基于PLC的触摸屏温度控制系统

科目：综合控制系统题目：温度控制系统课程设计姓名：LC学号：系别：班级：完成时间：华南理工大学广州学院电子信息工程学院1目录前言.............................................................................................................1第一章系统总体方案..............................................................................2第二章系统硬件设计..............................................................................32.1PLC选择.....................................................................................................32.1.1FX2N-48MR-001PLC.........................................................................32.1.2FX2N-2AD特殊功能模块.................................................................42.1.3FX2N-2DA特殊功能模块42.2硬件电路设计............................................................................................52.2.1温度值给定电路...............................................................................62.2.2温度检测电路...................................................................................92.2.3过零检测电路.................................................................................102.2.4晶闸管电功率控制电路...................................................................112.2.5脉冲输出通道.................................................................................132.2.6报警指示电路..................................................................................132.2.7复位电路.........................................................................................14第三章系统软件设计............................................................................143.1编程与通信软件的使用..........................................................................143.2程序设计..................................................................................................163.3系统程序流程图......................................................................................163.4控制系统控制程序的开发......................................................................173.4.1温度设计.........................................................................................173.4.2A/D转换功能模块..........................................................................183.4.3标度变换程序.................................................................................193.4.4恒温控制程序（PID)设计.............................................................193.4.5数字触发器程序设计.....................................................................223.4.6显示程序.........................................................................................253.4.7恒温指示程序.................................................................................253.4.8报警程序.........................................................................................25第四章总结与展望................................................................................264.1总结........................................................................................................264.2展望........................................................................................................27参考文献.....................................................................................................28附录：系统程序（梯形图）....................................................................................292前言随着时代的发展,当今的技术日趋完善，竞争也愈演愈烈;传统的人工的操作已不能满足于目前的制造业前景,也无法保证更高质量的要求和提升高新技术企业的形象。在生产实践中,自动化给人们带来了极大的便利和产品质量上的保证,同时也减轻了人员的劳动强度,减少了人员上的编制。在许多复杂的生产过程中难以实现的目标控制、整体优化、最佳决策等,熟练的操作工、技术人员或专家、管理者却能够容易判断和操作,可以获得满意的效果。人工智能的研究目标正是利用计算机来实现、模拟这些智能行为,通过人脑与计算机协调工作,以人机结合的模式,为解决十分复杂的问题寻找最佳的途径。可编程序控制器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。在工业生产过程中，加热管温度控制是十分常见的。温度控制的传统方法是人工—仪表控制。其重复性差，工艺要求难以保证，人工劳动强度大。目前大多数使用微机代替常规控制。以微机为核心控制系统虽然成本较低，但微机的可靠性和抗干扰性较差而使其硬件设计较复杂。而以PLC为核心的控制系统，虽然成本较高，但PLC本身就有很强的抗干扰性和可靠性，因而系统的硬件设计也简单得多。所以，相比较于微机控制，PLC控制在过程控制方面更具有优势。这种系统控制精度高、重复性好、自动化程度高，可以大大提高产品质量和减轻工人的劳动负担。本文介绍了以PLC为核心实现PID算法的温度控制系统的设计方法。3第一章系统总体方案根据设计任务和要求，采用常规PID控制的温度控制系统结构如图1-1所示。图1-1常规PID温度控制系统的结构对应图1-1的系统结构，确定总体设计方案如图1-2所示：图1-2总体设计方案该总体方案主要由以下几个部分组成（1）触摸屏：主要功能是设定和显示相应的温度值，以及停止和开始功能。（2）PLC：主要完成PID调节功能以及数据变换。（3）测温电路和A/D模块：主要功能是0-10V温度测量信号经FX2N-A/D转换成数字信号输入PLC处理。（4）输出调节电路：主要功能是把PLC处理运算发出的控制信号，经FX2N-D/A转换0-10V模拟信号，通过脉宽调制装置输出脉冲信号对加热管进行加热系统工作原理：温度变送器将加热管温度变换为模拟信号，经低通滤波器滤掉干扰信号后送放大器，将信号放大后送A/D模块转换为数字量送PLC，4数字量经标度变换，得到实际加热管温度。数字控制器根据恒温给定值Q0与实际加热管温度Q的偏差e（k）按积分分离PID控制算法，得到输出控制量u（k），控制晶闸管导通时间，调节加热管温度的变化使之与给定恒温值一致，达到恒温控制目的。当达到恒温值、输入错误或系统发生故障时，系统发出报警信号，同时用GT1040-QBBD-C触摸屏对加热管温度进行实时显示和温度给定输入。第二章系统硬件设计2.1PLC选择根据设计方案的分析，系统设计需要使用A/D转换器和D/A转换器来完成温度采样。在课程学习中，我们学习了三菱的FX系列PLC，因此，选择三菱FX3U（基本I/O点数为24）和FX2N-2AD特殊功能模块。2.1.1FX3UPLCFX3U系列PLC是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器。它由基本单元、扩展单元、扩展模块等构成。用户存储器容量可扩展到16K步。I/O点最大可扩展到256点。它有27条基本指令，其基本指令的执行速度超过了很多大型PLC。三菱FX3UPLC，为继电器输出类型，其输入、输出点数皆为是24点，可扩展模块可用的点数为48~64,内附8000步RAM。其内部资源如下：（1）输入继电器X（X0~X27，24点，八进制）（2）输出继电器Y（Y0~Y27，24点，八进制）（3）辅助继电器M（M0~M8255）[通用辅助继电器（M0~M499）]（4）状态继电器（S0~S999）（5）定时器T（T0~T255）（T0~T245为常规定时器）（6）计数器C（C0~C255）（7）指针（P/I）见表2-1和表2-2（8）数据寄存器D（D0~D8255）（D0~D199为通用型）表2-1定时器中断标号指针表输入编号中断周期（ms）中断禁止特殊辅助继电器I6XX在指针名称的XX部分中，输入10~99的整数。I610为每10ms执行一次定时器中断M8056I7XXM8057I8XXM80585表2-