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1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕 院 系： XX學(xué)院 姓 名： 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì) 學(xué) 號(hào)： 4200209320XXX 指導(dǎo)教師： XX老師 XX大學(xué)X學(xué)院 2021年9月 畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕任務(wù)書 〔應(yīng)由學(xué)生本人按指導(dǎo)教師下達(dá)地任務(wù)認(rèn)真謄寫〕 姓名 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 XXX 學(xué)號(hào) 4200209320214 入學(xué)時(shí)間 2021.09 網(wǎng)站〔院系〕 機(jī)械學(xué)院 一.課題

2、名稱 二.課題內(nèi)容 三.課題任務(wù)要求 四.同組設(shè)計(jì)者 五.主要參考文獻(xiàn) 1 陳紹龍,劉懷平.從選粉濃度解讀高效轉(zhuǎn)子選粉機(jī)技術(shù)：[文獻(xiàn)],鹽城：科行建材環(huán)保公司,2004 2 許林發(fā).建筑材料機(jī)械設(shè)計(jì)〔一〕.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社,1990 3 潘孝良.硅酸鹽工業(yè)機(jī)械過程及設(shè)備.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社,1993 4 葉達(dá)森.粉碎與制成.北京：中國建筑工業(yè)出版社,1992 5 .北京：中國建筑工業(yè)出版社,1 6 朱昆泉,許林發(fā).建材機(jī)械工程手冊.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社, 7 楮瑞卿.建材通用機(jī)械與設(shè)備.武漢：武漢工業(yè)

3、大學(xué)出版社, 8 方景光.粉磨工藝及設(shè)備.武漢：武漢理工大學(xué)出版社, 9 .修理及典型實(shí)例分析.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社, 地,1999〔1〕：19 11 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.3.第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 12 胡宗午,徐履冰,石來德.非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 13 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.2.第4版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 14 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.3.第4版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 15 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.4.第4版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 16 數(shù)字化手冊編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(軟件版)R2.0.機(jī)械工業(yè)

4、出版社, 17 陳秀寧..浙江：浙江大學(xué)出版社,2002 18 武漢建筑材料工業(yè)學(xué)院等學(xué)校.建筑材料機(jī)械及設(shè)備.北京：中國建筑工業(yè)出版社,1980 19 徐錦康.機(jī)械設(shè)計(jì).第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2002 20 吳一善主編.粉碎學(xué)概論.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社,1993 21 沈世德.機(jī)械原理.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2002 指導(dǎo)教師簽字 教研室主任簽字 年 月 日 〔此任務(wù)書裝訂時(shí)放在畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告第一頁〕 恒 溫 控

5、 制 系 統(tǒng) 摘 要 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù).通信技術(shù).自動(dòng)控制技術(shù)以及各種智能技術(shù)地迅速開展,高可靠性可編程控制器(PLC)出現(xiàn),使得現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)地設(shè)計(jì)開發(fā)周期短,可靠性高,本錢低. 本文結(jié)合恒溫控制系統(tǒng)地特點(diǎn),提出控制系統(tǒng)地總體設(shè)計(jì)方案,采用PLC和檢測儀表完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)；編寫PLC控制程序和監(jiān)控組態(tài)界面,實(shí)現(xiàn)溫度采集與顯示,實(shí)現(xiàn)了溫度在線監(jiān)測和控制.并采用工業(yè)以太網(wǎng),實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制單元與上位機(jī)進(jìn)行信息交換,并能與企業(yè)內(nèi)部聯(lián)網(wǎng). 關(guān)鍵詞：自動(dòng)檢測；PLC；溫度；監(jiān)控組態(tài) ABSTRACT With computer technolo

6、gy, communication technology, automatic control technology, as well as the rapid development of smart technology, high reliability, programmable logic controller (PLC) the emergence of modern industrial control systems makes the design of a short development cycle, high reliability and cost reductio

7、n . In this paper, the characteristics of constant temperature control system, the control system design program, PLC and instrumentation used to complete system hardware design; PLC control procedures to prepare and monitor the configuration interface, collection and display temperature to achiev

8、e a temperature-line monitoring and control. And the use of Industrial Ethernet, the realization of the scene control unit and host computer exchange of information and networking and the enterprise. Keywords: Automatic detection；PLC；Temperature；Monitoring configuration 目 錄 第一章 緒 論 1 選題背景 1

9、 1.控制技術(shù)與繼電器控制技術(shù)地區(qū)別 1 控制技術(shù)和通用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)地區(qū)別 1 控制技術(shù)與單片機(jī)控制技術(shù)地區(qū)別 2 本課題研究現(xiàn)狀 2 1.3 本文主要地研究工作 3 第二章 恒溫控制系統(tǒng)地硬件設(shè)計(jì) 4 恒溫控制系統(tǒng)地組成 4 恒溫控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 5 2.3 PID控制原理 6 可編程序控制器介紹 7 地選型 9 模擬量模塊選擇 10 其他硬件選擇 11 系統(tǒng)供電接線圖 16 硬件接線圖 17 第三章 恒溫控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 21 －Micro/Win32 編程軟件介紹 21 地址分配 22 系統(tǒng)主程序 24 控制算法程序 26 標(biāo)度轉(zhuǎn)換 27

10、 數(shù)碼顯示 28 人機(jī)界面 29 第四章 結(jié)論 31 參考文獻(xiàn) 32 致 謝 33 附錄 系統(tǒng)各局部程序 34 主程序 34 標(biāo)度變換程序 38 PID參數(shù)設(shè)定程序 40 PID輸出中斷程序 41 數(shù)顯程序 42 第一章 緒 論 選題背景 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù).通信技術(shù).自動(dòng)控制技術(shù),以及各種智能技術(shù)地迅速開展,出現(xiàn)了多種實(shí)用地控制技術(shù),如繼電器控制技術(shù).計(jì)算機(jī)控制技術(shù).單片機(jī)控制技術(shù)及PLC控制技術(shù)等,每種控制技術(shù)有各自地優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域. PLC控制技術(shù)與繼電器控制技術(shù)地區(qū)別 在PLC地編程語言中,梯形圖是用得最多地語言.PLC地梯形圖與繼電器控制線路

11、圖比擬相似,信號(hào)地輸入/輸出形式及控制功能也相同,但PLC地控制與繼電器地控制又有不同之處,主要表達(dá)在以下幾個(gè)方面. 〔1〕控制邏輯：繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯,利用繼電器機(jī)械觸頭地串聯(lián)或并聯(lián)以及時(shí)間繼電器地延時(shí)等組合成控制邏輯.其缺點(diǎn)是接線復(fù)雜,增加或改變功能都非常困難,繼電器觸頭數(shù)目也有限.而PLC利用其內(nèi)部存儲(chǔ)器,以程序方式將控制邏輯存儲(chǔ)在內(nèi)存中,通過改變程序就可以很方便地改變控制邏輯,另外,軟繼電器觸頭數(shù)一般都非常多,因此PLC控制邏輯地靈活性和擴(kuò)展性都很好. 〔2〕控制速度：繼電器控制是通過繼電器機(jī)械觸頭地動(dòng)作來實(shí)現(xiàn),觸頭地開閉動(dòng)作一般在幾十毫秒數(shù)量級(jí).而PLC通過程序指令控制

12、半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制邏輯,一般一條指令地執(zhí)行時(shí)間在微秒數(shù)量級(jí). 〔3〕限時(shí)控制：繼電器控制邏輯利用時(shí)間繼電器地滯后動(dòng)作進(jìn)行限時(shí)控制,但其定時(shí)精度不高,易受環(huán)境影響,調(diào)整比擬困難.PLC使用半導(dǎo)體集成電路定時(shí)器,定時(shí)精度高,,通過編寫程序來進(jìn)行定時(shí)控制,非常方便. 〔4〕計(jì)數(shù)控制：繼電器控制邏輯一般不具備計(jì)數(shù)地功能,而PLC能通過程序方便地實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能. 〔5〕可靠性和可維護(hù)性：繼電器控制邏輯使用了大量地機(jī)械觸頭,觸頭開閉時(shí)產(chǎn)生地電弧容易損壞觸點(diǎn),因此可靠性和可維護(hù)性都比擬差.而PLC采用無觸點(diǎn)地半導(dǎo)體電路來代替繼電器觸點(diǎn),因而不存在上述缺陷.PLC還帶有自檢功能,為現(xiàn)場地調(diào)試和維護(hù)提供了

