业生产更加合理化、科学化，就需要用现代化的技术手段来代替低效、繁琐的传统方式因此 对生产过程进行自动化操作已经势在必行随着微型计算机和网络技术的广泛应用，工业生产自动化技术正在发生着重大的变化可编程序控制器(Program rnable Logtc Corltroller)简称PLC,是以微处理器为核心的工业自动控 制通用装置它具有可靠性高，抗干扰能力强、应用灵活，编程方便、易于安装，扩展、适用性强、体 积小，能耗低等一系列优点，不仅可以取代继电器控制系统，还可以进行复杂的生产过程控制和应用于 工厂自动化网络，被誉为现代工业生产自动化的三大支柱之一1.2市场需求目前，工业高速增长，自动控制的需求不断扩大，由于PLC的可靠的性能、优秀的抗干扰能力以及 人性化的适应能力，使的PLC的使用越来越广泛，由于PLC使用强电，因此基于PLC控制的恒温系统在 工业上的应用价值远超单片机，比其更适应工业应用的需求，其中该系统使用到的PT100还具有抗振动 耐高压等优点这是单片机控制所不能实现的1.3系统开发需求1.3. 1硬件需求：1. 所选元件：FX2N-48MR, FX2N-5A数模转换模块，电热棒，继电器，电位器等2. 万用表：检测制作的分压电路板有没有断路，电子元件运行情况，调节变位器调整分压电路零点，检 测电路板通电后的部分的具体电压电流值等。

3. PC 机：用来安装 gx-developer、protel 99se 及 Proteus 软件1.3.2软件需求：1. Protel 99 SE软件：用来设计电路原理图和PCB图2. Proteus 7 Professional：用来仿真电路原理图，验证硬件电路的可行性3. GX-developer：用来设计梯形图1 - 4系统运彳丁需求本系统中FX2N-48MR和电热棒采用家用220v电源供电，PT100额定电流要求在5ma 一下，用 FX2N-5A输出5V电压供电，继电器选用24V驱动电压，采用FX2N-48MR中的Y0端口输出信号驱动1.5设计功能要求当工作开关打开的时候，系统开始加热,PT100检测系统温度并返回数据给FX2N-48MR当到达沸腾 时沸腾标志灯亮，若保温开关打开，进入保温模式当温度低于65＜2时开始加热当温度高于75 C时停 止加热1.6设计应解决的问题在设计的过程必须解决的几个问题:原理图的绘制,PCB板电路板的印刷腐蚀，元器件的焊接,PT100 调试，己经电路板零点电压的调试，FX2N-5A电压输入输出及模块供电的接线等，最终实现恒温控制1.7设计课题的意义恒温系统装置是一个模拟工业生产的锅炉恒温控制。

他使用了 PLC,数模转换功能模块，温度传 感器，电热棒等实现系统的加热，以及恒温保持使用PID算法可以更加精确的控制系统温度该模拟系统可用于对水的加热，以及保温外面虽然可以买到类似的商品，但是却不如该系统灵活 随着经济的增长，人们对生活品质的要求越来越高，例如，人们对咖啡这种饮料就非常讲究据研究表 明刚煮好的一杯咖啡（95-98度）倒进咖啡杯后，温度会下降到85度左右.如果加糖及奶精后温度会迅速下 降到60~70度左右，此时用手接触杯子的感觉就是很热但己经没有像咖啡刚倒进杯子时烫手的感觉了，此 时喝口感最好.按照正常的做法是咖啡倒入杯子前要”温杯”，就是咖啡煮好后要倒入杯子前先用”开水”烫一下，后将 开水倒掉再倒咖啡.这样煮岀来的咖啡倒进杯子后温度就不会迅速下降了但是这样做的一个弊端就是 他不能将咖啡时刻保持在60-70这个温度市场已有的保温杯保持的温度通常不能达到这个要求，即使 温度达到要求也不能很精确的保持而通过PLC可以灵活的控制想要达到的温度2. PLC简介2. 1 PLC的发展概况PLC产生于上世纪60年代，崛起于70年代，成熟于80年代，于90年代取得技术上的新突破， 21世纪PLC技术发展的几个特点为：适应市场需要，加强PLC通信联网的信息处理能力；PLC向开放 性发展；PLC的体积小型化，运算速度高速化；软PLC出现；PLC编程语言趋于标准化。

