基于PLC的水箱温度控制

水箱加热系统的PLC位式温度控制课程设计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FX2（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EEPROMFX2N系列PLC的特点超高速的运算速度0.08微秒.比FX2的0.48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。系统设计•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•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。该闭环系统的组成中，刮号中的部分即用FX系列的PLC和模拟量FX-4AD模块实现；用热电偶检测水箱温度，温度变送器将温度转换为标准量程的电流送给模拟量输入模块，经过PLC的内部处理将模拟量转化成可识别的数字量与设定值比较处理，在将控制信号作用于控制调功器上，以此来控制水箱中电热管的开关情况，实现对水箱温度的闭环控制。输入输出点数的分配表相关元器件的选型PLC的外部接线原理图系统软件设计•模拟量与数字量的对应关系•转化时应综合考虑变送器的输出、出入量程和模拟量输入模块的量程，找出被测物理量与A/D转换后的数据之间的关系。•根据系统要求，所要测量的温度量程为0-100C,所对应的数据量为0-2000，由此可根据公式：•测量温度=(100*D0/2000)C=0.05D0C•其中，D0为PLC转换出来的数字量系统流程图的设计系统梯形图系统指令表系统实时监控图参考文献•【1】可编程序控制器的编程方法与工程应用廖常初重庆大学出版社•【2】可编程序控制器及其应用万太福重庆大学出版社•【3】毕业设计指导刘祖润机械工业出版社•【4】新旧图形符号对照读本兵器工业出版社•【5】电力拖动与控制谢桂林中国矿业大学出版社•【6】工厂常用电气设备手册（上、中、下）水利电力出版社•【7】电气控制技术实验指导书刘星平湖南工程学院