13、方便. 〔6〕價(jià)格：繼電器控制邏輯多使用機(jī)械開關(guān).繼電器等,功能簡單,價(jià)格比擬廉價(jià).而PLC多使用集成電路,價(jià)格相比照擬昂貴. PLC控制技術(shù)和通用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)地區(qū)別 PLC是專門為工業(yè)控制環(huán)境而設(shè)計(jì)地,而通用計(jì)算機(jī)是專門為科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理等而設(shè)計(jì)地,兩者采用地都是計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu),但兩者設(shè)計(jì)地出發(fā)點(diǎn)不同,因此也存在許多地差異,主要表達(dá)在以下幾個(gè)方面. 〔1〕應(yīng)用范圍：通用計(jì)算機(jī)除了應(yīng)用在控制領(lǐng)域外,還大量應(yīng)用在科學(xué)計(jì)算.數(shù)據(jù)處理.計(jì)算機(jī)通信等方面.而PLC主要用于工業(yè)控制領(lǐng)域. 〔2〕使用環(huán)境：通用計(jì)算機(jī)對環(huán)境要求高.而PLC能適用于環(huán)境差地工業(yè)現(xiàn)場. 〔3〕程序設(shè)計(jì)：通用計(jì)算機(jī)具

14、有豐富地程序設(shè)計(jì)語言,如匯編語言.C語言等,能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地應(yīng)用,對編程者要求高.而PLC能提供地編程語言少,邏輯簡單,容易學(xué)習(xí)和使用. 〔4〕運(yùn)算速度和存儲(chǔ)容量：隨著各種電子技術(shù)地開展,通用計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度越來越快,一般在微秒級(jí),存儲(chǔ)容量也在增大.而PLC相對通用計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度要慢,其編程地軟件少,編程簡短,內(nèi)存容量也很小. 〔5〕價(jià)格：通用計(jì)算機(jī)功能多,硬件復(fù)雜,而PLC相對功能單一,因此在價(jià)格上一般PLC要比通用計(jì)算機(jī)廉價(jià). 1.1.3PLC控制技術(shù)與單片機(jī)控制技術(shù)地區(qū)別 單片機(jī)控制技術(shù)一般用于數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制,單片機(jī)在配置上比通用計(jì)算機(jī)簡單,價(jià)格上相對廉價(jià),但它和通用計(jì)算機(jī)一樣,也

15、不是專門為工業(yè)現(xiàn)場控制所設(shè)計(jì)地.與通用計(jì)算機(jī)一樣,單片機(jī)編程復(fù)雜.不易掌握,需要處理大量I/O接口,其輸出口驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力較弱,要驅(qū)開工業(yè)負(fù)載需要復(fù)雜地外圍電路.單片機(jī)控制技術(shù)地突出優(yōu)點(diǎn)在于它具有較強(qiáng)地?cái)?shù)據(jù)處理能力,但工業(yè)控制過程要處理地是大量地開關(guān)量,因而運(yùn)用在工業(yè)現(xiàn)場控制中單片機(jī)地長處得不到發(fā)揮,其可靠性也遠(yuǎn)不如PLC.一般單片機(jī)控制技術(shù)僅使用于比擬簡單地工業(yè)控制過程和數(shù)據(jù)處理能力要求比擬高地場合. PLC控制技術(shù)與單片機(jī)控制技術(shù)相比擬而言,更適合于工業(yè)現(xiàn)場過程控制,但其數(shù)據(jù)處理能力不如后者.所以二者各有所長,不能互相替代. 由此可見,隨著PLC地本錢降低及數(shù)據(jù)處理能力地增強(qiáng),在工業(yè)現(xiàn)場

16、控制方面,PLC控制技術(shù)面對其他地控制技術(shù)地挑戰(zhàn)將會(huì)一直具有自身地優(yōu)勢.因此,掌握PLC控制技術(shù)對于工業(yè)控制技術(shù)人員來說是必不可少地技能之一. 1.2本課題研究現(xiàn)狀 在人類地生活環(huán)境中,溫度扮演著極其重要地角色.溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見地工藝參數(shù)之一,任何物理變化和化學(xué)反響過程都與溫度密切相關(guān),因此溫度控制是生產(chǎn)自動(dòng)化地重要任務(wù).對于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下地溫度控制,所采用地加熱方式,燃料,控制方案也有所不同.無論你生活在哪里,從事什么工作,無時(shí)無刻不在與溫度打著交道.自18世紀(jì)工業(yè)革命以來,工業(yè)開展對是否能掌握溫度有著絕對地聯(lián)系.在冶金.鋼鐵.石化.水泥.玻璃.醫(yī)藥等等行業(yè),可以說幾乎80

17、%地工業(yè)部門都不得不考慮著溫度地因素. 目前,國內(nèi)外恒溫控制系統(tǒng)地應(yīng)用技術(shù)已開展地比擬成熟,大多數(shù)是使用單片機(jī)和PLC對溫度進(jìn)行控制,但隨著PLC.工業(yè)網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)控組態(tài)軟件地迅速開展,在工業(yè)生產(chǎn)過程中基于PLC地恒溫控制系統(tǒng)開始占據(jù)了主導(dǎo)地位.基于PLC地恒溫控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過程中充分表達(dá)了一下優(yōu)點(diǎn)：〔1〕采用光電隔離.RC濾波器等屏蔽措施具有較高地抗干擾能力和可靠性；〔2〕針對不同地工業(yè)現(xiàn)場信號(hào)有相應(yīng)地I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場地器件或設(shè)備直接連接；〔3〕采用模塊化結(jié)構(gòu)；〔4〕編程簡單,易于實(shí)現(xiàn)；〔5〕系統(tǒng)設(shè)計(jì).安裝.調(diào)試方便；〔6〕維修方便,維修工作量小；〔7〕投產(chǎn)周期及本錢比擬低. 本設(shè)計(jì)

18、基于一個(gè)PLC地恒溫控制監(jiān)控系統(tǒng),到達(dá)溫度地實(shí)時(shí)控制與顯示.該系統(tǒng)克服傳統(tǒng)地位式調(diào)節(jié)器和PID調(diào)節(jié)器超調(diào)大地缺點(diǎn),充分發(fā)揮PLC控制靈活.編程方便.適應(yīng)性強(qiáng)和FameView地實(shí)時(shí)顯示地優(yōu)點(diǎn),提高了控制地精確度.而且該系統(tǒng)操作簡單.工作穩(wěn)定可靠.實(shí)用性強(qiáng)并有良好地組態(tài)監(jiān)控界面,能遠(yuǎn)程控制,適應(yīng)了當(dāng)前現(xiàn)代化工業(yè)地需要,適用范圍廣,其經(jīng)濟(jì)效益很好. 在工業(yè)生產(chǎn)中,常用閉環(huán)控制方式控制溫度.流量等連續(xù)變化地模擬量,PID控制是常見地一種控制方式.在使用模擬量控制器地模擬控制系統(tǒng)和使用計(jì)算機(jī)(包括PLC)地?cái)?shù)字控制系統(tǒng)中得到了廣泛地應(yīng)用.可編程序控制器(PLC)是以微處理器為根底,綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù).

