可编程控制器在冷库中的应用研究

1、. 网络高等教育本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目：可编程控制器在冷库温控系统中的应用研究 学习中心：江苏盐城亭湖奥鹏学习中心20VIP层 次： 专科起点本科 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： 2011 年 秋 季 学 号： 111140409378 学 生： 沈 国 栋 指导教师： 林 瑶 瑶 完成日期： 2013 年 06 月 28 日 .内容摘要可编程控制器（PLC）是一种工业控制计算机，是继承计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。可编程控制器（PLC）作为传统继电器控制装置的替代产品已经得到了工业控制各个领域的广泛应用，由于它可以通过软件来改变控制过程，而且具有体积小，组装灵活，编程简单，易学易用，抗干扰能力强及可靠性高等特点，因此它非常适合于在恶劣的工业环境下使用，同时在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，所以PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用。 西门子公司的S7-200系列可编程控制器是一种小型的框架式可编程逻辑控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。它还包括数字量、模拟量、特殊I/O模块和相关外围设备。S7-200

2、控制器具有强大的处理能力，其通讯网络、功能模块、存储容量都可以灵活地进行选择和配置。本文主要阐述的是S7-200系列可编程控制器及组态王在冷库温度控制系统中的应用,通过组态王可以监控过程参数、设置参数、设备状态、过程状态和应用程序，以支持数据采集、数据监控、程序上载/下载和监测控制。梯形图是PLC使用的最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。其余电气控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计称为编程。通过一些程序的举例分析，说明了这些控制功能是如何实现的。关键词：PLC；梯形图；温控；S7-200；组态王目 录内容摘要I1 绪论11.1 课题的背景及意义11.2 国内外发展现状11.2.1 国外温度控制的发展现状11.2.2 我国温度控制的发展现状21.3 本次论文的主要工作22 可编程控制器简介32.1 可编程控制器的定义和特点32.2 可编程控制器的结构42.3 可编程控制器的工作原理83 基于可编程控制器的冷库温控系统设计与实现103.1 系统控制要求103.2 可编程控制器的选型

3、103.3 I/O点及地址分配113.4 电气控制系统原理图113.5 其他元件的选型124 系统控制程序的设计144.1 系统控制流程图144.2 控制程序的设计154.3 组态王205 结论23参考文献24.1 绪论1.1 温度控制的背景及意义在人们的日常生活、工业制造、制冷等领域，温度作为当前环境的重要因素之一，被人们广泛的作为参考因素来使用，从而保证各项工作的正常运行，如火灾报警、温室或粮仓中的温度实时监控、冷库温度的调节等，因此以温度参数为基础的温度控制系统被广泛开发和使用。使用传统意义上的温度计采集温度信息，不但采集精度低，实时性差，而且操作人员的劳动强度高。此外由于环境因素导致的数据难以采集的问题，特别是在工厂，火灾等现场，工作人员不能长时间停留在现场观察和采集温度，就需要实现能够将数据采集并将其传送到一个地方集中进行处理，以节约人力，提高效率，但是这样就会出现数据传输的文艺，由于厂房打、需要传输的数据多，使用传统的方法容易造成资源浪费而且可操作性差，精度不高，这都是在不同程度上限制了工作的进行和展开。因此，高精度，低成本，实时性好的温度控制系统急需人们去开发。温度的测量

4、和控制对人类日常生活、工业生产、气象预报、物资仓储等都起着极其重要的作用。在许多场合，及时准确获得目标的温度信息是十分重要的，近年来，温度测控领域发展迅速，并且随着数字技术的发展，温度的测控芯片也相应的登上历史的舞台，能够在工业、农业等各领域中广泛使用。市场决定技术，技术引导产品的开发，在这样的环境下，与温度控制的相关的电子类产品的开发成为了当今的研究热点。随着PLC技术的日益成熟，应用范围的逐渐扩大，以PLC为核心的控制系统，逐渐应用到了生活中的很多方面，这不仅克服了温度控制系统中存在的严重延时性， 节约了人力，提高了采样频率，而且很大程度的提高了控制效果和控制精度。1.2 国内外发展现状1.2.1 国外温度控制的发展现状自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国内外温度控制系统发展迅速，并在职能化、自适应、参数自整定等方面取得成果，在这方面美国、德国、瑞典等国技术领先，都产生了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表，并在各行各业广泛应用。国外温控系统发展迅速，并在智能化、适应性、参数自整定等方面取

5、得成果。美国、德国、瑞士等技术先进的国家都成产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表，并在和行业广泛应用。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展。1.2.2 我国温度控制的发展现状温度控制系统在国内各行各业的应用虽然十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比仍然有着较大的差距。目前，我国在这方面总体水平处于20实际80年代中后期水平，成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后、复杂、时变温度系统控制。而适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟。形成商品化并在仪表控制系统参数的自整定方面，还没开发性能可靠的自整定软件。参数大多靠人工经验及我国现场调试来确定。随着科学技术的不断发展，人们对温度控制系统的要求越来越高，因此，高精度、智能化、人性化的温度控制系统是国内外必然发展趋势1.3 本次论文的主要工作本文研究的是可编程控制器在冷库温度控制系统中的应用。本设计的主要内容有：(1)根据PLC外围硬件电路，绘制硬件接线图，(2)

6、选择PLC型号，绘制主程序流程图，列I/O分配表，(3)用组态软件编制基于PLC的温度控制系统组态界面，并编制部分程序，(4)最后进行运行程序的调试，实现温度控制的温度采集与控制降温器输出。全文共分为四章，各章内容简介如下：第一章绪论，简述课题的背景和意义、论题的国内外发展现状，介绍论文的主要内容；第二章 可编程控制器简介；第三章 基于可编程控制器的移动工作台系统设计与实现；第四章 系统控制程序的设计本文最后对全文进行总结，并指出了研究课题的未来发展方向。2 可编程控制器简介2.1 可编程控制器的定义和特点可编程序控制器，英文称Programmable Controller，简称PC。但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字量或模拟量的输入接口、输出接口，控制各种类型机械的生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结

7、合的产物，它克服了继电接触控制系统中的一些问题，如机械式触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。可编程序控制器的定义1：可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字量，模拟量的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。可编程控制器具有如下特点2：（1）可靠性高，抗干扰能力强可靠性高是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰

8、技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代的PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能模块大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言

9、为工程技术人员所接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。（5）体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。2.2 可编程控制器的结构可编程控制器从结构上分3，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。组合式（模块式）其系统结构如图2.1。图2.1 PLC的系统结构(1)中央处理器CPU（CPU芯片） 中央处理单元(CPU)一般由控制器、

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