其应用领域 目前不断扩大，并延伸到过程控制、批处理、运动和传动控制、无线电遥控以至实现全厂的综合自动化2. 1. 1发展回顾上世纪60年代末PLC产生于美国马萨诸塞州，MODICON084是世界上第一种投入生产的PLC PLC崛起于70年代，首先在汽车流水线上大量应用80年代PLC走向成熟，全面采用微电子处理器 技术，得到大量推广应用，年销售始终以高于20%的增长率上升，奠定了其在工业控制中不可动摇的 地位90年代，随着工控编程语言IEC61131-3的正式颁布，PLC开始了它的第三个发展时期，在技术 上取得新的突破PLC在系统结构上，从传统的单机向多CPU和分布式及远程控制系统发展；在编程 语言上，图形化和文本化语言的多样性，创造了更具表达控制要求、通信能力和文字处理的编程环境； 从应用角度看，除了继续发展机械加工自动生产线的控制系统外，更发展了以PLC为基础的DCS系统、 监控和数据采集系统（SCADA）、柔性制造系统（FMS）、安全连锁保护系统（ESD）等，全方位地提 高了 PLC的应用范围和水平2. 1.2 21世纪PLC技术发展的几个特点1、 适应市场需要，加强PLC通信联网的信息处理能力在信息时代的今天，几乎所有PLC制造商都注意到了加强PLC通信联网的信息处理能力这一点。

小型PLC都有通信接口，中、大型PLC都有专门的通信模块随着计算机网络技术的飞速发展，PLC 的通信联网能使其与PC和其它智能控制设备很方便地交换信息，实现分散控制和集中管理也就是说, 用户需要PLC与PC更好地融合，通过PLC在软技术上协助改善被控过程的生产性能，在PLC这一级 就可以加强信息处理能力例如，CONTEC与日本三菱电机公司（以下简称为三菱电机）合作，推出 专门插在小Q系列PLC的机架上的PC机模块，该模块实际上就是一台可在工厂现场环境下正常运行, 而且可通过PLC的内部总线与PLC的CPU模块交换数据的PC机其处理芯片采用IntelCeleron400M 主频、系统内存128MB、Cache 128K,支持外挂显示器，该模块内装WindowsNT4.0或Windows2000 支持的软件有：三菱综合F4软件，包括PLC编程软件GT、FA数据处理软件MX、人机界面画面设计 软件GT、运动控制设计编程软件MT等最近，国外一些中、大型PLC制造商推岀了一个机架上可以插多个CPU模块的结构，将PC机模 块与PLC的CPU模块、过程控制CPU模块或运动控制模块同时插在一个机架上。

实际上就是将原来 PLC要通过工厂自动化（FA）用PC机与管理计算机通信的三层结构改为PLC系统可直接与生产管理 用的计算机的两层结构这样生产管理更加快捷方便小型PLC之间通信“傻瓜化”为了尽量减少PLC用户在通信编程方面的工作量，PLC制造商做了 大量工作，使设备之间的通信自动地周期性的进行，而不需要用户为通信编程，用户的工作只是在组成 系统时作一些硬件或软件上初始化设置如欧姆龙公司的两台CPM1A之间一对一连接通信只需用三根 导线将它们的RS-232C通信接口连在一起后将通信有关的参数写入5个指定的数据存储器中，即可方 便地实现两台PLC之间的通信2、 PLC向开放性发展早期的PLC缺点之一是它的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的，如专用总线、通信网络及协 议、I/O模块更互不通用，甚至连机架、电源模板亦各不相同，编程语言之一的梯形图名称虽一致，但 组态、寻址、语言结构均不一致，因此，几乎各个公司的PLC均互不兼容目前，PLC在开放性方面 已有实质性突破十多年前PLC被攻破的一个重要方面就是它的专有性，现在情况有了极大改观，不 少大型PLC厂商在PLC系统结构上采用了各种工业标准，如IEC61131-3> IEEE802.3以太网、TCP/IP> UDP/IP等。

例如，AEGSchneider集团已开发以PLC机为基础，在Windows平台下，符合IEC61131-3 国际标准的全新一代开放体系结构的PLC实现高度分散控制，开放度高2. 2 PLC的概念及其应用特点2. 2. 1 PLC的名称PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算 操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序， 执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控 制各种类型的机械或生产过程.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体 方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLCoPLC是一种专门为在工。