19、控制技術(shù).通訊技術(shù)等高新技術(shù),可以構(gòu)成不同地控制系統(tǒng),將模擬量輸入輸出控制和現(xiàn)代控制方法融為一體,實(shí)現(xiàn)智能控制.閉環(huán)控制.多控制功能一體地綜合控制系統(tǒng).本文針對恒溫水箱溫控系統(tǒng)地要求,以PLC為溫度控制系統(tǒng)地核心,利用PID控制算法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)地恒溫控制. 1.3 本文主要地研究工作 本文介紹恒溫控制系統(tǒng)地工作原理設(shè)計(jì),結(jié)合系統(tǒng)特點(diǎn)設(shè)計(jì)一套基于S7-200PLC地溫度控制系統(tǒng).主要研究內(nèi)容如下： 〔1〕分析恒溫控制系統(tǒng)地工藝流程,提出控制系統(tǒng)地總體設(shè)計(jì)方案. 〔2〕采用PLC和檢測儀表完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)；編寫PLC控制程序,實(shí)現(xiàn)溫度采集與顯示. 〔3〕采用FameView監(jiān)控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)恒

20、溫系統(tǒng)監(jiān)控界面,實(shí)時(shí)顯示各個(gè)溫度地大小和變化曲線,實(shí)現(xiàn)溫度在線監(jiān)測和控制. 〔4〕采用工業(yè)以太網(wǎng),實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制單元與上位機(jī)進(jìn)行信息交換,并能與企業(yè)內(nèi)部聯(lián)網(wǎng). 第二章 恒溫控制系統(tǒng)地硬件設(shè)計(jì) 恒溫控制系統(tǒng)地組成 恒溫控制裝置結(jié)構(gòu)如圖2－1所示,它包括控制恒溫水箱.冷卻風(fēng)扇電動(dòng)機(jī).攪拌電動(dòng)機(jī).儲(chǔ)水箱.,溫度范圍為40~60.C〕.測溫裝置.液位檢測.流量檢測以及電磁閥門等.電加熱器加熱恒溫水箱水溫,攪拌器使恒溫水箱中地水上下水溫均勻,兩個(gè)液位檢測傳感器用于測量缺水和溢出狀態(tài),三個(gè)溫度傳感器分別測量恒溫水箱中水地溫度.入口溫度及儲(chǔ)水箱中水地溫度,水泵用來使系統(tǒng)內(nèi)地水循環(huán)流動(dòng),三個(gè)電磁閥門

21、用來使水進(jìn)入儲(chǔ)水箱或冷卻器中,水地流量采用流量計(jì)檢測,水地冷卻采用風(fēng)扇進(jìn)行冷卻.恒溫水箱中水溫.入水口水溫.儲(chǔ)水箱中水溫.水地流速和加熱器功率分別用數(shù)顯儀表顯示.閥門.攪拌器及冷卻器工作狀態(tài)用指示燈指示. 圖2-1 恒溫控制裝置結(jié)構(gòu)圖 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：①要求系統(tǒng)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式；②溫度范圍：20℃~60℃溫度超限進(jìn)行報(bào)警；③水溫與設(shè)定值之差小于5℃,采用PID調(diào)節(jié)；水溫高于設(shè)定值5℃~10℃進(jìn)冷水；水溫高于設(shè)定值10℃以上時(shí),采用進(jìn)冷水與風(fēng)冷同時(shí)進(jìn)行地方法實(shí)現(xiàn)降溫控制；④對溫度,流量進(jìn)行檢測并顯示；⑤進(jìn)水時(shí)無流量,加熱時(shí)水溫?zé)o變化能進(jìn)行報(bào)警. 2.2恒溫控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 根據(jù)

22、恒溫控制系統(tǒng)地要求,本設(shè)計(jì)由S7-200PLC作為中央處理單元,Fameview作為監(jiān)控組態(tài)軟件,實(shí)現(xiàn)恒溫控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控.系統(tǒng)由硬件和軟件兩局部軟件構(gòu)成.要完成整個(gè)系統(tǒng)地要求就應(yīng)該由軟件與硬件共同來發(fā)揮作用和相互組合協(xié)調(diào)工作；本設(shè)計(jì)由工控機(jī)作為上位機(jī)對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控,PLC等其他元件作為下位機(jī)完成具體控制要求,上位機(jī)與下位機(jī)之間地通信通過以太網(wǎng)地聯(lián)接來到達(dá)通信地狀態(tài)要求,以便更好地完成對系統(tǒng)地監(jiān)控. PLC 以太網(wǎng) 工控PC機(jī) 電機(jī)啟動(dòng)與停及顯示 電磁閥的開與關(guān)及顯示 系統(tǒng)的開與關(guān) 溫度數(shù)據(jù)參數(shù) 變送器 下位機(jī) 上位機(jī) 液位開關(guān)檢測 變送器 流量參數(shù) 數(shù)顯 儀

23、表 圖2-2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 上位機(jī)由工控機(jī)構(gòu)成,工控機(jī)上采用Fameview組態(tài)軟件,控制對現(xiàn)場設(shè)備地啟/停.運(yùn)行狀況地實(shí)時(shí)監(jiān)控,設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)地記錄,設(shè)備故障和異常情況地處理.PLC組成下位機(jī)現(xiàn)場控制單元,采集現(xiàn)場設(shè)備地?cái)?shù)據(jù).檢測元件有溫度檢測元件和液位檢測元件,對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測,并將檢測數(shù)據(jù)傳送至PLC與數(shù)顯表.顯示電路實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場溫度地實(shí)時(shí)監(jiān)控.PLC根據(jù)輸入與反響信號(hào)地偏差進(jìn)行PID計(jì)算,輸出控制信號(hào)給加溫控制電路,對溫度進(jìn)行PID控制. 2.3 PID控制原理 在工程實(shí)際中,應(yīng)用最為廣泛地調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例.積分.微分控制,簡稱PID控制,又稱PID調(diào)節(jié).PID控制器問

24、世至今已有近70年歷史,它以其結(jié)構(gòu)簡單.穩(wěn)定性好.工作可靠.調(diào)整方便而成為工業(yè)控制地主要技術(shù)之一.當(dāng)被控對象地結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握,或得不到精確地?cái)?shù)學(xué)模型時(shí),控制理論地其它技術(shù)難以采用時(shí),系統(tǒng)控制器地結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定,這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便.即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對象,或不能通過有效地測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí),最適合用PID控制技術(shù).PID控制,實(shí)際中也有PI和PD控制.PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)地誤差,利用比例.積分.微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制地. 比例〔P〕控制,比例控制是一種最簡單地控制方式.其控制器地輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系.當(dāng)僅有比例控制時(shí)

25、系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差〔Steady-state error〕. 積分〔I〕控制,在積分控制中,控制器地輸出與輸入誤差信號(hào)地積分成正比關(guān)系.對一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng),如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差,那么稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差地或簡稱有差系統(tǒng)〔System with Steady-state Error〕.為了消除穩(wěn)態(tài)誤差,在控制器中必須引入“積分項(xiàng)〞.積分項(xiàng)對誤差取決于時(shí)間地積分,隨著時(shí)間地增加,積分項(xiàng)會(huì)增大.這樣,即便誤差很小,積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間地增加而加大,它推動(dòng)控制器地輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小,直到等于零.因此,比例+積分(PI)控制器,可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差. 微分〔D〕控

26、制,在微分控制中,控制器地輸出與輸入誤差信號(hào)地微分〔即誤差地變化率〕成正比關(guān)系. 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差地調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn).其原因是由于存在有較大慣性組件〔環(huán)節(jié)〕或有滯后(delay)組件,具有抑制誤差地作用,其變化總是落后于誤差地變化.解決地方法是使抑制誤差地作用地變化“超前〞,即在誤差接近零時(shí),抑制誤差地作用就應(yīng)該是零.這就是說,在控制器中僅引入“比例〞項(xiàng)往往是不夠地,比例項(xiàng)地作用僅是放大誤差地幅值,而目前需要增加地是“微分項(xiàng)〞,它能預(yù)測誤差變化地趨勢,這樣,具有比例+微分地控制器,就能夠提前使抑制誤差地控制作用等于零,甚至為負(fù)值,從而防止了被控量地嚴(yán)重超調(diào).所以對有較大慣

27、性或滯后地被控對象,比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中地動(dòng)態(tài)特性. 按照實(shí)際溫度和設(shè)定溫度偏差地比例.積分和微分產(chǎn)生控制作用〔簡稱PID控制〕,是溫度控制中應(yīng)用最廣泛地一種控制形式,實(shí)際運(yùn)行效果和理論分析說明,這種控制規(guī)律在相當(dāng)多地工業(yè)生產(chǎn)過程中能得到比擬滿意地結(jié)果.每個(gè)溫度由一個(gè)熱敏電阻檢測,用PID地輸出值來控制電阻爐通斷,從而控制地溫度.溫度控制原理如圖2-3所示. PID控制器 + - 加熱裝置 溫度變送器 檢測值 被控參數(shù) 給定值 圖2-3溫度控制原理圖 2.4可編程序控制器介紹 可編程控制器〔Programmable Logic Contr

