水箱加热系统的PLC位式温度控制课程设计
目录
一、前言 (1)
1. 可编程序控制器的概述 (1)
2．FX2N系列PLC简介 (2)
3．特殊功能模块 (2)
4. 调功器 (3)
5. 温度变送器 (3)
二、系统设计 (4)
1．系统设计要求 (4)
2．系统硬件设计 (4)
．水箱温度自动调节系统： (4)
．输入输出点数的分配表 (5)
．相关元器件的选型 (5)
． PLC的外部接线原理图 (6)
3．系统软件设计 (7)
．模拟量与数字量的对应关系 (7)
．系统流程图的设计 (7)
．系统梯形图 (8)
．系统指令表 (9)
．系统实时监控图 (10)
三、总结 (12)
四、参考文献 (13)
五、附录 (13)
.课题介绍 (13)
.控制要求 (13)
第一章前言
可编程序控制器的概述
随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经广泛应用在所有的工业领域。现代社会要求制造业对市场这一需求迅速做出反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。可编程控制器就是顺应这一需要出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。编程控制器不仅可以按事先编好的程序进行各种逻辑控制，还具有随意编程、自动诊断、通用性好、体积小、可靠性高的特点。因此，可编程控制器正逐步取代着继电器－接触器控制系统。
国际电工委员会（IEC）于 1982年11月和 1985年1月对可编程序控制器作了如下的定义：“可编程序控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，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命令，并通过数字式模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计”。可编程序控制器（PLC）主要由CPU 模块、输出模块和编程器组成。PLC的特殊功能模块能完成某些特殊的任务。从使用方式PLC分为： 1）整体式PLC（又称单元式或箱体式）整体式PLC是将电源、CPU、I／0部件都集中装在一个机箱内。一般小型PLC采用这种结构；2）模块式PLC，将PLC各部分分成若干个单独的模块，模块式PLC由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般大、中型PLC采用模块式结构3）PLC将整体式和模块式结合起来，称为叠装式PLC。
FX2N系列PLC简介
本次设计中，我们将采用FX2n系列PLC,FX系列PLC为单元型，内含CPU、电源和固定搭配的输入/输出。 Q4AR系列为双机热备系列，最大输入输出点数为8192点。 A系列PLC的最大输入输出点数为2048点。 F系列程控器的最大输入输出点数为256点。
三菱小型 FX 2（N）系列程控器的输入输出点最大不超过256点。每台主机可连模入、模出、高速记数、定位等特殊功能模块，不超过8个。 FX系列在日本三菱的姬路制作所生产。三菱姬路制作所累计已生产超过三百万台 FX系列 PLC。目前FX系列PLC为中国内地销量最多的小型PLC。FX2n系列PLC是该系列中功能最强、速度最快的微型PLC。有RAM, EPROM和EEPROM FX2N系列 PLC 的特点超高速的运算速度微秒. 比FX2的微秒快六倍.容量极大8K 步(最大16K步).比FX2大四倍.机体小型化比FX2小50% .兼容FX2的编程设计.备有多种不同的FX2N扩展单元及特殊模块.
特殊功能模块
在工业控制中，某些输入量（例如压力、温度、流量、转速等）是连续变化的模拟量，某些执行机构要求PLC输出模拟信号，而PLC的CPU只能处理数字量。模拟量首先被传感器和变送器转换成标准的电流和电压。其中，D/A转换器将PLC的数字输出量转换成模拟电压或电流，再去控制执行机构。模拟量I/O模块的主要任务就是完成A/D转换和D/A转换。根据设计要求，本次设计选用模拟量输入模块FX2N-4AD，该模块用4个12位模拟量输入通道，输入量程为DC-10V--+10V和4—20MA，转换速度为15MS/通道或6MS/通道（高速）。
调功器
调功器是应用晶闸管（又称可控硅）及其触发控制电路用于调整负载功率的盘装功率调整单元。
在电子设备中起重要作用的晶闸管（也称可控硅，英文缩写SCR）被广泛用于各类生产部门，正在成为自动化、高效化不可缺少的装置。在最新的温度控制中晶闸管的利用明显的普及起来。但在国内对其有不同的叫法，如晶闸管调整器、可控硅调整器、晶闸管控制器、可控硅控制器、晶闸管调压器、可控硅调压器、晶闸管调功器、可控硅调功器、调压器、调功器、
晶闸管交流电力控制器、可控硅交流电力控制器、电力调整器、电力控制器、电压调整器、电压控制器等。
温度变送器
温度变送器，专应于热电阻或热点偶，讲温度转换成4-20MA 的电流信号。
至于要不要加模块，要看接受的控制器对于输入信号是0-10V 还是4-20MA。一般现在的控制器，都直接配有相应的温度变送器模拟量输入模块，如温控器，PLC的热电阻模拟量模块等温度变送器的作用是与热电偶或热电阻配合，将温度或温差信号转换成4—20毫安的统一的直流电信号，并将这些信号输送给调节器或显示仪表。PT100的热电阻输出的是电阻信号，变送器输出的是毫安信号,
温度变送器0-100度与0-150度最大值时输出电流均为20MA，所以当温度同为100度时，0-100度的变送器输出电流为20MA，而0-150度的变送器输出电流为14-15MA左右。所以在不改变接收装置参数的情况下它们不可以互换。
第二章系统设计
系统设计要求
本系统的被控对象是1KW电加热管，被控制量是水箱的水温T，PLC的模拟量输出控制调功器的输出，由调功器控制电加热管的通断，被控对象为水箱中的单相电热管，被控制量为水箱水温。它由铂电阻PT100测定，输入到温度变送器上，量程为0~100℃。温度变送器变换为4~20mA传送给PLC的模拟量输入通道。根据给定值加上dF与测量的温度值相比较的结果，PLC模拟量输出通道向晶闸管调功器发出控制信号，从而达到控制水箱温度的目的
系统硬件设计
根据对系统设计内容的分析，确定控制系统所需要的输入输出
点数为1/3点。选用FX 系列PLC, 输入输出点数的分配如表2-1所示，由于系统必须对温度信号进行采集和控制，还必须使用到模拟量输入/输出模块FX-4AD 模块、晶闸管跳功模块、温度变送器。
2.2.1水箱温度自动调节系统：
况，实现对水箱温度的闭环控制。
2.2.2 输入输出点数的分配表
表2-1 输入和输出点分配表
2.2.3 相关元器件的选型
表2-2 元器件明细表
2.2.4 PLC的外部接线原理图