28、oller〕簡稱PLC,是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)地?cái)?shù)字運(yùn)算操作地電子裝置.它采用可以編制程序地存儲(chǔ)器,用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算.順序運(yùn)算.計(jì)時(shí).計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作地指令,并能通過數(shù)字式或模擬式地輸入和輸出,控制各種類型地機(jī)械或生產(chǎn)過程.PLC及其有關(guān)地外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體,易于擴(kuò)展其功能地原那么而設(shè)計(jì). 在可編程序控制器問世以前,工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位.這種由繼電器構(gòu)成地控制系統(tǒng)有著明顯地缺點(diǎn):體積大.耗電多.可靠性差.壽命短.運(yùn)行速度不高,尤其是對生產(chǎn)工藝多變地系統(tǒng)適應(yīng)性更差,如果生產(chǎn)任務(wù)和工藝發(fā)生變化,就必須重新設(shè)計(jì),并改變硬件結(jié)構(gòu)

29、,造成了時(shí)間和資金地嚴(yán)重浪費(fèi). 美國地?cái)?shù)字設(shè)備公司(DEC)中標(biāo),并在1969年研制出了第一臺(tái)可編程序控制器(PDP-14).其后,美國地MOD工CON公司也推出了084控制器,1971年,日本推出了DSC-8控制器,1973年西歐各國地各種可編程序控制器也研制成功.我國在1974年開始研制可編程序控制器. 可編程序控制器地開展與計(jì)算機(jī)技術(shù).半導(dǎo)體集成技術(shù).控制技術(shù).數(shù)字技術(shù).通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)地開展息息相關(guān).這些高新技術(shù)地開展推動(dòng)了可編程序控制器地開展,而可編程序控制器地開展又對這些高新技術(shù)提出了更高更新地要求,促進(jìn)了它們地開展. 從控制功能來分,可編程序控制器地開展經(jīng)歷了以下四個(gè)

30、階段. 第一階段,從第一臺(tái)可編程序控制器問世到20世紀(jì)70年代中期,是可編程序控制器地初創(chuàng)階段.這一階段地產(chǎn)品主要用于邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí).計(jì)數(shù)運(yùn)算,它地CPU由中小規(guī)模地?cái)?shù)字集成電路組成,它地控制功能較簡單. 第二階段,從20世紀(jì)70年代中期到末期,是可編程序控制器地?cái)U(kuò)展階段,在這一階段,產(chǎn)品地主要控制功能得到了較大地開展,它地開展主要來自兩方面,從可編程序控制器開展而來地控制器,它地主要功能是邏輯運(yùn)算,同時(shí)擴(kuò)展了其他運(yùn)算功能；而從模擬儀表開展而來地控制器,其功能主要是模擬運(yùn)算,同時(shí)擴(kuò)展了邏輯運(yùn)算功能.因此,按習(xí)慣地分類方法,前者被稱為可編程序邏輯控制器(PLC ),后者被稱為單回路或多回路控

31、制器. 第三階段,從20世紀(jì)70年代末期到20世紀(jì)80年代中期,是PLC通信功能實(shí)現(xiàn)階段.與計(jì)算機(jī)通信地開展相聯(lián)系,PLC也在通信方面有了很大地開展,初步形成了分布式地通信網(wǎng)絡(luò)體系.在該階段,由于生產(chǎn)過程控制地需要,對PLC地需求大大增加,產(chǎn)品地功能也得到了開展,數(shù)學(xué)運(yùn)算地功能得到了較大地?cái)U(kuò)充,產(chǎn)品地可靠性進(jìn)一步提高. 第四階段,從20世紀(jì)80年代中期開始是PLC地開放階段.由于開放系統(tǒng)地提出,使PLC也得到了較大地開展.主要表現(xiàn)在通信系統(tǒng)地開放,使各制造企業(yè)地產(chǎn)品可以通信,通信協(xié)議地標(biāo)準(zhǔn)化使用戶得到了好處.在這一階段,產(chǎn)品地規(guī)模增大,功能不斷完善,大中型地產(chǎn)品多數(shù)有CRT屏幕地顯示功能,

32、產(chǎn)品地?cái)U(kuò)展也因通信功能地改善而變得方便,此外,還采用了標(biāo)準(zhǔn)地軟件系統(tǒng),增加了高級(jí)編程語言等. PLC地工作原理分為以下幾個(gè)過程： 〔1〕初始化：PLC上電后,首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化,去除內(nèi)部繼電器區(qū),復(fù)定時(shí)器等. 〔2〕CPU自診斷：PLC在每個(gè)掃描周期都要進(jìn)入CPU自診斷,對電源.PLC內(nèi)部電路.用戶程序地語法進(jìn)行檢查；定期復(fù)位監(jiān)控定時(shí)器等,以確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行. 〔3〕通信信息處理：在每個(gè)通信信息處理掃描階段,進(jìn)行PLC之間以及PLC與計(jì)算機(jī)之間地信息交換；PLC與其他帶微處理器地只能裝置通信,例如,只能I/O模塊；在多處理器系統(tǒng)中,CPU還要與數(shù)字處理器〔DPU〕交換信息 〔4〕與外

33、部設(shè)備交換信息：PLC與外部設(shè)備連接時(shí),在每個(gè)掃描周期內(nèi)都要與外部設(shè)備交換信息.這些外部設(shè)備有編程器.終端設(shè)備.彩色圖形顯示器.打印機(jī)等. 〔5〕執(zhí)行用戶程序：PLC在運(yùn)行狀態(tài)下,每一個(gè)掃描周期都要執(zhí)行用戶程序.執(zhí)行用戶程序時(shí),是以掃描地方式按順序逐句掃描處理地,掃描一條執(zhí)行一條,并把運(yùn)算結(jié)果保存在輸入輸出映像區(qū)對應(yīng)位中. 〔6〕輸入.輸出信息處理：PLC在運(yùn)行狀態(tài)下,每一個(gè)掃描周期都要進(jìn)入輸入.輸出信息處理.以掃描地方式把外部輸入地信號(hào)存入輸入映像區(qū)；將運(yùn)算處理好地結(jié)果存入輸出映像區(qū),直到傳送到外部被控設(shè)備. PLC周而復(fù)始地巡回掃描,執(zhí)行上述整個(gè)過程,直至停機(jī). PLC地特點(diǎn)有：可

34、靠性高.抗干擾能力強(qiáng)；通用性強(qiáng),靈活性好,功能齊 編程簡單,使用方便；模塊化結(jié)構(gòu)；安裝簡便,調(diào)試方便；可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信；體積小,能耗低等. 2.5PLC地選型 合理選擇PLC對于提高PLC控制系統(tǒng)地性價(jià)比起著重要作用,PLC地選擇應(yīng)包括機(jī)型地選擇.容量地選擇.I/O模塊地選擇.電源模塊地選擇等幾個(gè)方面. 在恒溫控制系統(tǒng)中,經(jīng)過調(diào)研.分析,選擇了西門子公司生產(chǎn)地S7-200系列PLC作為系統(tǒng)地控制器.S7-200系列PLC是SIEMENS公司推出地一種整體式小型可編程控制器.S7-200系列PLC包含了一個(gè)單獨(dú)地S7-200CPU和各種可選那么地?cái)U(kuò)展模塊,可以十分方便地組成不同規(guī)模地控制

35、器.其控制規(guī)模可以從幾點(diǎn)到幾百點(diǎn).S7-200PLC可以方便地組成PLC－PLC網(wǎng)絡(luò)和微機(jī)－PLC網(wǎng)絡(luò),從而完成規(guī)模更大地工程.因此本人選用地是德國SIEMENS公司地S7-200型號(hào)地可編程序控制器產(chǎn)品. S7-200地STEP7-Micro/WIN32編程軟件可以方便地在Windows環(huán)境下對PLC編程.調(diào)試.監(jiān)控.使得PLC地編程更加方便.快捷.即S7-200可以完美地滿足各種小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)地要求. 目前S7-200系列PLC主要有CPU221.CPU222.CPU224和CPU226四種,四種CPU地外部結(jié)構(gòu)大體相同. CPU221集成6輸入/4輸出共10個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn).無I/

36、O擴(kuò)展能力.6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間.4個(gè)獨(dú)立地30kHz高速計(jì)數(shù)器,2路獨(dú)立地20kHz高速脈沖輸出.1個(gè)RS485通訊/編程口,具有PPI通訊協(xié)議.MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力.非常適合于小點(diǎn)數(shù)控制地微型控制器. CPU222集成8輸入/6輸出共14個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn).可連接2個(gè)擴(kuò)展模塊.6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間.4個(gè)獨(dú)立地30kHz高速計(jì)數(shù)器,2路獨(dú)立地20kHz高速脈沖輸出.1個(gè)RS485通訊/編程口,具有PPI通訊協(xié)議.MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力.非常適合于小點(diǎn)數(shù)控制地微型控制器. CPU224集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn).可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊,最大擴(kuò)展

37、至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn).13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間.6個(gè)獨(dú)立地30kHz高速計(jì)數(shù)器,2路獨(dú)立地20kHz高速脈沖輸出,具有PID控制器.1個(gè)RS485通訊/編程口,具有PPI通訊協(xié)議.MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力.I/O端子排可很容易地整體拆卸.是具有較強(qiáng)控制能力地控制器. CPU226集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn).可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊,最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn).13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間.6個(gè)獨(dú)立地30kHz高速計(jì)數(shù)器,2路獨(dú)立地20kHz高速脈沖輸出,具有PID控制器.2個(gè)RS485通訊/編程口,具有PP

38、I通訊協(xié)議.MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力.I/O端子排可很容易地整體拆卸.用于較高要求地控制系統(tǒng),具有更多地輸入/輸出點(diǎn),更強(qiáng)地模塊擴(kuò)展能力,更快地運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)地內(nèi)部集成特殊功能.可完全適應(yīng)于一些復(fù)雜地中小型控制系統(tǒng). 根據(jù)控制要求本設(shè)計(jì)有系統(tǒng)開關(guān).上下液位開關(guān)攪拌電機(jī)開關(guān)等開關(guān)量要轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量作為CPU226地輸入量,其中流量檢測量與溫度檢測量作為模擬量輸入輸入到CPU226；同時(shí)系統(tǒng)中地電機(jī)及指示燈.溫度顯示等作為數(shù)字量輸出量,電機(jī)熱控制信號(hào)作為模擬量輸出. 而在已有地S7200地CPU中沒有可以單獨(dú)滿足系統(tǒng)要求地型號(hào),不管選用哪種型號(hào)都需要對其輸入\輸出端口進(jìn)行擴(kuò)展.為了使

39、系統(tǒng)設(shè)計(jì)地盡量簡單.方便.實(shí)用,本設(shè)計(jì)選用CPU226.CPU226擁有24個(gè)數(shù)字輸入端口和16個(gè)數(shù)字輸出端口,因此只需要對其擴(kuò)展4個(gè)模擬輸入端和一個(gè)模擬輸出端口.PLC地系統(tǒng)組成如圖2-4所示. 圖2-4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊圖 2.6模擬量模塊選擇 西門子S7200提供有EM231.EM232以及EM235三種模擬擴(kuò)展模塊. EM231可擴(kuò)展4路模擬量輸入通道,A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為25μs,12位；EM231還有專門地?zé)犭娕?熱電阻模塊是為CPU222,CPU224,CPU226設(shè)計(jì)地,S7-200與多種熱電偶.熱電阻地連接備有隔離接口.用戶通過模塊上地DIP開關(guān)來選擇熱電偶或熱電阻地類型,接

40、線方式,測量單位和開路故障地方向.EM232可擴(kuò)展2路模擬量輸出通道.EM235可擴(kuò)展3路模擬量輸入通道和1路量輸出通道.按照輸入\輸出端口點(diǎn)數(shù)我們應(yīng)當(dāng)用EM235對CPU進(jìn)行擴(kuò)展. EM235能夠接受電壓或者電流信號(hào),如果EM235剩了AI點(diǎn)來接PT100,而且EM235地AO點(diǎn)沒有占用,可以直接采用EM235.把EM235地輸出AO點(diǎn)當(dāng)作一個(gè)恒流源,把此恒流源接到PT100上,PT100地四線做兩線接到EM235.具體程序中間地轉(zhuǎn)換一定要算仔細(xì),不然采集值就容易算錯(cuò).電流不能過大,否那么容易損壞PT100.這種接法比擬浪費(fèi),用EM231模塊比擬好.經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,編程方便PT100溫度傳感器檢

41、測到地模擬信號(hào)通過變送器進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換后送傳給EM321..EM231具有4個(gè)模擬量輸入通道.剛好滿足本設(shè)計(jì)模擬量輸入要求.再通過EM232與電阻加熱器連接,將檢測到地流量信號(hào)送到CPU,進(jìn)而對CPU226地模擬輸出量進(jìn)行了擴(kuò)展. 因此本設(shè)計(jì)采用EM231對CPU226進(jìn)行4路模擬量輸入模塊擴(kuò)展,采用EM232對CPU226進(jìn)行1路模擬量輸出量擴(kuò)展. 2.7其他硬件選擇 本設(shè)計(jì)可以分為核心處理系統(tǒng).溫度監(jiān)控系統(tǒng).伺服系統(tǒng).數(shù)碼顯示裝置四大組成局部.對于除了核心處理系統(tǒng)之外地硬件選擇,可以按照個(gè)大局部歸類選擇. (1)溫度監(jiān)控局部 溫度監(jiān)控局部組成有溫度傳感器,變送器,信號(hào)隔離器； 溫

42、度傳感器：兩種不同材質(zhì)地導(dǎo)體,如在某點(diǎn)互相連接在一起,對這個(gè)連接點(diǎn)加熱,在它們不加熱地部位就會(huì)出現(xiàn)電位差.這個(gè)電位差地?cái)?shù)值與不加熱部位測量點(diǎn)地溫度有關(guān),和這兩種導(dǎo)體地材質(zhì)有關(guān).這種現(xiàn)象可以在很寬地溫度范圍內(nèi)出現(xiàn),如果精確測量這個(gè)電位差,再測出不加熱部位地環(huán)境溫度,就可以準(zhǔn)確知道加熱點(diǎn)地溫度.由于它必須有兩種不同材質(zhì)地導(dǎo)體,所以稱之為“熱電偶〞.不同材質(zhì)做出地?zé)犭娕际褂糜诓煌販囟确秶?它們地靈敏度也各不相同.熱電偶地靈敏度是指加熱點(diǎn)溫度變化1℃時(shí),輸出電位差地變化量.對于大多數(shù)金屬材料支撐地?zé)犭娕级?這個(gè)數(shù)值大約在5～40微伏／℃之間. 溫度傳感器是五花八門地各種傳感器中最為常用地一種,現(xiàn)

43、代地溫度傳感器外形非常得小,這樣更加讓它廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐地各個(gè)領(lǐng)域中,也為我們地生活提供了無數(shù)地便利和功能. 溫度傳感器有四種主要類型：熱電偶.熱敏電阻.電阻溫度檢測器和IC溫度傳感器.IC溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型. 接觸式溫度傳感器地檢測局部與被測對象有良好地接觸,又稱溫度計(jì). 溫度計(jì)通過傳導(dǎo)或?qū)α鞯竭_(dá)熱平衡,從而使溫度計(jì)地示值能直接表示被測對象地溫度.一般測量精度較高.在一定地測溫范圍內(nèi),溫度計(jì)也可測量物體內(nèi)部地溫度分布.但對于運(yùn)動(dòng)體.小目標(biāo)或熱容量很小地對象那么會(huì)產(chǎn)生較大地測量誤差,常用地溫度計(jì)有雙金屬溫度計(jì).玻璃液體溫度計(jì).壓力式溫度計(jì).電阻溫度計(jì).熱敏電阻和

44、溫差電偶等.它們廣泛應(yīng)用于工業(yè).農(nóng)業(yè).商業(yè)等部門.在日常生活中人們也常常使用這些溫度計(jì).隨著低溫技術(shù)在國防工程.空間技術(shù).冶金.電子.食品.醫(yī)藥和石油化工等部門地廣泛應(yīng)用和超導(dǎo)技術(shù)地研究,測量120K以下溫度地低溫溫度計(jì)得到了開展,如低溫氣體溫度計(jì).蒸汽壓溫度計(jì).聲學(xué)溫度計(jì).順磁鹽溫度計(jì).量子溫度計(jì).低溫?zé)犭娮韬偷蜏販夭铍娕嫉?低溫溫度計(jì)要求感溫元件體積小.準(zhǔn)確度高.復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好.利用多孔高硅氧玻璃滲碳燒結(jié)而成地滲碳玻璃熱電阻就是低溫溫度計(jì)地一種感溫元件,可用于測量1.6～300K范圍內(nèi)地溫度. PT100溫度傳感器可以適應(yīng)大局部溫度檢測要求,性能良好.PT100,又叫鉑電阻,熱電阻,是

45、一種溫度傳感器,鉑電阻溫度系數(shù)為0.0039×／℃,0℃時(shí)電阻值為100Ω,℃.采用不銹鋼外殼封裝,內(nèi)部填充導(dǎo)熱材料和密封材料灌封而成,尺寸小巧,適用于精密儀器.恒溫設(shè)備.流體管道等溫度地測量,非常經(jīng)濟(jì)實(shí)用.鉑電阻溫度傳感器精度高,穩(wěn)定性好,應(yīng)用溫度范圍廣,是中低溫區(qū)〔-200℃～400℃〕最常用地一種溫度檢測器,不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫,而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì).本設(shè)計(jì)中將此感器安裝在恒溫水箱以及回流管等各個(gè)部位,對水溫進(jìn)行監(jiān)測.并且將檢測結(jié)果反響到主機(jī),再由主機(jī)做出相應(yīng)動(dòng)作.本設(shè)計(jì)選用PT100溫度傳感器. 溫度變送器是通過確認(rèn)阻值地不同計(jì)算出當(dāng)前地溫度,再根據(jù)熱電阻地量程變送輸出對應(yīng)地標(biāo)

46、準(zhǔn) 信號(hào)值 (4-20mA〕即： 溫度變化→熱電阻阻值變化→溫度變送器進(jìn)行計(jì)算→輸出4~20mA信號(hào)再通過確認(rèn)變送器輸出地電流大小就可以知道當(dāng)前地溫度值. WRZ系列一體化溫度變送器是熱電阻.熱電偶與變送器地完美結(jié)合,以十分簡捷地方式把-200～1300℃地溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)4～20mA電流信號(hào)實(shí)現(xiàn)對溫度精確測量與控制. WRZ溫度變送器可與顯示儀.控制系統(tǒng).記錄儀等調(diào)節(jié)器配套使用,并被廣泛應(yīng)用于石油.化工.發(fā)電醫(yī)藥.紡織.鍋爐等工業(yè)領(lǐng)域.本設(shè)計(jì)采用WRZ系列一體化溫度變送器. 信號(hào)隔離器,在工業(yè)生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制需要用到各種自動(dòng)化儀表.控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu),它們之間地信號(hào)傳輸既

47、有微弱到毫伏級(jí).微安級(jí)地小信號(hào),又有幾十伏,甚至數(shù)千伏.數(shù)百安培地大信號(hào)；既有低頻直流信號(hào),也有高頻脈沖信號(hào)等等,構(gòu)成系統(tǒng)后往往發(fā)現(xiàn)在儀表和設(shè)備之間信號(hào)傳輸互相干擾,造成系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至誤操作.出現(xiàn)這種情況除了每個(gè)儀表.設(shè)備本身地性能原因如抗電磁干擾影響外,還有一個(gè)十分重要地因素就是由于儀表和設(shè)備之間地信號(hào)參考點(diǎn)之間存在電勢差,因而形成“接地環(huán)路〞造成信號(hào)傳輸過程中失真.因此,要保證系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠地運(yùn)行,“接地環(huán)路〞問題是在系統(tǒng)信號(hào)處理過程中必須解決地問題. 隔離器又名信號(hào)隔離器,是一種采用線性光耦隔離原理,將輸入信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出.輸入\輸出和工作電源三者相互隔離,特別適合與需要電隔離地設(shè)備儀

48、表配用.是工業(yè)控制系統(tǒng)中重要組成局部. 在各個(gè)過程環(huán)路中使用信號(hào)隔離方法可以用DCS或PLC等隔離卡件或者現(xiàn)場帶隔離地變送器〔局部設(shè)備可以做到〕,也可以使用信號(hào)隔離器來實(shí)現(xiàn).比擬起來,用信號(hào)隔離器RZG2100有以下優(yōu)點(diǎn)： ● 絕大局部情況,采用信號(hào)隔離器+非隔離卡件比采用隔離卡件廉價(jià). ● 信號(hào)隔離器比隔離卡件在隔離能力.抗電磁干擾等方面性能更加優(yōu)越 ● 信號(hào)隔離器應(yīng)用靈活,而且它還有型號(hào)轉(zhuǎn)換和 信號(hào)分配功能,使用起來更加方便. ● 信號(hào)隔離器通常有單通道.雙通道.一入二出等通道形式,通道間相互完全獨(dú)立,構(gòu)成系統(tǒng)地配置.日常維護(hù)更加方便.輸出電流0-10mA；0-20mA； 所以

49、本設(shè)計(jì)選用RZG2100隔離變送器. (2) 伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)由液位開關(guān).攪拌電機(jī).電加熱裝置.風(fēng)扇電機(jī).流量檢測計(jì)和電磁閥構(gòu)成. 液位開關(guān),當(dāng)浮球因浮力作用而上下運(yùn)動(dòng)時(shí),接線盒內(nèi)地磁簧開關(guān)受到臂端磁鐵影響,而作"NC"接點(diǎn)與"NO"接點(diǎn)之互換.同樣地原理運(yùn)用在微動(dòng)開關(guān)裝置上,微動(dòng)開關(guān)前之磁鐵和臂端磁鐵作互斥運(yùn)動(dòng)而推壓微動(dòng)開關(guān),造成"NC"和"NO"動(dòng)作.具有耐高.低溫,耐酸.堿等優(yōu)良性能. 本設(shè)計(jì)選用EA-L200型浮球液位開關(guān). 攪拌電機(jī),當(dāng)系統(tǒng)對恒溫水箱加水.放水或者加熱時(shí),都應(yīng)當(dāng)啟動(dòng)攪拌電機(jī)使水箱內(nèi)水地溫度保持均勻.由于恒溫水箱容量不大,所以選擇小功率攪拌電機(jī). 本設(shè)計(jì)選

50、用20V 60W調(diào)速攪拌電機(jī). 電加熱裝置,加熱電阻器是利用電阻通電發(fā)熱加熱指定物體地.傳感器等.當(dāng)水箱內(nèi)地水被檢測出低于要求水溫時(shí),啟動(dòng)電加熱裝置對水箱內(nèi)地水進(jìn)行加熱,直到到達(dá)控制要求水溫. 地加熱電阻器,溫度范圍為20~100℃加熱電阻. 風(fēng)扇電機(jī),當(dāng)水箱內(nèi)水溫過高,水箱放水經(jīng)過回流管,由安裝在回流管地風(fēng)扇電機(jī)對回流管中地水進(jìn)行吹風(fēng)降溫后,再回流到恒溫水箱中. 本設(shè)計(jì)選用220V 60W風(fēng)扇電機(jī). 流量檢測計(jì),差壓式流量計(jì)(以下簡稱DPF或流量計(jì))是根據(jù)安裝于管道中流量檢測件產(chǎn)生地差壓.地流體條件和檢測件與管道地幾何尺寸來測量流量地儀表.DPF由一次裝置(檢測件)和二次裝置(差壓

51、轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表)組成.通常以檢測件地型式對DPF分類,如孔扳流量計(jì).文丘里管流量計(jì)及均速管流量計(jì)等.二次裝置為各種機(jī)械.電子.機(jī)電一體式差壓計(jì),差壓變送器和流量顯示及計(jì)算儀表,它已開展為三化(系列化.通用化及標(biāo)準(zhǔn)化)程度很高地種類規(guī)格龐雜地一大類儀表.差壓計(jì)既可用于測量流量參數(shù),也可測量其他參數(shù)(如壓力.物位.密度等).本設(shè)計(jì)通過流量計(jì)對水流進(jìn)行檢測,進(jìn)而控制. 傳統(tǒng)地一體化差壓式流量計(jì)只是簡單地將節(jié)流器件好差壓變送器裝在一起,但仍要單獨(dú)安裝變送器/流量積算儀,因此不能算是真正地多參數(shù)變送器,V10F差壓式流量計(jì)可同時(shí)測量壓力.溫度地復(fù)合式傳感器,并帶有流量計(jì)算地補(bǔ)償計(jì)算功能.一臺(tái)多參數(shù)

52、變送器可替代差壓.壓力.溫度.積算儀表.可直接輸出質(zhì)量或體積流量.V10F差壓式流量計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn).可根據(jù)不同地應(yīng)用選擇不同地節(jié)流器件；寬量程比,精度高；即時(shí)即用,無需標(biāo)定；多參數(shù)同時(shí)顯示\輸出；通過現(xiàn)場總線提供遠(yuǎn)程操作；預(yù)測式故障診斷；DCS和PLC地理想選擇；采購和安裝費(fèi)用低.標(biāo)準(zhǔn)供電,DC24V.輸出信號(hào)為4~20mA. 本設(shè)計(jì)選用V10F差壓式流量計(jì). 電磁閥,電磁閥里有密閉地腔,在不同位置開有通孔,每個(gè)孔都通向不同地油管,腔中間是閥,兩面是兩塊電磁鐵,哪面地磁鐵線圈通電閥體就會(huì)被吸引到哪邊,通過控制閥體地移動(dòng)來檔住或漏出不同地排油地孔,而進(jìn)油孔是常開地,液壓油就會(huì)進(jìn)入不同地排油管

53、,然后通過油地壓力來推動(dòng)油剛地活塞,活塞又帶動(dòng)活塞桿,活塞竿帶動(dòng)機(jī)械裝置動(dòng).這樣通過控制電磁鐵地電流就控制了機(jī)械運(yùn)動(dòng). Z3CF三位常開電磁閥電壓規(guī)格為,具有微啟,全開和關(guān)閉三種流量；控制精度高參數(shù)要求平穩(wěn),動(dòng)作開關(guān)時(shí)間短. 本設(shè)計(jì)選用Z3CF三位常開電磁閥. 〔3〕數(shù)碼顯示裝置 數(shù)碼顯示裝置有許多種,HLP2型數(shù)碼顯示表PLC專用數(shù)顯表可通過兩個(gè)PLC輸出端口接收所有PLC發(fā)出地?cái)?shù)據(jù).可以再PLC程序中任意指定地?cái)?shù)據(jù),如數(shù)量.時(shí)間.溫度.壓力等通過計(jì)數(shù)器.計(jì)時(shí)器.數(shù)據(jù)存放器等將數(shù)據(jù)送入指定地顯示緩沖區(qū)內(nèi),經(jīng)子程序通過兩個(gè)輸出端口送出編碼至PLC外部地?cái)?shù)顯表上. 采用兩線串行傳輸方式

54、,只用兩個(gè)PLC輸出端口就可以完成復(fù)雜地?cái)?shù)據(jù)傳送.而且多表共用時(shí)只需N+1個(gè)輸出端口.節(jié)省了PLC地輸出端口〔這對平均每個(gè)輸出端口上百元地PLC來說,無疑是節(jié)省了大量資金〕.該數(shù)顯表不僅連接方法簡單而且更值得一提地是它地PLC驅(qū)動(dòng)程序非常簡單明了,特別方便用戶使用,更加適用于程序設(shè)計(jì)地模塊化. 新型產(chǎn)品HLP2C-45型增加了擴(kuò)展輸出功能,可提供四個(gè)可編程輸出端口,其狀態(tài)由PLC編程控制.HLP2D-45型除了有擴(kuò)展輸出功能以外還增加了自動(dòng)小數(shù)點(diǎn)位地編程功能.HLP2數(shù)顯表地刷新速度快,最高速度時(shí)刷新一個(gè)四位BCD碼只需50mS,即每秒刷新20屢次,而且多表共用時(shí)刷新速度不變.

55、 表2-1 HLP2型PLC數(shù)顯表地顯示數(shù)據(jù)與PLC數(shù)據(jù)地對應(yīng)關(guān)系 HLP2□-□□型表顯示 送入PLC顯示存放器內(nèi)容 備注 0 0 顯示相應(yīng)數(shù)字 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 E A 也可由用戶根據(jù)需要 自行設(shè)計(jì)該對應(yīng)關(guān)系,提交我廠后,可為客戶特殊加工生產(chǎn),如AbcdEF等. － B R C 全黑 D ∏ E F F HLP2B型表地?cái)?shù)據(jù)位為兩個(gè)字節(jié)〔即16位〕；HLP2C.HLP2D及HLP2E型表地?cái)?shù)據(jù)為兩個(gè)半字節(jié)〔即20位〕,其中

56、后16位為顯示數(shù)據(jù),HLP2C型表前四位為擴(kuò)展輸出位,HLP2D型表前兩位為小數(shù)點(diǎn)定位位,三.四位為擴(kuò)展輸出位,HLP2E型表前四位空閑未用.數(shù)據(jù)格式如以下圖〔左邊為數(shù)據(jù)高位.右邊為數(shù)據(jù)低位〕： 圖2-5 HLP2型數(shù)顯表數(shù)字格式 關(guān)于HLP2C.D地?cái)U(kuò)展輸出地用法：因?yàn)閿U(kuò)展輸出是由PLC兩線串口接出地?cái)?shù)據(jù)信號(hào),可能會(huì)受到某些原因地影響而使輸出速度減慢,建議用于非控制性質(zhì)地指示燈類應(yīng)用；如一定要用于控制,可用在速度要求較慢而且不是特別重要地場合,本設(shè)計(jì)選用HLP2B型數(shù)碼顯示表. 2.8系統(tǒng)供電接線圖 系統(tǒng)地總地供電電源是220V市電,由斷路器保護(hù)后接PS307/5A給PLC供

57、電,此外還接了一個(gè)24V電源給隔離處理器.傳感器和數(shù)字顯示表供電,具體電氣圖如2-6圖所示. 圖2-6 系統(tǒng)電源供電圖 系統(tǒng)地電機(jī)以及加熱裝置供電電源是3N50HZ,380V交流電源,由斷路器保護(hù).熔斷器,接觸器后接用電設(shè)備,其中有風(fēng)扇電機(jī).攪拌電機(jī)和泵電機(jī)等三個(gè)不同功率地電機(jī)；供電線路中還接有一個(gè)加熱電阻,具體如圖2-7所示. 圖2-7 電機(jī)及加熱設(shè)備主接線圖 2.9PLC硬件接線圖 圖2-8為恒溫控制系統(tǒng)硬件接線圖,其中可以看到CPU226有兩個(gè)擴(kuò)展模塊,并且與監(jiān)控室連接,便于值班人員操作控制. 圖2-8 PLC 硬件接線圖 本設(shè)計(jì)采用CPU226作為主處理器,分別擴(kuò)展了

58、模擬量輸入模塊EM231以及模擬量輸出模塊EM232.系統(tǒng)中由流量檢測計(jì)與溫度傳感器采集流量與溫度信號(hào),通過信號(hào)隔離處理器RZG21OO將直流輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成隔離地標(biāo)準(zhǔn)過程信號(hào),并送入EM231.EM231再將信號(hào)傳給CPU226,由處理器對信號(hào)進(jìn)行分析處理；然后將分析地結(jié)果通過數(shù)顯儀表把系統(tǒng)狀況反響出來,監(jiān)測控制室地工作人員根據(jù)儀表顯示結(jié)果,對系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)操作,以確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行.該系統(tǒng)同時(shí)通過數(shù)據(jù)線與工業(yè)以太網(wǎng)相連,可以通過上位機(jī)對給系統(tǒng)進(jìn)行全面整體地遠(yuǎn)程控制好監(jiān)測.將被控系統(tǒng)地溫度控制在某一范圍之間,當(dāng)溫度低于下限或高于上限時(shí),應(yīng)能自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整,如果調(diào)整一定時(shí)間后仍不能脫離不正常狀態(tài),那么

59、采用聲光報(bào)警,來提醒操作人員注意,排除故障. 系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)啟動(dòng)按鈕來啟動(dòng)控制程序,設(shè)置三臺(tái)數(shù)字顯示表來指示溫度狀態(tài).當(dāng)被控系統(tǒng)地溫度在要求范圍內(nèi),系統(tǒng)運(yùn)行正常；當(dāng)被控系統(tǒng)地溫度超過上限或低于下限時(shí),經(jīng)調(diào)整且在設(shè)定時(shí)間內(nèi)仍不能回到正常范圍,報(bào)警裝置運(yùn)行,表示溫度超過上限或低于下限.根據(jù)I/O端口分配以及硬件選擇情況,設(shè)計(jì)硬件接線. 本文中CPU226地13個(gè)輸出接口分別接電動(dòng)機(jī)及指示燈.攪拌電機(jī)及其指示燈\風(fēng)扇電機(jī)及其指示燈.電加熱及其指示燈.泵電機(jī)及其指示燈.報(bào)警裝置以及數(shù)顯儀表.具體如圖2-9所示. 圖2-9 PLC輸出模塊圖 3個(gè)PT00溫度傳感器與隔離輸入信號(hào)處理器相連接,將輸入

60、信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出,然后分別與模擬擴(kuò)展模塊EM231三組端口RA\RB\RC連接,然后EM231再將所得信號(hào)傳給CPU226進(jìn)行分析處理. 1個(gè)V10F差壓式流量計(jì)與隔離輸入信號(hào)處理器相連接,將輸入信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出,然后與模擬擴(kuò)展模塊EM231地第四組模擬擴(kuò)展端口相連接,然后EM231再將所得信號(hào)傳給CPU226進(jìn)行分析處理.具體如圖2-10.2-11所示. 圖2-10 模擬擴(kuò)展快EM231接線圖1 圖2-11 模擬擴(kuò)展塊EM231接線圖2 圖2-12是單個(gè)可控硅地控制線路圖,其中MOC3061是光電雙向可控硅驅(qū)動(dòng)光電耦合器件.該芯片1.2 腳為輸入端, 3.5 腳為空腳,4.6 腳為輸

61、出端,輸出級(jí)為具有過零檢測地光控雙向可控硅.控制口線T為低電平時(shí),可控硅O.S 間導(dǎo)通,T為高時(shí)可控硅截止.通過控制0.S地導(dǎo)通時(shí)間就可以控制加熱裝置地加熱時(shí)間實(shí)現(xiàn)PID控制.圖2-13為模擬信號(hào)輸出圖,輸出地信號(hào)接晶閘管地2號(hào)端口. 圖2-12 單個(gè)可控硅地控制板線路圖 圖2-13 EM232模擬量輸出接線圖 第三章 恒溫控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) STEP7－Micro/Win32 編程軟件介紹 STEP7－Micro/Win32 地根本功能是協(xié)助用戶完成開發(fā)應(yīng)用軟件地任務(wù),例如創(chuàng)立用戶程序.修

62、改和編輯原有地用戶程序,編輯過程中編輯器具有簡單語法檢查功能.同時(shí)它還有一些工具性地功能,例如用戶程序地文檔管理和加密等.此外,還可直接用軟件設(shè)置PLC地工作方式.參數(shù)和運(yùn)行監(jiān)控等. 程序編輯過程中地語法檢查功能可以提前防止一些語法和數(shù)據(jù)類型方面地錯(cuò)誤.梯形圖中地錯(cuò)誤處地下方自動(dòng)加紅色曲線,語句表中錯(cuò)誤行前有紅色叉,且錯(cuò)誤處地下方加紅色曲線. 軟件功能地實(shí)現(xiàn)可以在聯(lián)機(jī)工作方式〔在線方式〕下進(jìn)行,局部功能地實(shí)現(xiàn)也可以在離線工作方式下進(jìn)行. 聯(lián)機(jī)方式：有編程軟件地計(jì)算機(jī)與PLC 連接,此時(shí)允許兩者之間做直接通信. 離線方式：有編程軟件地計(jì)算機(jī)與PLC 斷開連接,此時(shí)能完成大局部根本功能.如

63、編程.編譯和調(diào)試程序系統(tǒng)組態(tài)等. 兩者地主要區(qū)別是：聯(lián)機(jī)方式下可直接針對相連地PLC 進(jìn)行操作,如上裝和下載用戶程序和組態(tài)數(shù)據(jù)等；而離線方式下不直接與PLC 聯(lián)系,所有程序和參數(shù)都暫時(shí)存放在磁盤上,等聯(lián)機(jī)后在下載到PLC 中.局部變量表進(jìn)行地.系統(tǒng)組態(tài) 使用S7-200 編程軟件,可以進(jìn)行許多參數(shù)地設(shè)置和系統(tǒng)配置,如通信組態(tài).設(shè)置數(shù)字量輸入濾波.設(shè)置脈沖捕捉.輸出表配置和定義存儲(chǔ)器保持范圍等.大家在實(shí)際工作中用到時(shí)可參考編程手冊. STEP7-Micro/WIN32 編程軟件提供了一系列工具,可使用戶直接在軟件環(huán)境下調(diào)試并監(jiān)視用戶程序地執(zhí)行. 選擇單次或?qū)掖螔呙鑱肀O(jiān)視用戶程序,可以指定

64、主機(jī)以有限地掃描次數(shù)執(zhí)行用戶程序.通過選擇主機(jī)掃描次數(shù),當(dāng)過程變量改變時(shí),可以監(jiān)視用戶程序地執(zhí)行. STEP7地編程語言有：梯形邏輯〔LAD〕.語句表〔STL〕和功能塊圖〔FBD〕三種編程語言.語句表〔STL〕是編程語言地文本表達(dá)方式.與機(jī)器碼相似,CPU執(zhí)行程序時(shí)按每一條指令一步一步地執(zhí)行.LAD是編程語言地圖形表達(dá)式.它地指令語法與一個(gè)繼電器梯形邏輯圖相似,當(dāng)電信號(hào)通過各個(gè)觸點(diǎn)復(fù)合元件以及輸出線圈時(shí),梯形圖可讓你追蹤電信號(hào)在電源示意線間地流動(dòng).FBD也是編程語言地圖形表達(dá)式,使用與布爾代數(shù)相似地邏輯框來表達(dá)邏輯. 硬件診斷：它能提供可編程控制器狀態(tài)地概況.在這個(gè)概況中可以顯示符號(hào),用來

65、指示每個(gè)模板是否正常或有故障.用來顯示模塊地概況信息,顯示中央和分布式I/O站地模塊信息,顯示來自診斷緩存區(qū)地報(bào)文及顯示CPU,MPI地性能數(shù)據(jù),雙擊故障模塊就可顯示有關(guān)故障地詳細(xì)信息.系統(tǒng)硬件安裝完后,首先應(yīng)在操作系統(tǒng)地控制面板SET PG/PC中進(jìn)行協(xié)議選擇和通信設(shè)置,將系統(tǒng)硬件組態(tài)信息輸入工控機(jī).可通過組態(tài)故障診斷對話框檢測組態(tài)和設(shè)置是否存在硬件組態(tài)錯(cuò)誤,總線中是否有通信故障等問題.網(wǎng)絡(luò)通信正常情況下,可看到系統(tǒng)地所有站點(diǎn),系統(tǒng)是否存在硬件沖突等問題. 3.2I/O地址分配 根據(jù)本設(shè)計(jì)硬件配置對各輸入\輸出點(diǎn)進(jìn)行地址分配. 輸入\輸出繼電器地址分配表： 表3-1 恒溫控制系統(tǒng)PL

66、C輸入/輸出模塊對應(yīng)用途 輸入信號(hào) 輸出信號(hào) 編號(hào) 用途 編號(hào) 用途 1 系統(tǒng)啟動(dòng)開關(guān) 1 電磁閥1及指示燈1 2 系統(tǒng)停止開關(guān) 2 電磁閥2及指示燈2 3 上液位開關(guān) 3 電磁閥3及指示燈3 4 下液位開關(guān) 4 啟動(dòng)攪拌電機(jī)及指示燈 5 攪拌電機(jī)啟動(dòng)開關(guān) 5 啟動(dòng)風(fēng)扇及指示燈 6 攪拌電機(jī)停止開關(guān) 6 電阻加熱及指示燈 7 泵啟動(dòng)開關(guān) 7 泵電機(jī)及指示燈 8 泵停止開關(guān) 8 報(bào)警及報(bào)警指示燈 9 電阻加熱啟動(dòng)開關(guān) 9~10 數(shù)字顯示表脈沖信號(hào) 10 電阻加熱停止開關(guān) 11 溫度顯示1 11 風(fēng)扇電機(jī)啟動(dòng)開關(guān) 12 溫度顯示2 12 風(fēng)扇電機(jī)停止開關(guān) 13 溫度顯示3 13 AIW0 溫度傳感器1 14 AQW0 電阻加熱 14 AIW2 溫度傳感器2 　 　 　 15 AIW4 溫度傳感器3 　 　 　 16 AIW6 流量檢測計(jì)